TW201145734A - Semiconductor laser light source - Google Patents

Description

201145734 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種半導體雷射光源。 【先前技術】 文件DE102007062047A1中提供一種緊密式殼體。 【發明内容】 本發明的目的是提供一種具有小的幾何尺寸之半導體 雷射光源。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，其具有一包 括載體上側之載體。此載體例如是由金屬核心電路板或導 體板作成。此載體較佳是具有最少 80 W/mK之平均比 (specific)導熱値。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，其包含至少 一個或至少二個半導體雷射，該些半導體雷射佈置成用來 產生可見的輻射且安裝在載體的載體上側上。半導體雷射 是指：半導體本體中產生的由雷射所發出之輻射。半導體 雷射之槪念較佳是指：半導體雷射之半導體本體之後未配 置頻率轉換級（stage)，其將半導體本體中所產生的輻射之 波長轉換成另一波長。換言之，至少一個半導體雷射較佳 是直接發出所期望的波長之組件。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，其包含一在 紅色、一在綠色和一在藍色光譜區中激發的半導體雷射。 此半導體雷射光源因此包含至少三個特別是直接在適當的 光譜區中激發的半導體雷射。 201145734 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，一光學組件 在發射方向中配置在至少一個半導體雷射之後，較佳是配 置在全部之半導體雷射之後。藉由該光學組件，則特別是 可由半導體雷射光源之例如三個半導體雷射所各自發出之 部份輻射而組合成一種總輻射。即，藉由該光學組件，可 較佳地實現一種輻射組合。總輻射特別是指：該些部份輻 射之全部的橫切面互相重疊且該些部份輻射在相同的方向 中延伸。相同的方向較佳是指：半導體雷射光源之該些部 份輻射之橫切面之成對地至例如一投影面積之重疊區例如 佔有至少5 0 %或至少7 5 %。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，其包括一覆 蓋區。基本上藉由此覆蓋區和該載體來定義一種體積。此 體積是緊密地（特別是氣密地）封閉著。這表示：在該半導 體雷射光源之壽命中，在該體積的內部和該體積的外部之 區域之間未發生氣體交換或未發生明顯的氣體交換。本發 明中的緊密性特別是以下述方式來實現：該覆蓋區藉由金 屬焊劑、玻璃焊劑或焊接縫而與載體或殼體框相連接。該 體積較佳是抽成真空或以稀有氣體、氮氣或乾燥的空氣來 塡充。 依據半導體雷射#源之至少一實施形式，至少一半導 體雷射光源、特別佳時是全部的半導體雷射，以及光學組 件都位於該體積中且共用殼體。換言之，上述的各組件直 接在空間中相鄰且較佳爲未由固體材料構成的位障來互相 隔開。 201145734 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，該體積的尺 寸最多爲8mmx8mmx7mm，特別是最多爲5mmx5mmx4mm’ 更佳是最多爲 3 mmx3mm><4mm，特別佳時最多爲 2_5mmx2.5mmx3mm。最小値特SU是指出了一種位於載體上 側上方的高度。換言之，該體積可完全由上述尺寸的長方 六面體所包圍著。或是，該體積的大小最多是4〇〇 mm3， 特別是最多100 mm3，更佳是最多爲30 mm3，特別佳時最 多爲12mm3。又，該體積在載體上側上另外測得之基面最 多是60mm3，特別是最多25mm3，更佳是最多爲l〇mm3, 特別佳時最多爲6 mm3。 在該半導體雷射光源之至少一實施形式中，其包括： 一具有載體上側之載體、以及至少二個半導體雷射，特別 是分別在紅色、綠色和藍色光譜區中激發之至少一個半導 體雷射。該些半導體雷射安裝在該載體上側上。又，半導 體雷射光源更具有至少一光學組件，其在發射方向中配置 在至少一半導體雷射之後、較佳是配置在全部之半導體雷 射之後。藉由該覆蓋區，則半導體雷射和光學組件緊密地 包封在共同的體積中。在三個垂直的空間方向中觀看時， 該體積之尺寸分別爲最多8mm><8mmx7mm。 由於半導體雷射光源之尺寸基本上等於該體積，則藉 由將半導體雷射和光學組件共同安裝在該體積中可達成一 種特別緊密的半導體雷射光源。半導體雷射光源之緊密性 可另外藉由其它措施之不同的組合來提高。這些措施特別 是半導體雷射之構造方式、光學組件之配置和佈置方式、 201145734 以及載體上之供電導線的導引路徑、和半導體雷射之接觸 方式。 同樣，以緊密方式可將其它組件，例如，成像單元和 安全裝置，至少間接地安裝在載體上或該體積上。藉由不 同的措施來與半導體雷射光源相接.觸，則該半導體雷射光 源可插入至緊密之可攜式裝置（例如，行動電話或小電腦） 中以作爲投影單元。藉由該半導體雷射光源，特別是可產 生混合彩色之光，較佳是白光。 依據半導體雷'射光源之至少一實施形式，該光學組件 在光學上直接配置在半導體雷射之後。