半导体激光器和半导体激光器的制造方法与流程

1.本发明给出一种半导体激光器。此外，给出半导体激光器的制造方法。


背景技术：

2.想要实现的目的是给出一种能够有效率制造的半导体激光器并且该半导体激光器发射具有限定的光学特征辐射。
3.除此以外，该目的通过半导体激光器并且通过具有独立权利要求的特征的制造方法来实现。优选的改进方案是从属权利要求的内容。


技术实现要素：

4.根据至少一个实施方式，半导体激光器包括壳体。壳体优选是气密密封的。例如该壳体包括半导体材料像硅和/或锗或者包括金属载体，如钼板。此外，壳体优选包括至少一个透明的材料，如玻璃和/或蓝宝石片。此外，壳体能够含有塑料。气密表示，在壳体的内部与外部之间无法发生微小物质、如氧气或者水蒸气的交换。气密密封表示例如渗透率最高达5x10
‑9pam/s，特别是在室温的情况下。
5.根据至少一个实施方式，壳体包括一个或者多个激光二极管芯片。至少一个激光二极管芯片安置并且密封在壳体中。特别地，激光二极管芯片位于壳体中凹槽中。
6.根据至少一个实施方式，该壳体包括盖板。盖板对于在运行中产生的激光辐射是至少局部可穿过的。盖板能够来由单独的、均匀的材料制成。替代地，盖板包括对于激光辐射可穿过的区域，该区域能够嵌入其他材料中，其中，其他材料不需要对于激光辐射是可穿过的。在盖板上有窗口，激光辐射能够通过该窗口射出。盖板含有对于在运行中产生的激光辐射的光出射面。
7.优选的，盖板形成了壳体的盖，其中，盖板能够封闭壳体的凹槽。激光二极管芯片优选地安装在凹槽的底部处，使得盖板能够与激光二极管芯片间隔地布置。因此，盖板优选地与激光二极管芯片的装配平台不同。
8.根据至少一个实施方式，光出射面包括并排排列的用于激光辐射的出射区域。在光出射面的俯视图中，出射区域优选地不叠加。相邻出射区域之间的距离例如最小是0.1mm或者0.4mm或者1mm。
9.替代于盖板，能够将壳体的侧壁作为对产生的激光辐射的出射窗口。具有并排排列的出射区域的光出射面处于侧壁中，特别是处于侧壁的外侧处。此外，可行的是，在一个或多个侧壁和在盖板上分布具有并排排列的出射区域的光出射面。如果侧壁包括至少一个出射区域，那么之前以及之后给出的盖板的实施例同样也适用于侧壁。
10.此外，基板也能够具有盖板的功能，激光二极管芯片安置在基板上。在这种情况下，盖板的特征相应的也适用于基板。
11.根据至少一个实施方式，每个出射区域恰好关联激光二极管芯片之一。在出射区域与激光二极管芯片之间优选存在1:1分配。
12.根据至少一个实施方式，在光束路径中，光出射平面布置在光出射面的下游。在穿过光出射面之后，光出射平面优选的垂直于激光二极管芯片的发射方向定向。可行的是，光出射面至少位于出射区域以外区域的光出射平面中。
13.根据至少一个实施方式，盖板在出射区域中具有不同的平均厚度。也就是说，盖板在至少一个出射区域中比在至少另一个出射区域中更薄。通过在出射区域中的不同的盖板厚度，所有激光二极管芯片的激光辐射到光出射平面的光学路径长度是相等的。相等尤其表示光学路径长度的差异最高为3μm或者1.5μm或者1μm。此外，相应的激光辐射的角度公差(例如至光出射平面)优选最高为2
°
或者1
°
或者0.5
°
。
14.在至少一个实施方式中，半导体激光器包括壳体，在壳体中封装了一个或者多个激光二极管芯片。壳体包括盖板和/或侧壁，他们对于在运行中产生的激光辐射是可穿过的。盖板和/或侧壁具有具有并排排列的出射区域的光出射面。每个出射区域恰好与激光二极管芯片之一相关联。在光束路径中，光出射平面布置在光出射面下游。盖板和/或侧壁在出射区域内具有不同的平均厚度，使得所有激光二极管芯片的激光辐射到光出射平面的光学路径长度以最高3μm或者1.5μm的公差都是相同的。
15.当多个激光光源结合时，如以将各个激光光源的辐射结合在一点中为目标的激光二极管，有利地，能够使用共同的光学元件来用于聚焦。通过在相关的激光光源与光学元件之间的光学路径长度来确定光学元件的聚焦平面。在此，对于所有激光光源，需要高精度地调节光学路径长度，因此，对于所有聚焦点的光源到光学件具有相同的距离。此外，能够需要高精度地调节光源的光束轴线的方向。
16.对此，通常需要高精度地放置激光光源。只要激光二极管装配在基座上、所谓的子装配件上，子装配件也必须高精度地装配在壳体中。只要附加的光学元件集成在壳体中，也必须高精度地装配这些光学元件。此外，还能有意义的是，除了光学路径也准确调节光束轴线的方向，以便简化下游连接的光学件的装配。这同样适用于具有仅一个激光二极管芯片和具有多个激光二极管芯片的半导体激光器。
17.因为很难准确识别激光棱面，在此，在不运行激光光源时，需要的部件的高精度的被动放置通常是有问题的。有帮助地，使用激光二极管的金属喷镀作为定向点通常是不可行的，因为这种金属喷镀不足够精确地设置在棱面处。此外，激光二极管或者光学部件的高精度的放置相对来说缓慢且因此成本高。此外，传统的主动放置(其中，激光二极管运行)同样相对缓慢且因此昂贵。
