WO2023180294A1 - Optoelektronisches halbleiterlaserbauelement - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterlaserbauelement Download PDF

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WO2023180294A1
WO2023180294A1 PCT/EP2023/057160 EP2023057160W WO2023180294A1 WO 2023180294 A1 WO2023180294 A1 WO 2023180294A1 EP 2023057160 W EP2023057160 W EP 2023057160W WO 2023180294 A1 WO2023180294 A1 WO 2023180294A1
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WO
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semiconductor laser
laser component
optoelectronic semiconductor
detector
detector element
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PCT/EP2023/057160
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Jan Marfeld
Tobias HAUPELTSHOFER
Jörg Erich SORG
Wolfgang Zinkl
Andreas Fröhlich
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Ams-Osram International Gmbh
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    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0287—Facet reflectivity

Definitions

  • the optoelectronic semiconductor laser component is designed in particular to generate coherent electromagnetic radiation, for example light that can be perceived by the human eye.
  • One problem to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor laser component that is particularly insensitive to external interference.
  • the optoelectronic semiconductor laser component comprises a semiconductor body with an active region set up to emit electromagnetic radiation, an outcoupling facet and a back facet opposite the outcoupling facet.
  • the active region has in particular a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • the semiconductor laser components are, for example, luminescent diodes, in particular light-emitting or laser diodes.
  • the semiconductor body is preferably set up to emit electromagnetic radiation with a main wavelength in the visible range.
  • a principal wavelength is a wavelength at which an emission spectrum has a global intensity maximum.
  • the visible spectral range is electromagnetic radiation with a wavelength of at least 380 nm and at most 780 nm.
  • the semiconductor body can also be set up to emit electromagnetic radiation in the infrared spectral range.
  • the infrared spectral range is defined as electromagnetic radiation with a wavelength of at least 780 nm and at most 3 pm.
  • the semiconductor body comprises a plurality of emitter regions.
  • Each emitter area is set up to emit electromagnetic radiation.
  • the emitter regions can preferably be controlled independently of one another.
  • the coupling-out facet is, for example, a side surface of the semiconductor body and has a high optical reflectivity for the electromagnetic radiation generated in the active region during operation.
  • the back facet is preferably a side surface of the semiconductor body and has a higher optical reflectivity relative to the output facet for the electromagnetic radiation generated in the active region during operation.
  • the optoelectronic semiconductor laser component comprises a detector element.
  • the detector element is in particular in operation for the detection of a in the semiconductor body emitted electromagnetic radiation.
  • Detector element is formed, for example, with silicon.
  • the optoelectronic semiconductor laser component comprises a dimensionally stable, radiation-permeable encapsulation element.
  • the encapsulation element in particular has a refractive index of at least 1.1.
  • the encapsulation element is preferably transparent to the electromagnetic radiation emitted in the semiconductor body during operation.
  • the encapsulation element protects the back facet and the photodiode from external environmental influences.
  • the optoelectronic semiconductor laser component comprises a shielding element.
  • the shielding element serves in particular to shield the detector element from unwanted electromagnetic radiation.
  • a resonator region with an optical axis is formed between the outcoupling facet and the back facet.
  • stimulated emission of electromagnetic radiation takes place parallel to the optical axis in the resonator region.
  • electromagnetic radiation from the back facet impinges on the detector element.
  • the back facet has an optical reflectivity of less than 100%. Consequently, part of the in the Semiconductor body generated electromagnetic radiation from the back facet during operation.
  • the encapsulation element is arranged between the back facet and the detector element.
  • the electromagnetic radiation preferably passes through the encapsulation element between the back facet and the detector element.
  • the shielding element surrounds the encapsulation element in such a way that electromagnetic radiation that is not emitted by the semiconductor body during operation is shielded from the detector element.
  • the encapsulation element is at least partially embedded in the shielding element.
  • the shielding element preferably surrounds the encapsulation element at least in some areas.
  • the shielding element is, for example, in direct contact with the encapsulation element, at least in places.
  • the optoelectronic semiconductor laser component is based on an arsenide compound semiconductor material.
  • arsenide compound semiconductor material in this context means that the semiconductor body or at least a part thereof, particularly preferably at least the active region and/or a growth substrate wafer, preferably comprises AlnGamlnx-n -m As, where 0 ⁇ n ⁇ 1 , 0 ⁇ m ⁇ 1 and n+m ⁇ 1.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it can contain one or more dopants as well as additional ones Have components.
  • the above formula only includes the essential components of the crystal lattice (Al or As, Ga, In), even if these can be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the semiconductor laser component is formed with GaAs.
  • the optoelectronic semiconductor laser component is based on a nitride compound semiconductor material.
  • a nitride compound semiconductor material in the present context means that the semiconductor body or at least a part thereof, particularly preferably at least the active region and/or a growth substrate wafer, has a nitride compound semiconductor material, preferably AlnGamlnx-n-mN or made from this exists, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n+m ⁇ 1.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it can, for example, have one or more dopants and additional components.
  • the above formula only includes the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these can be partially replaced and/or supplemented by small amounts of other substances.
  • the semiconductor laser component is formed with InGaN.
  • the optoelectronic semiconductor laser component comprises:
  • a semiconductor body with an active area set up to emit electromagnetic radiation, an outcoupling facet and a back facet opposite the outcoupling facet, a detector element, a dimensionally stable, radiation-permeable one
  • a resonator region with an optical axis is formed between the outcoupling facet and the back facet
  • the encapsulation element is arranged between the back facet and the detector element
  • the shielding element surrounds the encapsulation element in such a way that electromagnetic radiation that is not emitted by the semiconductor body during operation is shielded from the detector element.
  • An optoelectronic semiconductor laser component described here is based, among other things, on the following considerations:
  • a detector element can be arranged on a back facet of a semiconductor body.
  • the detector element can also be hit by external electromagnetic radiation that is not emitted by the semiconductor body.
  • a detector signal can thus be disadvantageously falsified and monitoring of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor body is susceptible to external interference.
  • the optoelectronic semiconductor laser component described here makes use, among other things, of the idea of arranging an encapsulation element in the beam path of radiation emitted by the back facet of a semiconductor body. So can the electromagnetic Radiation can be better guided to a detector element. Furthermore, a shielding element is arranged around the encapsulation element in such a way that electromagnetic radiation that is not emitted by the semiconductor body during operation is shielded from the detector element. This means that electromagnetic radiation irradiated from outside cannot influence the detector signal.
  • a main extension plane of the detector element is aligned transversely to the optical axis.
  • the main extension plane of the detector element is aligned parallel to the back facet. Electromagnetic radiation emerging from the rear facet preferably strikes perpendicularly on the main plane of extension of the detector element.
  • an optical element is arranged between the back facet and the detector element.
