Die Erfindung betrifft eine Laservorrichtung mit einem vertikaiemittierenden Halbleiterlaserbauteil zum Emittieren von Laserstrahlung. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Scanvorrichtung mit einer Laservorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung in einem zusätzlichen Aspekt ein Verfahren zur Herstellung einer Laservorrichtung.

Bei neuartigen Displaysystemen und Sensorsystemen, die beispielsweise in Augment-Realfty-Anwendungen zum Einsatz kommen, werden oberflächenemittierende Laser, sogenannte VCSEL (Vertical-cavity surface- emitting laser), eingesetzt. Um Informationen in das Gesichtsfeld eines Nutzere zu projizieren, werden aufwendige refraktive Mikro-Linsensysteme verwendet. Solche herkömmlichen Mikro-Linsensysteme werden auch für die erwähnten Sensorsysteme verwendet, um eine Sensorstrahlung in einen zu scannenden Bereich eines Gesichts eines Nutzere zu lenken. Die auf VCSEL basierenden Sensorsystem machen Gebrauch von der Self-Mixing-Interference (SMI), um die durch das Gesicht reflektierte Sensorstrahlung mit dem die Laserstrahlung ausendenden VCSEL selbst zu detektieren. Durch die herkömmlichen Mikro- Linsensysteme soll eine Positionierung des VCSELs außerhalb des Gesichtsfeldes ermöglicht werden, sodass das VCSEL die natürliche Sicht entlang des Gesichtsfeldes nicht einschränkt.

Die herkömmlichen Mikro-Linsensysteme sind nicht nur kostspielig und schwierig herzustellen, sondern werden auch nicht den Anforderungen hinsichtlich Erschütterungen und Temperaturechwankungen für insbesondere Augment- Reality-Anwendungen gerecht. Zudem erlauben die herkömmlichen Mikro- Linsensysteme nur eine begrenzte Möglichkeit, die ausgesendete Strahlung zu gestalten, sodass insbesondere Sensoranwendungen starken Einschränkungen unterworfen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laservorrichtung insbesondere für eine Scanvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, eine Laserstrahlung eines vertikalemittierenden Halbleiterlaserbauteils, ohne die Verwendung von Linsen von einer Vertikalachse des Halbleiterlaserbauteils abzulenken und gleichzeitig vielfältig zu gestalten.

Hierzu wird vorgeschlagen, eine Laservorrichtung zu schaffen, die ein vertikalemittierendes Halbleiterlaserbauteil zum Emittieren von Laserstrahlung aufweist, der einen Grundkörper aufweist, der einen ersten Spiegelabschnitt, einen zweiten Spiegelabschnitt und eine zwischen den beiden Spiegelabschnitten angeordnete aktive Schicht zur Erzeugung des Lichts aufweist, wobei der Grundkörper auf seiner Oberfläche einen für das Emittieren der Laserstrahlung vorgesehenen Emissionsbereich aufweist, an dem ein optisches Ablenkungselement angeordnet ist, sodass ein vom Emissionsbereich beabstandetes Bildmuster eizeugbar ist, das zu einer durch den Emissionsbereich verlaufenden Vertikalachse seitlich versetzt ist, wobei ein einzelnes Ablenkungselement ein Bildmuster erzeugt, welches mehrere voneinander visuell unabhängige Bildelemente aufweist.

Das Bildmuster kann durch eine Interferenz von Laserstrahlung erzeugt werden, wobei die Laserstrahlung durch das vertikalemittierende Halbleiterlaserbauteil erzeugt wird und an dem optischen Ablenkungselement gebeugt wird. Das Ablenkungselement ist derart eingerichtet, das ein zur Vertikalachse seitlich versetztes Bildmuster erzeugt wird.

Die Vertikalachse ist senkrecht zu der Oberfläche ausgerichtet, in der der Emissionsbereich ausgebildet ist. Die Vertikalachse kann beispielsweise eine zentrale Symmetrieachse des Grundkörpers darstellen. An dem Grundkörper sind elektrische Kontakte zum Einspeisen von elektrischer Energie in die aktive Schicht ausgebildet, wobei das Halbleiterlaserbauteil ein sogenanntes VCSEL sein kann.

