激光器部件和用于生产该激光器部件的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1所述的激光器部件以及一种根据权利要求10所述的用于生产激光器部件的方法。

本专利申请要求德国专利申请DE 10 2014 114 618.2的优先权，其公开内容通过引用结合于本文中。

背景技术：

具有基于半导体的激光芯片的激光器部件从现有技术中是已知的。在这样的激光器部件中，激光芯片被布置在壳体中，该壳体被用于以密封的方式来封装激光芯片，以便防止激光芯片的激光面的过度老化。此外，壳体还被用于消散来自激光芯片的废热。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种激光器部件。该目的通过具有权利要求1的特征的激光器部件来实现。本发明的另一个目的在于指定一种用于生产激光器部件的方法。该目的通过具有权利要求10的特征的方法来实现。从属权利要求中指定了各种改进方案。

激光器部件具有壳体，所述壳体包括具有腔的载体，所述腔具有底表面和侧壁。所述腔从底表面开始变宽。激光芯片被布置在所述腔中的底表面上，所述激光芯片的发射方向平行于所述底表面定向。支承在底表面和侧壁之间的边缘上的反射元件被布置在所述腔中。所述反射元件的反射表面与所述腔的底表面形成45°的角度。所述发射方向与所述反射元件的反射表面同样形成45°的角度。

由于反射元件的反射表面的这种布置，由激光芯片发射的激光束可以在反射元件的反射表面上反射成沿垂直于所述腔的底表面的方向。因此，在反射元件上反射的激光束可以从激光器部件的载体的腔中脱出并被激光器部件发射。有利的是，在这种情况下，激光束的进一步的束偏移是非必要的。

由于反射元件支承在所述腔的底表面和侧壁之间的边缘上，因此反射元件在激光器部件的壳体的载体的腔中的位置和定向有利地以高精度确立，而在反射元件的安装期间无需附加的调整步骤。这允许简单和经济地来生产激光器部件。

由于反射元件支承在所述腔的底表面和侧壁之间的边缘上，因此还有利地获得了反射元件的节省空间的布置，这使得可以构造具有紧凑的外部尺寸的激光器部件的壳体。

具有平行于所述腔的底表面的发射方向的激光芯片的布置有利地使得可以将激光芯片布置成在大面积上与腔的底表面接触，使得有利地获得了激光器部件的壳体的载体与激光芯片之间的高导热性连接，这允许在激光器部件的操作期间有效地消散在激光芯片中产生的废热。

在所述激光器部件的一个实施例中，反射元件支承在侧壁上。有利地，这导致反射元件在激光器部件的载体的腔中的特别节省空间的布置，使得激光器部件的壳体可以具有紧凑的外部尺寸。

在激光器部件的一个实施例中，反射元件支承在所述腔的底表面上。有利地，这还导致反射元件在壳体的载体的腔中的节省空间并且稳定的布置。

在激光器部件的一个实施例中，所述腔借助于盖来封闭。由于激光器部件的激光芯片所发射的激光束的束偏移不需要在激光器部件的壳体的盖上发生，所以有利地可以简单且经济地来构造盖。由于盖不需要具有任何束偏移结构，因此在安装激光器部件期间也不需要对盖进行特殊调整，从而简化了激光器部件的生产。

在激光器部件的一个实施例中，反射元件包括玻璃。有利地，反射元件的反射表面因此可以具有特别高的反射率。

在激光器部件的一个实施例中，反射元件被构造为棱柱。这允许简单和经济地生产反射元件，以及简单和经济地将反射元件安装在激光器部件的壳体的载体的腔中。

在激光器部件的一个实施例中，所述腔的侧壁相对于腔的底表面以不同于45°的角度倾斜。侧壁和底表面之间的45°的角度偏差有利地通过反射元件来补偿。

在激光器部件的一个实施例中，载体包括至少部分结晶的半导体材料。有利地，这允许使用半导体技术的方法来简单和经济地生产载体。

在激光器部件的一个实施例中，载体包括硅。在这种情况下，底表面由载体的{100}平面形成。侧壁由载体的{111}平面形成。有利地，这使得可以借助于蚀刻方法来产生载体的腔。在这种情况下，可以通过在载体的不同结晶方向上的不同蚀刻速率来形成侧壁和底表面，从而获得腔的侧壁和底表面之间的限定的角度。