18.此外，激光二极管不能在焊接温度的情况下运行，即调节必须在接近室温的情况下进行。随后，必须在焊接温度下引入和焊接激光二极管和子安装件。这需要很长的周期时间，使得激光二极管必须长时间保持在焊接温度，尤其当多个激光二极管焊接在共同的子安装件上的时候。这通常对激光二极管的使用寿命具有负面的影响。
19.在此所述的半导体激光器根据在此所述的制造方法调节光学路径长度，其中，单独改变激光二极管芯片的每个光束穿透辐射的窗口的路径长度，之后，定位和固定所有的激光二极管芯片。由此，各个激光二极管芯片的光锥应该在窗口中，并且尤其不应该在光出射面处叠加。
20.因此，能够通过窗口的厚度或者折射率的局部变化，在穿透辐射的区域中对每个激光二极管芯片单独调节光学路径。此外，通过光出射面的取向的局部的改变，能够在出射
区域中单独通过光折射来影响和调节光束方向。
21.例如通过窗口的局部激光烧灼在穿透辐射的出射区域中能够实现路径长度匹配和/或表面匹配。在此，窗口、即盖板能够具有高折射率，以便以少量剥蚀深度实现对光学路径长度的大的影响。替代地，可行的是，对于由玻璃制成的窗口，通过激光辐射局部改变窗口的特性，使得局部提高窗口的材料的可蚀刻性。在另一个步骤中，窗口被蚀刻了，其中，优选在出射区域中剥蚀窗口的材料。
22.因此，局部减少了窗口的厚度，并且表面的取向是可控制的。此外，可行的是，窗口、例如由玻璃制成的窗口通过激光辐射局部改变折射率并且因此在厚度保持不变的情况下改变光学路径。
23.此外，可行的是，在盖板上施加局部限制的材料，例如通过激光烧结。在此，施加的材料优选的具有高折射率，以便以薄地施加的层实现在光学路径长度中的大的差异。
24.利用这种方法能够调节和补偿激光二极管芯片至光出射平面之间的路径长度差异。因此，事先测量所有的激光二极管芯片的光学路径长度。对于具有最小或者最大路径长度的激光二极管芯片优选地不发生盖板的加工。对于其他光源则加工该盖板，以便将光学路径长度调节到期望的数值。
25.可行的是，最小化路径长度差异。替代地，能够将路径长度差异调节到目标值，例如以便提前补偿下游连接的光学系统的彩色的像差。此外，可行的是，在所有出射区域中加工盖板的材料，以便将所有激光二极管芯片的光学路径长度调节到预设的目标值。
26.因为在加工盖板之前能够完成壳体的安装且关闭壳体，所以能够运行激光二极管芯片，以便直接测量每个激光二极管芯片的聚焦位置和/或光束方向并且因此确定在出射区域中的材料的需要的剥蚀或者涂覆。此外，还能够在盖板的加工期间同时测量聚焦位置和/或光束方向，以便因此直接控制盖板的加工的过程。
27.对于在此所述的半导体激光器，显著减小了激光二极管芯片和光学元件的装配精确度的要求，这样做能够减小仪器花费并且提高加工速度。这是低成本的并且减小在焊接时激光二极管芯片的温度负荷。
28.相比之下，在传统的方法的情况下，必须分别以高精度装配多个部件，因为目标值、特别是聚焦位置与累积的装配公差有关。与之相反，在此所述的制造方法中，在装配之后共同补偿所有部件的累积的装配公差。在部件的传统的被动放置时，能够仅控制物理路径，其中，物理路径仅能间接地确定聚焦位置。相反地,在此所述的方法中，能够直接测量和调节聚焦位置和/或光束方向、即目标值。
29.在传统的方法中，必须以高花费来精确处理每个半导体激光器、以及那些由于故障或者过程波动不符合技术规范的半导体激光器。在此所述的制造方法能够在早的阶段测试半导体激光器，并且在必要情况下在盖板的复杂的加工之前将半导体激光器挑选出来。
30.根据至少一个实施方式，多个出射区域或者至少一个出射区域或者出射区域的多数出射区域是光出射面的平坦局部表面。即至少一个相关的出射区域对于激光辐射不具有或者不具有显著的曲率。
31.替代地，可行的是，至少一个出射区域或者所有出射区域具有限定的曲率。通过这样的曲率例如能够调节相关激光辐射的光束轮廓或者能够实现聚焦或者发散的效果。也就是说，成形的出射区域能够类似于聚光镜或者校正光学件。
32.根据至少一个实施方式，激光二极管芯片是边缘发射的半导体激光芯片。激光二极管芯片的激活区在这种情况下优选的平行或者近似平行于光出射平面定向。因此，实现了平行于激活区、也就是平行或者近似平行于光出射平面的激光二极管芯片的激光辐射的发射。近似表示例如角度公差最大为5
°
或者2
°
或者1
°
。
33.替代地，激光二极管芯片还能够是表面发射的激光芯片，该激光芯片垂直或者近似垂直于光出射平面发射。此外，可行的是，边缘发射的半导体激光芯片装配在壳体内，使得实现垂直于或者近似垂直于光出射平面的发射。
34.根据至少一个实施方式，在壳体中布置一个或者多个偏转光学件。至少一个偏转光学件因此被设置用于偏转在运行中产生的朝向盖板的激光辐射，特别是沿垂直或者近似垂直于光出射平面的方向。例如，偏转光学件为45