  • the optical element in particular has a higher refractive index than the encapsulation element.
  • a waveguide effect can advantageously arise between the optical element and the encapsulation element surrounding it with a lower refractive index. Electromagnetic radiation emerging from the rear facet can thus be guided in the optical element with particularly low losses.
  • the optical element is formed with glass.
  • the optical element advantageously has a particularly high aging stability.
  • the optical element has a shape that deviates from a cuboid or a cylinder in order to achieve targeted beam shaping.
  • the back facet and the detector element are each in direct contact with the optical element. This advantageously results in particularly few refractive index jumps in the optical path from the back facet to the detector element.
  • the beam path of the radiation emitted by the semiconductor body during operation through the back facet is embedded in the encapsulation element and/or the optical element.
  • the electromagnetic radiation passes exclusively through the encapsulation element and/or the optical element on its way from the back facet to the detector element.
  • a main extension plane of the detector element is aligned parallel to the optical axis.
  • the main extension plane of the detector element is aligned transversely to the back facet.
  • the encapsulation element has a curved interface that guides the electromagnetic radiation from the back facet to the detector element.
  • the curved interface is convexly curved when viewed from outside the semiconductor laser component.
  • the interface of the encapsulation element is preferably located between the encapsulation element and the shielding element.
  • a jump in refractive index is advantageously present at the interface.
  • a radiation-transmissive reflection region is arranged between the encapsulation element and the shielding element.
  • the reflection region preferably has a lower refractive index than the encapsulation element.
  • the reflection area enables total reflection, which occurs at the interface between the encapsulation element and the reflection area.
  • the reflection region is preferably formed with a radiation-permeable material. Radiation emerging from the rear facet can thus be redirected to the detector element through the encapsulation element with particularly little loss.
  • an optical element with at least one deflection surface is arranged between the back facet and the detector element.
  • the optical element enables particularly low-loss conduction of the electromagnetic radiation.
  • the optical element is designed as a triangular prism on the detector element.
  • the semiconductor body is arranged on a semiconductor mounting body and the detector is arranged on a detector mounting body, the semiconductor mounting body having a vertical extent which corresponds to an entire vertical extent of the Detector element and the detector mounting body corresponds.
  • the entire vertical extent of the detector element and the vertical extent of the semiconductor mounting body are identical within the scope of a manufacturing tolerance.
  • the semiconductor mounting body is formed with aluminum nitride or silicon carbide.
  • the detector mounting body is formed in particular with aluminum nitride or aluminum oxide.
  • the semiconductor mounting body enables particularly good heat dissipation from the semiconductor body.
  • the semiconductor mounting body is preferably designed to be electrically insulating.
  • the detector element is arranged next to the optical axis of the semiconductor body.
  • the detector element is arranged transversely to the back facet and next to the optical axis.
  • the shielding element surrounds the encapsulation element in such a way that only electromagnetic radiation emitted by the semiconductor body during operation strikes the detector element.
  • the detector element is therefore completely shielded from the outside. This enables interference-free measurement of the electromagnetic radiation emerging from the back facet.
  • the shielding element is impermeable to electromagnetic radiation in the visible wavelength range.
  • the shielding element is also preferred impermeable to electromagnetic radiation in the infrared spectral range from 780 nm to 3 pm.
  • the encapsulation element is formed with a polymer, in particular a polysiloxane.
  • the encapsulation element can be formed with an epoxy.
  • Polymers in particular have a high level of elasticity and are therefore also suitable for balancing mechanical stresses in components with different coefficients of thermal expansion.
  • the shielding element is formed with a polymer, in particular a polysiloxane.
  • the shielding element can be formed with an epoxy.
  • non-transparent fillers are embedded in the polysiloxane.
  • the shielding element comprises carbon f.
  • the detector element comprises an optical filter element.
  • the filter element is preferably arranged on the side of the detector element facing the back facet.
  • the filter element is impermeable to radiation in the infrared spectral range from 780 nm to 3 pm. For example, residues of infrared radiation that penetrate through the shielding element can be filtered out.
  • the detector element is a semiconductor laser component Photodiode .
  • Photodiodes are particularly characterized by high sensitivity and a short response time.
  • the semiconductor body and the detector element are arranged on a common carrier body, the carrier body being formed with the same material as the semiconductor mounting body. Choosing the same material advantageously results in no difference in the thermal expansion coefficient of the carrier body and the semiconductor mounting body. The risk of the semiconductor mounting body becoming detached from the carrier body is therefore advantageously reduced.
  • the carrier body is formed with a metallized aluminum nitride carrier.
  • An optoelectronic semiconductor laser component described here is particularly suitable for use as a light source in compact portable devices, for example for augmented reality applications and projection applications or in a light detection and ranging application (LIDAR for short) or a head-up display.
  • LIDAR light detection and ranging application
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an optoelectronic device described here Semiconductor laser component according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a third exemplary embodiment
  • FIGS. 4A to 4C show schematic sectional views and a top view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a fifth exemplary embodiment
  • Figures 6A and 6B show a schematic top view and a detailed view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a sixth exemplary embodiment
  • Figures 7A and 7B show a schematic top view and a perspective detailed view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a seventh exemplary embodiment.
  • Identical, similar or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures.
  • the figures and the size relationships between the elements shown in the figures are not to be considered to scale. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly large for better display and/or for better comprehensibility.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a first exemplary embodiment.
  • the optoelectronic semiconductor laser component 1 comprises a semiconductor body 10 with an active region 101 designed to emit electromagnetic radiation. Furthermore, the semiconductor body 10 comprises an outcoupling facet 10A and a back facet 10B opposite the outcoupling facet 10A. The outcoupling facet 10A and the back facet 10B are each arranged on a side surface of the semiconductor body. A resonator region 10R with an optical axis 10X is formed between the outcoupling facet 10A and the back facet 10B.
  • the semiconductor body 10 is arranged on a semiconductor mounting body 11.
  • the semiconductor assembly body 11 enables particularly good heat dissipation from the semiconductor body 10.
  • the semiconductor mounting body 11 is preferably designed to be electrically insulating.
  • the optoelectronic semiconductor laser component 1 includes a detector element 20.
  • the detector element 20 includes a detector mounting body 21 and is arranged in the optical axis 10X of the semiconductor body 10 .
  • a filter element 22 is also arranged on the detector element 20.
  • the filter element 22 is impermeable to radiation in the infrared spectral range from 780 nm to 3 pm.
  • the filter element 22 completely covers the side of the detector element 20 facing the back facet 10B.
  • the detector element 20 is set up to detect electromagnetic radiation emitted in the semiconductor body 10 during operation by the back facet 10B.
  • the detector element 20 is formed, for example, with silicon.