Durch das Ablenkungselement kann eine Strahlung über die Möglichkeiten von refraktiven Linsen hinaus gestaltet werden, da durch Interferenz der gebeugten Laserstrahlung in Abhängigkeit der Ausbildung des Ablenkungselements unterschiedliche Muster als Bildmuster erzeugt werden können. Durch ein einzelnes Ablenkungselement kann ein Bildmuster erzeugt werden, welches mehrere voneinander visuell unabhängige Bildelemente aufweist. Die Bildelemente sind visuell unabhängig voneinander, da sie keine gemeinsame Kontur aufweisen. Die von den Bildelementen bedeckten Flächen bzw. Bereiche sind voneinander beanstandet. Gleichzeitig kann das Bildmuster von der Vertikalachse des Emissionsbereichs ausgehend seitlich so weit versetzt werden, dass eine das Bildmuster produzierende Laservorrichtung beispielsweise in einer sogenannten Datenbrille eingesetzt werden könnte, ohne dass die Laservorrichtung das Gesichtsfeld eines Nutzers der Datenbrille beeinträchtigt.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführung und Weiterbildung der Erfindung möglich.

Vorteilhafterweise kann das Ablenkungselement einen Polymerfilm aufweisen, welcher auf dem Emissionsbereich angeordnet ist und der Holographieinformationen beinhaltet und/oder ein mechanisch eingeprägtes Beugungsprofil aufweist. Der Polymerfilm kann durch ein Prägeverfahren oder ein Lithographieverfahren eingebrachte Informationen beinhalten, die durch Beugungseffekte beim Durchleuchten in ein Bildmuster umgesetzt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Ablenkungselement ein Holographieelement aufweisen, das ebenfalls durch ein Prägeverfahren oder ein Lithographieverfahren hergestellt wird, bei dem der Polymerfilm auf dem Emissionsbereich angeordnetist. Eine weitere Möglichkeit Holographieinformationen in den Polymerfilm einzubringen, besteht darin, durch ein Beleuchten des Polymerfilms mit einem Referenzstrahl und mit einem von einem die Holographieinformation tragenden Referenzobjekt reflektierten Strahl in dem Polymerfiim abzuspeichem. Das mechanisch eingeprägte Beugungsprofil kann durch einen Stempel erzeugt weiden, der in den Polymerfilm gedrückt wird, wobei der Polymerfilm beispielsweise durch eine UV-Strahlung oder durch die Strahlung des Halbleiterlaserbauteils ausgehärtet wird. Durch das vorteilhafte Holographieelement kann eine vielfältige Gestaltung des Bildmusters ermöglicht werden, da nahezu beliebige Hologramme als Holographieinformation abgespeichert werden können. Vorteilhafterweise kann der Polymerfilm nur im Emissionsbereich des Halbleiterlaserbauteils ausgehärtet werden. Beispielsweise kann ein Polymerfilm, der auf elektrischen Kontakten oder sonstigen Abschnitten des Halbleiterlaserbauteils aufgebracht ist, unausgehärtet bleiben und einfach entfernt werden. Zwischen dem Polymerfilm und der Oberfläche des Grundkörpers kann ein Luftspalt ausgebildet sein, der eine hohe Reflektivität des ersten Spiegelabschnitts gewährleistet.

Eine besondere Weiterbildung kann beinhalten, dass das Ablenkungselement eine insbesondere ein Oberflächenprofil aufweisende Beugungsstruktur aufweist, welches vorzugsweise in der Oberfläche am Em'rssionsbereich ausgebildet ist. Hierbei kann beispielsweise eine Beugungsstruktur wie beispielsweise ein Beugungsgitter oder ein alternatives Höhenprofil insbesondere in die Oberfläche geätzt werden. Die Beugungsstruktur kann durch eine mathematische Analyse des gewünschten Bildmusters bestimmt werden. Solch eine vorteilhafte Beugungsstruktur ist in den Grundkörper des Halbleiterlaserbauteils integriert.