一种用于生产激光器部件的方法，包括以下步骤：提供具有腔的载体，所述腔具有底表面和侧壁；所述腔从底表面开始变宽；将激光芯片布置在所述腔中的底表面上，使得所述激光芯片的发射方向平行于所述底表面定向；以及将反射元件布置在所述腔中，使得所述反射元件支承在所述底表面和所述侧壁之间的边缘上，所述反射元件的反射表面与所述腔的底表面形成45°的角度，并且所述发射方向与所述反射元件的反射表面同样形成45°的角度。

有利地，通过支承在腔的底表面和侧壁之间的边缘上的反射元件的布置，按照所述方法以高精度确立了反射元件在腔中的位置和定向，而无需为此执行单独的调整步骤。因此，所述方法可以有利地简单且经济地进行。

在所述方法的一个实施例中，载体在所述反射元件的布置期间被倾斜，使得所述边缘被布置在所述底表面和所述侧壁之间、所述底表面和所述侧壁之下。因此，在将反射元件布置在载体的腔中期间，通过重力使反射元件自动地支承和/或保持支承在腔的底表面和侧壁之间的边缘上，使得执行所述方法被有利地更进一步简化。

在所述方法的一个实施例中，所述载体的提供包括借助于蚀刻过程来产生所述腔。有利地，这允许简单且经济地提供所述载体。特别地，在载体中产生腔可通过已知的半导体技术的方法来进行。

在所述方法的一个实施例中，反射元件借助于焊接连接或粘接结合来紧固在所述腔中。有利地，这允许将反射元件简单、牢固且经济地紧固在腔中。

在所述方法的一个实施例中，它还包括借助于盖来密封腔的另一步骤。所述盖例如可以借助于晶片接合方法来紧固在激光器部件的壳体元件的载体上。由于在可通过所述方法获得的激光器部件中，不需要在激光器部件的壳体的盖上发生束偏移，所以有利地无需对盖进行特别调整。因此，可以简单、快速和经济地执行所述方法。

在所述方法的一个实施例中，载体设有多个腔，其中每一个具有底表面和侧壁。在这种情况下，激光芯片被分别布置在每个腔中，使得所述激光芯片的发射方向平行于所述腔的底表面定向。反射元件被布置在每个腔中，使得所述反射元件支承在所述腔的底表面和侧壁之间的边缘上，所述反射元件的反射表面与所述腔的底表面形成45°的角度，并且所述发射方向与所述反射元件的反射表面同样形成45°的角度。有利的是，所述方法因此允许在通常的处理步骤中并行地生产多个激光器部件。因此，可以有利地显著降低每个单个激光器部件的生产成本。此外，因此可以有利地显著减少生产的每个激光器部件所需的处理时间。

附图说明

结合以下对示例性实施例的描述，本发明的上述属性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚和容易理解，所述示例性实施例将结合附图来更详细地解释，在附图中，分别以示意图示出了：

图1示出了第一激光器部件的侧剖视图；

图2示出了第二激光器部件的侧剖视图；以及

图3示出了第三激光器部件的侧剖视图。

具体实施方式

图1示出了第一激光器部件10的示意性侧剖视图。第一激光器部件10包括壳体100，在该壳体100中布置有基于半导体的激光芯片400。

第一激光器部件10的壳体100包括载体200。载体200由载体衬底产生，优选地由晶体或半晶体的半导体衬底产生。例如，载体200可由半导体晶片产生，例如由硅晶片产生，特别是例如由{100}硅晶片产生。

载体200具有上侧201和与上侧201相对定位的下侧202。腔210被构造在载体200的上侧201上。腔210沿下侧202的方向从上侧201延伸到载体200中。腔210具有底表面220，其被定向成基本上平行于载体200的上侧201和下侧202。腔210在载体200的上侧201上具有开口，并且在底表面220的区域中封闭。