  • a dimensionally stable, radiation-permeable encapsulation element 30 is arranged between the back facet 10B and the detector element 20.
  • a shielding element 40 is arranged around the encapsulation element 30 in such a way that electromagnetic radiation that is not emitted by the semiconductor body 10 during operation is shielded from the detector element 20.
  • the encapsulation element 30 is at least partially embedded in the shielding element 40.
  • the shielding element 40 surrounds the encapsulation element 30 at least in some areas.
  • the shielding element 40 is in direct contact with the encapsulation element 30 at least in places.
  • the semiconductor mounting body 11 and the detector mounting body 21 are mounted on a common support body 60 .
  • the carrier body 60 is formed with the same material as the semiconductor mounting body 11. Choosing the same material advantageously results in no difference in the thermal expansion coefficient of the carrier body 60 and the semiconductor mounting body 11. The risk of the semiconductor assembly body 11 becoming detached from the carrier body 60 is therefore advantageously reduced.
  • the Carrier body 60 is formed with a metallized aluminum nitride carrier.
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a second exemplary embodiment.
  • the second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • the second exemplary embodiment includes an optical element 50.
  • the optical element 50 is arranged between the back facet 10B and the detector element 20.
  • the optical element 50 has a higher refractive index than the encapsulation element 30.
  • a waveguide effect can advantageously arise between the optical element 50 and the encapsulation element 30 surrounding it with a lower refractive index.
  • the optical element 50 is formed with glass.
  • the back facet 10B and the detector element 20 are each in direct contact with the optical element 50. This advantageously results in particularly few refractive index jumps in the optical path from the back facet 10B to the detector element 20.
  • a small gap between the interfaces of the optical element 50 with the back facet 10B and the detector element 20 can each be filled with the material of the encapsulation element 30.
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a third exemplary embodiment.
  • the third exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • a main extension plane of the detector element 20 is parallel to the optical axis aligned 10X.
  • the main extension plane of the detector element 20 is aligned transversely to the back facet 10B.
  • a detector element 20 arranged in this way also advantageously only requires a particularly small installation space.
  • the encapsulation element 30 has a curved interface that directs the electromagnetic radiation from the back facet 10B to the detector element 20 .
  • the curved boundary surface is convexly curved when viewed from outside the semiconductor laser component 1.
  • the encapsulation element completely covers a side of the detector element 20 facing away from the carrier body 60.
  • FIG. 4A to 4G show schematic sectional views and a top view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a fourth exemplary embodiment.
  • the fourth exemplary embodiment essentially corresponds to the third exemplary embodiment shown in FIG.
  • FIG. 4A A first sectional view of the fourth exemplary embodiment is shown in FIG. 4A.
  • the fourth exemplary embodiment comprises an optical element 50 with a deflection surface 50A.
  • the optical element 50 has a higher refractive index than the encapsulation element 30.
  • a waveguide effect can advantageously arise between the optical element 50 and the encapsulation element 30 surrounding it with a lower refractive index.
  • Electromagnetic radiation emerging from the back facet 10B can be particularly so be guided with little loss in the optical element 50.
  • the optical element 50 enables particularly low-loss conduction of the electromagnetic radiation to the detector element 20.
  • the semiconductor mounting body 11 has a vertical extension 11Y.
  • the detector element 20 has a vertical extension 20Y in combination with the detector mounting body 21.
  • the vertical extension of the semiconductor mounting body 11Y is identical to the vertical extension of the detector element 20Y. This makes assembly of the optical element 50 easier.
  • the detector mounting body 21 is particularly formed with aluminum nitride or aluminum oxide.
  • the semiconductor mounting body 11 is formed with aluminum nitride or silicon carbide.
  • FIG. 4B A top view of the fourth exemplary embodiment is shown in FIG. 4B.
  • the course of the resonator region 10R in the semiconductor body 10 along the optical axis 10X can be seen.
  • the optical element 50 and the detector element 20 are arranged downstream of the back facet 10B along the optical axis 10X.
  • the encapsulation element 30 at least partially surrounds the optical element 50 along the optical axis 10X.
  • FIG. 40 A detailed view of the fourth exemplary embodiment is shown in FIG. 40. Only the optical element 50 is shown in the detailed view.
  • the optical element 50 includes a deflection surface 50A. Electromagnetic radiation is coupled from the semiconductor body 10 into the optical element 50, deflected by 90° at the deflection surface 50A and then coupled out onto the detector element 20.
  • Figure 5 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a fifth exemplary embodiment.
  • the fifth exemplary embodiment essentially corresponds to the third exemplary embodiment shown in FIG.
  • an additional reflection region 31 is arranged between the encapsulation element 30 and the shielding element 40.
  • the reflection region 31 has a lower refractive index than the encapsulation element 30.
  • the reflection area 31 is transparent to radiation.
  • the reflection region 31 enables total reflection that occurs at the interface between the encapsulation element 30 and the reflection region 31. Electromagnetic radiation emerging from the rear facet 10B can thus be redirected through the encapsulation element 30 onto the detector element 20 with particularly little loss.
  • FIGS. 6A and 6B show a schematic top view and a detailed view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a sixth exemplary embodiment.
  • the sixth exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIGS. 4A to 4C.
  • FIG. 6A A schematic top view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 is shown in FIG. 6A.
  • the optical element 50 is only arranged on the detector element 20.
  • the optical element 20 does not extend laterally beyond an edge of the detector element 20.
  • Electromagnetic radiation emerging from the back facet 10B initially runs along the optical axis 10X in the Encapsulation element and then enters the optical element 50. The radiation undergoes a deflection in the optical element 50 and is coupled out of the optical element in the direction of the detector element 20.
  • Such a small optical element 50 is advantageously less susceptible to thermal stress.
  • such a structure is insensitive to differences in the vertical extent 11Y of the semiconductor mounting body 11 and the vertical extent 20Y of the detector element 20. Different heights of the elements can be compensated for by the optical element 50. For example, a larger optical element 50 is provided to capture more light.
  • FIG. 6B A detailed view of the optical element 50 is shown in FIG. 6B. Electromagnetic radiation propagates from the semiconductor body 10 along the optical axis 10X before entering the optical element 50 . There the electromagnetic radiation is deflected by 90° by the deflection surface 50A and emitted onto the detector element 20. In a further embodiment, the optical element 50 can be designed as a triangular prism.
  • Figures 7A and 7B show a schematic top view and a perspective detailed view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a seventh exemplary embodiment.
  • the seventh exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIGS. 4A to 40.
  • FIG. 7A A schematic top view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 is shown in FIG. 7A.
  • the detector element 20 is arranged transversely to the back facet 10B and adjacent to the optical axis 10X.
  • a particularly compact semiconductor laser component 1 can thus advantageously be provided.