Besonders bevorzugt ist es, ein zur Polarisation der Laserstrahlung vorgesehenes Polarisationsgitter am Halbleiterlaserbauteil anzuordnen. Hierdurch kann ein hinsichtlich der Qualität verbessertes Bildmuster erzeugt werden, da eine stabil polarisierte Strahlung gegenüber einer unpolarisierten Strahlung präzisere Beugungsmuster erzeugt. Die Beugungsstruktur beeinflusst sowohl die nach außen abgestrahlte Welle als auch die in den Laser zurückreflektierte. Letztere ist wesentlich für die Funktionsweise des Lasers und kann z.B. zur Auswahl einer Polarisationsrichtung genutzt werden. Eine Struktur muss so ausgelegt werden, dass in den Laser zurückreflektierte Anteile die gewünschte Beeinflussung des Lasers bewirken. Da die beiden Funktionen der Struktur optisch kombiniert wirken, muss dies auch bei der Auslegung der ablenkenden Funktion berücksichtigt werden.

Damit eine Überwachung einer Bewegung von insbesondere sphärischen Objekten durch eine Laservorrichtung effizient funktionieren kann, wird wenigstens ein Leuchtstrich als Bildmuster des Ablenkungselements vorgeschlagen. Vorzugsweise kann das Bildmuster zwei zueinander senkrechte Leuchtstriche aufweisen, um eine Rotationsbewegung des sphärischen Objekts um eine durch das sphärische Objekt verlaufende Achse zu überwachen. Durch die Leuchtstriche können gegenüber einem Leuchtpunkt mehr Informationen über die Höhen- und Oberflächenvariation der zu scannenden Objektfläche des sphärischen Objekts während der Rotationsbewegung gesammelt werden. Durch Leuchtstriche können auch nahezu perfekt sphärische Objekte hinsichtlich ihrer Rotationsbewegungen überwacht werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung kann beinhalten, dass der Emissionsbereich auf einer außenliegenden Spiegeloberfläche des ersten Spiegels und/oder auf einer der Spiegeloberfläche gegenüberliegenden außenliegenden Substratoberfiäche eines Substrats des Halbleiterlaserbauteils angeordnet ist. Das Halbleiterbauteil kann ein VCSEL sein. Auf diese Weise können sogenannte Top-Emitter oder Bottom-Emitter aulgebaut werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein Halbleiterlaserbauteil vorgesehen werden, das gleichzeitig ein Top- und Bottom- Emitter ist, wenn es sowohl auf dem ersten Spiegel als auch auf der Substratoberfläche einen Emissionsbereich autweist.

Es kann ein Sensor dem Halbleiterlaserbauteil insbesondere in Form einer Photodiode zugeordnet sein. Hierdurch kann eine Monitorphotodiode in ein VCSEL integriert werden, sodass zusätzlich zur Auswertung des SMI auch eine Auswertung der Monitorphotodiode erfolgen kann.

Für eine Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Laservorrichtung zum Erzeugen eines Bildmusters in eine Scanvorrichtung mit einem Positioniergestell einzubauen. Hierzu kann eine vorstehend beschriebene Laservorrichtung verwendet werden. Die Laservorrichtung kann in dem Posrtioniergesteir angeordnet sein, wobei das Bildmuster auf eine zu scannende Objektfläche abbildbar ist. Eine Vertikalachse der Laservorrichtung ist seitlich zur zu scannenden Objektfläche versetzt. Hierdurch wird erreicht, dass die Laservorrichtung in einen äußeren Randabschnitt des Positioniergestells angeordnet werden kann. Es kann darauf verzichtet werden, die Laservorrichtung in einem zentralen Abschnitt des Positioniergestells anzuondnen.

Vorteilhafterweise kann das Positioniergestell ein Brillenrahmen sein, an dem die Laservorrichtung insbesondere auf einer einem Nutzer im Gebrauchszustand zugewandten Seite des Brillenrahmens angebracht ist. Hierbei ist die Laservorrichtung insbesondere in den Brillenrahmen integriert und vorzugsweise an einem im Gebrauchszustand der Scanvorrichtung unteren Abschnitt des Brillenrahmens angeordnet. Die Scanvorrichtung kann eine Datenbrille sein, wobei die Laservorrichtung zum Erzeugen eines in ein Auge projizierten Bildes und/oder als Oberwachungsvorrichtung für die Augenbewegung und/oder den richtigen Sitz der Datenbrille verwendet wird. Es können auch mehrere Laservorrichtungen in einer Scanvorrichtung eingebaut werden.