在光學上直接配置 在半導體雷射之後是指：在各別的半導體雷射之輻射發出 面和該光學組件之輻射入射面之間不存在其它的光學上有 效的組件。特別是在半導體雷射和光學組件之間透鏡（特別 是所謂快速軸-準直透鏡）未安裝在分別由半導體雷射所發 出之部份輻射之輻射通道中。由於光學組件和半導體雷射 之間只有小的距離，則在該體積內除了該光學組件之外可 不需其它透鏡。於是，半導體雷射光源之緊密性可提高而 可達成特別小的體積。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，光學組件不 是用來使半導體雷射所發出之部份輻射之發散性變小、亦 不是使互相重疊之部份輻射所形成之總輻射之發散性變 小。換言之，該光學組件不是用來使輻射聚焦而是只用來 使各個部份輻射合倂成總輻射。例如，該光學組件只具有 平坦地形成之輻射入射面和輻射發出面。 201145734 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，該光學組件 特別是非旋轉對稱地形成之透鏡或配置在一包括多個透鏡 之光學系統之後。透鏡例如可藉由連接劑或焊接而直接安 裝在光學組件上。然而，該光學組件較佳是安裝在該體積 之外部，例如，安裝在該覆蓋區上。透鏡或光學系統特別 是用來使總輻射之發散性減小。總輻射之輻射橫切面之橢 圓率在透鏡之後或光學系統之後較佳是小於4，特別是小 於2。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，透鏡或光學 系統是用來使總輻射產生直線形之輻射橫切面。於是，輻 射橫切面之橢圓率特別是至少爲1 〇或至少爲20。例如， 半導體雷射光源可用在掃描器或掃描單元中。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，其包括至少 二個發出相同波長之輻射的半導體雷射。半導體雷射光源 特別是包括雷射條（bars)，雷射條具有多個半導體雷射，其 在操作時發出相同波長之輻射。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，至少二個由 半導體雷射發出之部份輻射互相不同地被極化。光學組件 較佳是一種具有極化選擇性的元件，以便藉由使用多個部 份輻射之不同的極性來合倂特別是相同波長之部份輻射。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，該覆蓋區包 括一光發出晶圓，其定位成與載體成傾斜。載體和光發出 晶圓之間的角度α較佳是介於45度（含）和85度之間。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，其可機械地 201145734 及/或電性地達成表面安裝及/或可表面接觸。例如，位於 一遠離載體上側之載體下側上之半導體雷射光源可藉由焊 接而固定在一安裝載體上。藉由例如焊接式連接，則半導 體雷射光源可機械地且較佳是可在熱性上與該安裝載體相 連接。若載體下側已結構化且導電軌位於載體下側，則半 導體雷射光源之電性接觸亦可與機械式連接和熱性上的連 接同時達成。特別是以無接合線的方式來與半導體雷射光 源相接觸。由於無需該接合線’則半導體雷射光源之空間 需求可下降而可達成特別小的體積和小的構造高度。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，該體積內的 一個或全部的半導體雷射都能以無接合線的方式而與載體 上側上的至少二個導電軌形成電性接觸和機械式接觸。接 合線所需之接觸區典型上具有大約25 00平方微米（μπι2)之 不同大小的空間需求。又，由於接合線所需之曲率半徑， 則此構件需要一最小高度，其較半導體雷射之構造高度大 很多。由於以無接合線的方式來與半導體雷射相接觸，則 半導體雷射光源可緊密地構成且可達成特別小的體積。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，載體上側上 的導電軌經由接觸孔而與載體下側上之導電軌相連接。特 別是載體下側是用於半導體雷射光源之表面安裝》藉由上 述之導電軌，則半導體雷射光源可省空間地構成。特別是 至載體上側處之外部電路的電性接觸區可省略。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，在該載體之 載體上側處或在中間載體之上側處（其上安裝著該載體）安 201145734 裝一種成像透鏡。該成像透鏡例如是一種微電子機械鏡面 (簡寫爲MEMS)或繞射式光學元件（簡寫爲DOE)。DOE包括 光學繞射光柵且特別是用來產生不隨時間改變的影像（例 如，Logos)。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，.其包括至少 —個近似感測器。此近似感測器省空間地配置在該載體之 載體上側上或配置在該中間載體之上側上且用來偵測半導 體雷射光源之影像場中的物件。又，半導體雷射光源包括 一安全控制電路，其依據該近似感測器之信號而使半導體 雷射之輻射功率下降。特別是在半導體雷射之最大的輻射 功率時，人員停留在該影像場時會有眼睛受傷的危險性。 