  • the main direction of extension of the optical element 50 runs transversely to the optical axis 10X.
  • the ends of the optical element 50 are each embedded in the encapsulation element 30.
  • the encapsulation element 30 comprises two separate areas 30. In places, the shielding element 50 borders directly on the optical element 50.
  • Figure 7B shows a detailed view of the optical element 50 of the optoelectronic semiconductor laser component 1 according to the seventh exemplary embodiment.
  • the optical element 50 comprises two deflection surfaces 50A, each of which causes a deflection of 90°. Electromagnetic radiation enters the optical element 50 from the semiconductor body 10 and is coupled out of the optical element 50 onto the detector element 20 after passing through the two deflection surfaces 50A.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) umfassend: einen Halbleiterkörper (10) mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (101), einer Auskoppelfacette (10A) und einer der Auskoppelfacette (10A) gegenüberliegende Rückfacette (10B), ein Detektorelement (20), ein formfestes, strahlungsdurchlässiges Verkapselungselement (30), und ein Abschirmelement(40) angegeben. Zwischen der Auskoppelfacette (10A) und der Rückfacette (10B) ist ein Resonatorbereich (10R) mit einer optischen Achse (10X) ausgebildet. Elektromagnetische Strahlung aus der Rückfacette (10B) trifft auf das Detektorelement (20) auf. Das Verkapselungselement (30) ist zwischen der Rückfacette (10B) und dem Detektorelement (20) angeordnet. Das Abschirmelement (40) umgibt das Verkapselungselement (30) derart, dass elektromagnetische Strahlung, die nicht von dem Halbleiterkörper (10) im Betrieb emittiert wird, von dem Detektorelement (20) abgeschirmt ist.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLE I TERLASERBAUELEMENT
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement angegeben . Das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement ist insbesondere zur Erzeugung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht , eingerichtet .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement anzugeben, das besonders unempfindlich gegenüber äußeren Störungen ist .
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement einen Halbleiterkörper mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich, einer Auskoppel facette und einer der Auskoppel facette gegenüberliegende Rückfacette . Der aktive Bereich weist insbesondere einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur ( SQW, single quantum well ) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well ) zur Strahlungserzeugung auf .
Bei den Halbleiterlaserbauelementen handelt es sich beispielsweise um Lumines zenzdioden, insbesondere Leucht- oder Laserdioden . Bevorzugt ist der Halbleiterkörper zur Emission einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Hauptwellenlänge im sichtbaren Bereich eingerichtet . Eine Hauptwellenlänge ist eine Wellenlänge , bei der ein Emissionsspektrum ein globales Intensitätsmaximum aufweist .
Als sichtbarer Spektralbereich gilt hier und im Folgenden eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mindestens 380 nm und höchstens 780 nm . Alternativ kann der Halbleiterkörper auch zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im Infraroten Spektralbereich eingerichtet sein . Als infraroter Spektralbereich gilt hier und im Folgenden eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mindestens 780 nm und höchstens 3 pm . Insbesondere umfasst der Halbleiterkörper eine Mehrzahl von Emitterbereichen .
Jeder Emitterbereich ist zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet . Bevorzugt sind die Emitterbereiche unabhängig voneinander ansteuerbar .
Die Auskoppel facette ist beispielsweise eine Seitenfläche des Halbleiterkörpers und weist eine hohe optische Ref lektivität für die in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung auf . Die Rückfacette ist bevorzugt eine Seitenfläche des Halbleiterkörpers und weist eine relativ zu der Auskoppel facette höhere optische Ref lektivität für die in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement ein Detektorelement . Das Detektorelement ist insbesondere zur Detektion von einer in dem Halbleiterkörper im Betrieb emittierter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet . Das
Detektorelement ist beispielsweise mit Sili zium gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement ein formfestes , strahlungsdurchlässiges Verkapselungselement . Das Verkapselungselement weist insbesondere einen Brechungsindex von mindestens 1 , 1 auf . Das Verkapselungselement ist bevorzugt durchlässig für die in dem Halbleiterkörper im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung . Beispielsweise schützt das Verkapselungselement die Rückfacette und die Photodiode vor äußeren Umwelteinflüssen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement ein Abschirmelement . Das Abschirmelement dient insbesondere einer Abschirmung des Detektorelements vor unerwünschter elektromagnetischer Strahlung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist zwischen der Auskoppel facette und der Rückfacette ein Resonatorbereich mit einer optischen Achse ausgebildet . In dem Resonatorbereich findet insbesondere eine stimulierte Emission von elektromagnetischer Strahlung parallel zur optischen Achse statt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements tri f ft elektromagnetische Strahlung aus der Rückfacette auf das Detektorelement auf . Die Rückfacette weist eine optische Ref lektivität von weniger als 100% auf . Folglich tritt ein Teil der in dem Halbleiterkörper im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus der Rückfacette aus .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist das Verkapselungselement zwischen der Rückfacette und dem Detektorelement angeordnet . Bevorzugt durchläuft die elektromagnetische Strahlung zwischen der Rückfacette und dem Detektorelement das Verkapselungselement .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umgibt das Abschirmelement das Verkapselungselement derart , dass elektromagnetische Strahlung, die nicht von dem Halbleiterkörper im Betrieb emittiert wird, von dem Detektorelement abgeschirmt ist . Beispielsweise ist das Verkapselungselement zumindest teilweise in dem Abschirmelement eingebettet . Bevorzugt umgibt das Abschirmelement das Verkapselungselement zumindest bereichsweise . Das Abschirmelement steht beispielsweise zumindest stellenweise in direktem Kontakt zu dem Verkapselungselement .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form basiert das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement auf einem Arsenid-Verbindungs-Halbleitermaterial . „Auf Arsenid- Verbindungs-Halbleitermaterial basierend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest der aktive Bereich und/oder ein Aufwachssubstratwafer, vorzugsweise AlnGamlnx-n- mAs umfasst , wobei 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und n+m < 1 ist . Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen . Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al bzw . As , Ga, In) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof fe ersetzt sein können . Beispielsweise ist das Halbleiterlaserbauelement mit GaAs gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form basiert das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement auf einem Nitrid- Verbindungs-Halbleitermaterial . "Auf Nitrid-Verbindungs- Halbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest der aktive Bereich und/oder ein Aufwachssubstratwafer, ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise AlnGamlnx-n-mN aufweist oder aus diesem besteht , wobei 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und n+m < 1 . Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen . Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al , Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof fe ersetzt und/oder ergänzt sein können . Beispielsweise ist das Halbleiterlaserbauelement mit InGaN gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement :
- einen Halbleiterkörper mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich, einer Auskoppel facette und einer der Auskoppel facette gegenüberliegende Rückfacette , ein Detektorelement , ein formfestes , strahlungsdurchlässiges
Verkapselungselement , und
- ein Abschirmelement , wobei
- zwischen der Auskoppel facette und der Rückfacette ein Resonatorbereich mit einer optischen Achse ausgebildet ist ,
- elektromagnetische Strahlung aus der Rückfacette auf das Detektorelement auftri f ft ,
- das Verkapselungselement zwischen der Rückfacette und dem Detektorelement angeordnet ist , und
- das Abschirmelement das Verkapselungselement derart umgibt , dass elektromagnetische Strahlung, die nicht von dem Halbleiterkörper im Betrieb emittiert wird, von dem Detektorelement abgeschirmt ist .