Vorzugsweise ist ein Sensor und/oder ein Halbleiterlaserbauteil der Laservorrichtung zugeordnet, die parallel zum Positioniergestell ausgerichtet sind. Hierbei kann die Laservorrichtung voll in dem Positioniergestell integriert sein, wobei die Laservorrichtung bzw. der Sensor und/oder das Halbleiterlaserbauteil nicht in Richtung des zu scannenden Objekts ausgerichtet sind. Besonders bevorzugt kann es sein, bei einer Datenbrille als Scanvorrichtung zwei durch die Laservorrichtung als Bildmuster erzeugte Leuchtstriche vorzusehen, die auf der zu scannende Objektfläche abbildbar sind, wobei die zu scannende Objektfläche ein Abschnitt eines Augapfels des Nutzers ist Es kann das Bildmuster für eine Sensorfunktion der Scanvorrichtung auf den sichtbaren Teil des Augapfels projiziert werden, wobei die Lichtstrahlung insbesondere im infraroten Bereich liegt.

Die Herstellung einer Laservorrichtung kann erfindungsgemäß durch ein Herstellen eines Halbleiteriaserbauteils und ein Anordnen eines optischen Ablenkungselements auf einem Emissionsbereich erfolgen. Das Ablenkungselement kann entweder während der Fertigung des Halbleiteriaserbauteils oder nach Fertigstellung des Halbleiteriaserbauteils angeordnet werden.

Um ein Ablenkungselement auf dem Emissionsbereich zu realisieren, kann ein Polymerfilm verwendet werden. In den Polymerfilm kann eine Holographieinformation eingebracht werden, sodass beim Durchleuchten des mit der Holographieinformation versehenen Poiymerfilms mittels der Laserstrahlung des Halbleiterbauteils ein Bildmuster erzeugt wird. Der Polymerfilm kann durch ein Prägeverfahren, ein Lithographieverfahren oder durch ein sonstiges Verfahren mit den Holographieinformationen versehen werden. Es kann eine Oberflächenstruktur lithografisch mit nachfolgender Ätzung oder durch mechanische Abformung mit Aushärtung auf dem Formwerkzeug hergestellt werden. Diese Herstellung erfolgt vorteilhaft für einen gesamten Halbleiterwafer in einem Schritt.

Eine weitere besondere Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet ein Aufbringen eines fotosensitiven Polymerfilms als Ablenkungselement auf den Emissionsbereich, ein Beleuchten des fotosensitiven Poiymerfilms mit Laserstrahlung des Halbleiteriaserbauteils und/oder einer anderen Laserlichtquelle, wobei Holographieinformationen durch das Beleuchten in dem Polymerfilm abgespeichert werden. Dabei kann ein fester Polymerfilm oder alternativ kann ein viskoser Polymerfilm beispielsweise auf einem Wafer mit Halbleiterlaserbauteilen aufgebracht werden, der anschließend zur Speicherung der Holographieinformationen beleuchtet wird. Die Beleuchtung kann mittels eines Referenzstrahls und eines durch ein Objekt, dass die Holographieinformationen trägt, reflektierten Strahls erfolgen. Nach dem Beleuchten verliert der Polymerfilm wenigstens an den beleuchteten Bereichen seine Fotosensitivität. Die Strahlung des Halbleitedaserbauteils kann sowohl Referenzstrahl als auch reflektierter Strahl sein. Es können alle Ablenkungselemente auf einem Wafer gleichzeitig beleuchtet werden. Alternativ ist auch ein 3D-Druckverfahren denkbar, mit dem ein Polymerfilm aufgebracht wird, der nach Aufbringen beleuchtet wird. Es könnte auch ein Film 3D-gedruckt werden, in den während des 3D-Druckens Holographieinformationen eingebracht werden.