藉由該近似感測器與該安全控制電路一起操作，可使眼睛 受傷的危險性下降。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，多個半導體 雷射分別用來產生至少8流明（1 m )，特別是至少1 2流明， 之光電流。或是附帶的半導體雷射光源是用來發出一種總 共至少2 5流明或至少40流明之光電流。此種高的光電流 可藉由半導體雷射'光源之緊密構造和小的熱電阻來實現。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，其包括至少 一監視二極體’此監視二極體用來偵測一種由半導體雷射 發出之輻射。藉由此監視二極體，則可對該半導體雷射進 行主動的功率調整’特別是對所發.出之總輻射進行一種色 彩修正。 半導體雷射光源較佳是包括一個精確的監視二極體， 201145734 其直接或間接地安裝在光學組件上。藉由該精確的監視二 極體，可偵測每一由半導體雷射所發出之部份輻射之輻射 成份。換言之，由半導體雷射所發出之部份輻射之輻射成 份分別經由該光學組件而傳送至該監視二極體。由於只有 一監視二極體，則可省略多個組件且半導體雷射光源可緊 密地構成而達成特別小的體積。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，至少一個半 導體雷射具有一個半導體本體，其在遠離載體上側之主面 上具有一個上側金屬層。此上側金屬層較佳是沿著半導體 本體之縱向而至少延伸50%或75%。藉由該上側金屬層來 對該半導體本體施加電流。於是，半導體本體上不需額外 之電性接觸區，這樣可使半導體本體更緊密地構成而可達 成特別小的體積。 依據半導體雷射光源之至少一實施形式，該上側金屬 層藉由一側面金屬層而與載體之載體上側上之導電軌導電 性地相連接著，該側面金屬層至少以局部地方式而安裝在 半導體本體之縱向側上。或是，除了_側面金屬層以外，亦 可產生多個經由半導體本體之缺口，其至少一部份是以導 電材料來塡充且該上側金屬層導電性地與載體上側上之導 電軌相連接。 以下，將參考各圖式和實施例來說明此處所述之半導 體雷射光源。各圖式和實施例中相同-或作用相同的各組件 分別設有相同的參考符號。所示的各元件和各元件之間的 比例未必依比例繪出。反之，爲了清楚故各圖式的一些元 -10- 201145734 件予以放大地顯示。 【實施方式】 圖1A是半導體雷射光源1之一實施例之切面 1B是其俯視圖。半導體雷射光源1包括載體2，其 體上側20和與該載體上側相對的載體下側25。在 上側20上藉由金屬層而形成導電軌6a，6b。藉由連ί 而在二個導電軌6a，6b上分別安裝三個半導體雷射 1B之俯視圖中’半導體雷射3只藉由虛線來表示。 導體雷射3分別有一部份是與載體上側25上之導霄 6b重疊，請參閱圖1B。藉由此種重疊，可實現半導 3之特別省空間的接觸區和緊密的配置。又，半導體 在電性上相隔開且可互相獨立地受到控制。半導體 源1之外部電性接觸是藉由接合線1 9來達成。該些 19是在體積10的外部且安裝在導電軌6 a，6b上。 又，在載體下側25上安裝金屬層7，其較佳是 下側2 5之整個部份或大部份上延伸且在該載體2上 焊接或黏合而連接至未顯示的安裝載體之外部。又 2較佳是具有高的比（specific)導熱値，使半導體雷: 未顯示之該安裝載體之間的熱阻較小。 可選擇地（optionally)，殼體框18可藉由導電軌 而安裝至載體上側2 0。殼體框1 8例如以金屬或玻 導體材料（例如，矽）或塑料來形成，且覆蓋區5藉 密封劑1 7而固定至該殼體框1 8。該覆蓋區5形成 半導體雷射3所產生的輻射透過。該密封劑1 7可以 圖且圖 具有載 該載體 妾劑2 1 3。圖 該些半 ΐ 軌 6a， 體雷射 雷射3 雷射光 接合線 在載體 可藉由 ，載體 討3和 6a, 6 b 璃或半 由一種 爲可使 是金屬 -11- 201145734 焊劑、玻璃焊劑或焊接縫。一種圖中未顯示的電性絕緣層 可選擇地安裝在導電軌6a, 6b和殼體框1 8之間。若殼體框 18不存在，則該覆蓋區5較佳是直接安裝在載體上側20 和導電軌6a, 6b上或安裝在該電性絕緣層上（與圖式不同）。 體積10藉由載體2、殼體框18和該覆蓋區5而氣密 地封閉著。體積10中例如以乾燥之空氣或氮氣來塡充。半 導體雷射3是與光學組件4a，4b —起存在於該體積10中。 該覆蓋區5和光學組件4a, 4b以及微機電鏡面1 1在圖1 B 中爲了使圖面簡化而未顯示。 光學組件4a, 4b固定在該覆蓋區5上。藉由光學組件 4a之一部份，可使半導體雷射3所發出之輻射聚焦。藉由 光學組件4b之一部份，可使輻射轉向且使多個部份輻射合 倂成總輻射Q。總輻射Q藉由微機電鏡面1 1而導引至成像 單元。一可隨著時間而改變的影像9由該微機電鏡面1 1所 產生，使半導體雷射光源1可用作投影機。影像9較佳是 藉由影像面之列方式或行方式的掃描而產生或藉由利沙 (1^8^：|〇1^)-圖而產生。同樣，半導體雷射光源1亦可用作 顯示器，其大致上是一種雷射指針（pointer)。 體積 10 在載體上側 20 上之基面具有最多 2.5mmx2.5mm的尺寸。體積10之高度在與載體上側20垂 直之方向中最多是1.5mm。殼體框18和該覆蓋區5之外部 尺寸超過該體積1 〇之內部尺寸之比例較佳是最多爲4〇%， 特別是最多爲2 5 %。