WO2020104233A1 - Halbleiterlaser und herstellungsverfahren für einen halbleiterlaser - Google Patents

Halbleiterlaser und herstellungsverfahren für einen halbleiterlaser

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WO2020104233A1
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laser diode
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Peter Jander
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • a semiconductor laser is specified.
  • One task to be solved is to provide a semiconductor laser that can be manufactured efficiently and that emits radiation with defined optical properties.
  • the housing is preferably hermetically sealed.
  • the housing comprises a semiconductor material such as silicon and / or germanium or a metallic carrier such as a molybdenum plate.
  • the housing preferably comprises at least one transparent material, such as a glass and / or sapphire.
  • the housing can also contain plastics.
  • Hermetic means that there is no significant exchange of substances such as oxygen or water vapor between the inside and the outside of the housing.
  • Hermetically sealed means, for example, that a leak rate is at most 5 x 10 ⁇ p am / s ,
  • the housing comprises one or more laser diode chips.
  • the at least one laser diode chip is accommodated in the housing and
  • the laser diode chips are located in a recess in the housing.
  • the housing comprises a cover plate.
  • the cover plate is at least partially transparent to the laser radiation generated during operation.
  • the cover plate can be made of a single, homogeneous material. Alternatively, the cover plate for the
  • the cover plate is a window through which the laser radiation emerges.
  • the cover plate contains a light exit surface for the one generated during operation
  • the cover plate preferably forms a cover of the housing, the cover plate forming a recess in the housing
  • the laser diode chips are preferably attached to a bottom of the recess, so that the cover plate can be arranged at a distance from the laser diode chips.
  • the cover plate is thus preferably different from an assembly platform for the laser diode chips.
  • a distance between neighboring ones Exit areas are, for example, at least 0.1 mm or 0.4 mm or 1 mm.
  • a side wall of the housing can serve as an exit window for the laser radiation generated.
  • Exit areas are then located in the side wall, in particular on an outside of the side wall. Furthermore, it is possible for the light exit surface with the exit regions lying next to one another to be distributed over one or more side walls and over the cover plate.
  • the cover plate also applies to a side wall if the side wall comprises at least one of the exit areas.
  • cover plate can alternatively be taken over by a base plate on which the
  • each is a member of a same in at least one embodiment.
  • Laser diode chips preferably have a 1: 1 assignment.
  • the light exit plane is preferably perpendicular to the radiation directions of the
  • Light exit surface oriented. It is possible for the light exit surface to be in the light exit plane, at least in areas outside the exit areas. According to at least one embodiment, the cover plate has different average thicknesses in the outlet areas. That means the cover plate is in at least one
  • Path length for the laser radiation of all laser diode chips is the same up to the light exit plane.
  • the same means that differences in the optical path lengths are at most 3 ⁇ m or 1.5 ⁇ m or 1 ⁇ m.
  • an angle tolerance of the respective laser radiation is preferably
  • Semiconductor laser is a housing in which one or more
  • Laser diode chips are encapsulated.
  • the housing comprises a cover plate and / or a side wall which is transparent to the laser radiation generated during operation.
  • the cover plate and / or the side wall has a light exit surface with adjacent exit areas. Each of the exit areas is exactly one of the laser diode chips
  • the light exit surface is in one
  • Beam path arranged downstream of a light exit plane.
  • Exit areas have different average thicknesses, so that an optical path length for the laser radiation of all laser diode chips up to the light exit plane with a
  • Tolerance of at most 3 ym or at most 1.5 ym is the same.
  • Laser diodes aiming at the radiation of each Combining laser beam sources in one point, it can be advantageous to use a common optical element for focusing.
  • a focal plane of the optical element is determined by the optical path length between the laser beam source in question and the optical element. It is necessary for everyone
  • Laser beam sources adjust the optical path length with a high degree of precision so that the focus point is at the same distance from the optics for all sources. In addition, it may be necessary to adjust the direction of the beam axes of the sources with high precision.
  • submounts the submounts must also be mounted with high precision in the housing. If additional optical elements are integrated in the housing, these optical elements must also be mounted with high precision. In addition, it can also make sense to set a direction of beam axes precisely in addition to the optical path, in order to simplify assembly of the downstream optics. This applies equally to semiconductor lasers with only one laser diode chip as well as with several
  • Metallizations are not sufficiently precisely aligned to the facets. Furthermore, the placement of laser diodes or of optical components with high precision comparatively slowly and therefore costly. There is also a conventional active placement where the
  • Laser diodes are operated comparatively slowly and therefore expensive.
  • Laser diodes must be kept at the soldering temperature for a long time, especially if several laser diodes are soldered onto a common submount. This often has a negative impact on the life of the laser diodes.
  • Path length is set in which the path length of the irradiated window is changed individually for each beam of the laser diode chips after all laser diode chips have been placed and fixed. For this purpose, the light cones of the individual
  • Exit areas can also be a beam direction
  • the path length adaptation and / or the surface adaptation is possible, for example, by local laser ablation of the window in the irradiated exit areas.
  • the window that is to say the cover plate, can have a high refractive index in order to achieve a great influence on the optical path length with shallow ablation depths.
  • the window for example made of glass, the
  • the condition of the window is changed locally by laser radiation, so that the etchability of the material of the window is increased locally.
  • the window is etched, a material of the window preferably being removed in the exit areas.
  • Alignment of the surface is controllable. Furthermore, it is possible that in the case of a window, for example made of glass, laser refraction locally changes the refractive index and thus the optical path while the thickness remains the same.
  • the applied material preferably has a high refractive index in order to achieve a large difference in the optical path length with thin applied layers.
  • the path length difference between the laser diode chips and the light exit plane can be adjusted and adjusted.
  • the optical path length of all laser diode chips is measured beforehand.
  • the cover plate is processed in order to set the optical path length to the desired value.
  • the path length difference can be set to a target value, for example by a chromatic one
  • Laser diode chips are operated in order to measure a focus position and / or a beam direction of each laser diode chip directly and thus to determine the necessary removal or application of material in the exit areas. Furthermore, the focus positions and / or the beam directions can also be measured simultaneously during the processing of the cover plate in order to control the process of processing the cover plate directly.
  • Beam direction i.e. the target values
  • the semiconductor lasers can be tested at an early stage and, if necessary, sorted out before the complex processing of the cover plate.
  • Exit areas or most exit areas are flat partial areas of the light exit area. This means that the at least one relevant exit area has no or no significant curvature for the laser radiation.
  • Exit areas or all exit areas have a defined curvature.
  • Such a curvature can be used, for example, to create a beam profile of the relevant one
  • the exit areas can be shaped like a lens or correction optics.
  • Laser diode chips edge emitting semiconductor laser chips.
  • an active zone of the laser diode chips is preferably parallel or approximately parallel to the
  • Laser radiation from the laser diode chips thus takes place parallel to the active zone, that is to say parallel or approximately parallel to the light exit plane. Approximately means
  • the laser diode chips can also be used as the laser diode chips.
  • edge emitting laser chips that emit perpendicularly or approximately perpendicularly to the light exit plane. It is also possible that edge emitting
  • Semiconductor laser chips are mounted in the housing such that an emission occurs perpendicularly or approximately perpendicularly to the light exit plane.
  • one or more deflecting optics are arranged in the housing.
  • the at least one deflecting optics is set up to deflect the laser radiation generated during operation towards the cover plate, in particular in a direction perpendicular or approximately perpendicular to the light exit plane.
  • the deflection optics is a 45 ° mirror.
  • the deflection optics are preferably reflective and flat.
  • the housing comprises a base plate.
  • the housing also includes a Middle part, with such a middle part between the base plate and the cover plate.
  • the base plate and the cover plate and the optional middle part are attached to one another by anodic bonding and / or by soldering. Alternatively or in addition, can be used to connect the
  • Base plate, the cover plate and the optional middle part also a different connection technology, such as gluing or
  • Wafer bonding can be used. With that, the
  • the middle part and the cover plate are made of the same material.
  • a glass is used.
  • the middle part and the cover plate are preferably attached to one another via anodic bonding.
  • the base plate is made of a semiconductor material such as silicon, for example.
  • the base plate is one
  • Printed circuit board for example made of a ceramic material or based on a metal, such as a metal core board.
  • the middle part comprises the deflecting optics.
  • Exactly one deflection optics is preferably present, which, as an oblique boundary surface of a recess in the central part, directs all laser beams of the laser diode chips towards the cover plate. In this case they are
  • Laser diode chips are preferably arranged in the recess in the housing, in particular in the middle part.
  • a thickness of the cover plate is at least 0.1 mm or 0.2 mm or 0.3 mm at least outside the exit areas. Alternatively or in addition, this thickness of the cover plate is at most 2 mm or 1 mm or 0.5 mm or 0.3 mm.
  • Thickness reduction or maximum thickness reduction set up The actual reduction or the possible reduction in thickness can be comparatively large relative to the thickness of the cover plate.
  • the thickness reduction in at least one of the outlet areas is at least 20% or 35% or 50% and / or at most 80% or 70% of the thickness of the cover plate outside the outlet areas, or such a thickness reduction is possible.
  • maximum thickness changes of only at least 3 ⁇ m or 20 ⁇ m are required in one of the exit regions or in all exit regions.
  • Refractive index of the cover plate for the laser radiation generated during operation at at least 1.4 or 1.6.
  • the refractive index is at most 2.5 or 2.0 or 1.8 or 1.6.
  • the refractive index is preferably between 1.4 and 1.6 inclusive.
  • Refractive index apply to the wavelength of the respective laser radiation and in particular at a temperature of 300 K, i.e. approximately room temperature.