Es ist auch denkbar, einen klebbarer Polymerfilm zu strukturieren, bevor er auf den Emissionsbereich angebracht wird. Hierbei kann ein Wafer mit Halbleiteriaserbauteilen vorliegen, auf den ein Polymerfilm mit einer Vielzahl von bereits strukturierten Stellen aufgeklebt wird. Jede der strukturierten Stellen stellt ein Ablenkungselement dar.

Alternativ kann ein klebbarer Polymerfilm beleuchtet werden und die Holographieinformationen in dem Polymerfilm abgespeichert werden, bevor er auf den Emissionsbereich angebracht wird. Hierbei kann ein Wafer mit Halbleiteriaserbauteilen voriiegen, auf den ein Polymerfilm mit einer Vielzahl von bereits beleuchteten Stellen aufgeklebt wird. Jede der beleuchteten Stellen stellt ein Ablenkungselement dar.

Ferner kann verfahiensgemäß eine Beugungsstruktur insbesondere durch einen Prägeschritt oder Ätzschritt als Ablenkungselement auf den Emissionsbereich aufgebracht werden.

Durch die vorteilhaften Fertigungsverfahren kann eine serielle Massenfertigung von Laservomchtungen einfach und kostengünstig sichergestellt werden. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

Insbesondere können die Merkmale hinsichtlich der unterschiedlichen Ablenkungselemente und deren Herstellungsarten miteinander kombiniert werden. Ferner können die Merkmale der Ausführungsformen, die einzelne Halbleiterlaserbauteile beinhalten, mit Arrayanordnungen von Halbleiterlaserbauteilen kombiniert werden.

Das Bildmuster kann ein Beugungsbild sein, das aus einer Interferenz entsteht, eine durch Refraktion erzeugte Abbildung und/oder ein Hologramm.

Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Laservorrichtung mit einem Halbleiterlaserbauteil, das ein Umlenkprisma auf einem Emissionsbereich aufweist,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Laservorrichtung mit einem Halbleiterlaserbauteil, das einen Polymerfilm auf einem Emissionsbereich aufweist,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Laservorrichtung mit einem Halbleiterlaserbauteil, das einen Polymerfilm auf einem mit einem Polarisationsgitter versehenen Emissionsbereich aufweist,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Laservorrichtung mit einem Halbteiteriaserbauteil, das auf einem Substrat eine Beugungsstmktur aufweist,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer in einem Gebrauchszustand befindlichen Scanvorrichtung, und Fig. 6 einen mit einem Bildmuster beaufschlagten Augapfel eines Nutzers der Scanvorrichtung.

In den Figuren 1 bis 4 ist jeweils eine Ausführungsform einer Laservorrichtung 10 dargestellt, die ein vertikalemittierendes Hatbieiteriaserbauteil 12 zum Emittieren einer Laserstrahlung 13 aulweisen. Das Halbleiterlaserbauteil 12 kann ein VCSEL sein, der aus funktionellen Schichten aufgebaut ist, die in einer Stapelrichtung aufeinandergeschichtet sind.

Das Hatbieiteriaserbauteil 12 weist einen Grundkörper 14 auf, der die funktionellen Schichten beinhaltet. Die funktionellen Schichten stellen wenigstens zum Teil einen ersten Spiegelabschnitt 16, einen zweiten Spiegelabschnitt 18 und eine zwischen den beiden Spiegelabschnitten 16, 18 angeordnete aktive Schicht 20 zur Erzeugung der Laserstrahlung 13 bereit Die Spiegelabschnitte 16, 18 können sogenannte Bragg-Spiegel aus Halbleitermaterial sein, wobei die Spiegelabschnitte 16, 18 p- beziehungsweise n-dotiert sein können. Das Halbleitermaterial kann Gallium und/oder Arsen beinhalten, welches insbesondere zu GaAs mit einem Brechungsindex von 3,5 verbunden wird.

Der Grundkörper 14 ist auf einem Substrat 21 angeordnet, das auf einem Wafer aus Halbleitermaterial basieren kann.

Der Grundkörper 14 weist auf seiner Oberfläche 24 wenigstens einen elektrischen Kontakt 25 zum Einspeisen von elektrischer Energie in die aktive Schicht 20 auf, wobei die elektrischen Kontakte 25 mit funktionellen Schichten des Halbleiteriaserbauteils 12 elektrisch verbunden sind.