半導體雷射3之電功率總消耗量例如 是至少1 W或至少2 W。半導體雷射光源1較佳是在使用 -12- 201145734 中或共同安裝在晶圓面上，特別是在所謂全（fu丨丨）_晶圓製 程中可共同組構或安裝著。 圖2顯示半導體雷射光源1之另一實施例。載體上側 20上之導電軌6a，6b經由電性接觸孔67a，67b而與載體下 側25上對應的導電軌7a，7b相連接。在載體上側20上的 俯視圖觀看時’各接觸孔67a，67b位於該覆蓋區5之旁。 請參閱圖2B之底視圖，載體下側25上之各導電軌7a，7b 以直線形式來形成且在縱向觀看時較佳是在整個載體上側 25上延伸’以確保在表面安裝時可對未顯示之安裝載體達 成高的熱接觸。各導電軌7a，7b佔整個載體上側25之面積 份量例如大於5 0 %或大於7 5 %。 與圖式不同，半導體雷射3亦可不是各別地受到控制 而是一部份或完全地在電性上並聯或串聯。適當的電路佈 置可藉由載體上側20上之導電軌6a, 6b以及載體下側25 上之導電軌7a，7b來實現。 光學組件4依據圖2而直接安裝在覆蓋區5上。成像 透鏡是藉由繞射式光學元件1 2而形成。繞射式光學元件 12包括繞射光柵且用來顯示一種造型不隨時間改變的影 像’例如’公司槪念（Logo)的形式之影像。然而，影像的 造型可隨著時間改變，這是藉由對該半導體雷射3施加可 隨時間改變的電流來達成。 在圖3之實施例中，藉由直接形成在該覆蓋區5上之 光學組件4來使輻射轉向和合倂。該體積1 〇的外部係在該 覆蓋區5上安裝一用來使輻射聚焦的透鏡8。此透鏡8及/ -13- 201145734 或光學組件4可與該覆蓋區5形成爲單件形式，就像其它 實施例一樣。 圖4顯示光源1’之另一形式，其中該體積10中只存在 著唯一的半導體雷射3。該體積10可較小地形成且最多爲 5 mm3或最多爲2.5 mm3。各導電軌6a，6b以及可選擇性 地存在的光源1 ’之其它組件較佳是類似於半導體雷射光源 1之上述之實施例而形成。半導體雷射光源1之特徵因此 亦已揭示於光源1’中且反之亦然。 圖5和圖6顯示半導體雷射3r, 3 g，3b之較佳實施形 式的透視圖。依據圖5，半導體雷射3r，3 g, 3b分別具有一 基板3 3，其例如以陶瓷來形成或由陶瓷構成。在基板3 3 上藉由金屬層而分別形成二個導電軌34n，3 4p。半導體雷 射3r，3g，3b之每一個半導體本體30安裝在特定之分別的 基板3 3上。可經由一與基板3 3相面對的側面以藉由焊劑 (例如，AuS η-焊劑）而與半導體本體30達成電性接觸。由 半導體雷射3r，3g，3b所發出之部份輻射Tl，Τ2, Τ3以箭 頭來表示。 在半導體本體30之遠離該基板33之一側面上安裝-_ 上側金屬層32，其覆蓋該半導體本體30之遠離該基板之 主面的主要部份。在該半導體本體30之多個縱側上分別安 裝側面金屬層3 5，藉此使上側金屬層3 2與導電軌3 4p相 連接。在半導體本體3 0和側面金屬層3 5之間較佳是形成 未顯示之電性絕緣的中間層。 在圖6之半導體雷射3r中，經由半導體本體30而形 -14- 201145734 成多個缺口 31’其中各缺口環形地由半導體本體3〇之半 導體材料所圍繞著且至少一部份是以導電材料來塡充。在 該導電材料和半導體材料之間，圖6中未顯示之電性絕緣 的中間層較佳是存在於缺口 3 1中。藉由至少一部份已塡充 之缺口 31 ’使導電軌34p電性連接至上側金屬層32。 半導體雷射3g，3b中，在半導體本體30之縱側上形成 多個凹口 36。在製造半導體雷射3g，3b時，可沿著縱側以 藉由這些凹口 36來形成額定缺口區，其上可沿著半導體本 體3 0來進行劃分。特別是只有在凹口 3 6中才可安裝側面 金屬層3 5，其使上側金屬層3 2與導電軌3 4p形成電性連 接。 導電軌34n，34p較佳是與圖5和圖6中未顯示之位於 基板33之遠離半導體本體30之下側上之電性終端區形成 可導電的連接，使半導體雷射3r，3g, 3b可藉由表面安裝（簡 稱爲SMT)而安裝在半導體雷射光源1之載體上側20上。 由於半導體雷射3r，3g，3b之半導體本體30能以無接 合線的方式來達成電性接觸，則半導體本體3 0能特別緊密 且省空間地製成。例如，半導體本體30之寬度分別最多是 180微米，特別是在50微米（含）和150微米之間。半導體 本體30沿著縱向之範圍例如是在400微米（含）和4000微 米之間。基板33之厚度較佳是在40微米（含）和200微米 之間。半導體雷射3之總厚度較佳是在50微米（含）和5〇〇 微米之間。 半導體雷射光源1之另一實施例顯示在圖7中。此半 -15- 201145734 導體雷射光源1在該體積10內具有三個監視二極體16, 其分別配屬於半導體雷射3r，3g，3b之一。藉由該些監視 二極體16’可實施彩色平衡且可補償半導體雷射3r，3g，3 b 之功率上的變動。可經由載體上側20上之導電軌6c，6d 而與監視二極體7電性接觸。就像導電軌6a，6b —樣，各 導電軌6 c，6 d可經由接觸孔6 7而與載體下側上相對應的導 電軌（圖7中未顯示）相連接。 依據圖7，光學組件4是以棒形來形成。光學組件4 中加上光學塗層4〇r, 4〇g，40b，其分別形成爲對部份輻射 ΤΙ, T 2, T3中之一具有反射性且可使其它的部份輻射透 過。