  • Exit areas seen in plan view of the light exit surface and / or in cross section through the light exit surface have different shapes.
  • the exit regions are rectangular or elliptical or circular in shape when viewed from above.
  • the exit regions are preferably straight sections or also circular arc-shaped or hyperbolic curve sections.
  • At least one of the exit areas or all exit areas or most of the exit areas are oriented obliquely to the light exit plane.
  • An angle between the light exit plane and the relevant exit area is preferably relatively small and is in particular at most 5 ° or 3 °. Alternatively or additionally, this angle is at least 0.2 ° or 0.5 ° or 1 ° or 1.5 °.
  • the cover plate has a light entry surface.
  • the light entry surface is opposite the light exit surface.
  • the light entry surface is preferably flat. It is possible that the Light entry surface has an optically effective coating such as an anti-reflective coating.
  • the optical distance between the laser diode chips and the light entry surface along a beam path of the respective laser radiation is at least 0.2 mm or 0.3 mm or 0.5 mm. Alternatively or additionally, this optical distance is at most 3 mm or 2 mm or 1.5 mm.
  • the light entry surface is optically comparatively close to the laser diode chips.
  • the beam path is initially approximately parallel to the light entry surface and then takes place approximately perpendicular to the light entry surface from the optional deflecting optics.
  • the semiconductor laser is designed as an RGB unit.
  • at least one of the laser diode chips for generating red light, at least one of the laser diode chips for generating green light and at least one of the laser diode chips for generating blue light is set up.
  • These laser diode chips can preferably be operated electrically independently of one another.
  • Emit spectral ranges for example laser diode chips for generating near-ultraviolet radiation and / or for producing near-infrared radiation.
  • Beam shaping optics and / or the movable deflecting mirror are preferably located outside the housing. Such beam shaping optics and / or a movable deflecting mirror can be accommodated in a further housing in which the housing of the semiconductor laser is also located
  • At least one of the exit areas or all exit areas of the cover plate are directly with one or more
  • Anti-reflective coating can be applied continuously through the
  • Exit area may be limited.
  • Exit areas in a top view of the light exit plane arranged along a straight line.
  • optical center points that is to say penetration points of optical axes through the exit regions, lie on a straight line.
  • the mean roughness of the exit regions is at most 0.3 ⁇ m or 0.2 ⁇ m or 0.1 ⁇ m or 0.05 ⁇ m or 0.02 ⁇ m.
  • the method comprises the following steps, preferably in the order given:
  • Laser diode chips are balanced in the housing and the optical path length for the laser radiation of all
  • Tolerance of at most 3 ym or at most 1.5 ym is the same and / or with a tolerance of at most 3 ym or at most 1.5 ym is equal to a predetermined target value.
  • the cover plate can subsequently be processed as a separate part and independently of the other components of the semiconductor laser. Only after processing is the cover plate then applied to the at least one remaining component of the housing, so that the laser diode chips only after the creation of the
  • Exit areas are encapsulated. This is particularly advantageous if the processing of the cover plate could damage further components of the semiconductor laser, for example an optical system or the laser diode chips.
  • material is removed from the cover plate in step C).
  • the cover plate is thus thinner in at least one of the exit areas than next to the exit areas.
  • Material addition can have a geometric thickness
  • Cover plate remain the same, an optical thickness is varied by changing the material of the cover plate. This means that the refractive index of the material of the cover plate is changed locally, for example by means of laser radiation.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of an embodiment of one described here
  • FIGS. 1 to 4 are schematic sectional views of
  • Figure 5 is a schematic perspective view of a
  • FIGS. 6 to 8 calculations for a path length difference for semiconductor lasers described here
  • Figure 9 is a schematic sectional view of a
  • Figures 12 and 13 are schematic sectional views of
  • Figures 14 to 18 are schematic sectional views of
  • Figure 19 is a schematic sectional view of a
  • the semiconductor laser 1 comprises three
  • Laser diode chips 31, 32, 33 which are preferably set up to generate red, green and blue light.
  • Laser diode chips 31, 32, 33 are optional on one
  • Intermediate carrier 30 attached. Such an intermediate carrier 30 is also referred to as a submount.
  • the laser diode chips 31, 32, 33 are edge-emitting laser chips.
  • the laser diode chips 31, 32, 33 are in one
  • the housing 2 is composed of one
  • Base plate 21 Base plate 21, a central part 22 and a cover plate 23.
  • the base plate 21 and the central part 22 are hermetically joined to one another via a solder connection 27.
  • connection between the cover plate 23 and the central part 22 is preferably made without an anodic bonding agent.
  • the middle part 22 and the cover plate 23 are
  • Laser radiation 41, 42, 43 transmissive.
  • the laser diode chips 31, 32, 33 are thus located in a recess 28 in the middle part 22.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of the semiconductor laser 1 from FIG. 1.
  • the laser diode chips 31, 32, 33 are identical to the laser diode chips 31, 32, 33.
  • the light exit plane 26 largely runs in a light exit surface 24 of the cover plate 23
  • Laser radiation 41, 42, 43 deflected towards the cover plate 23.
  • the laser radiation 41, 42, 43 enters the cover plate 23 via a flat light entry surface 25.
  • the cover plate 23 also has a plurality of exit regions 61, 62, 63 for the respective ones
  • the exit regions 61, 62, 63 lie side by side. In the exit areas 61, 62, 63 there is a correction to an optical path length of the
  • FIG. 3 and 4 illustrated in more detail.
  • the cover plate 23 is shown in its original state, still without correction and essentially still without the exit areas 61, 62, 63. It can be seen from FIG. 4 that the cover plate 23 has different thicknesses in the outlet regions 61, 62, 63. About the different thicknesses and the
  • Cover plate 23 is corrected to the desired optical path length between those not shown
  • Laser diode chips and the light exit plane 26 are Laser diode chips and the light exit plane 26.
  • Light exit plane 26 in the light exit surface 24 can in this respect be an at least partially fictitious plane, which is in particular perpendicular to one
  • Main radiation direction of the laser diode chips is oriented.
  • the exit area 62 in which the cover plate 23 has not been changed, lies in the light exit plane 26.
  • a finished cover plate 23 is drawn by way of example in FIG. 5 without the remaining components of the
  • the laser diode chips 31, 32, 33 are, for example, in one
  • the correction data obtained from the measurement are used to process or at least partially process the cover plate 23.
  • the at least partially machined cover plate 23 is then used to close the housing 2.
  • Exit areas 61, 62, 63 take place when the cover plate 23 has already been attached by the laser diode chips 31, 32, 33 being operated and measured again and the
  • Exit areas 61, 62, 63 are processed again.
  • the exit regions 61, 62, 63 can also at the
  • Light entry surface and not necessarily on the light exit surface. The features described above for the light exit surface then apply accordingly to
  • the index a stands for air.
  • Travel distance X g is covered in the medium of the cover plate 23, for example a glass with a refractive index n of 1.5.
  • the index g stands for glass.
  • Recess 28 divided by the refractive index n - 1 results.
  • the thickness correction Axg corresponds approximately to twice the optical path length difference Ax a in the recess 28.
  • FIG. 8 shows an estimate of the precision required when designing the thickness of the cover plate 23 in FIG. 8
  • the allowable tolerance Dxg for the thickness of the cover plate 23 depends on the allowable tolerance of the optical path length Dr and the
  • Refractive index n of the cover plate For example, for a permitted tolerance of the optical path lengths Dr of 1.5 ⁇ m and a refractive index n of the cover plate 23 of 1.5, there is a tolerance for the thickness fluctuations U X g of 3 ⁇ m. If the laser diode chips 31, 32, 33 have a mounting tolerance of +/- 10 ⁇ m, for example, relative to the deflecting optics 51, there is a maximum difference in the optical paths of 20 ⁇ m. In order to compensate for a maximum tilt angle of, for example, 4 °, there is also one
  • Path length difference of approximately 50 ⁇ m is required.
  • the optical path length to be corrected is therefore approximately 70 ⁇ m. This results in a change in the thickness of the cover plate 23 of at most 140 ⁇ m with a refractive index of 1.5 for the
  • Cover plate 23 If the refractive index of cover plate 23 is 1.8, for example, the necessary change in thickness of cover plate 23 is only about 90 ⁇ m.
  • the path length x a in the recess 28 is, for example, approximately 0.5 mm.
  • the thickness X g of the cover plate 23, that is to say the original thickness of the cover plate 23, is, for example, 200 ⁇ m. This results in a total of up to
  • Light exit plane 26 has an optical path length of approximately 800 ⁇ m, which would have to be corrected by up to approximately 70 ⁇ m, that is to say approximately 10%.
  • FIG. 9 illustrates that the exit areas 41,
  • a calculation of a tilt angle g of the exit areas 61, 62, 63 in order to achieve the necessary angle correction is illustrated in more detail in FIGS. 10 and 11.
  • S1 refers thereby on the light entry surface 25 and S2 on the
  • an angle g of the relevant exit region 61, 62, 63 of 2.4 ° results for an entry angle of 3 °, which is to be corrected. If the angle to be corrected is 1.5 °, the correction angle g is approximately 1.2 °.
  • the desired angular tolerance with which the emitted laser radiation 41, 42, 43 corrected by the cover plate 23 is perpendicular to the light exit plane 26 is preferably at most 1 °.
  • Semiconductor laser 1 illustrated.
  • the recess 28 is made directly in the base plate 21.
  • the light entry surface 25 can be curved and shaped, for example, as a lens.
  • a small roughness 29 of, for example, at most 100 nm can be present on the light exit surface 24 in the exit regions 61, 62, 63.