Auf der Oberfläche 24 weist der Grundkörper 14 einen für das Emittieren der Laserstrahlung 13 vorgesehenen Emissionsbereich 26 auf. Der Emissionsbereich 26 ist eine insbesondere durch einen nichtabgebildeten, innerhalb des Grundkörpers 14 angeordneten Blendenabschnitt vorgegebenes Areal auf der Oberfläche 24, aus dem die Laserstrahlung 13 austritt. Der Blendenabschnitt grenzt einen Stoorn auf eine begenzte Fläche der aktiven Schicht ein.

Auf dem Emissionsbereich 26 ist ein optisches Ablenkungselement 28 angeordnet. Das Ablenkungselement 28 beugt die in dem Grundkörper erzeugte Laserstrahlung 13, nachdem und/oder während es durch den Emissionsbereich 26 hindurchtritt. Durch die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung 13 und Ablenkungselement 28 entsteht ein vom Emissionsbereich 26 beabstandetes Bildmuster 29.

Das Bildmuster 29 kann unterschiedliche Muster aufweisen, die durch Interferenz der gebeugten Laserstrahlung 13 in Abhängigkeit der Ausbildung des Ablenkungselements 28 gebildet werden. Durch ein einzelnes Ablenkungselement 28 kann ein Bildmuster 29 erzeugt werden, welches mehrere voneinander visuell unabhängige Bildelemente aulweist.

Gleichzeitig kann das Bildmuster 29 von einer Vertikalachse 30 des Emissionsbereichs 26 seitlich versetzt werden. Die Vertikalachse 30 ist senkrecht zu der Oberfläche 24 des Grundkörpers 14 ausgerichtet Die Vertikalachse 30 kann beispielsweise eine zentrale Symmetrieachse des Grundkörpers 14 darstellen. Die Vertikalachse 30 fällt vorzugsweise mit der optischen Achse der ungebeugten Laserstrahlung 13 zusammen.

In Figur 1 ist eine exemplarische Ausführungsform der Laservorrichtung 10 dargestellt, die als Ablenkungselement 28 ein Umlenkprisma 281 aufweist, das auf den Emissionsbereich 24 angebracht ist. Es kann ein für die Laserstrahlung 13 transparentes Polymer enthalten, welches nach dem Aufbringen auf den Emissionsbereich 26 geformt wird. Alternativ kann ein vor dem Aufbringen geformtes Umlenkprisma 281 aus einem Polymer beispielsweise aufgeklebt werden. Weiter alternativ kann das Umlenkprisma 281 in einem 3D-Druckverfahren auf den Emissionsbereich 24 gedruckt werden. Das Umlenkprisma 281 ragt bezüglich der Richtung der Vertikalachse 30 über die elektrischen Kontakte 25 hinaus. Das Umlenkprisma 281 weist eine auf dem Emissionsbereich 26 aufliegende Basis 32 auf, die vorzugsweise spaltfrei auf der Oberfläche 24 angebracht ist. Die Basis 32 erhöht die gegenüber der Vertikalachse 30 gekippte Umlenkfläche des Umlenkprismas 281, sodass die Laserstrahlung 13 von der Vertikalächse 30 abgelenkt wird, Die Basis 32 ist transparent für die Laserstrahlung 13.

Das Umlenkprisma kann auch eine gewölbte Oberfläche aufweisen. Eine z.B. zylindrische Wölbung kann zur Erzeugung eines Linienbildes dienen.

Bei einer weiteren Alternative kann zwischen einer dem Emissionsbereich 26 zugewandten Fläche des Umlenkprismas 281 und der Oberfläche 24 des Grundkörpers 14 ein Luftspalt ausgebildet sein.

Liegt ein Luftspalt zwischen der Oberfläche 24 und dem Ablenkungselement 28 vor, so kann das Halbeiterlaserbauteils 12, welches ein VCSEL sein kann, im Wesentlichen unverändert bleiben. Dies gilt für das Halbeiteriaserbauteil 12 unabhängig von der Ausführungsform des Ablenkungselement 28.