°
的镜面。偏转光学件优选成形为反射的并且平坦的。
35.根据至少一个实施方式，壳体包括基板。此外，壳体可选地包括中间部分，其中，这种中间部分位于基板与盖板之间。
36.根据至少一个实施方式，基板和盖板以及可选的中间部分通过阳极压焊和/或通过焊接彼此临接。替代地或者附加地，对于基板、盖板和可选的中间部位的连接还能够考虑其他连接技术，如粘贴或者晶圆键合。因此，激光二极管芯片气密地密封封装在壳体中。
37.根据至少一个实施方式，中间部分和盖板由同样的材料制成。例如使用玻璃。中间部分和盖板优选通过阳极压焊彼此紧靠固定。基板例如由半导体材料、如硅制成。替代地，基板能够是电路板，例如由陶瓷材料或者基于金属、如金属芯板制成。
38.根据至少一个实施方式，中间部分包括偏转光学件。在此，优选存在恰好一个偏转光学件，该偏转光学件作为中间部分的凹槽的倾斜的界面将激光二极管芯片的所有激光光束朝向盖板偏转。在这种情况下，激光二极管芯片优选的布置在壳体、特别是在中间部分的凹槽中。
39.根据至少一个实施方式，盖板的厚度至少在出射区域的范围外为最小0.1mm或者0.2mm或者0.3mm。替代地或者附加地，盖板的厚度最高为2mm或者1mm或者0.5mm或者0.3mm。
40.根据至少一个实施方式，盖板的厚度减少在至少一个出射区域中至少为30μm或者50μm或者0.1mm或者0.14mm，或将盖板设置用于这种厚度减小或最大厚度减小。实际实现的或者可行的厚度减少相对于盖板的厚度相对大。例如，在至少一个出射区域中，厚度减少最少为在出射区域之外的盖板的厚度的20％或者35％或者50％和/或最高为盖板的厚度的80％或者70％，或者这种厚度减少是能够实现的。
41.根据特别是激光二极管芯片的放置的统计的变化的准确度可行的是，对于一些半导体激光器在出射区域中仅需要相对少的厚度减少，以便获得具有需要的准确度的期望的光学路径长度。例如，在出射区域之一或者在所有的出射区域中最大的厚度改变仅需要最小3μm或者20μm。
42.前述仅详细说明了厚度减少。同样的数值相似地适用于通过材料施加形成的厚度增加以，并且适用于借助于折射率改变形成的光学路径长度的改变，而没有几何厚度变化。
43.根据至少一个实施方式，对于在运行中产生的激光辐射的盖板的折射率最小为1.4或者1.6。替代地或者附加地，折射率最高为2.5或者2.0或者1.8或者1.6。在盖板是玻璃的情况下，折射率优选的在1.4至1.6之间(含1.4和1.6)。折射率的数值适用于相应激光辐
射的波长，并且尤其在温度为300k、即大约室温的情况下。
44.根据至少一个实施方式，在光出射面的俯视图和/或在穿过光出射面的截面中，出射区域具有不同的形状。例如，在俯视图中看，出射区域成形为矩形或者椭圆形或者圆形。在截面中来看，出射区域优选的为直线部段或者也为圆弧形或者双曲线形的弯曲部段。
45.根据至少一个实施方式，至少一个出射区域或者所有的出射区域或者大多数出射区域倾斜于光出射平面定向。光出射平面与相关的出射区域之间的角度优选相对小并且尤其最高为5
°
或者3
°
。替代地或者附加地，这些角度最小为0.2
°
或者0.5
°
或者1
°
或者1.5
°
。
46.根据至少一个实施方式，盖板具有光入射面。光入射面与光出射面相对布置。光入射面优选是平坦的。光入射面能够具有光学作用涂层，如防反射涂层。
47.根据至少一个实施方式，激光二极管芯片至光入射面的沿着相应的激光辐射的光束走向的光学距离是最小0.2mm或者0.3mm或者0.5mm。替代地或者附加地，该光学距离是最大3mm或者2mm或者1.5mm。换句话说，光入射面光学上位于相对靠近激光二极管芯片处。光束走向尤其首先近似平行于光入射面，并且然后从可选的偏转光学件开始近似垂直于光入射面。
48.根据至少一个实施方式，半导体激光器设计作为rgb单元。因此，至少一个激光二极管芯片设置用于产生红光，至少一个激光二极管芯片设置用于产生绿光和至少一个激光二极管芯片设置用于产生蓝光。优选地，能够相互独立地电驱动激光二极管芯片。
49.此外，可行的是，存在另外的激光二极管芯片，该激光二极管芯片发射在不可见光谱范围中的辐射，例如激光二极管芯片用于产生近紫外线辐射和/或用于产生近红外线辐射。
50.根据至少一个实施方式，将光束成形光学件和/或能移动的偏转镜共同布置在激光二极管芯片下游。光束成形光学件和/或能移动的偏转镜优选位于壳体外。这种光束成形光学件和/或能移动的偏转镜能够安放在另一个壳体中，具有激光二极管芯片的半导体激光器的壳体也位于该另一个壳体中。
51.根据至少一个实施方式，盖板的至少一个出射区域或者所有出射区域直接地设有一个或者多个防反射涂层。至少一个防反射涂层能够经由光出射面连续延伸，或者被限制在出射区域或者相应的特定的出射区域。