部份輻射T 1，T2 , T3之較少的輻射份量經由光學塗層 40r，4〇g，4 0b而入射至監視二極體16。總輻射Q經由對全 部的部份輻射Tl，T2, T3都具有反射性的另一塗層40d而 轉向至微機電鏡面11。同樣，.半導體雷射3r, 3g, 3b可發 出極性不同之部份輻射ΤΙ，T2，T3且光學組件4是具有極 性選擇性的元件。與圖式不同，半導體雷射光源1例如包 含分別二個半導體雷射，其在相同的波長中以不同的極化 方向來發射且藉由光學組件4而進行合倂。 可選擇地，半導體雷射3r，3 g，3b之後分別配置一個 透鏡8 a，其位於半導體雷射3r，3 g，3b和光學組件4之間。 然而’光學組件4和半導體雷射3 r，3 g，3 b之間的距離較 佳是不大，例如，最多600微米、最多4〇〇微米或最多200 微米，使該透鏡8a可省略。 依據圖7，載體上側20上之導電軌6a，6b在載體上側 -16- 201145734 20上之俯視圖觀看時未在該體積ι〇之外部延伸。因此， 各接觸孔67在俯視圖中觀看時亦位於殼體框18之內部 中。於是’可將特別是由金屬形成的殻體框18直接安裝在 該載體上側20。另一用來對總輻射q聚焦的透鏡8b安裝 在殼體框18上或安裝在圖7中未顯示的覆蓋區5上。 依據圖8，在多個部份輻射合倂之後，經由該光學組 件4之總輻射Q不再發生轉向現象。在該載體上側20上的 俯視圖觀看時’導電軌6a，6b以及接觸孔67位於該殼體框 1 8之外部。 依據圖9，透鏡8安裝在光學組件4上且位於該體積 1 〇的內部。 亦像圖9之實施例一樣，圖1 〇中在該載體上側20的 俯視圖觀看時，導電軌和各接觸孔67配置在殼體框18之 內部。監視二極體16位於半導體雷射3r，3 g，3b之遠離光 學組件4之此側上。 在圖1 1之半導體雷射光源1之實施例中，在載體下側 25上安裝一特定用途積體電路（簡稱爲 ASIC)以用來控制 半導體雷射3Γ，3g，3b，請參閱圖11A之切面圖和圖11B 之俯視圖。藉由電路22來控制半導體雷射3r，3g，3b且可 選擇地對監視二極體1 6之信號進行評估。 依據圖1 2，半導體雷射光源1具有光學組件4，其設 有光學塗層40。半導體雷射3r之部份輻射T1基本上無阻 礙地透過該光學組件4。半導體雷射3b之部份輻射T2在 面向該半導體雷射3 r之一側上發生反射且轉向至透鏡 -17- 201145734 8b，其在體積10中配置成與光學組件4分離。半導體雷射 3g之部份輻射T3在光學組件4之遠離半導體雷射3r之主 面上藉由塗層40而轉向至透鏡8b»位於光學組件4和半 導體雷射3r，3g，3b之間的透鏡8a較佳爲省略。 該監視二極體1 6直接或間接地安裝在光學組件4上且 接收半導體雷射3r，3 g, 3b之經由光學組件4而轉向至監 視二極體16之輻射成份。半導體雷射3r，3 g，3b之各別的 輻射功率之決定較佳是在只有半導體雷射3r, 3g，3b中的 一個在操作時進行，例如，當總輻射Q位於待顯示之影像 的影像場之外部時進行。 在圖1 3之半導體雷射光源1之實施例中，光學組件4 形成爲稜鏡之形式。光學組件4.之平坦的第一主面41面向 該半導體雷射3 g。半導體雷射3 g之部份輻射T 1傾斜地入 射至第一主面41，於是在第一主面41上發生折射。然後， 該部分輻射T1穿過該光學組件4且在平坦的第二主面42 上同樣發生折射而射出以及繼續傳送至安裝在該體積1 0 外部之透鏡8。 半導體雷射3r，3b傾斜於半導體雷射3g而配置著且面 向第二主面42。第二主面42定向成平行於第一主面41。 半導體雷射3r之部份輻射T3在第二主面42上入射至光學 組件4且然後在第一主面41上發生反射。在第一主面41 上發生反射之後’部份輻射T1，T3疊合地傳送。 半導體雷射3b之部份輻射Τ2在第二主面42上發生反 射且藉由該反射而與部份輻射T 1，T3疊合地合倂成總幅射 • 18 - 201145734 Q。部份輻射Τ2, T3亦傾斜地入射至第二主面42。主面41、 42設有適當地發生作用的光學塗層，其未顯示在圖13中。 較佳是對半導體雷射3r，3g, 3b至透鏡8之距離進行 設定’使部份輻射T 1 , T2，T3在入射至透鏡8時之發散性、 輻射直徑及/或方向爲相等或近似相等，就像全部之其它實 施例一樣。 依據圖14’光學組件4構成爲長方六面體形式。光學 組件4中加上二個光學塗層4〇,其可透過該半導體雷射3g 之部份輻射T1，且對該半導體雷射3r，3b之部份輻射T2, T 3具有反射性。沿著該部份輻射τ丨之輻射方向該光學組 件4之範圍較佳是最多800微米，特別是在400微米（含） 和7〇〇微米之間，特別是大約600微米。該體積1〇之尺寸 在俯視圖中觀看時是2mm><2mme 與圖14不同’半導體雷射3r，3g發出相同的波長之部 份輻射T 1，T2 ’其中部份輻射T 1，T2以不同方式被極化。 部份輻射T 1，T2之合倂例如以下述方式來達成：位於半導 體雷射3g附近之塗層4〇使具有第一極化方向之部份輻射 T2發生反射且使具有第二極化方向之部份輻射τΐ透過。 換言之，該光學組件4亦是一種具有極化選擇性的元件。 半導體雷射光源1如圖15所不具有多個積體電路22a， 22b，22c，其分別經由電線23而互相連接且與未顯示的外 部組件相連接。積體電路22a，22b, 22c以及具有半導體雷 射3之載體2安裝在一安裝載體50之上側上，其中半導體 雷射3發出平行於該安裝載體50之主面之部份輻射τΐ,Τ2, 201145734 T3。