  • Laser diode chips 31, 32, 33 of the semiconductor laser 1 a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common beam process optics 52 and a common
  • components 1, 52, 53 of FIG. 13 are an assembly in VR glasses or in AR glasses, where VR stands for virtual reality and AR for augmented reality.
  • Exit areas 61, 62, 63 are to be designed.
  • FIG. 15 illustrates that material is ablated from the cover plate 23 by means of a laser beam 71.
  • step of FIG. 15 takes place at the same time as the step of FIG. 14, so that the laser diodes 31, 32, 33 during the processing of the cover plate 23
  • Exit areas has a roughness 21. About one
  • Laser beam 23, in particular infrared laser radiation, can be laser polished and thus smoothed.
  • Figure 17 results in a smoother
  • Exit areas 61, 62, 63 can be provided with an anti-reflective coating 54. It can be a common
  • Anti-reflective coating may be present
  • Anti-reflective coating 54 can extend over the entire surface of the light exit surface 24 or can also be applied only locally in the relevant exit region 61, 62, 63.
  • FIG. 18 shows an alternative method for shaping the outlet areas 61, 62, 63.
  • the structure of material within the cover plate 23 is changed by means of a laser beam 72, a desired geometry of the exit regions 61, 62, 63 being defined. With a subsequent etching, not shown, these can
  • the procedure is also known as stealth dicing.
  • the recess 28 is present in the cover plate 23.
  • the base plate 21 can thus be designed flat and a central part can be omitted. It is also possible that the
  • Laser diode chips 31, 32, 33 surface emitting
  • Laser diode chips are or edge emitting
  • Laser diode chips that emit approximately in the direction perpendicular to the light entry surface 25. These variations can also be present individually or in combination in all other exemplary embodiments.
  • Cover plate 23 takes place, so that the geometric thickness of the cover plate 23 need not be changed.
  • the thickness variation for the exit areas 61, 62, 63 took place in the cover plate 23 of the housing 2.
  • the cover plate 23 in FIG. 19 does not have a specific thickness variation, but a side wall 20 with the exit areas 61, 62, 63 Mistake.
  • the optical thickness of the side wall 20 thus varies in places in order to achieve a correction to the optical path length and / or to the direction of radiation. With this arrangement, deflection optics can be dispensed with.
  • the side wall 20 is preferably made in one piece with the central part 22.
  • Exit areas 61, 62, 63 in the cover plate 23 also apply to exit areas 61, 62, 63, which are located in the side wall 20 according to FIG. 19.
  • the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the claims, even if this feature or this combination itself is not explicit is specified in the claims or exemplary embodiments.

Landscapes

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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser (1) ein Gehäuse (2), in dem mehrere Laserdiodenchips (31, 32, 33) eingekapselt sind. Das Gehäuse (2) umfasst eine Deckplatte (23) und/oder eine Seitenwand (20), die für die erzeugte Laserstrahlung (41, 42, 43) durchlässig ist. Die Deckplatte (23) und/oder die Seitenwand (20)weist eine Lichtaustrittsfläche (24) mit nebeneinanderliegenden Austrittsbereichen (61, 62, 63) auf. Jedem der Austrittsbereiche (61, 62, 63) ist genau eine der Laserdiodenchips (31, 32, 33) zugeordnet. Der Lichtaustrittsfläche (24) ist eine Lichtaustrittsebene (26) nachgeordnet. Die Deckplatte (23) und/oder die Seitenwand (20) weist in den Austrittsbereichen (61, 62, 63) unterschiedliche mittlere Dicken auf, sodass eine optische Weglänge für die Laserstrahlung aller Laserdiodenchips (31, 32, 33) bis zur Lichtaustrittsebene (26) mit einer Toleranz von höchstens 1,5 µm gleich ist.

Description

Beschreibung
HALBLEITERLASER UND HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR EINEN
HALBLEITERLASER
Es wird ein Halbleiterlaser angegeben. Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser
angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Halbleiterlaser anzugeben, der effizient fertigbar ist und der Strahlung mit definierten optischen Eigenschaften emittiert.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterlaser und durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser ein Gehäuse. Das Gehäuse ist bevorzugt hermetisch dicht. Beispielsweise umfasst das Gehäuse ein Halbleitermaterial wie Silizium und/oder Germanium oder einen metallische Träger, wie eine Molybdänplatte. Ferner umfasst das Gehäuse bevorzugt zumindest ein transparentes Material, wie ein Glas und/oder Saphir. Weiterhin kann das Gehäuse Kunststoffe beinhalten. Hermetisch heißt, dass zwischen einem Inneren und einem Äußeren des Gehäuses kein signifikanter Austausch von Stoffen wie Sauerstoff oder Wasserdampf stattfindet. Hermetisch dicht bedeutet zum Beispiel, dass eine Leck-Rate höchstens 5 x lO-^ pa m/s beträgt,
insbesondere bei Raumtemperatur. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse einen oder mehrere Laserdiodenchips. Der mindestens eine Laserdiodenchip ist in dem Gehäuse untergebracht und
eingekapselt. Insbesondere befinden sich die Laserdiodenchips in einer Ausnehmung in dem Gehäuse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse eine Deckplatte. Die Deckplatte ist für die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung zumindest stellenweise durchlässig. Die Deckplatte kann aus einem einzigen, homogenen Material sein. Alternativ umfasst die Deckplatte für die
Laserstrahlung durchlässige Bereiche, die in ein anderes Material eingebettet sind, wobei das andere Material nicht für die Laserstrahlung durchlässig zu sein braucht. Bei der Deckplatte handelt es sich um ein Fenster, durch das hindurch die Laserstrahlung austritt. Die Deckplatte beinhaltet eine Lichtaustrittsfläche für die im Betrieb erzeugte
LaserStrahlung .
Bevorzugt bildet die Deckplatte einen Deckel des Gehäuses, wobei die Deckplatte eine Ausnehmung des Gehäuses
verschließen kann. Die Laserdiodenchips sind bevorzugt an einem Boden der Ausnehmung angebracht, sodass die Deckplatte zu den Laserdiodenchips beabstandet angeordnet sein kann. Damit ist die Deckplatte bevorzugt von einer Montageplattform für die Laserdiodenchips verschieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Lichtaustrittsfläche nebeneinanderliegende Austrittsbereiche für die Laserstrahlung. In Draufsicht auf die
Lichtaustrittsfläche überlappen die Austrittsbereiche
bevorzugt nicht. Ein Abstand zwischen benachbarten Austrittsbereichen beträgt zum Beispiel mindestens 0,1 mm oder 0,4 mm oder 1 mm.
Alternativ zur Deckplatte kann als Austrittsfenster für die erzeugte Laserstrahlung eine Seitenwand des Gehäuses dienen. Die Lichtaustrittsfläche mit den nebeneinanderliegenden
Austrittsbereichen befinden sich dann in der Seitenwand, insbesondere an einer Außenseite der Seitenwand. Weiterhin ist es möglich, dass sich die Lichtaustrittsfläche mit den nebeneinanderliegenden Austrittsbereichen auf eine oder mehrere Seitenwände und auf die Deckplatte verteilen. Die vorangehenden sowie die nachfolgenden Ausführungen zur
Deckplatte gelten gleichermaßen für eine Seitenwand, falls die Seitenwand zumindest einen der Austrittsbereiche umfasst.
Außerdem kann die Funktion der Deckplatte alternativ auch von einer Grundplatte übernommen werden, auf der die
Laserdiodenchips angebracht sind. In diesem Fall gelten die Merkmale zur Deckplatte entsprechend zur Grundplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jeder der
Austrittsbereiche genau einem der Laserdiodenchips
zugeordnet. Zwischen den Austrittsbereichen und den
Laserdiodenchips liegt bevorzugt eine 1 : 1-Zuordnung vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
Lichtaustrittsfläche in einem Strahlengang eine
Lichtaustrittsebene nachgeordnet. Die Lichtaustrittsebene ist bevorzugt senkrecht zu Abstrahlrichtungen der
Laserdiodenchips, nach dem Durchtritt durch die
Lichtaustrittsfläche, orientiert. Es ist möglich, dass die Lichtaustrittsfläche zumindest in Bereichen außerhalb der Austrittsbereiche in der Lichtaustrittsebene liegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Deckplatte in den Austrittsbereichen unterschiedliche mittlere Dicken auf. Das heißt, die Deckplatte ist in zumindest einem
Austrittsbereich dünner als in zumindest einem weiteren
Austrittsbereich. Durch die unterschiedlichen Dicken der Deckplatte in den Austrittsbereichen ist eine optische
Weglänge für die Laserstrahlung aller Laserdiodenchips bis zur Lichtaustrittsebene gleich. Gleich bedeutet insbesondere, dass Unterschiede in den optischen Weglängen bei höchstens 3 ym oder 1,5 ym oder 1 ym liegen. Bevorzugt beträgt außerdem eine Winkeltoleranz der jeweiligen Laserstrahlung,
beispielsweise zur Lichtaustrittsebene, bei höchstens 2° oder 1° oder 0,5°.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser ein Gehäuse, in dem einer oder mehrere
Laserdiodenchips eingekapselt sind. Das Gehäuse umfasst eine Deckplatte und/oder eine Seitenwand, die für die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung durchlässig ist. Die Deckplatte und/oder die Seitenwand weist eine Lichtaustrittsfläche mit nebeneinanderliegenden Austrittsbereichen auf. Jedem der Austrittsbereiche ist genau eine der Laserdiodenchips
zugeordnet. Der Lichtaustrittsfläche ist in einem
Strahlengang eine Lichtaustrittsebene nachgeordnet. Die
Deckplatte und/oder die Seitenwand weist in den
Austrittsbereichen unterschiedliche mittlere Dicken auf, sodass eine optische Weglänge für die Laserstrahlung aller Laserdiodenchips bis zur Lichtaustrittsebene mit einer
Toleranz von höchstens 3 ym oder von höchstens 1,5 ym gleich ist .