52.根据至少一个实施方式，在光出射平面的俯视图中看，出射区域沿一条直线布置。特别地，光学中间点、即光学轴线通过出射区域的交点布置在一条直线上。
53.根据至少一个实施方式，出射区域的平均粗糙度是最高0.3μm或者0.2μm或者0,1μm或者0.05μm或者0.02μm。因此，出射区域相对平坦地成形。
54.此外，给出了这种半导体激光器的制造方法。还公开了半导体激光器的制造方法的特征，并且反之亦然。
55.在至少一个实施方式中，该方法包括以下步骤，优选以给出的顺序：
56.a)提供壳体，优选具有已经封装在其中的激光二极管芯片，
57.b)运行激光二极管芯片和测量每个激光二极管芯片的发射特性，
58.c)改变在出射区域中的盖板和/或侧壁，使得校正在壳体中的激光二极管芯片的位置公差，并且所有激光二极管芯片的激光辐射直至光出射平面的光学路径长度都是相同的，且具有最高3μm或者最高1.5μm的公差，和/或光学路径长度与之前预设的目标值相同，
具有最高3μm或者最高1.5μm的公差。
59.替代于在运行和测量之前已经完成封装激光二极管芯片，可行的是，尤其真空地或者在保护气压中运行和测量激光二极管芯片。之后，能够将盖板加工为单独部分并且不依赖于半导体激光器其他的部件。在加工之后，然后盖板才被施加在壳体的至少一个剩余的部件上，使得在制造射区域之后才封装激光二极管芯片。如果盖板的加工能够损害半导体激光器的其他的部件，例如光学件或者激光二极管芯片，则这是特别有利的。
60.根据至少一个实施方式，在步骤c)中实现从盖板的材料剥蚀。因此，在至少一个出射区域中的盖板比在出射区域旁边的盖板更薄。替代地，施加材料涂层，使得盖板在相关出射区域中比在出射区域旁边的范围中的盖板更厚。
61.根据至少一个实施方式，借助于激光烧蚀和/或借助于激光诱导的结构变化结合接下来的蚀刻来实现材料剥蚀。
62.替代于材料剥蚀或者除了材料增加，盖板的几何厚度能够保持相等，其中，通过盖板的材料的变化来改变光学厚度。这就是说，局部地改变盖板的材料的折射率，例如借助于激光辐射。
63.根据至少一个实施方式，在步骤c)至后，在至少一个出射区域中实现了光出射面的平滑。该平滑优选的借助于激光抛光实现。因此，降低或者消除了在出射区域中的光出射面的不规则度和粗糙度。这些粗糙度例如由激光烧蚀产生。
附图说明
64.下面根据实施例参考附图进一步解释在此所述的半导体激光器和在此所述的制造方法。在此，各个附图中相同的元件具有相同的附图标记。然而，在此，附图未按比例示出，相反能够夸大单个元件以便更好地理解。
65.附图示出：
66.图1示出了在此所述的半导体激光器的实施例的示意立体图，
67.图2到图4示出了在此所述的半导体激光器的实施例的示意截面图，
68.图5示出了在此所述的半导体激光器的盖板的示意立体图，
69.图6到图8示出了在此所述的半导体激光器的路径长度差异的计算，
70.图9示出了在此所述的半导体激光器的实施例的示意截面图，
71.图10和图11示出了在此所述的半导体激光器的出射区域的倾斜度的计算，
72.图12和图13示出了在此所述的半导体激光器的实施例的示意截面图，
73.图14到图18示出了在此所述的半导体激光器的制造方法的步骤的示意截面图，和
74.图19示出了在此所述的半导体激光器的实施例的示意截面图。
具体实施方式
75.在图1中示出了半导体激光器1的一个实施例。该半导体激光器1包括三个激光二极管芯片31、32、33，激光二极管芯片优选被设置用于产生红、绿以及蓝光。激光二极管芯片31、32、33可选地安置在中间载体30上。这种中间载体30也可表示为子安装件。激光二极管芯片31、32、33是边缘放射的激光芯片。
76.激光二极管芯片31、32、33处于壳体2中。壳体2由基板21、中间部分22和盖板23共
同组成。基板21和中间部分22经由焊接连接27气密地相互接合。在盖板23与中间部分22之间的连接优选为无粘合剂地经由阳极压焊来实现。中间部分22和盖板23优选的是由玻璃制成且对于运行中产生的激光辐射41、42、43是可透过的。因此，激光二极管芯片31、32、33处于中间部分22的凹槽28中。
77.在图2中示出了图1中的半导体激光器1的截面图。激光二极管芯片31、32、33在平行于光出射平面26的方向上发射激光辐射41、42、43。此外，光出射平面26延伸进盖板23的光出射面24中。在偏转光学件51处，激光辐射41、42、43偏转向盖板23的方向。经由平坦的光入射面25，激光辐射41、42、43射入盖板23中。
78.此外，在光出射面24中，盖板23对于相应的激光二极管芯片31、32、33具有多个出射区域61、62、63。出射区域61、62、63在图1中通过椭圆来表征，在图2中，通过划影线的区域来表征。在光出射面24的俯视图中，出射区域61、62、63相互紧靠。在出射区域61、62、63中实现了对于激光辐射41、42、43的光学路径长度的修正。