積體電路22a，22b，22c例如是成像透鏡用之電 動器、半導體雷射3用之驅動器電路、及/或視頻訊 單元。與圖式不同，積體電路22a，22b，22c亦可直 在載體2上。 殻體框18例如具有介於0.1mm(含）和2.0mm之 度’較佳是介於0.15mm(含）和0.5mm之間，特別是大 微米。如圖15所示，若殼體框亦用來將總輻射Q發 該殼體框例如以玻璃來形成且至少在一區域（其中 射Q穿過該殻體框18)中設有抗反射層。 半導體雷射光源1較佳是具有二個近似感測I 1 3b之至少一者。近似感測器1 3b包括半導體光源 例如是一種在靠近紅外線光譜區中激發之發光二極 由半導體光源1 5來照射一觀測場1 5 0，其基本上覆 9之影像場，該影像9是由微機電鏡面11所產生。 若-一物件位於該觀測場1 5 0中，則由該半導體ί 所發出的輻射反射回到該監視二極體1 6b之方向中 一種例如積體化於積體電路22a中的安全控制電路 使半導體雷射3r，3b，3g之功率下降’則可避免人 在觀測場1 5 0中之危險性。 近似感測器13a詳細地顯示在圖15B和圖15C 機電鏡面1 1懸掛在鏡面載體1 l〇a，1 10b上且可移動 著。在鏡面載體1 1 Ob上成對（pair)地安裝著監視二極 1 6 d，其信號成對地經由電線2 3 c，2 3 d而受到評估’ 藉由差動放大器來評估。請比較圖1 5 B ’監視二極‘ 子式驅 號處理 接安裝 間的厚 約300 出，則 該總輻 ϋ 13a, 15，其 體。藉 蓋影像 电源15 。藉由 1 4，可 類眼睛 中。微 地定位 體 1 6 c， 例如， ia 16c, -20- 201145734 16d位於鏡面載體1 10a，1 10b之遠離該光學組件4之背面 上。 藉由上述配置，則監視二極體1 6c，1 6d可偵測總輻射 Q的一部份，該一部份是由總輻射Q之另一輻射通道中的 物件反射至微機電鏡面11之方向中。藉助於差動放大器來 對監視二極體1 6c，1 6d之信號進行評估，則可測得一物件 是否在總輻射Q之輻射通道中。於是，藉由該安全控制電 路14可使半導體雷射3 r, 3 g，3b之功率下降。監視二極體 16c, 16d例如是以矽爲主。 在圖16之半導體雷射光源1之實施例中，與圖15不 同，形成爲微機電鏡面11之成像透鏡、以及透鏡8較佳是 同樣都安裝在體積1〇中。殻體框18設有一窗口 180，體 積1 〇之總輻射Q可經由該窗口 1 8 0而離開。該近似感測器 1 3同樣位於該體積中。監視二極體1 6亦位於該體積1 〇中。 監視二極體16中的二個安裝在光學組件4之遠離所屬的半 導體雷射3b, 3r之一側上，監視二極體16的另一個類似於 圖10而配置著，就像半導體雷射3r, 3 g，3b —樣。類似於 圖3或圖11來進行電性連接。該覆蓋區5未顯示在圖16 中。 與圖式不同且就像全部的其它實施例一樣，透鏡8是 一種具有多個透鏡之光學系統。特別是經由鏡面1 1上之光 學系統之總輻射具有較大的輻射直徑或藉由該鏡面11前 的光學系統來放大。於是’該輻射直徑及/或發散性較佳是 只在該鏡面1 1之後變小。換言之’該成像透鏡可位於多個 -21- 201145734 透鏡8之各別的透鏡之間。 一種輻射阱（trap)45可選擇地位於體積1〇中，特別是 位於窗口 180和半導體雷射3b，3 r，3g及/或監視二極體16 及/或近似感測器1 3之間。藉由該輻射阱，則總輻射Q之 在該窗口 180上反射之成份或經由該窗口 180而入射的光 特別是至少一部份可由監視二極體1 6及/或該近似感測器 1 3所阻擋。 該體積10較佳是抽成真空。這樣可使微機電鏡面11 達成高的移動速率。又，半導體雷射光源1不需具備該微 機電鏡面11所需之額外的真空室，這樣可使此真空室之窗 口上不會發生反射損耗。 透鏡8之輻射入射面之寬度d 1例如介於〇. 5 mm和 4.0mm之間，特別是大約2mm。透鏡8之與透鏡8中之總 輻射Q之輻射軸平行的高度d3特別是在0.5 mm(含）和 2.0mm之間，較佳是大約1 .0mm。配屬於半導體雷射3g之 監視二極體1 6和透鏡8之輻射入射面之間的距離d 2較佳 是在0.5 mm(含）和2.0mm之間或在0.75 mm(含）和5mm 之間，例如大約是1.25mm。體積10之內部範圍d4, d5大 約是4mmx5.5mm。載體2之外部範圍小於8mmx8mm，特 別是大約4 · 5 mm X 6mm。半導體雷射光源1之總高度小於 4mm，該體積10較佳是最多100 mm3。 圖17中顯示傳統之雷射光源1’。在圖16A之透視圖 中可看到該覆蓋區5，其設置在一安裝載體50上。依據圖 1 6B，該覆蓋區5已去除，請亦與圖1 6C之俯視圖相比較。 -22- 201145734 經由接合線19來與半導體雷射3’之半導體本體30達成電 性接觸。接合線1 9之一條到達上側金屬層3 2，接合線之 另一條到達導電軌6。半導體雷射3 ’之此種構造需要較大 的空間需求。 圖18A之俯視圖和圖18B之切面圖中的半導體雷射光 源1就輻射導引和光學構造而言基本上對應於圖16之半導 體雷射光源1，且就電性接觸而言基本上對應於圖11A之 半導體雷射光源1。