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde : Zur Überwachung einer Intensität von einer in einem Halbleiterlaserbauelement im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung kann ein Detektorelement an einer Rückfacette eines Halbleiterkörpers angeordnet sein . Das Detektorelement kann dabei auch von externer elektromagnetischer Strahlung getrof fen werden, die nicht von dem Halbleiterkörper emittiert ist . So kann ein Detektorsignal nachteilig verfälscht werden und eine Überwachung der von dem Halbleiterkörper emittierten elektromagnetischen Strahlung ist anfällig für äußere Störungen .
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterlaserbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, ein Verkapselungselement in dem Strahlengang einer von der Rückfacette eines Halbleiterkörpers emittierten Strahlung anzuordnen . So kann die elektromagnetische Strahlung besser zu einem Detektorelement hingeführt werden . Ferner ist ein Abschirmelement derart um das Verkapselungselement angeordnet , dass elektromagnetische Strahlung, die nicht von dem Halbleiterkörper im Betrieb emittiert wird, von dem Detektorelement abgeschirmt ist . So kann eine von außen eingestrahlte elektromagnetische Strahlung das Detektorsignal nicht beeinflussen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist eine Haupterstreckungsebene des Detektorelements quer zur optischen Achse ausgerichtet . Mit anderen Worten, die Haupterstreckungsebene des Detektorelements ist parallel zur Rückfacette ausgerichtet . Eine aus der Rückfacette austretende elektromagnetische Strahlung tri f ft bevorzugt senkrecht auf der Haupterstreckungsebene des Detektorelements auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist ein Optikelement zwischen der Rückfacette und dem Detektorelement angeordnet . Das Optikelement weist insbesondere einen höheren Brechungsindex als das Verkapselungselement auf . Vorteilhaft kann so ein Wellenleiteref fekt zwischen dem Optikelement und dem ihm umgebenden Verkapselungselement mit einem niedrigeren Brechungsindex entstehen . Eine aus der Rückfacette austretende elektromagnetische Strahlung kann so besonders verlustarm in dem Optikelement geführt werden . Beispielsweise ist das Optikelement mit Glas gebildet . Vorteilhaft weist das Optikelement eine besonders hohe Alterungsstabilität auf . Insbesondere weist das Optikelement eine von einem Quader oder einem Zylinder abweichende Form auf , um eine gezielte Strahl formung zu erreichen . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements stehen die Rückfacette und das Detektorelement j eweils in direktem Kontakt mit dem Optikelement . Vorteilhaft entstehen so besonders wenige Brechungsindexsprünge in dem optischen Pfad von der Rückfacette zum Detektorelement .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der Strahlengang der von dem Halbleiterkörper im Betrieb durch die Rückfacette emittierten Strahlung in das Verkapselungselement und/oder das Optikelement eingebettet ist . Mit anderen Worten, die elektromagnetische Strahlung durchläuft auf ihrem Weg von der Rückfacette zum Detektorelement ausschließlich das Verkapselungselement und/oder das Optikelement .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist eine Haupterstreckungsebene des Detektorelements parallel zur optischen Achse ausgerichtet . Mit anderen Worten, die Haupterstreckungsebene des Detektorelements ist quer zur Rückfacette ausgerichtet . Beispielsweise vereinfacht eine solche Anordnung eine Montage des Detektorelements . Vorteilhaft benötigt ein so angeordnetes Detektorelement ferner nur einen besonders kleinen Bauraum .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements weist das Verkapselungselement eine gekrümmte Grenz fläche auf , die die elektromagnetische Strahlung von der Rückfacette zum Detektorelement leitet . Insbesondere ist die gekrümmte Grenz fläche von außerhalb des Halbleiterlaserbauelements betrachtet konvex gekrümmt . Die Grenz fläche des Verkapselungselements befindet sich bevorzugt zwischen dem Verkapselungselement und dem Abschirmelement .
Vorteilhaft ist ein Brechungsindexsprung an der Grenz fläche vorhanden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist ein strahlungsdurchlässiger Reflexionsbereich zwischen dem Verkapselungselement und dem Abschirmelement angeordnet . Der Reflexionsbereich weist bevorzugt einen niedrigeren Brechungsindex als das Verkapselungselement auf . Insbesondere ermöglicht der Reflexionsbereich eine Totalreflexion, die an der Grenz fläche zwischen dem Verkapselungselement und dem Reflexionsbereich auf tritt . Bevorzugt ist der Reflexionsbereich mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet . Eine von der Rückfacette austretende Strahlung kann so besonders verlustarm durch das Verkapselungselement auf das Detektorelement umgelenkt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist ein Optikelement mit zumindest einer Umlenkfläche zwischen der Rückfacette und dem Detektorelement angeordnet . Mittels der Umlenkfläche ermöglicht das Optikelement eine besonders verlustarme Leitung der elektromagnetischen Strahlung . Insbesondere ist das Optikelement als ein dreieckiges Prisma auf dem Detektorelement ausgeführt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der Halbleiterkörper auf einem Halbleitermontagekörper angeordnet und der Detektor auf einem Detektormontagekörper angeordnet , wobei der Halbleitermontagekörper eine vertikale Erstreckung aufweist , die einer gesamten vertikalen Erstreckung des Detektorelements und des Detektormontagekörpers entspricht . Insbesondere sind die gesamte vertikale Erstreckung des Detektorelements und die vertikale Erstreckung des Halbleitermontagekörpers im Rahmen einer Herstellungstoleranz identisch . Beispielsweise ist der Halbleitermontagekörper mit Aluminiumnitrid oder Sili ziumcarbid gebildet . Der Detektormontagekörper ist insbesondere mit Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid gebildet . Der Halbleitermontagekörper ermöglicht eine besonders gute Wärmeableitung aus dem Halbleiterkörper . Bevorzugt ist der Halbleitermontagekörper elektrisch isolierend ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist das Detektorelement neben der optischen Achse des Halbleiterkörpers angeordnet . Mit anderen Worten, das Detektorelement ist quer zur Rückfacette und neben der optischen Achse angeordnet . Vorteilhaft kann so ein besonders kompaktes Halbleiterlaserbauelement bereitgestellt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umgibt das Abschirmelement das Verkapselungselement derart , dass nur elektromagnetische Strahlung, die von dem Halbleiterkörper im Betrieb emittiert wird, auf das Detektorelement auftri f ft . Von außen auf das Detektorelement ist folglich vollständig abgeschirmt . Dies ermöglicht eine störungssichere Messung der aus der Rückfacette austretenden elektromagnetischen Strahlung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist das Abschirmelement undurchlässig für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich . Bevorzugt ist das Abschirmelement auch undurchlässig für elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich von 780 nm bis 3 pm .