Bei einer Kombination mehrerer Laserstrahlquellen wie
Laserdioden mit dem Ziel, die Strahlung der einzelnen Laserstrahlquellen in einem Punkt zu kombinieren, kann es vorteilhaft sein, ein gemeinsames optisches Element für eine Fokussierung zu verwenden. Eine Fokusebene des optischen Elements wird durch die optische Weglänge zwischen der betreffenden Laserstrahlquelle und dem optischen Element bestimmt. Dabei ist es erforderlich, für alle
Laserstrahlquellen die optische Weglänge mit einer hohen Präzision einzustellen, damit für alle Quellen der Fokuspunkt in der gleichen Entfernung zur Optik liegt. Daneben kann es erforderlich sein, die Richtung von Strahlachsen der Quellen mit hoher Präzision einzustellen.
Dafür ist es herkömmlich nötig, die Laserstrahlquellen hochpräzise zu platzieren. Sofern die Laserdioden auf
Podesten, sogenannten Submounts, montiert sind, müssen auch die Submounts hochpräzise im Gehäuse montiert werden. Sofern in das Gehäuse zusätzliche optische Elemente integriert werden, müssen auch diese optischen Elemente hochpräzise montiert werden. Daneben kann es auch sinnvoll sein, neben dem optischen Weg auch eine Richtung von Strahlachsen genau einzustellen, um eine Montage der nachgeschalteten Optik zu vereinfachen. Dies gilt gleichermaßen für Halbleiterlaser mit nur einem Laserdiodenchip als auch mit mehreren
Laserdiodenchips .
Eine hochpräzise passive Platzierung der benötigten
Komponenten, ohne dass die Laserstrahlquellen betrieben werden, ist dabei normalerweise problematisch, da die genaue Erkennung von Laserfacetten schwierig ist. Hilfsweise eine Metallisierung einer Laserdiode als Orientierungspunkt zu verwenden, ist üblicherweise nicht möglich, da solche
Metallisierungen nicht hinreichend präzise an den Facetten ausgerichtet sind. Ferner ist die Platzierung von Laserdioden oder von optischen Komponenten mit hoher Präzision vergleichsweise langsam und damit kostenintensiv. Außerdem ist eine herkömmliche aktive Platzierung, bei der die
Laserdioden betrieben werden, ebenso vergleichsweise langsam und damit teuer.
Zudem kann eine Laserdiode nicht bei Löttemperaturen
betrieben werden, das heißt, eine Justage muss nahe bei Raumtemperatur erfolgen. Nachfolgend müssen die Laserdiode und das Submount auf Löttemperatur gebracht und verlötet werden. Dies erfordert lange Zykluszeiten, sodass die
Laserdioden längere Zeit auf Löttemperatur gehalten werden muss, insbesondere falls mehrere Laserdioden auf einen gemeinsamen Submount aufgelötet werden. Dies hat oft einen negativen Einfluss auf eine Lebensdauer der Laserdioden.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser wird gemäß dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren die optische
Weglänge eingestellt, in dem die Weglänge des durchstrahlten Fensters für jeden Strahl der Laserdiodenchips individuell verändert wird, nachdem alle Laserdiodenchips platziert und fixiert sind. Dazu sollen die Lichtkegel der einzelnen
Laserdiodenchips in einem Fenster und insbesondere an der Lichtaustrittsfläche nicht überlappen.
Somit kann durch eine lokale Veränderung einer Dicke des Fensters oder eines Brechungsindexes im durchstrahlten
Bereich der optische Weg für jeden Laserdiodenchip
individuell eingestellt werden. Durch eine lokale Veränderung der Ausrichtung der Lichtaustrittsfläche in den
Austrittsbereichen kann außerdem eine Strahlrichtung
individuell durch Lichtbrechung beeinflusst und eingestellt werden . Die Weglängenanpassung und/oder die Oberflächenanpassung ist beispielsweise durch eine lokale Laserablation des Fensters in den durchstrahlten Austrittsbereichen möglich. Dabei kann das Fenster, also die Deckplatte, einen hohen Brechungsindex aufweisen, um mit geringen Abtragtiefen einen großen Einfluss auf die optische Weglänge zu erreichen. Alternativ ist es möglich, dass bei einem Fenster, etwa aus Glas, die
Beschaffenheit des Fensters durch Laserbestrahlung lokal verändert wird, sodass eine Ätzbarkeit des Materials des Fensters lokal erhöht wird. In einem weiteren Schritt wird das Fenster geätzt, wobei bevorzugt in den Austrittsbereichen ein Material des Fensters abgetragen wird.
So wird lokal die Dicke des Fensters reduziert und eine
Ausrichtung der Oberfläche ist kontrollierbar. Weiterhin ist es möglich, dass bei einem Fenster, zum Beispiel aus Glas, durch Laserbestrahlung lokal der Brechungsindex und damit bei gleichbleibender Dicke der optische Weg verändert wird.
Weiterhin ist es möglich, dass lokal begrenzt ein Material auf die Deckplatte aufgebracht wird, beispielsweise durch Lasersintern. Dabei weist das aufgebrachte Material bevorzugt einen hohen Brechungsindex auf, um mit dünnen aufgebrachten Schichten einen großen Unterschied in der optischen Weglänge zu erreichen.
Mit diesen Methoden kann der Weglängenunterschied zwischen den Laserdiodenchips zur Lichtaustrittsebene eingestellt und angeglichen werden. Dazu wird die optische Weglänge aller Laserdiodenchips zuvor gemessen. Für den Laserdiodenchip mit der kleinsten oder größten Weglänge findet bevorzugt keine Bearbeitung der Deckplatte statt. Für die anderen Quellen wird die Deckplatte bearbeitet, um die optische Weglänge auf den gewünschten Wert einzustellen.
Es ist möglich, den Weglängenunterschied zu minimieren.
Alternativ kann der Weglängenunterschied auf einen Zielwert eingestellt werden, beispielsweise um eine chromatische
Aberration eines nachgeschalteten optischen Systems vorab zu kompensieren. Zudem ist es möglich, ein Material der
Deckplatte in allen Austrittsbereichen zu bearbeiten, um die optische Weglänge für alle Laserdiodenchips auf einen
vorgegebenen Zielwert einzustellen.
Da das Gehäuse vor der Bearbeitung der Deckplatte fertig montiert und verschlossen werden kann, können die
Laserdiodenchips betrieben werden, um eine Fokuslage und/oder eine Strahlrichtung eines jeden Laserdiodenchips direkt zu messen und damit den notwendigen Abtrag oder Auftrag von Material in den Austrittsbereichen zu bestimmen. Weiterhin können die Fokuslagen und/oder die Strahlrichtungen auch während der Bearbeitung der Deckplatte simultan gemessen werden, um damit den Prozess der Bearbeitung der Deckplatte direkt zu steuern.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser lassen sich die Anforderungen an eine Montagegenauigkeit der Laserdiodenchips und optischer Elemente erheblich reduzieren, was einen apparativen Aufwand reduziert und eine
Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht. Dies ist kostengünstig und vermindert eine Temperaturbelastung der Laserdiodenchips bei einem Löten.
Demgegenüber müssen bei herkömmlichen Verfahren mehrere
Komponenten jeweils mit hoher Präzision montiert werden, da die Zielgrößen, insbesondere die Fokuslage, von kumulierten Montagefehlern abhängen. Bei dem hier beschriebenen
Herstellungsverfahren hingegen werden die kumulierten
Montagefehler aller Komponenten nach der Montage gemeinsam kompensiert. Bei einer herkömmlichen passiven Platzierung der Komponenten kann nur der physikalische Weg kontrolliert werden, wobei der physikalische Weg allerdings nur indirekt die Fokuslage bestimmt. Dagegen können bei dem hier
beschriebenen Verfahren die Fokuslage und/oder die
Strahlrichtung, also die Zielgrößen, direkt gemessen und eingestellt werden.
Bei herkömmlichen Verfahren muss jeder Halbleiterlaser mit hohem Aufwand präzise prozessiert werden, auch solche, die aufgrund von Defekten oder Prozessschwankungen nicht den Spezifikationen entsprechen. Bei dem hier beschriebenen
Herstellungsverfahren können die Halbleiterlaser in einem frühen Stadium getestet und erforderlichenfalls vor der aufwendigen Bearbeitung der Deckplatte aussortiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Austrittsbereiche oder ist mindestens einer der
Austrittsbereiche oder sind die meisten Austrittsbereiche ebene Teilflächen der Lichtaustrittsfläche. Das heißt, der zumindest eine betreffende Austrittsbereich weist für die Laserstrahlung keine oder keine signifikante Krümmung auf.
Alternativ ist es möglich, dass zumindest einer der
Austrittsbereiche oder alle Austrittsbereiche eine definierte Krümmung aufweisen. Über eine solche Krümmung lässt sich beispielsweise ein Strahlprofil der betreffenden
Laserstrahlung einstellen oder es lässt sich eine
fokussierende oder divergierende Wirkung erzielen. Das heißt, die Austrittsbereiche können ähnlich einer Linse oder einer Korrekturoptik geformt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Laserdiodenchips kantenemittierende Halbleiterlaserchips.