又，半導體雷射光源1包括一特殊之 數位式ASIC 22a以用來接收視頻信號，以及特殊之類比式 ASICs 22b, 22c ，其可包含數位-類比-轉換器，以控制該微 機電鏡面11且控制該半導體雷射3。ASICs 22a，22b, 22c 安裝在該覆蓋區5之外部且靠近該覆蓋區5，請亦比較圖 1 5 A。該近似感測器1 3及/或環境亮度用的感測器1 3可選 擇地安裝在體積10中，就像全部的其它實施例一樣。 圖19和圖20B中可看出半導體雷射光源1和該覆蓋區 5之透視圖。該覆蓋區5包括光發出晶圓5 01，總輻射Q 在操作時經由光發出晶圓501且在該覆蓋區5內部之微機 電鏡面11上發生反射之後離開該半導體雷射光源1。該光 發出晶圓501較佳是局部地或整面上設有一種抗反射層， 例如，設有420奈米至660奈米之光譜區用之寬頻帶-抗反 射層。 光發出晶圓501、封面晶圓502、側面晶圓503和背面 晶圓504較佳是由相同的材料製成，其中該光發出晶圓501 可具有較高的光學品質。上述各組件較佳是由玻璃製成， -23- 201145734 該玻璃之熱膨脹係數須與載體2相配合。例如，該覆 5和載體2之組件之熱膨脹係數互相之間的差値最 2 5°/。或最多是10%或最多是5%。載體2較佳是由氮化 成。 該覆蓋區5黏合或焊接在框ι8上或直接黏合或焊 載體2上，使得體積1〇成爲緊密。該覆蓋區5之各別 件例如互相黏合或以單件形式來製成。各組件的厚度 是在0 · 4 m m (含）和1 . 6 m m之間，例如，厚度L 2大約是〇 且厚度L5大約是1.0mm。長度L3特別是在2mm(含）和 之間’較佳是大約5 m m。長度L 1特別是在3 m m (含）和 之間’較佳是大約6 m m。長度L 4特別是在2 m m (含）和 之間，較佳是大約4mm。該載體2和光發出晶圓501 的角度α較佳是在60度（含）和75度之間，例如大約 度。 圖20Α中顯示載體複合物（wafer)200之俯視圖。 體複合物 200例如是一種氮化鋁-晶圓，其直徑大 102mm或大約是152mm，此晶圓上安裝著半導體雷射 互相接觸。在光學上的校準之後、但應在該載體複合物 劃分成各別之半導體光源1之前，在保護氣體中或真 將圖20B之覆蓋區5安裝在該載體複合物200上。基 此半導體光源1之整個製程是在載體複合物200中 (即，晶圓位準（wafer-level))。 本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述 之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合 蓋區 多是 鋁製 接在 的組 特別 5mm 8mm 9mm 6mm 之間 67.5 此載 約是 3且 200 空中 本上 進行 。反 ，特 -24- 201145734 別是包含各申請專利範圍-或不同實施例之各別特徵之每 一種組合’當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示 在各申請專利範圍中或各實施例中時亦屬本發明。 本專利申g靑案主張德國專利申請案1 〇 2 〇 1 〇 〇 1 2 6 0 4.7 之優先權，其已揭示的整個內容在此一倂作爲參考。 【圖式簡單說明】 圖1至圖3以及圖7至圖16、圖18和圖19是此處所 述之半導體雷射光源之實施例之示意圖。 圖4和圖17是半導體雷射光源之另一形式的示意圖。 圖5和圖6是此處所述之半導體雷射之實施例的示意 圖。 圖20是此處所述之半導體雷射光源之覆蓋區之實施 例的示意圖。 【主要元件符號說明】 1 半導體雷射光源 1， 光源 2 載體 20 載體上側 200 載體複合物 25 載體下側 3 半導體雷射 3， 半導體雷射 3 r, 3 g, 3 b 半導體雷射 30 半導體雷射之半導體本體 -25- 201145734 3 1 經由半 32 上側金 3 3 基板 34η, 34ρ 導電軌 3 5 側面金 3 6 半導體 4 光學組 4a, 4 b 光學組 40 光學上 40r, 40g, 40b, 40d 光學塗 4 1 光學組 42 光學組 5 覆盖區 501、502、503、504 覆蓋區 6 載體上 6a, 6b, 6c, 6d 導電軌 67 電性接 67, 67b 接觸孔 7 載體下 7a, 7b 導電軌 8 ， 8a， 8b 透鏡 9 影像 10 體積 11 微機電 110 鏡面載 鏡面 體 導體本體之接觸孔 屬層 屬層 本體之側面上的缺口 件 件 有效的塗層 層 件之第一主面 件之第二主面 之組件 側上之導電軌 觸孔 側上之導電軌 -26- 201145734 110a, 1 1 Ob m 12 繞 13 近 13 a, 13b 近 14 安 15 半 15 0 近 16 監 16a, 16b, 16c, 16d 監 17 密 18 殼 18 0 殼 19 接 2 1 電 22 特 22a 數 22, 22c 類 23 電 面載體 射式光學元件 似感測器 似感測器 全控制電路 導體光源 似感測器之觀 視二極體 視二極體 封劑 體框 體框中的窗口 合線 性連接劑 殊用途積體電 位式A S I C 比式A S I C 線 測場 路（ASIC) 23c, 23d 電線 45 輻射阱 50 安裝載體 55 中間載體 d 範圍/長度 L 長度 -27- 201145734 LI, L3, L4 長度 L2, L5 厚度 Q 總輻射 T 部份輻射 T 1 , T2, T3 部份輻射 a 角度 d 1 寬度 d2 距離 d3 高度 d, d5 內部範圍 -28-