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist das Verkapselungselement mit einem Polymer, insbesondere einem Polysiloxan gebildet . Alternativ kann das Verkapselungselement mit einem Epoxyd gebildet sein . Polymere weisen insbesondere eine hohe Elasti zität auf , und eignen sich daher auch zum Ausgleich von mechanischen Spannungen in Bauteilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoef fi zienten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist das Abschirmelement mit einem Polymer, insbesondere einem Polysiloxan gebildet . Alternativ kann das Abschirmelement mit einem Epoxyd gebildet sein . Beispielsweise sind intransparente Füllstof fe in das Polysiloxan eingebettet . Beispielsweise umfasst das Abschirmelement Kohlenstof f .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst das Detektorelement ein optisches Filterelement . Das Filterelement ist bevorzugt auf der der Rückfacette zugewandten Seite des Detektorelements angeordnet . Insbesondere ist das Filterelement undurchlässig für Strahlung im infraroten Spektralbereich von 780 nm bis 3 pm . Beispielsweise können so Reste von infraroter Strahlung, die durch das Abschirmelement durchdringen gefiltert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen
Halbleiterlaserbauelements ist das Detektorelement eine Photodiode . Photodioden zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Empfindlichkeit und eine kurze Reaktions zeit aus .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements sind der Halbleiterkörper und das Detektorelement auf einem gemeinsamen Trägerkörper angeordnet , wobei der Trägerkörper mit dem gleichen Material gebildet ist , wie der Halbleitermontagekörper . Durch die Wahl des gleichen Materials ergibt sich vorteilhaft kein Unterscheid im thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des Trägerkörpers und des Halbleitermontagekörpers . Die Gefahr einer Ablösung des Halbleitermontagekörpers von dem Trägerkörper ist daher vorteilhaft vermindert . Beispielsweise ist der Trägerkörper mit einem metallisierten Aluminiumnitrid-Träger gebildet .
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement eignet sich insbesondere zum Einsatz als Lichtquelle in kompakten tragbaren Geräten, beispielsweise für Augmented-Reality Anwendungen und Proj ektionsanwendungen oder in einer light detection and ranging-Anwendung ( kurz : LIDAR) oder einem Head-Up-Display .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Aus führungsbeispielen .
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,
Figuren 4A bis 4C schematische Schnittansichten und eine Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel ,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel ,
Figuren 6A und 6B eine schematische Draufsicht und eine Detailansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel , und
Figuren 7A und 7B eine schematische Draufsicht und eine perspektivische Detailansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich 101 . Ferner umfasst der Halbleiterkörper 10 eine Auskoppel facette 10A und eine der Auskoppel facette 10A gegenüberliegende Rückfacette 10B . Die Auskoppel facette 10A und die Rückfacette 10B sind j eweils an einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers angeordnet . Zwischen der Auskoppel facette 10A und der Rückfacette 10B ist ein Resonatorbereich 10R mit einer optischen Achse 10X ausgebildet .
Der Halbleiterkörper 10 ist auf einem Halbleitermontagekörper 11 angeordnet . Der Halbleitermontagekörper 11 ermöglicht eine besonders gute Wärmeableitung aus dem Halbleiterkörper 10 . Bevorzugt ist der Halbleitermontagekörper 11 elektrisch isolierend ausgebildet .
Neben dem Halbleiterkörper 10 umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement 1 ein Detektorelement 20 . Das Detektorelement 20 umfasst einen Detektormontagekörper 21 und ist in der optischen Achse 10X des Halbleiterkörpers 10 angeordnet . Auf der der Rückfacette 10B zugewandten Seite des Detektorelements 20 ist ferner ein Filterelement 22 angeordnet . Insbesondere ist das Filterelement 22 undurchlässig für Strahlung im infraroten Spektralbereich von 780 nm bis 3 pm . Das Filterelement 22 bedeckt die der Rückfacette 10B zugewandte Seite des Detektorelements 20 vollständig . Das Detektorelement 20 ist zur Detektion von einer in dem Halbleiterkörper 10 im Betrieb durch die Rückfacette 10B emittierter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet . Das Detektorelement 20 ist beispielsweise mit Sili zium gebildet .
Zwischen der Rückfacette 10B und dem Detektorelement 20 ist ein formfestes , strahlungsdurchlässiges Verkapselungselement 30 angeordnet . Um das Verkapselungselement 30 ist ein Abschirmelement 40 derart angeordnet , dass elektromagnetische Strahlung, die nicht von dem Halbleiterkörper 10 im Betrieb emittiert wird, von dem Detektorelement 20 abgeschirmt ist . Das Verkapselungselement 30 ist zumindest teilweise in dem Abschirmelement 40 eingebettet . Das Abschirmelement 40 umgibt das Verkapselungselement 30 zumindest bereichsweise . Das Abschirmelement 40 steht zumindest stellenweise in direktem Kontakt zu dem Verkapselungselement 30 .
Der Halbleitermontagekörper 11 und der Detektormontagekörper 21 sind auf einem gemeinsamen Trägerkörper 60 montiert . Der Trägerkörper 60 ist mit dem gleichen Material gebildet , wie der Halbleitermontagekörper 11 . Durch die Wahl des gleichen Materials ergibt sich vorteilhaft kein Unterscheid im thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des Trägerkörpers 60 und des Halbleitermontagekörpers 11 . Die Gefahr einer Ablösung des Halbleitermontagekörpers 11 von dem Trägerkörper 60 ist daher vorteilhaft vermindert . Beispielsweise ist der Trägerkörper 60 mit einem metallisierten Aluminiumnitrid- Träger gebildet .
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Das zweite Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Zusätzlich umfasst das zweite Aus führungsbeispiel ein Optikelement 50 . Das Optikelement 50 ist zwischen der Rückfacette 10B und dem Detektorelement 20 angeordnet . Das Optikelement 50 weist einen höheren Brechungsindex als das Verkapselungselement 30 auf . Vorteilhaft kann so ein Wellenleiteref fekt zwischen dem Optikelement 50 und dem ihm umgebenden Verkapselungselement 30 mit einem niedrigeren Brechungsindex entstehen . Das Optikelement 50 ist mit Glas gebildet .