79.光学路径长度的修正在图3和图4中被详细说明。在图3中，盖板23在其初始的位置，还未示出修正并且基本上还未示出出射区域61、62、63。从图4中推断出，盖板23在出射区域61、62、63中具有不同的厚度。经由盖板23的不同的厚度和与周围相比的不同的折射率，实现了在未示出的激光二极管芯片与光出射平面26之间的期望的光学路径长度的修正。
80.在盖板23还具有初始厚度的盖板23的区域中，光出射平面26位于光出射面24中。此外，光出射平面26能够至少部分是虚构的平面，该平面尤其垂直于激光二极管芯片的主发射方向定向。出射区域62位于在光出射平面26中，在该出射区域中盖板23不变化。在图5中，示例性地示出了没有半导体激光器1的剩余部件的已完成的盖板23。能够看出，从光出射面24俯视看，出射区域61、62具有不同的基本形状。同样的情况也能够适用于所有其他的实施例。
81.图5的盖板能够与壳体2的其他部件分开制造。因此，例如在保护气体气压中运行和测量激光二极管芯片31、32、33。使用由测量得到的修正数据，以便处理或者至少部分地处理盖板23。
82.然后，至少部分处理过的盖板23用于封闭壳体2。在必要情况下，当已经安置了盖板23时，通过重新运行和测量激光二极管芯片31、32、33和重新处理出射区域61、62、63，还能够实现出射区域61、62、63的再修正。
83.如果盖板23仅仅与半导体激光器1的其他部件分开处理，那么出射区域61、62、63也能够位于光入射面处而不是必须位于光出射面处。前面描述的光出射面的特征相应的适用于光入射面。这同样适用于所有其他的实施例。
84.在图6的示意图和图7和图8的附属的计算阐明了如何实现出射区域62、63中的厚度修正，示例性地对两个具有激光辐射42、43的激光二极管芯片32、33说明。激光二极管芯片32、33位于凹槽28的气体中或者真空范围中，凹槽具有为1或者大约是1的折射率n。在这个范围中，激光辐射43在空气中穿过的路段为x
a
。
85.指数a分别代表空气，英语是空气(air)。路段x
g
在盖板23的介质中穿过，例如具有折射率n为1.5的玻璃。指数g相应地代表玻璃。
86.在图7中能够看出，根据在相关的出射区域62中的盖板23的厚度变化，由在凹槽28
中的路径长度差
△
x
a
除以折射率n
‑
1得出激光辐射42的路径长度差
△
x
g
。盖板23的折射率大约为1.5意味着厚度修正
△
x
g
大约对应在凹槽28中的光学路径长度差
△
x
a
的两倍。
87.在图8中示出了对于在出射区域61、62、63中的盖板23的厚度的设计所需要的精确度的评估。盖板23的厚度所允许的公差
△
x
g
与光学路径长度
△
p允许的公差和盖板的折射率n有关。例如对于光学路径长度
△
p所允许的误差为1.5μm，并且盖板23的折射率n为1.5时，得出的厚度波动
△
x
g
的公差为3μm。
88.如果激光二极管芯片31、32、33例如具有的装配误差为 /
‑
10μm，则相对于偏转光学件51，光学路径的最大差值为20μm。为了平衡出现的例如4
°
的最大倾斜角度α，路径长度差值需要是大约50μm。因此，将要改正的光学路径长度为大约70μm。这样在盖板23的折射率为1.5的时候，得出的盖板23的厚度变化最大为140μm。如果盖板23的折射率例如为1.8，那么盖板23的需要的厚度变化仅仅大约为90μm。
89.在凹槽28中的路径长度x
a
例如大约为0.5mm。盖板23的厚度x
g
、即盖板23的初始厚度例如为200μm。因此，得出至光出射平面26的总的光学路径长度大约为800μm，该光学路径长度将会被修改到大约70μm、即大约10％。
90.在图9中说明了出射区域41、42、43不仅具有不同的厚度，还倾斜于光出射平面26地布置。通过倾斜的出射区域61、62能够实现激光辐射41、42、43的出射角度的修改。这在图9中示意性地针对激光辐射41、42、43示出。
91.为了实现需要的角度修正，在图10和图11中详细阐明了出射区域61、62、63的倾斜角度γ的计算。在此，s1表示光入射面25，并且s2表示相关的出射区域61、62、63。
92.对于盖板2的折射率n2为1.5，对于待修正的入射角度α为3
°
时，得出的相关的出射区域61、62、63的角度γ为2.4
°
。如果待修正的角度α为1.5
°
时，则修正角度γ大约为1.2
°
。追求的角度公差优选最高为1
°
，得出的和通过盖板23修正的具有该角度公差的激光辐射41、42、43垂直于光出射平面。
93.在图12中阐明了半导体激光器1的另一个实施例。凹槽28直接在基板21中制成。此外，存在单独的偏转光学件51。光入射面25能够弯曲并且例如能够成形为聚光镜。在出射区域61、62、63中的光出射面24处能够存在例如最高100nm的低粗糙度29。这结合图12提到的变体方案能够单独地或者以任意组合的方式也存在于所有其他实施例中。