Claims (1)

1. 201145734 七、申請專利範圍： 1 .—種半導體雷射光源（1 )，包括： -載體（2)，其具有載體上側（20)， -至少二個半導體雷射（3)，該等半導體雷射（3)安裝在 該載體上側（20)上， -至少一光學組件（4)，其在發射方向中配置在至少一個 半導體雷射（3)之後，以及 -一覆蓋區（5)，藉此使該等半導體雷射（3)以及該光學 組件（4)緊密地包封在一共用的體積（10)中，且該體積 (10)之尺寸最多是8mmx8mm><7mm， 其中該光學組件（4)用來使該等半導體雷射（3)所發出之 部份輻射（T)重疊著且合倂成總輻射（Q)。 2 ·如申請專利範圍第1項之半導體雷射光源（1 )，其中該光 學組件（4)在光學上直接配置在該等半導體雷射（3)之 後。 3 ·如申請專利範圍第1至2項中任一項之半導體雷射光源 (1)，其包括至少二個半導體雷射（3)，其用來發出波長 相同而極化方向不同之輻射且藉由極化選擇而佈置成 的光學組件（4 )以重疊成一共同的輻射。 4 _如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體雷射光源 (1 )’其中該光學組件（4)使該等部份輻射或總輻射之發 散性未下降且至少一透鏡（8)配置在該光學組件（4)之 後。 5 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體雷射光源 •29- 201145734 (1 )，其可機械地及/或電性地達成表面安裝，且在俯視 圖中觀看時該等半導體雷射（3)分別經由至少二個導電 軌（6)而延伸至該載體上側（20)。 6 .如申請專利範圍第1至5項中任一項之半導體雷射光源 (1)，其中每一個半導體雷射（3)以無接合線的方式而分 別與該載體上側（20)上之至少二個導電軌（6)達成電性 上和機械上的接觸。 7 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體雷射光源 (1)，其中該載體上側（2 0)上之該等導電軌（6)是與該載體 上側（2 0)相對的載體下側（2 5)上相對應之導電軌（7)形成 電性連接且該載體下側（25)上之導電軌（7)用於該半導 體雷射光源（1 )之表面安裝。 8 .如申請專利範圍第1至7項中任一項之半導體雷射光源 (1)，其中在該載體上側（20)上安裝至少一成像透鏡，其 -是微機電鏡面（1 1)，用來將該總輻射（Q)投影成一可隨著 時間改變之影像（9 )，及/或 -是繞射式光學元件（12)，其用來將該總輻射（Q)投影成 一不隨著時間改變之影像（9)。 9 ·如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體雷射光源 (1)，其中 -在該載體上側（20)上包括至少一近似感測器（13)，其用 來偵測該半導體雷射光源（1 )之影像場中之物件，且 -包括一安全控制電路（14)，其依據該近似感測器（13)之 信號以使該半導體雷射（3)之發射功率下降，且 -30- 201145734 -該近似感測器（13)位於成像透鏡（1 1，12)之背面’其中 該背面是與該成像透鏡（1 1，12)之使該總輻射（Q)反射之 前側f目對。 1 0.如申請專利範圍第1至9項中任一項之半導體雷射光源 (1)，其中用於該半導體雷射（3)之驅動器電路、用於該 成像透鏡之電子式驅動器以及視頻信號處理單元位於 該載體上側（20)上及/或一安裝載體（50)上，該安裝載體 (50)上安裝著該載體（2)。 11.如申請專利範圍第1至10項中任一項之半導體雷射光 源（1)，其中該近似感測器（13)偵測該總輻射（Q)之由該 物件所反射的部份，或 該近似感測器（13)包括一在靠近紅外線光譜區中激發之 半導體光源（15)以及偵測由該半導體光源（15)所發出且 由該物件所反射之輻射之一部份。 1 2 .如申請專利範圍第1至1 1項中任一項之半導體雷射光 源（1)’其恰巧包括一監視二極體（1 6 )，其用來主動地調 整該半導體雷射（3)且安裝在該光學組件（4)上， 其中由該等半導體雷射（3)所發出之每一個部份輻射（τ) 之份量都經由該光學組件（4)而導引至該監視二極體 (16)。 1 3 .如申請專利範圍第1至1 2項中任一項之半導體雷射光 源（1)，其中至少一個半導體雷射（3)具有半導體本體 (3〇) ’其在遠離該載體上側（20)之主面上具有上側金屬 層（3 2) ’其沿著該半導體本體（3 0)之縱向延伸了至少 -31 - 201145734 5 0%，其中 -上側金屬層（3 2)經由安裝在該半導體本體（3)之縱側 上之側面金屬層（3 5)而與該載體上側（20)上之多條導 電軌（6)之一導電性地相連接，及/或 -該上側金屬層（32)藉由經由該半導體本體（30)之接觸 孔（3 1)而與該載體上側（20)上之多條導電軌（6)之一 導電性地相連接。 1 4 ·如申請專利範圍第1至1 3項中任一項之半導體雷射光 源（1)，其中該至少一透鏡（8)、該成像透鏡以及至少一 監視二極體（16)配置在該體積（10)中。 -32-