侧壁230从腔210的底表面220延伸到载体200的上侧201。边缘240被构造在底表面220和侧壁230之间。侧壁230相对于底表面220以角度250倾斜，该角度250位于0°和90°之间，并且特别是可具有不同于45°的值。由于侧壁230的倾斜，腔210从底表面220开始沿载体200的上侧201的方向、即沿腔210的开口的方向变宽。

腔210可例如借助于蚀刻方法来施加在载体200的上侧201上。如果载体200包括晶体或半晶体的半导体材料，则在这种情况下，可以使用蚀刻速率的各向异性，以便构造腔210的底表面220和侧壁230，该侧壁230相对于底表面220以角度250倾斜。如果载体200是硅晶片，该硅晶片的上侧201由{100}平面形成，则底表面220同样可由{100}平面形成，并且侧壁230可由载体200的{111}平面形成。在这种情况下，腔210的侧壁230和底表面220之间的角度250例如为54.74°。然而，腔210的底表面220和/或侧壁230也可由其他晶面形成。载体200也可由硅以外的材料组成。腔210也可以通过不同于蚀刻方法的方法来构造。

第一激光器部件10的载体200具有第一贯通接触部（through-contact）260和第二贯通接触部270。贯通接触部260、270分别从腔210的底表面220延伸到载体200的下侧202。第一接触元件261和第二接触元件271被布置在腔210的底表面220上。第一焊接接触表面262和第二焊接接触表面272被布置在载体200的下侧202上。第一接触元件261借助于第一贯通接触部260导电连接到第一焊接接触表面262。第二接触元件271借助于第二贯通接触部270导电连接到第二焊接接触表面272。接触元件261、271和焊接接触表面262、272例如可以被构造为金属化平面（planar metallization）。贯通接触部260、270例如可以被构造为布置在载体200中的开口，其填充有导电材料。

处于载体200的下侧202上的第一焊接接触表面262和第二焊接接触表面272可以被用于第一激光器部件10的电接触。例如，第一激光器部件10可以被设置为用于表面安装的SMT部件，例如通过回流焊接的表面安装。

激光芯片400被布置在载体200的腔210中、处于腔210的底表面220上。在这种情况下，激光芯片400的下侧410面向底表面220。激光芯片400的第一接触表面411和第二接触表面412被导电连接到载体200的腔210的底表面220上的第一接触元件261和第二接触元件271。在图1中所示的示例中，激光芯片400的接触表面411、412被布置在激光芯片400的下侧410上，并且例如借助于焊接连接来连接到腔210的底表面220上的接触元件261、271。然而，接触表面411、412也可以被布置在激光芯片400的其他位置处和/或以另一种方式例如借助于粘合连接（bond connection）来连接到载体200的接触元件261、271。

除了第一贯通接触部260和第二贯通接触部270之外，第一激光器部件10的载体200还可以具有另外的贯通接触部，这些贯通接触部意在消散来自激光芯片400的废热并将它输送到壳体100的载体200的下侧202。这些另外的贯通接触部可以被连接到腔210的底表面220上的另外的接触元件，这被用于建立到激光芯片400的高导热性连接。此外，另外的贯通接触部可以被连接到载体200的下侧202上的另外的焊接接触表面，这被用于将废热导出第一激光器部件10。

激光芯片400具有垂直于激光芯片400的下侧410定向的激光面（laser facet）420。激光芯片400被构造成在其激光面420上沿垂直于激光面420定向的发射方向430发射激光束440。因此，发射方向430基本上平行于激光芯片400的下侧410延伸，并且因此，也基本上平行于载体200的腔210的底表面220。激光芯片400的发射方向430被定向为沿腔210的侧壁230的方向。

由激光芯片400发射的激光束440意在沿垂直于载体200的上侧201的方向由第一激光器部件10来发射。为此，由激光芯片400发射的激光束440必须被偏离90°。为此，第一激光器部件10具有第一反射元件500。