94.在图13的实施例中，将共同的光束经过光学件52和共同的能移动的偏转镜53布置在半导体激光器1的所有激光二极管芯片31、32、33下游。因此，针对所有激光辐射41、42、43设有光学元件52、53。部件1、52、53能够集成在未示出的、另一个共同的壳体中。
95.例如，图13的部件1、52、53是vr眼镜或者ar眼镜的结构部件，其中，vr为虚拟现实和ar为增强现实、即扩展现实。
96.在图14至17中示例性地阐明了半导体激光器1的实施例的制造方法。根据图14，提供和暂时运行封装在壳体2中的激光二极管芯片31、32、33。经由光学测量光学件82以及经由相机81实现了光学路径长度和/或发射方向和/或激光辐射41、42、43的光束轮廓的分析。根据该测量计算如何设计之后的出射区域61、62、63。
97.在图15中阐明了经由激光光束71实现盖板23的材料的烧蚀。
98.图14和15中的步骤能够迭代地执行，或者图15的步骤与图14的步骤同时发生，使得激光二极管31、32、33能够在盖板23的处理期间运行并且能够主动控制材料去除。
99.在图16的可选步骤中示出了例如经由激光烧蚀制造的用于出射区域的表面具有粗糙度29。经由激光光束23、特别是红外线激光辐射能够实现激光抛光且因此实现平滑。
100.见图17，因此产生了平滑的出射区域61、62、63。出射区域61、62、63可选地能够设有防反射涂层54。在此，能够存在共同的防反射涂层或者施加有单独的防反射涂层。防反射涂层54能够全面地在光出射面24上延伸，或者仅仅局部地安置在相关出射区域61、62、63中。
101.在图18中示出了出射区域61、62、63的成形的替代方法。借助于激光光束72实现了在盖板23内材料的结构变化，其中，限定了出射区域61、62、63的期望的几何形状。利用随后的、未示出的蚀刻能够蚀刻这些材料变化，从而产生出射区域61、62、63。这种方法也表示为隐性切割。
102.此外，在图18中示出了变体方案，即在盖板23中存在凹槽28。因此，基板21能够设计为平坦的并且能够取消中间部分。此外，可行的是，激光二极管芯片31、32、33是表面放射的激光二极管芯片或者边缘放射的激光二极管芯片，激光二极管芯片近似垂直于光入射面25的方向放射。该变体方案能够单独地或者以组合的方式在所有其他的实施例中存在。
103.与图15和图18中的方法步骤不同的是，替代地例如能够经由激光烧结在盖板23上施加附加的材料，使得局部的厚度增加。此外，替代地或者附加地，可行的是，实现了在盖板23内的局部折射率的改变，从而不需要改变盖板23的几何厚度。
104.在上述图中，对于出射区域61、62、63的厚度变体方案，分别在壳体2的盖板23中实现。相反地，盖板23在图19中不具有针对性的厚度变体方案，而是侧壁20设有出射区域61、62、63。因此，侧壁20的光学厚度局部改变，以便实现光学路径长度和/或发射方向的修正。在这种布置情况下能够取消偏转光学件。侧壁20优选具有中间部分22地一件式地实施，。
105.盖板23中的出射区域61、62、63的上述列举的在特征同样的适用于出射区域61、62、63，出射区域61、62、63根据图19处于侧壁20中。
106.该专利申请利用德国专利申请10 2018 129 346.1的优先权，该专利申请公开的内容在此被引用。
107.在此所述发明不仅限于根据实施例的描述。确切说本发明包括每个新特征以及每个特征的结合，该结合包括特别是在权利要求中的每个特征的结合，也包括当这些特征或者结合自身没有明确在权利要求或者实施例中给出的时候。
108.参考标号列表
[0109]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
半导体激光器
[0110]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
壳体
[0111]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀ
侧壁
[0112]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀ
基板
[0113]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀ
中间部分
[0114]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀ
盖板
[0115]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀ
光出射区域
[0116]
25
ꢀꢀꢀꢀꢀ
光入射区域
[0117]
26
ꢀꢀꢀꢀꢀ