Die Rückfacette 10B und das Detektorelement 20 stehen j eweils in direktem Kontakt zu dem Optikelement 50 . Vorteilhaft entstehen so besonders wenig Brechungsindexsprünge in dem optischen Pfad von der Rückfacette 10B zum Detektorelement 20 . Alternativ kann ein kleiner Spalt zwischen den Grenz flächen des Optikelements 50 mit der Rückfacette 10B und dem Detektorelement 20 j eweils mit dem Material des Verkapselungselements 30 gefüllt sein .
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel . Das dritte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist eine Haupterstreckungsebene des Detektorelements 20 parallel zur optischen Achse 10X ausgerichtet . Mit anderen Worten, die Haupterstreckungsebene des Detektorelements 20 ist quer zur Rückfacette 10B ausgerichtet . Beispielsweise vereinfacht eine solche Anordnung eine Montage des Detektorelements 20 an dem Trägerköper 60 . Vorteilhaft benötigt ein so angeordnetes Detektorelement 20 ferner auch nur einen besonders kleinen Bauraum .
Das Verkapselungselement 30 weist eine gekrümmte Grenz fläche auf , die die elektromagnetische Strahlung von der Rückfacette 10B zum Detektorelement 20 leitet . Insbesondere ist die gekrümmte Grenz fläche von außerhalb des Halbleiterlaserbauelements 1 betrachtet konvex gekrümmt . Das Verkapselungselement bedeckt eine dem Trägerkörper 60 abgewandte Seite des Detektorelements 20 vollständig .
Figuren 4A bis 4G zeigen schematische Schnittansichten und eine Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Das vierte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3 gezeigten dritten Aus führungsbeispiel .
In der Figur 4A ist eine erste Schnittansicht des vierten Aus führungsbeispiels gezeigt . Im Unterscheid zu dem dritten Aus führungsbeispiel umfasst das vierte Aus führungsbeispiel ein Optikelement 50 mit einer Umlenkfläche 50A. Das Optikelement 50 weist einen höheren Brechungsindex als das Verkapselungselement 30 auf . Vorteilhaft kann so ein Wellenleiteref fekt zwischen dem Optikelement 50 und dem ihm umgebenden Verkapselungselement 30 mit einem niedrigeren Brechungsindex entstehen . Eine aus der Rückfacette 10B austretende elektromagnetische Strahlung kann so besonders verlustarm in dem Optikelement 50 geführt werden . Mittels der Umlenkfläche 50A ermöglicht das Optikelement 50 eine besonders verlustarme Leitung der elektromagnetischen Strahlung zu dem Detektorelement 20 .
Der Halbleitermontagekörper 11 weist eine vertikale Erstreckung 11Y auf . Das Detektorelement 20 weist in Kombination mit dem Detektormontagekörper 21 eine vertikale Erstreckung 20Y auf . Die vertikale Erstreckung des Halbleitermontagekörpers 11Y ist identisch zur vertikalen Erstreckung des Detektorelements 20Y . Dies erleichtert eine Montage des Optikelements 50 . Der Detektormontagekörper 21 ist insbesondere mit Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid gebildet . Beispielsweise ist der Halbleitermontagekörper 11 mit Aluminiumnitrid oder Sili ziumcarbid gebildet .
In der Figur 4B ist eine Draufsicht des vierten Aus führungsbeispiels gezeigt . In der Draufsicht ist der Verlauf des Resonatorbereichs 10R in dem Halbleiterkörper 10 entlang der optischen Achse 10X erkennbar . Das Optikelement 50 und das Detektorelement 20 sind der Rückfacette 10B entlang der optischen Achse 10X nachgeordnet . Das Verkapselungselement 30 umgibt das Optikelement 50 entlang der optischen Achse 10X zumindest teilweise .
In der Figur 40 ist eine Detailansicht des vierten Aus führungsbeispiels gezeigt . In der Detailansicht ist nur das Optikelement 50 dargestellt . Das Optikelement 50 umfasst eine Umlenkfläche 50A. Elektromagnetische Strahlung wird von dem Halbleiterkörper 10 in das Optikelement 50 eingekoppelt , an der Umlenkfläche 50A um 90 ° umgelenkt und anschließend auf das Detektorelement 20 ausgekoppelt . Figur 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel . Das fünfte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3 gezeigten dritten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem dritten Aus führungsbeispiel ist ein zusätzlicher Reflexionsbereich 31 zwischen dem Verkapselungselement 30 und dem Abschirmelement 40 angeordnet . Der Reflexionsbereich 31 weist einen niedrigeren Brechungsindex als das Verkapselungselement 30 auf . Der Reflexionsbereich 31 ist strahlungsdurchlässig . Insbesondere ermöglicht der Reflexionsbereich 31 eine Totalreflexion, die an der Grenz fläche zwischen dem Verkapselungselement 30 und dem Reflexionsbereich 31 auftritt . Eine von der Rückfacette 10B austretende elektromagnetische Strahlung kann so besonders verlustarm durch das Verkapselungselement 30 auf das Detektorelement 20 umgelenkt werden .
Figuren 6A und 6B eine schematische Draufsicht und eine Detailansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel . Das sechste Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 4A bis 4C gezeigten vierten Aus führungsbeispiel .
In der Figur 6A ist eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement 1 gezeigt . Im Unterscheid zu dem vierten Aus führungsbeispiel ist das Optikelement 50 nur auf dem Detektorelement 20 angeordnet . Das Optikelement 20 erstreckt sich lateral nicht über einen Rand des Detektorelements 20 hinaus . Eine aus der Rückfacette 10B austretende elektromagnetische Strahlung verläuft zunächst entlang der optischen Achse 10X in dem Verkapselungselement und tritt anschließend in das Optikelement 50 ein . In dem Optikelement 50 erfährt die Strahlung eine Umlenkung und wird aus dem Optikelement in Richtung des Detektorelements 20 ausgekoppelt . Ein derart kleines Optikelement 50 ist vorteilhaft weniger anfällig für thermische Verspannungen . Ferner ist ein derartiger Aufbau unempfindlich gegenüber Unterschieden in der vertikalen Erstreckung 11Y des Halbleitermontagekörpers 11 und der vertikalen Erstreckung 20Y des Detektorelements 20 . Unterschiedliche Höhen der Elemente können durch das Optikelement 50 ausgeglichen werden . Beispielsweise wird ein größeres Optikelement 50 vorgesehen um mehr Licht einzufangen .