第一反射元件500具有带三角形基面的棱柱的几何形状，优选为圆柱体的几何形状。因此，第一反射元件500被构造成楔形的形状。第一反射元件500例如可由玻璃组成。

第一反射元件500具有反射表面510和支承表面520。反射表面510和支承表面520形成角度530。第一反射元件500的反射表面510和支承表面520之间的角度530的尺寸设定成使得腔210的侧壁230相对于腔210的底表面220倾斜的角度250与第一反射元件500的反射表面510和支承表面520之间的角度530之间的差具有45°的值。如果侧壁230相对于腔210的底表面220倾斜的角度250例如为54.74°，则第一反射元件500的反射表面510与支承表面520之间的角度530具有9.74°的值。

第一反射元件500被布置在载体200的腔210中。在这种情况下，第一反射元件500的支承表面520支承在腔210的侧壁230上。同时，第一反射元件500也支承在腔210的底表面220和侧壁230之间的边缘240上。这确保了第一反射元件500在载体200的腔210中的确立的位置和定向。第一反射元件500的反射表面510被定向为朝向布置在腔210中的激光芯片400的激光面420。

作为第一反射元件500的所述布置的结果，第一反射元件500的反射表面510相对于腔210的底表面220以45°的角度540倾斜。此外，激光芯片400的发射方向430与第一反射元件500的反射表面510形成同样45°的角度550。第一反射元件500在载体200的腔210中的定向也可以表达为：存在垂直于腔210的底表面220、垂直于激光芯片400的激光面420以及垂直于第一反射元件500的反射表面510定向的平面。取决于生产的精度，当然可能存在一定的公差和偏差。

在第一激光器部件10的操作期间，激光芯片400在其激光面420上沿发射方向430发射的激光束440以45°的角度550撞击第一反射元件500的反射表面510，并且因此，沿垂直于发射方向430的方向偏离，即，沿垂直于载体200的腔210的底表面220的方向。以这种方式偏离的激光束440在载体200的上侧210处从载体200的腔210脱出，并且因此由第一激光器部件10发射。

载体200的腔210可借助于载体200的上侧210上的盖300来封闭。优选地，腔210通过盖300来气密密封，以避免在第一激光器部件10的操作期间激光芯片400的激光面420的过度老化。盖300包括光学透明材料，例如玻璃。盖300例如可以被构造为平行平面板。在第一反射元件500的反射表面510上反射的激光束440通过盖300从载体200的腔210脱出，同时优选地不偏离，或仅偏离一点。

为了产生第一激光器部件10，腔210首先被施加在载体200的上侧201上。随后，预制的第一反射元件500被布置在腔210中，并且被紧固在腔210的侧壁230上，使得第一反射元件500支承在腔210的底表面220和侧壁230之间的边缘240上。第一反射元件500的支承表面520在腔210的侧壁230上的紧固例如可以通过粘接结合或焊接来执行。

可以使载体200倾斜以便将第一反射元件500布置在载体200的腔210中，使得腔210的底表面220和侧壁230之间的边缘240被布置在底表面220和侧壁230之下。因此，第一反射元件500在重力的作用下在腔210的侧壁230上自动地滑动，直到侧壁230和底表面220之间的边缘240，这确保了第一反射元件500在载体200的腔210中占据期望的位置和定向。

在进一步的生产步骤中，激光芯片400被布置在载体200的腔210的底表面220上。激光芯片400在腔210中的布置也可以在将第一反射元件500布置在载体200的腔210中之前进行。例如，激光芯片400在载体200的腔210中期望的位置和定向可以通过在激光芯片400的接触表面411、412和腔210的底表面220上的接触元件261、271之间的焊接连接的产生期间的激光芯片400的自动对准来调整。

随后，载体200的腔210可用盖300来封闭。

可以在载体200的上侧201上构造多个腔210。在这种情况下，载体200例如可以被构造为晶片。然后，激光芯片400和第一反射元件500可以按照所述的方式布置在载体200的所有腔210中。随后可将载体200分开，以便分离按照这种方式产生的多个第一激光器部件10。