光出射平面
[0118]
27
ꢀꢀꢀꢀꢀ
焊接连接
[0119]
28
ꢀꢀꢀꢀꢀ
凹槽
[0120]
29
ꢀꢀꢀꢀꢀ
粗糙度
[0121]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀ
中间载体
[0122]
31
ꢀꢀꢀꢀꢀ
红光的激光二极管芯片
[0123]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀ
绿光的激光二极管芯片
[0124]
33
ꢀꢀꢀꢀꢀ
蓝光的激光二极管芯片
[0125]
34
ꢀꢀꢀꢀꢀ
焊线
[0126]
41
ꢀꢀꢀꢀꢀ
红激光辐射
[0127]
42
ꢀꢀꢀꢀꢀ
绿激光辐射
[0128]
43
ꢀꢀꢀꢀꢀ
蓝激光辐射
[0129]
51
ꢀꢀꢀꢀꢀ
偏转光学件
[0130]
52
ꢀꢀꢀꢀꢀ
光束成形光学件
[0131]
53
ꢀꢀꢀꢀꢀ
能移动的偏转镜
[0132]
54
ꢀꢀꢀꢀꢀ
防反射涂层
[0133]
61
ꢀꢀꢀꢀꢀ
红光的出射区域
[0134]
62
ꢀꢀꢀꢀꢀ
绿光的出射区域
[0135]
63
ꢀꢀꢀꢀꢀ
蓝光的出射区域
[0136]
71
ꢀꢀꢀꢀꢀ
用于烧蚀的激光光束
[0137]
71
ꢀꢀꢀꢀꢀ
用于构造变化的激光光束
[0138]
73
ꢀꢀꢀꢀꢀ
用于激光抛光的激光光束
[0139]
81
ꢀꢀꢀꢀꢀ
相机
[0140]
82
ꢀꢀꢀꢀꢀ
测量光学件。

技术特征：
1.一种半导体激光器(1)，具有壳体(2)和多个激光二极管芯片(31、32、33)，所述激光二极管芯片封装在所述壳体(2)中，其中，
‑
所述壳体(2)包括盖板(23)和/或侧壁(20)，所述盖板和/或所述侧壁对于在运行中产生的激光辐射(41、42、43)是能穿过的，
‑
所述盖板(23)和/或所述侧壁(20)具有光出射面(24)，所述光出射面具有彼此并排布置的出射区域(61、62、63)，
‑
所述出射区域(61、62、63)中的每一个刚好关联所述激光二极管芯片(31、32、33)之一，
‑
在光束路径中，光出射平面(26)布置在所述光出射面(24)下游，并且
‑
所述盖板(23)和/或所述侧壁(20)在所述出射区域(61、62、63)中具有不同的平均厚度，使得所有所述激光二极管芯片(31、32、33)的所述激光辐射(41、42、43)的至所述光出射平面(26)的光学路径长度都是相等的且具有最高为3μm的公差。2.根据前一权利要求所述的半导体激光器(1)，其中，所述出射区域(61、62、63)分别是所述光出射面(24)的平坦的局部表面，并且所述出射区域(61、62、63)全部位于所述盖板(23)中，其中，所述公差最高为1.5μm，在该公差之内，所述光学路径长度是相等的。3.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，所述激光二极管芯片(31、32、33)是边缘发射的半导体激光器芯片，其中，在运行中实现了沿平行于所述光出射平面(26)的方向的、所述激光二极管芯片(31、32、33)的发射，并且其中，在所述壳体(2)中，至少一个偏转光学件(51)布置在所述激光二极管芯片(31、32、33)下游，所述偏转光学件(51)设置用于将在运行中产生的所述激光辐射(41、42、43)朝向所述盖板(23)偏转。4.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，所述壳体(2)还包括基板(21)和中间部分(22)，其中，所述基板(21)、所述中间部分(22)和所述盖板(23)借助于阳极压焊和/或焊接彼此邻接，使得所述激光二极管芯片(31、32、33)气密地密封封装在所述壳体(2)中，并且其中，所述中间部分(22)和所述盖板(23)由同一材料制成。5.根据前两项权利要求所述的半导体激光器(1)，其中，中间部分(22)安置在基板(21)与所述盖板(23)之间，并且其中，所述中间部分(22)包括刚好一个作为凹槽的平坦、倾斜的边界面的偏转光学件(51)，并且所述激光二极管芯片(31、32、33)布置在所述中间部分(22)的所述凹槽中。6.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，在所述出射区域(61、62、63)之外，所述盖板的厚度大于或等于0.2mm并且小于或等于2mm，其中，在所述出射区域(61、62、63)中的至少一个出射区域中的厚度减少量为最小0.1mm。7.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，所述盖板(23)和/或所述侧壁(20)由玻璃制成，其中，对于在运行中产生的所述激光辐射(41、42、43)，在温度为300k的情况下，所述盖板(23)和/或所述侧壁(20)的折射率