Eine aktive Zone der Laserdiodenchips ist in diesem Falle bevorzugt parallel oder näherungsweise parallel zur
Lichtaustrittsebene orientiert. Eine Emission der
Laserstrahlung der Laserdiodenchips erfolgt somit parallel zur aktiven Zone, also parallel oder näherungsweise parallel zur Lichtaustrittsebene. Näherungsweise bedeutet
beispielsweise eine Winkeltoleranz von höchstens 5° oder 2° oder 1 ° .
Alternativ können die Laserdiodenchips auch
oberflächenemittierende Laserchips sein, die senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur Lichtaustrittsebene emittieren. Weiterhin ist es möglich, dass kantenemittierende
Halbleiterlaserchips derart in dem Gehäuse montiert sind, sodass eine Emission senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur Lichtaustrittsebene erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in dem Gehäuse eine oder sind mehrere Umlenkoptiken angeordnet. Die mindestens eine Umlenkoptik ist dazu eingerichtet, die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung hin zur Deckplatte umzulenken, insbesondere in eine Richtung senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur Lichtaustrittsebene. Beispielsweise ist die Umlenkoptik ein 45°-Spiegel. Die Umlenkoptik ist bevorzugt reflektierend und eben geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse eine Grundplatte. Optional umfasst das Gehäuse ferner ein Mittelteil, wobei sich ein solches Mittelteil zwischen der Grundplatte und der Deckplatte befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Grundplatte und die Deckplatte sowie das optionale Mittelteil durch anodisches Bonden und/oder durch Löten aneinander angebracht. Alternativ oder zusätzlich kann zum Verbinden der
Grundplatte, der Deckplatte und des optionalen Mittelteils auch eine andere Verbindungstechnik, wie Kleben oder
Waferbonden, herangezogen werden. Damit lassen sich die
Laserdiodenchips in dem Gehäuse hermetisch dicht einkapseln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das Mittelteil und die Deckplatte aus dem gleichen Material. Beispielsweise wird ein Glas verwendet. Das Mittelteil und die Deckplatte sind bevorzugt über anodisches Bonden aneinander befestigt. Die Grundplatte ist beispielsweise aus einem Halbleitermaterial wie Silizium. Alternativ ist die Grundplatte eine
Leiterplatte, beispielsweise aus einem keramischen Material oder basierend auf einem Metall, wie eine Metallkernplatine.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Mittelteil die Umlenkoptik. Dabei ist bevorzugt genau eine Umlenkoptik vorhanden, die als schräge Begrenzungsfläche einer Ausnehmung des Mittelteils alle Laserstrahlen der Laserdiodenchips hin zur Deckplatte lenkt. In diesem Fall sind die
Laserdiodenchips bevorzugt in der Ausnehmung des Gehäuses, insbesondere des Mittelteils, angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Dicke der Deckplatte zumindest außerhalb der Austrittsbereiche bei mindestens 0,1 mm oder 0,2 mm oder 0,3 mm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Dicke der Deckplatte bei höchstens 2 mm oder 1 mm oder 0,5 mm oder 0,3 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine
Dickenreduktion der Deckplatte in zumindest einem der
Austrittsbereiche mindestens 30 ym oder 50 ym oder 0,1 mm oder 0,14 mm, oder die Deckplatte ist für eine solche
Dickenreduktion oder maximale Dickenreduktion eingerichtet. Die tatsächlich erfolgte oder die mögliche Dickenreduktion kann relativ zur Dicke der Deckplatte vergleichsweise groß sein. Beispielsweise liegt die Dickenreduktion in mindestens einem der Austrittsbereiche bei mindestens 20 % oder 35 % oder 50 % und/oder bei höchstens 80 % oder 70 % der Dicke der Deckplatte außerhalb der Austrittsbereiche oder es ist eine solche Dickenreduktion ermöglicht.
Abhängig von der statistisch variierenden Genauigkeit bei der Platzierung insbesondere der Laserdiodenchips ist es möglich, dass bei manchen Halbleiterlaser nur eine relativ geringe Dickenreduktion in den Austrittsbereichen nötig ist, um die gewünschte optische Weglänge mit der erforderlichen
Genauigkeit zu erhalten. Beispielsweise werden in einem der Austrittsbereiche oder in allen Austrittsbereichen maximale Dickenänderungen von nur mindestens 3 ym oder 20 ym benötigt.
Vorangehend wurde vorwiegend nur eine Dickenreduktion
spezifiziert. Die gleichen Werte gelten analog für eine
Dickenerhöhung durch Materialbeaufschlagung sowie für eine Änderung der optischen Weglänge mittels einer
Brechungsindexänderung, ohne eine geometrische
Dickenänderung . Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein
Brechungsindex der Deckplatte für die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung bei mindestens 1,4 oder 1,6. Alternativ oder zusätzlich liegt der Brechungsindex bei höchstens 2,5 oder 2,0 oder 1,8 oder 1,6. Im Falle eines Glases für die
Deckplatte liegt der Brechungsindex bevorzugt zwischen einschließlich 1,4 und 1,6. Diese Werte für den
Brechungsindex gelten für die Wellenlänge der jeweiligen Laserstrahlung und insbesondere bei einer Temperatur von 300 K, also ungefähr Raumtemperatur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Austrittsbereiche in Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche und/oder im Querschnitt durch die Lichtaustrittsfläche gesehen unterschiedliche Formen auf. Beispielsweise sind die Austrittsbereiche in Draufsicht gesehen rechteckig oder elliptisch oder kreisförmig geformt. Im Querschnitt gesehen sind die Austrittsbereiche bevorzugt Geradenabschnitte oder auch kreisbogenförmige oder hyperbelförmige Kurvenabschnitte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest einer der Austrittsbereiche oder sind alle Austrittsbereiche oder sind die meisten Austrittsbereiche schräg zur Lichtaustrittsebene orientiert. Ein Winkel zwischen der Lichtaustrittsebene und dem betreffenden Austrittsbereich ist bevorzugt relativ klein und beträgt insbesondere höchstens 5° oder 3°. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Winkel bei mindestens 0,2° oder 0,5° oder 1° oder 1,5°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Deckplatte eine Lichteintrittsfläche auf. Die Lichteintrittsfläche liegt der Lichtaustrittsfläche gegenüber. Die Lichteintrittsfläche ist bevorzugt eben. Es ist möglich, dass die Lichteintrittsfläche eine optisch wirksame Beschichtung wie eine Antireflexbeschichtung aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein optischer Abstand der Laserdiodenchips zur Lichteintrittsfläche entlang eines Strahlverlaufs der jeweiligen Laserstrahlung bei mindestens 0,2 mm oder 0,3 mm oder 0,5 mm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser optische Abstand bei höchstens 3 mm oder 2 mm oder 1,5 mm. Mit anderen Worten befindet sich die Lichteintrittsfläche optisch vergleichsweise nahe an den Laserdiodenchips. Der Strahlverlauf ist insbesondere zuerst näherungsweise parallel zur Lichteintrittsfläche und erfolgt dann ab der optionalen Umlenkoptik näherungsweise senkrecht zur Lichteintrittsfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterlaser als RGB-Einheit gestaltet. Somit ist zumindest einer der Laserdiodenchips zur Erzeugung von rotem Licht, zumindest einer der Laserdiodenchips zur Erzeugung von grünem Licht und zumindest einer der Laserdiodenchips zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet. Diese Laserdiodenchips sind bevorzugt unabhängig voneinander elektrisch betreibbar.
Ferner ist es möglich, dass weitere Laserdiodenchips
vorhanden sind, die Strahlung in nicht sichtbaren
Spektralbereichen emittieren, beispielsweise Laserdiodenchips zur Erzeugung von nahultravioletter Strahlung und/oder zur Erzeugung von nahinfraroter Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist den
Laserdiodenchips gemeinsam eine Strahlformungsoptik und/oder ein beweglicher Umlenkspiegel nachgeordnet. Die
Strahlformungsoptik und/oder der bewegliche Umlenkspiegel befinden sich bevorzugt außerhalb des Gehäuses. Eine solche Strahlformungsoptik und/oder ein beweglicher Umlenkspiegel können in einem weiteren Gehäuse untergebracht sein, in dem sich auch das Gehäuse des Halbleiterlasers mit den
Laserdiodenchips befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens einer der Austrittsbereiche oder sind alle Austrittsbereiche der Deckplatte direkt mit einer oder mit mehreren
Antireflexbeschichtungen versehen. Die mindestens eine
Antireflexbeschichtung kann sich durchgehend über die
Lichtaustrittsfläche erstrecken oder auf die
Austrittsbereiche oder jeweils einen bestimmten
Austrittsbereich beschränkt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Austrittsbereiche in Draufsicht auf die Lichtaustrittsebene gesehen entlang einer geraden Linie angeordnet. Insbesondere liegen optische Mittelpunkte, also Durchstoßpunkte von optischen Achsen durch die Austrittsbereiche, auf einer geraden Linie.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Rauheit der Austrittsbereiche bei höchstens 0,3 ym oder 0,2 ym oder 0,1 ym oder 0,05 ym oder 0,02ym. Die
Austrittsbereiche sind damit vergleichsweise glatt geformt.
Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren für einen solchen Halbleiterlaser angegeben. Merkmale des
Herstellungsverfahrens sind auch für den Halbleiterlaser offenbart und umgekehrt. In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
A) Bereitstellen des Gehäuses, bevorzugt mit den darin fertig gekapselten Laserdiodenchips,
B) Betreiben der Laserdiodenchips und Vermessen einer
Abstrahlcharakteristik von jedem der Laserdiodenchips,
C) Verändern der Deckplatte und/oder der Seitenwand in den Austrittsbereichen, sodass Positioniertoleranzen der
Laserdiodenchips in dem Gehäuse ausgeglichen werden und die optische Weglänge für die Laserstrahlung aller
Laserdiodenchips bis zur Lichtaustrittsebene mit einer
Toleranz von höchstens 3 ym oder von höchstens 1,5 ym gleich ist und/oder mit einer Toleranz von höchstens 3 ym oder von höchstens 1,5 ym gleich einem zuvor vorgegebenen Zielwert ist .
Alternativ dazu, die Laserdiodenchips bereits vor dem
Betreiben und Vermessen fertig zu verkapseln, ist es möglich, die Laserdiodenchips insbesondere evakuiert oder in einer Schutzatmosphäre zu betreiben und zu vermessen. Nachfolgend kann die Deckplatte als separates Teil und unabhängig von den weiteren Komponenten des Halbleiterlasers bearbeitet werden. Erst nach dem Bearbeiten wird dann die Deckplatte auf die zumindest eine übrige Komponente des Gehäuses aufgebracht, sodass die Laserdiodenchips erst nach dem Erstellen der
Austrittsbereiche verkapselt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls die Bearbeitung der Deckplatte weitere Komponenten der Halbleiterlaser, zum Beispiel eine Optik oder die Laserdiodenchips, beschädigen könnte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt im Schritt C) ein Materialabtrag aus der Deckplatte heraus. Somit ist die Deckplatte in mindestens einem der Austrittsbereiche dünner als neben den Austrittsbereichen. Alternativ wird ein
Material aufgetragen, sodass die Deckplatte im betreffenden Austrittsbereich dicker ist als in Bereichen neben den
Austrittsbereichen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt der
Materialabtrag mittels Laserablation und/oder mittels
laserinduzierter Gefügeveränderung in Kombination mit einem anschließenden Ätzen.
Alternativ zu einem Materialabtrag oder zu einer
Materialhinzufügung kann eine geometrische Dicke der
Deckplatte gleich bleiben, wobei eine optische Dicke durch Veränderung des Materials der Deckplatte variiert wird. Dies heißt, der Brechungsindex des Materials der Deckplatte wird lokal verändert, beispielsweise mittels Laserstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt nach dem
Schritt C) in zumindest einem der Austrittsbereiche eine Glättung der Lichtaustrittsfläche. Dieses Glätten erfolgt bevorzugt mittels Laserpolitur. Somit lassen sich
Unregelmäßigkeiten oder Rauheiten der Lichtaustrittsfläche in den Austrittsbereichen reduzieren oder eliminieren. Solche Rauheiten resultieren beispielsweise aus einer Laserablation.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener Halbleiterlaser und ein hier beschriebenes Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Halbleiterlasers,
Figuren 2 bis 4 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Halbleiterlasern,
Figur 5 eine schematische perspektivische Darstellung einer
Deckplatte für hier beschriebene Halbleiterlaser,
Figuren 6 bis 8 Berechnungen zu einem Weglängenunterschied für hier beschriebene Halbleiterlaser,
Figur 9 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Halbleiterlasers,
Figuren 10 und 11 Berechnungen für eine Verkippung von
Austrittsbereichen für hier beschriebene Halbleiterlaser,
Figuren 12 und 13 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Halbleiterlasern,
Figuren 14 bis 18 schematische Schnittdarstellungen von
Schritten eines Herstellungsverfahrens für hier beschriebene Halbleiterlaser, und
Figur 19 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Halbleiterlasers . In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers 1 gezeigt. Der Halbleiterlaser 1 umfasst drei
Laserdiodenchips 31, 32, 33, die bevorzugt zur Erzeugung von rotem, grünem sowie blauem Licht eingerichtet sind. Die
Laserdiodenchips 31, 32, 33 sind optional auf einem
Zwischenträger 30 angebracht. Ein solcher Zwischenträger 30 wird auch als Submount bezeichnet. Die Laserdiodenchips 31, 32, 33 sind kantenemittierende Laserchips.
Die Laserdiodenchips 31, 32, 33 befinden sich in einem
Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 setzt sich zusammen aus einer
Grundplatte 21, einem Mittelteil 22 und einer Deckplatte 23. Über eine Lötverbindung 27 sind die Grundplatte 21 und das Mittelteil 22 hermetisch dicht aneinander gefügt. Eine
Verbindung zwischen der Deckplatte 23 und dem Mittelteil 22 ist bevorzugt verbindungsmittelfrei über anodisches Bonden gegeben. Das Mittelteil 22 und die Deckplatte 23 sind
bevorzugt aus einem Glas und für im Betrieb erzeugte
Laserstrahlung 41, 42, 43 durchlässig. Die Laserdiodenchips 31, 32, 33 befinden sich somit in einer Ausnehmung 28 des Mittelteils 22.
In Figur 2 ist eine Schnittdarstellung des Halbleiterlasers 1 der Figur 1 gezeigt. Die Laserdiodenchips 31, 32, 33
emittieren die Laserstrahlung 41, 42, 43 in Richtung parallel zu einer Lichtaustrittsebene 26. Die Lichtaustrittsebene 26 verläuft weitgehend in einer Lichtaustrittsfläche 24 der Deckplatte 23. An einer Umlenkoptik 51 wird die
Laserstrahlung 41, 42, 43 in Richtung hin zur Deckplatte 23 umgelenkt. Über eine ebene Lichteintrittsfläche 25 tritt die Laserstrahlung 41, 42, 43 in die Deckplatte 23 ein. In der Lichtaustrittsfläche 24 weist die Deckplatte 23 ferner mehrere Austrittsbereiche 61, 62, 63 für die jeweiligen
Laserdiodenchips 31, 32, 33 auf. Die Austrittsbereiche 61,
62, 63 sind in Figur 1 durch Ellipsen symbolisiert, in Figur
2 durch einen schraffierten Bereich. In Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche 24 liegen die Austrittsbereiche 61, 62, 63 nebeneinander. In den Austrittsbereichen 61, 62, 63 erfolgt eine Korrektur auf eine optische Weglänge der
Laserstrahlung 41, 42, 43.
Diese Korrektur auf die optische Weglänge ist in den Figuren
3 und 4 näher veranschaulicht. In Figur 3 ist die Deckplatte 23 in ihrem ursprünglichen Zustand, noch ohne Korrektur und im Wesentlichen noch ohne die Austrittsbereiche 61, 62, 63, gezeigt. Der Figur 4 ist zu entnehmen, dass die Deckplatte 23 in den Austrittsbereichen 61, 62, 63 unterschiedliche Dicken aufweist. Über die unterschiedlichen Dicken und den im
Vergleich zu einer Umgebung anderen Brechungsindex der
Deckplatte 23 erfolgt eine Korrektur auf die gewünschte optische Weglänge zwischen den nicht gezeichneten
Laserdiodenchips und der Lichtaustrittsebene 26.
In Bereichen der Deckplatte 23, in der die Deckplatte 23 noch die ursprüngliche Dicke aufweist, liegt die
Lichtaustrittsebene 26 in der Lichtaustrittsfläche 24. Die Lichtaustrittsebene 26 kann insofern eine zumindest teilweise fiktive Ebene sein, die insbesondere senkrecht zu einer
Hauptabstrahlrichtung der Laserdiodenchips orientiert ist.
Der Austrittsbereich 62, in dem die Deckplatte 23 nicht verändert wurde, liegt in der Lichtaustrittsebene 26.
In Figur 5 ist beispielhaft eine fertige Deckplatte 23 gezeichnet, ohne die restlichen Komponenten des
Halbleiterlasers 1. Zu erkennen ist, dass die Austrittsbereiche 61, 62 unterschiedliche Grundformen
aufweisen können, in Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche 24 gesehen. Gleiches kann für alle anderen
Ausführungsbeispiele gelten.
Die Deckplatte der Figur 5 kann separat von den weiteren Komponenten des Gehäuses 2 hergestellt werden. Dazu werden die Laserdiodenchips 31, 32, 33 zum Beispiel in einer
Schutzgasatmosphäre betrieben und vermessen. Die aus der Messung gewonnen Korrekturdaten werden verwendet, um die Deckplatte 23 zu bearbeiten oder zumindest teilweise zu bearbeiten .
Die zumindest teilweise bearbeitete Deckplatte 23 wird dann zum Verschließen des Gehäuses 2 verwendet.
Erforderlichenfalls kann noch eine Nachkorrektur der
Austrittsbereiche 61, 62, 63 erfolgen, wenn die Deckplatte 23 bereits angebracht ist, indem die Laserdiodenchips 31, 32, 33 erneut betrieben und vermessen werden und die
Austrittsbereiche 61, 62, 63 erneut bearbeitet werden.
Wird die Deckplatte 23 ausschließlich separat von den
weiteren Komponenten des Halbleiterlasers 1 bearbeitet, so können die Austrittsbereiche 61, 62, 63 auch an der
Lichteintrittsfläche liegen und nicht notwendigerweise an der Lichtaustrittsfläche. Die vorangehend beschriebenen Merkmale zur Lichtaustrittsfläche gelten dann entsprechend für
Lichteintrittsfläche. Das gleiche gilt für alle anderen
Ausführungsbeispiele .
Im Schema der Figur 6 und in den zugehörigen Berechnungen der Figuren 7 und 8 ist erläutert, wie eine Dickenkorrektur in den Austrittsbereichen 62, 63 zu erfolgen hat, beispielhaft an zwei Laserdiodenchips 32, 33 mit Laserstrahlungen 42, 43 illustriert. Die Laserdiodenchips 32, 33 befinden sich in einem Gas oder in einem evakuierten Bereich der Ausnehmung 28 mit einem Brechungsindex n von 1 oder von ungefähr 1. In diesem Bereich wird von der Laserstrahlung 43 eine Wegstrecke xa in Luft zurückgelegt.