In der Figur 6B ist eine Detailansicht des Optikelements 50 gezeigt . Eine elektromagnetische Strahlung propagiert von dem Halbleiterkörper 10 entlang der optischen Achse 10X bevor sie in das Optikelement 50 eintritt . Dort wird die elektromagnetische Strahlung von der Umlenkfläche 50A um 90 ° umgelenkt und auf das Detektorelement 20 abgestrahlt . In einer weiteren Aus führungs form kann das Optikelement 50 als ein dreieckiges Prisma ausgebildet sein .
Figuren 7A und 7B zeigen eine schematische Draufsicht und eine perspektivische Detailansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Das siebte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 4A bis 40 gezeigten vierten Aus führungsbeispiel .
In der Figur 7A ist eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement 1 gezeigt . Im Unterscheid zu dem vierten Aus führungsbeispiel ist das Detektorelement 20 außerhalb der optischen Achse 10X angeordnet . Mit anderen Worten, das Detektorelement 20 ist quer zur Rückfacette 10B und neben der optischen Achse 10X angeordnet . Vorteilhaft kann so ein besonders kompaktes Halbleiterlaserbauelement 1 bereitgestellt werden . Die Haupterstreckungsrichtung des Optikelements 50 verläuft quer zur optischen Achse 10X . Die Enden des Optikelements 50 sind j eweils in dem Verkapselungselement 30 eingebettet . Das Verkapselungselement 30 umfasst zwei voneinander getrennte Bereiche 30 . Stellenweise grenzt das Abschirmelement 50 direkt an das Optikelement 50 an .
Figur 7B zeigt eine Detailansicht des Optikelements 50 des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß dem siebten Aus führungsbeispiel . Das Optikelement 50 umfasst zwei Umlenkflächen 50A, die j eweils eine Umlenkung um 90 ° bewirken . Elektromagnetische Strahlung tritt aus dem Halbleiterkörper 10 in das Optikelement 50 ein und wird nach passieren der beiden Umlenkflächen 50A aus dem Optikelement 50 auf das Detektorelement 20 ausgekoppelt .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102022106941 . 9 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . Bezugs zeichenliste
I optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement
10 Halbleiterkörper
10A Auskoppel facette
10B Rückfacette
10X optische Achse
10R Resonatorbereich
I I Halbleitermontagekörper
11Y vertikale Erstreckung
101 aktiver Bereich
20 Detektorelement
21 Detektormontagekörper
22 Filterelement
20Y vertikale Erstreckung
30 Verkapselungselement
31 Reflexionsbereich
40 Abschirmelement
50 Optikelement
50A Umlenkfläche
60 Trägerkörper

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) umfassend :
- einen Halbleiterkörper (10) mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (101) , einer Auskoppelfacette (10A) und einer der
Auskoppelfacette (10A) gegenüberliegende Rückfacette (10B) ,
- ein Detektorelement (20) ,
- ein formfestes, strahlungsdurchlässiges Verkapselungselement (30) , und
- ein Abschirmelement (40) , wobei
- zwischen der Auskoppelfacette (10A) und der Rückfacette (10B) ein Resonatorbereich (10R) mit einer optischen Achse (10X) ausgebildet ist,
- elektromagnetische Strahlung aus der Rückfacette (10B) auf das Detektorelement (20) auftrifft,
- das Verkapselungselement (30) zwischen der Rückfacette (10B) und dem Detektorelement (20) angeordnet ist, und
- das Abschirmelement (40) das Verkapselungselement (30) derart umgibt, dass elektromagnetische Strahlung, die nicht von dem Halbleiterkörper (10) im Betrieb emittiert wird, von dem Detektorelement (20) abgeschirmt ist,
- ein Optikelement (50) zwischen der Rückfacette (10B) und dem Detektorelement (20) angeordnet ist, und
- das Optikelement (50) einen höheren Brechungsindex als das Verkapselungselement (30) aufweist.
2. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- eine Haupterstreckungsebene des Detektorelements (20) quer zur optischen Achse (10X) ausgerichtet ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Rückfacette (10B) und das Detektorelement (20) jeweils in direktem Kontakt mit dem Optikelement (50) stehen.
4. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Strahlengang der von dem Halbleiterkörper (10) im Betrieb durch die Rückfacette (10B) emittierten Strahlung in das Verkapselungselement (30) eingebettet ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Strahlengang der von dem Halbleiterkörper (10) im Betrieb durch die Rückfacette (10B) emittierten Strahlung in das Optikelement (50) eingebettet ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß Anspruch 1, bei dem
- eine Haupterstreckungsebene des Detektorelements (20) parallel zur optischen Achse (10X) ausgerichtet ist.
7. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- das Verkapselungselement (30) eine gekrümmte Grenzfläche aufweist, die die elektromagnetische Strahlung von der Rückfacette (10B) zum Detektorelement (20) leitet.
8. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- ein strahlungsdurchlässiger Reflexionsbereich (31) zwischen dem Verkapselungselement (30) und dem Abschirmelement (40) angeordnet ist.
9. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, bei dem
- ein Optikelement (50) mit zumindest einer Umlenkfläche (50A) zwischen der Rückfacette (10B) und dem Detektorelement (20) angeordnet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, bei dem
- der Halbleiterkörper (10) auf einem Halbleitermontagekörper (11) angeordnet ist,
- der Detektor (20) auf einem Detektormontagekörper (21) angeordnet ist, wobei
- der Halbleitermontagekörper (11) eine vertikale Erstreckung (11Y) aufweist, die einer gesamten vertikalen Erstreckung (20Y) des Detektorelements (20) und des Detektormontagekörpers (21) entspricht.
11. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, bei dem
- das Detektorelement (20) neben der optischen Achse (10X) des Halbleiterkörpers (10) angeordnet ist.
12. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Abschirmelement (40) das Verkapselungselement (30) derart umgibt, dass nur elektromagnetische Strahlung, die von dem Halbleiterkörper (10) im Betrieb emittiert wird, auf das Detektorelement (20) auftrifft.
13. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Abschirmelement (40) undurchlässig ist für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich .
14. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Verkapselungselement (30) mit einem Polymer, insbesondere einem Polysiloxan gebildet ist.
15. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Abschirmelement (40) mit einem Polymer, insbesondere einem Polysiloxan gebildet ist.
16. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Detektorelement (20) ein optisches Filterelement (22) umfasst .
17. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- das Detektorelement (20) eine Photodiode ist.
18. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Halbleiterkörper (10) und das Detektorelement (20) auf einem gemeinsamen Trägerkörper (60) angeordnet sind, wobei der Trägerkörper (60) mit dem gleichen Material gebildet ist, wie der Halbleitermontagekörper (11) .
PCT/EP2023/057160 2022-03-24 2023-03-21 Optoelektronisches halbleiterlaserbauelement WO2023180294A1 (de)

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