图2示出了第二激光器部件20的示意性侧剖视图。第二激光器部件20和用于生产第二激光器部件20的生产方法与借助于图1来描述的第一激光器部件10和用于生产第一激光器部件10的方法具有很大的相似性。因此，在图1和图2中的表示中利用相同的附图标记来表示彼此对应的构成部分。下面将仅描述第二激光器部件20和第一激光器部件10之间的差别。

代替第一反射元件500，第二激光器部件20具有第二反射元件600。第二反射元件600具有带三角形基面的棱柱或圆柱体的几何形状。第二反射元件600例如也可由玻璃组成。

第二反射元件600具有反射表面610和支承表面620。第二反射元件600的支承表面620支承在第二激光器部件20的载体200的腔210的底表面220上。在这种情况下，第二反射元件600也支承在腔210的底表面220和侧壁230之间的边缘240上，使得确立了第二反射元件600的位置和定向。

第二反射元件600的反射表面610面向第二激光器部件20的激光芯片400的激光面420。第二反射元件600的反射表面610与载体200的腔210的底表面220形成45°的角度640。因此，激光芯片400的发射方向430与第二反射元件600的反射表面610形成同样为45°的角度650。

在第二激光器部件20的生产期间，第二反射元件600的支承表面620例如借助于粘接结合或焊接连接来紧固在载体200的腔210的底表面220上。同样在第二激光器部件20的生产期间，载体200可以倾斜以便对准第二反射元件600，使得腔210的底表面220和侧壁230之间的边缘240被布置在底表面220和侧壁230之下，使得重力沿底表面220和侧壁230之间的边缘240的方向吸引第二反射元件600。

图3示出了第三激光器部件30的示意性侧剖视图。第三激光器部件30和用于生产第三激光器部件30的方法与借助于图1来描述的第一激光器部件10和用于生产第一激光器部件10的方法具有很大的相似性。因此，与图1中相同的附图标记被用于图3中相对应的组成部分。下面将仅描述第三激光器部件30和第一激光器部件10之间的差别。

代替第一反射元件500，第三激光器部件30具有第三反射元件700。第三反射元件700具有带梯形剖面区域的棱柱的几何形状，优选为圆柱体的几何形状。第三反射元件700例如也可由玻璃组成。

第三反射元件700具有反射表面710、第一支承表面720和第二支承表面730。第三反射元件700的第一支承表面720支承在载体200的腔210的侧壁230上。第三反射元件700的第二支承表面730支承在载体200的腔210的底表面220上。第三反射元件700还支承在腔210的底表面220和侧壁230之间的边缘240上，以便以高精度确立第三反射元件700的定向和位置。

第三反射元件700的反射表面710面向激光芯片400的激光面420。反射表面710与载体200的腔210的底表面220形成45°的角度740。因此，激光芯片400的发射方向430与第三反射元件700的反射表面710形成同样为45°的角度750。

第三反射元件700在第三激光器部件30的载体200的腔210中的安装同样可以在载体200轻微倾斜的情况下进行，使得底表面220和侧壁230之间的边缘240被布置在腔210的底表面220和侧壁230之下。因此，重力使第三反射元件700保持支承在腔210的底表面220和侧壁230上。

已借助于优选的示例性实施例更详细地图示和描述了本发明。然而，本发明不限于所公开的示例。相反，本领域技术人员可以从中得到其他变体，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

10 第一激光器部件

20 第二激光器部件

30 第三激光器部件

100 壳体

200 载体

201 上侧

202 下侧

210 腔

220 底表面

230 侧壁

240 边缘

250 角度

260 第一贯通接触部

261 第一接触元件

262 第一焊接接触表面

270 第二贯通接触部

271 第二接触元件

272 第二焊接接触表面

300 盖

400 激光芯片

410 下侧

411 第一接触表面

412 第二接触表面

420 激光面

430 发射方向

440 激光束

500 第一反射元件

510 反射表面

520 支承表面

530 角度

540 角度

550 角度

600 第二反射元件

610 反射表面

620 支承表面

640 角度

650 角度

700 第三反射元件

710 反射表面

720 第一支承表面

730 第二支承表面

740 角度

750 角度。