Der Index a steht jeweils für Luft, englisch air. Die
Wegstrecke Xg wird im Medium der Deckplatte 23 zurückgelegt, beispielsweise einem Glas mit einem Brechungsindex n von 1,5. Der Index g steht jeweils für Glas.
Aus Figur 7 ist zu sehen, dass sich die Weglängendifferenz Dx für die Laserstrahlung 42, entsprechend der
Dickenänderung der Deckplatte 23 in dem betreffenden
Austrittsbereich 62, aus der Weglängendifferenz Axa in der
Ausnehmung 28 dividiert durch den Brechungsindex n - 1 ergibt. Für einen Brechungsindex der Deckplatte 23 von ungefähr 1,5 bedeutet dies, dass die Dickenkorrektur Axg ungefähr dem Doppelten der optischen Weglängendifferenz Axa in der Ausnehmung 28 entspricht.
In Figur 8 ist eine Abschätzung für die nötige Präzision bei der Gestaltung der Dicken der Deckplatte 23 in den
Austrittsbereichen 61, 62, 63 gezeigt. Die zulässige Toleranz Dxg für die Dicke der Deckplatte 23 ist abhängig von der erlaubten Toleranz der optischen Weglänge Dr und dem
Brechungsindex n der Deckplatte. Beispielsweise für eine erlaubte Toleranz der optischen Weglängen Dr von 1,5 ym und einem Brechungsindex n der Deckplatte 23 von 1,5 ergibt sich eine Toleranz für die Dickenschwankungen ÜXg von 3 ym. Weisen die Laserdiodenchips 31, 32, 33 zum Beispiel eine Montagetoleranz von +/- 10 ym auf, relativ zur Umlenkoptik 51, so ergibt sich eine maximale Differenz der optischen Pfade von 20 ym. Um einen maximal auftretenden Kippwinkel von beispielsweise 4° auszugleichen, ist außerdem eine
Weglängendifferenz von ungefähr 50 ym erforderlich. Die zu korrigierende optische Weglänge liegt damit bei ungefähr 70 ym. Dies ergibt eine Dickenänderung der Deckplatte 23 von maximal 140 ym bei einem Brechungsindex von 1,5 für die
Deckplatte 23. Liegt der Brechungsindex der Deckplatte 23 beispielsweise bei 1,8, so liegt die nötige Dickenänderung der Deckplatte 23 bei lediglich ungefähr 90 ym.
Die Weglänge xa in der Ausnehmung 28 liegt beispielsweise bei ungefähr 0,5 mm. Die Dicke Xg der Deckplatte 23, also die ursprüngliche Dicke der Deckplatte 23, liegt beispielsweise bei 200 ym. Damit ergibt sich insgesamt bis zur
Lichtaustrittsebene 26 eine optische Weglänge von ungefähr 800 ym, die um bis zu ungefähr 70 ym, also ungefähr 10 %, zu korrigieren wäre.
In Figur 9 ist illustriert, dass die Austrittsbereiche 41,
42, 43 nicht nur unterschiedliche Dicken aufweisen, sondern auch schräg zur Lichtaustrittsebene 26 angeordnet sind. Durch die schrägen Austrittsbereiche 61, 62 kann eine Korrektur eines Austrittswinkels der Laserstrahlungen 41, 42, 43 erfolgen. Dies ist in Figur 9 schematisch für die
Laserstrahlungen 41, 42, 43 gezeigt.
Eine Berechnung eines Kippwinkels g der Austrittsbereiche 61, 62, 63, um die nötige Winkelkorrektur zu erzielen, ist in den Figuren 10 und 11 näher veranschaulicht. S1 bezieht sich dabei auf die Lichteintrittsfläche 25 und S2 auf den
betreffenden Austrittsbereich 61, 62, 63.
Für einen Brechungsindex n2 der Deckplatte 2 von 1,5 ergibt sich für einen Eintrittswinkel von 3°, der zu korrigieren ist, ein Winkel g des betreffenden Austrittsbereichs 61, 62, 63 von 2,4°. Liegt der zu korrigierende Winkel bei 1,5°, so liegt der Korrekturwinkel g bei ungefähr 1,2°. Eine
angestrebte Winkeltoleranz , mit der die emittierten und durch die Deckplatte 23 korrigierten Laserstrahlungen 41, 42, 43 senkrecht zur Lichtaustrittsebene 26 stehen, liegt bevorzugt bei höchstens 1°.
In Figur 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Halbleiterlasers 1 illustriert. Die Ausnehmung 28 ist direkt in der Grundplatte 21 gefertigt. Weiterhin ist eine separate Umlenkoptik 51 vorhanden. Die Lichteintrittsfläche 25 kann gekrümmt sein und beispielsweise als Linse geformt sein. An der Lichtaustrittsfläche 24 in den Austrittsbereichen 61, 62, 63 kann eine geringe Rauheit 29 von beispielsweise höchstens 100 nm vorliegen. Diese in Verbindung mit Figur 12 genannten Varianten können einzeln oder in beliebiger Kombination auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 13 sind allen
Laserdiodenchips 31, 32, 33 des Halbleiterlasers 1 eine gemeinsame Strahlvorgangsoptik 52 und ein gemeinsamer
beweglicher Umlenkspiegel 53 nachgeordnet. Diese optischen Elementen 52, 53 sind damit für alle Laserstrahlungen 41, 42, 43 vorgesehen. Die Komponenten 1, 52, 53 können in einem gemeinsamen weiteren Gehäuse, nicht gezeichnet, integriert sein . Beispielsweise sind die Komponenten 1, 52, 53 der Figur 13 eine Baugruppe in einer VR-Brille oder in einer AR-Brille, wobei VR für virtuelle Realität und AR für augmented reality, also erweiterter Realität, steht.
In den Figuren 14 bis 17 ist beispielhaft ein
Herstellungsverfahren für Ausführungsbeispiele von
Halbleiterlasern 1 illustriert. Gemäß Figur 14 werden die verkapselten Laserdiodenchips 31, 32, 33 in dem Gehäuse 2 bereitgestellt und zeitweise betrieben. Über eine optionale Messoptik 82 sowie über eine Kamera 81 erfolgt eine Analyse der optischen Weglänge und/oder einer Abstrahlrichtung und/oder eines Strahlprofils der Laserstrahlungen 41, 42, 43. Anhand dieser Messung wird berechnet, wie die späteren
Austrittsbereiche 61, 62, 63 zu gestalten sind.
In Figur 15 ist illustriert, dass über einen Laserstrahl 71 eine Ablation von Material aus der Deckplatte 23 erfolgt.
Die Schritte der Figuren 14 und 15 können iterativ
durchgeführt werden oder es erfolgt der Schritt der Figur 15 zeitgleich zum Schritt der Figur 14, sodass die Laserdioden 31, 32, 33 während des Bearbeitens der Deckplatte 23
betrieben werden können und die Materialentfernung aktiv gesteuert werden kann.
Im optionalen Schritt der Figur 16 ist gezeigt, dass die zum Beispiel über Laserablation erstellte Fläche für die
Austrittsbereiche eine Rauheit 21 aufweist. Über einen
Laserstrahl 23, insbesondere Infrarotlaserstrahlung, kann eine Laserpolitur und damit eine Glättung erfolgen. Somit resultiert, siehe Figur 17, ein glatter
Austrittsbereich 61, 62,63. Optional können die
Austrittsbereiche 61, 62, 63 mit einer Antireflexbeschichtung 54 versehen werden. Dabei kann eine gemeinsame
Antireflexbeschichtung vorhanden sein oder es werden
individuelle Antireflexbeschichtungen aufgebracht. Die
Antireflexbeschichtung 54 kann sich ganzflächig über die Lichtaustrittsfläche 24 erstrecken oder auch nur lokal in dem betreffenden Austrittsbereich 61, 62, 63 angebracht sein.
In Figur 18 ist eine alternative Methode für die Formgebung der Austrittsbereiche 61, 62, 63 dargestellt. Mittels eines Laserstrahls 72 erfolgt eine Gefügeveränderung von Material innerhalb der Deckplatte 23, wobei eine gewünschte Geometrie der Austrittsbereiche 61, 62, 63 definiert wird. Mit einem nachfolgenden, nicht gezeichneten Ätzen können diese
Materialveränderungen herausgeätzt werden, sodass die
Austrittsbereiche 61, 62, 63 resultieren. Ein solches
Verfahren wird auch als Stealth Dicing bezeichnet.
Ferner ist als Variante in Figur 18 dargestellt, dass die Ausnehmung 28 in der Deckplatte 23 vorliegt. Die Grundplatte 21 kann damit plan gestaltet sein und ein Mittelteil kann entfallen. Weiterhin ist es möglich, dass die
Laserdiodenchips 31, 32, 33 oberflächenemittierende
Laserdiodenchips sind oder kantenemittierende
Laserdiodenchips, die näherungsweise in Richtung senkrecht zur Lichteintrittsfläche 25 emittieren. Diese Variationen können einzeln oder in Kombination auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen.
Abweichend von den Verfahrensschritten der Figuren 15 und 18 kann alternativ beispielsweise über Lasersintern ein
zusätzliches Material auf die Deckplatte 23 aufgebracht werden, sodass der Dicke lokal zunimmt. Weiterhin ist es alternativ oder auch zusätzlich möglich, dass eine
Veränderung des Brechungsindexes lokal innerhalb der
Deckplatte 23 erfolgt, sodass die geometrische Dicke der Deckplatte 23 nicht verändert zu werden braucht.