大于或等于1.4并且小于或等于1.6。8.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，所述出射区域(61、62、63)在所述光出射面(24)的俯视图中和/或在穿过所述光出射面(24)的截面图中展示出不同的形状。9.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，至少一个所述出射区域(61、62、63)倾斜于所述光出射平面(26)定向，其中，所述光出射平面(26)与相关的所述出射区域(61、62、63)之间的角度大于或等于0.5
°
并且小于或等于5
°
。10.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，所述盖板(23)和/或所述侧壁(20)的光入射面(25)是平坦的，其中，所述光入射面(25)与所述光出射面(24)相对布置，并且所述激光二极管芯片(31、32、33)至所述光入射面(25)的沿着光束走向的距离大于或等于0.3mm并且小于或等于3mm。11.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，所述激光二极管芯片之一(31)被设置用于产生红光，所述激光二极管芯片之一(32)被设置用于产生绿光，并且所述激光二极管芯片之一(33)被设置用于产生蓝光，并且所述激光二极管芯片(31、32、33)能够相互独立地被电驱控，其中，光束成形光学件(52)和/或能移动的偏转镜(53)共同布置在所述激光二极管芯片(31、32、33)下游。12.根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，所述出射区域(61、62、63)直接配备有至少一个防反射涂层(54)，其中，所述出射区域(61、62、63)在所述光出射平面(26)的俯视图中看沿着一条直线布置，并且其中，所述出射区域(61、62、63)的平均粗糙度分别为最高0.2μm。13.根据权利要求1或者权利要求6至12中任一项所述的半导体激光器(1)，其中，所述出射区域(61、62、63)全部处于所述侧壁(20)中。14.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)的制造方法，所述制造方法具有以下步骤：a)提供壳体(2)，所述壳体优选具有已封装在所述壳体中的激光二极管芯片(31、32、33)，b)运行所述激光二极管芯片(31、32、33)并且测量每个所述激光二极管芯片(31、32、33)的发射特性，c)改变在所述出射区域(61、62、63)中的盖板(23)和/或侧壁(20)，使得在所述壳体(2)中平衡所述激光二极管芯片(31、32、33)的位置公差，并且所有所述激光二极管芯片(31、32、33)的所述激光辐射(41、42、43)的至所述光出射平面(26)的光学路径长度都是相等的且具有最高为3μm的公差，和/或与先前预设的目标值相等且具有最高为3μm的公差。15.根据前一权利要求所述的制造方法，其中，在步骤c)中对所述盖板(23)和/或所述侧壁(20)的材料进行剥蚀，使得所述盖板(23)和/或所述侧壁(20)在至少一个所述出射区域(61、62、63)中比在所述出射区域(61、
62、63)旁边更薄。16.根据前述权利要求所述的制造方法，其中，借助于激光烧蚀和/或借助于激光诱导的构造变化在所述盖板(23)和/或在所述侧壁(20)内进行材料剥蚀，并且随后进行蚀刻。17.根据前述权利要求14至16中任一项所述的制造方法，其中，根据步骤c)借助于激光抛光使所述出射区域(61、62、63)中的至少一个出射区域平滑。
技术总结
在实施方式中半导体激光器(1)包括壳体(2)，其中封装有多个激光二极管芯片(31、32、33)。壳体(2)包括盖板(23)和/或侧壁(20)，盖板和/或侧壁对于产生的激光辐射(41、42、43)是能穿过的。盖板(23)和/或侧壁(20)具有带有彼此并排布置的出射区域(61、62、63)的光出射面(24)。每个出射区域(61、62、63)关联激光二极管芯片(31、32、33)中的恰好一个。光出射平面(26)布置在光出射面(24)下游。盖板(23)和/或侧壁(20)在出射区域(61、62、63)中具有不同的平均厚度，使得所有激光二极管芯片(31、32、33)的激光辐射到光出射平面(26)的光学路径长度都是相等的且具有最高为1.5的公差。相等的且具有最高为1.5的公差。相等的且具有最高为1.5的公差。


技术研发人员：彼得
受保护的技术使用者：奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司
技术研发日：2019.11.11
技术公布日：2021/6/29