In den vorangehenden Figuren erfolgte die Dickenvariation für die Austrittsbereiche 61, 62, 63 jeweils in der Deckplatte 23 des Gehäuses 2. Dagegen weist die Deckplatte 23 in Figur 19 keine gezielte Dickenvariation auf, sondern eine Seitenwand 20 ist mit den Austrittsbereichen 61, 62, 63 versehen. Damit variiert die optische Dicke der Seitenwand 20 stellenweise, um eine Korrektur auf die optische Weglänge und/oder auf die Abstrahlrichtung zu erzielen. Bei dieser Anordnung kann eine Umlenkoptik entfallen. Die Seitenwand 20 ist bevorzugt einstückig mit dem Mittelteil 22 ausgeführt.
Die voranstehend aufgeführten Merkmale zu den
Austrittsbereichen 61, 62, 63 in der Deckplatte 23 gelten genauso für Austrittsbereiche 61, 62, 63, die sich gemäß Figur 19 in der Seitenwand 20 befinden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 129 346.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterlaser
2 Gehäuse
20 Seitenwand
21 Grundplatte
22 Mittelteil
23 Deckplatte
24 Lichtaustrittsfläche
25 Lichteintrittsfläche
26 Lichtaustrittsebene
27 Lötverbindung
28 Ausnehmung
29 Rauheit
30 Zwischenträger
31 Laserdiodenchip für rotes Licht
32 Laserdiodenchip für grünes Licht
33 Laserdiodenchip für blaues Licht
34 Bonddraht
41 rote Laserstrahlung
42 grüne Laserstrahlung
43 blaue Laserstrahlung
51 Umlenkoptik
52 Strahlformungsoptik
53 beweglicher Umlenkspiegel
54 Antireflexbeschichtung
61 Austrittsbereich für rotes Licht
62 Austrittsbereich für grünes Licht
63 Austrittsbereich für blaues Licht
71 Laserstrahl für Ablation
72 Laserstrahl für Gefügeveränderung
73 Laserstrahl für Laserpolitur
81 Kamera 82 Messoptik

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaser (1) mit einem Gehäuse (2) und mit mehreren Laserdiodenchips (31, 32, 33), die in dem Gehäuse (2) eingekapselt sind, wobei
- das Gehäuse (2) eine Deckplatte (23) und/oder eine
Seitenwand (20) umfasst, die für im Betrieb erzeugte
Laserstrahlung (41, 42, 43) durchlässig ist,
- die Deckplatte (23) und/oder die Seitenwand (20) eine Lichtaustrittsfläche (24) mit nebeneinander liegenden
Austrittsbereichen (61, 62, 63) aufweist,
- jeder der Austrittsbereiche (61, 62, 63) genau einem der Laserdiodenchips (31, 32, 33) zugeordnet ist,
- der Lichtaustrittsfläche (24) in einem Strahlengang eine Lichtaustrittsebene (26) nachgeordnet ist, und
- die Deckplatte (23) und/oder die Seitenwand (20) in den Austrittsbereichen (61, 62, 63) unterschiedliche mittlere Dicken aufweist, sodass eine optische Weglänge für die
Laserstrahlung (41, 42, 43) aller Laserdiodenchips (31, 32, 33) bis zur Lichtaustrittsebene (26) mit einer Toleranz von höchstens 3 ym gleich ist.
2. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Austrittsbereiche (61, 62, 63) jeweils ebene Teilflächen der Lichtaustrittsfläche (24) sind und sich die Austrittsbereiche (61, 62, 63) allesamt in der Deckplatte (23) befinden,
wobei die Toleranz, innerhalb der die optischen Weglängen gleich sind, höchstens 1,5 ym beträgt.
3. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Laserdiodenchips (31, 32, 33) kantenemittierende Halbleiterlaserchips sind,
wobei im Betrieb eine Abstrahlung der Laserdiodenchips (31,
32, 33) in Richtung parallel zur Lichtaustrittsebene (26) erfolgt, und
wobei den Laserdiodenchips (31, 32, 33) in dem Gehäuse (2) mindestens eine Umlenkoptik (51) nachgeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb erzeugte Laserstrahlung (41, 42, 43) hin zur Deckplatte (23) umzulenken.
4. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem das Gehäuse (2) ferner eine Grundplatte (21) und ein Mittelteil (22) umfasst,
wobei die Grundplatte (21), das Mittelteil (22) und die
Deckplatte (23) mittels anodischem Bonden und/oder Löten aneinander angebracht sind, sodass die Laserdiodenchips (31, 32, 33) in dem Gehäuse (2) hermetisch dicht eingekapselt sind, und
wobei das Mittelteil (22) und die Deckplatte (23) aus dem gleichen Material sind.
5. Halbleiterlaser (1) nach den beiden vorhergehenden
Ansprüchen,
bei dem das Mittelteil (22) zwischen der Grundplatte (21) und der Deckplatte (23) angebracht ist, und
wobei das Mittelteil (22) die genau eine Umlenkoptik (51) als ebene, schräge Begrenzungsfläche einer Ausnehmung umfasst und die Laserdiodenchips (31, 32, 33) in der Ausnehmung des
Mittelteils (22) angeordnet sind.
6. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem eine Dicke der Deckplatte außerhalb der
Austrittsbereiche (61, 62, 63) zwischen einschließlich 0,2 mm und 2 mm liegt,
wobei eine Dickenreduktion in zumindest einem der
Austrittsbereiche (61, 62, 63) mindestens 0,1 mm beträgt.
7. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Deckplatte (23) und/oder die Seitenwand (20) aus einem Glas ist,
wobei ein Brechungsindex der Deckplatte (23) und/oder der Seitenwand (20) für die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung (41, 42, 43) bei einer Temperatur von 300 K zwischen
einschließlich 1,4 und 1,6 liegt.
8. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Austrittsbereiche (61, 62, 63) in Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche (24) und/oder im Querschnitt durch die Lichtaustrittsfläche (24) unterschiedliche Formen
aufzeigen .
9. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem zumindest einer der Austrittsbereiche (61, 62, 63) schräg zur Lichtaustrittsebene (26) orientiert ist, wobei ein Winkel zwischen der Lichtaustrittsebene (26) und dem
betreffenden Austrittsbereich (61, 62, 63) zwischen
einschließlich 0,5° und 5° liegt.
10. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem eine Lichteintrittsfläche (25) der Deckplatte (23) und/oder der Seitenwand (20) eben ist,
wobei die Lichteintrittsfläche (25) der Lichtaustrittsfläche (24) gegenüber liegt und ein Abstand der Laserdiodenchips (31, 32, 33) zur Lichteintrittsfläche (25) entlang eines Strahlverlaufs zwischen einschließlich 0,3 mm und 3 mm liegt.
11. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem einer der Laserdiodenchips (31) zur Erzeugung von rotem Licht, einer der Laserdiodenchips (32) zur Erzeugung von grünem Licht und einer der Laserdiodenchips (33) zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet ist und die
Laserdiodenchips (31, 32, 33) unabhängig voneinander
elektrisch ansteuerbar sind,
wobei den Laserdiodenchips (31, 32, 33) gemeinsam eine
Strahlformungsoptik (52) und/oder ein beweglicher
Umlenkspiegel (53) nachgeordnet sind.
12. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Austrittsbereiche (61, 62, 63) direkt mit
mindestens einer Antireflexbeschichtung (54) versehen sind, wobei die Austrittsbereiche (61, 62, 63) in Draufsicht auf die Lichtaustrittsebene (26) gesehen entlang einer geraden Linie angeordnet sind, und
wobei eine mittlere Rauheit der Austrittsbereiche (61, 62,
63) jeweils höchstens 0,2 ym beträgt.
13. Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 6 bis 12,
bei dem sich die Austrittsbereiche (61, 62, 63) allesamt in der Seitenwand (20) befinden.
14. Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten:
A) Bereitstellen des Gehäuses (2), bevorzugt mit den darin fertig gekapselten Laserdiodenchips (31, 32, 33), B) Betreiben der Laserdiodenchips (31, 32, 33) und Vermessen einer Abstrahlcharakteristik von jedem der Laserdiodenchips (31, 32, 33),
C) Verändern der Deckplatte (23) und/oder der Seitenwand (20) in den Austrittsbereichen (61, 62, 63), sodass
Positioniertoleranzen der Laserdiodenchips (31, 32, 33) in dem Gehäuse (2) ausgeglichen werden und die optische Weglänge für die Laserstrahlung (41, 42, 43) aller Laserdiodenchips (31, 32, 33) bis zur Lichtaustrittsebene (26) mit einer
Toleranz von höchstens 3 ym gleich ist und/oder mit einer Toleranz von höchstens 3 ym gleich einem zuvor vorgegebenen Zielwert ist.
15. Herstellungsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem im Schritt C) ein Materialabtrag aus der Deckplatte (23) und/oder aus der Seitenwand (20) heraus erfolgt, sodass die Deckplatte (23) und/oder die Seitenwand (20) in
mindestens einem der Austrittsbereiche (61, 62, 63) dünner wird als neben den Austrittsbereichen (61, 62, 63) .
16. Herstellungsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Materialabtrag mittel Laserablation und/oder mittels laserinduzierter Gefügeveränderung innerhalb der Deckplatte (23) und/oder innerhalb der Seitenwand (20) und anschließendem Ätzen erfolgt.
17. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
bei dem nach dem Schritt C) zumindest einer der
Austrittsbereiche (61, 62, 63) mittels Laserpolitur geglättet wird .
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