Wird der Luftspalt geschlossen, kann der Brechungsindexsprung an der Grenze zwischen der Oberfläche 24 des Halbleiterlaserbauteils 12 und der Umgebung verloren gehen. Um dennoch eine für einen Laserbetrieb des Halbleiteriaserbauteils 12 ausreichende Effizienz einer Resonatorkavität zu erreichen, die durch die beiden Spiegelabschnitte 16, 18 gebildet wird, können zusätzliche funktionelle Schichten in den Spiegelabschnitten 16, 18 des Halbeiterlaserbauteils 12 vorgesehen werden. Durch die zusätzlichen Schichten in den Spiegelabschnitten 16, 18 kann deren Reflektivität gegenüber der Reflektivität von Spiegelabschnitten 16, 18 eines Halbeiterlaserbauteils 12 mit einem Luftspalt erhöht werden.

Die Reflektivität der Grenzflächen muss bei der Auslegung der Laserspiegel (Anzahl DBR Paare) berücksichtigt werden. Daher müssen alle Grenzflächen genau definiert und in der Herstellung gut kontrolliert sein. Alternativ können alle Grenzflächen entspiegelt werden. Letzteres bedingt allerdings eine Struktur mit erhöhter Anzahl von p-DBR Paaren und damit erhöhter Dicke.

Das Umlenkprisma 281 kann durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt werden.

In Figur 2 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Laservorrichtung 10 abgebildet, die als Ablenkungselement 26 ein Holographieelement 282 aufweist.

Das Ablenkungselement 28 kann eine Holographieinformation beinhalten, die durch eine dreidimensionale Struktur an einem dem Ablenkungselement 28 zugrundeliegenden Polymerfilm ausgebildet ist Die dreidimensionale Struktur kann in dem Materialvolumen und/oder auf der Oberfläche des Polymerfilms ausgebildet sein. Die dreidimensionale Struktur kann eingeprägt oder geätzt werden.

Das Ablenkungselement 28 ist als ein Holographieelement 282 ausgeführt, welches auf dem Emissionsbereich 26 angeordnet ist. Das Holographieelement 282 weist einen Polymerfilm 34 auf, in dem Holographieinformationen abgespeichert sind.

Die Holographieinformationen können durch die Laserstrahlung 13 des Halbleiteriaserbauteils 12 ausgelesen werden, sodass ein Bildmuster 29 in Form eines Hologramms erzeugt wird. Hierbei können nahezu beliebige Hologramme in dem Polymerfilm 34 abgespeichert werden, die ein von der Vertikalachse 30 versetztes Bildmuster 29 erzeugen.

Beispielsweise können die Holographieinformationen durch ein Beleuchten des Polymerfilms 34 mit einem Referenzstrahl und mit einem von einem die Holographieinformation tragenden Referenzobjekt reflektierten Strahl in dem Polymerfilm 34 abgespeichert werden. Dazu kann ein fotosensitiver Polymerfilm 34 verwendet werden, der nach dem Beleuchten seine Fotosensitivität verliert. Die Beleuchtung zur Speicherung der Holographieinformationen kann durch die Laserstrahlung 13 des Halbleiteriaserbauteils 12 und/oder einer anderen Laserlichtquelle erfolgen.

Für die Bereitstellung des Polymerfilms 34 gibt es mehrere Möglichkeiten. Exemplarisch kann ein fester Polymerfilm 34 auf den Emissionsbereich 26 aufgebracht werden, der beispielsweise aufgeklebt wird. Dabei kann die Basis 32 ein Klebemittel darstellen. Es können einzelne Polymerfilme 34 für einzelne Emissionsbereiche 26 vorgesehen werden. Alternativ kann ein mehrere Emissionsbereiche 26 überdeckender Polymerfilm 34 vorgesehen werden, der beispielsweise auf einen Wafer mit Halbleiterlaserbauteilen 12 aufgebracht wird. Der mehrere Emissionsbereiche 26 überdeckende Polymerfilm 34 kann nachfolgend durch Ätz- oder Prägeverfahren strukturiert werden.

Vorzugsweise wird der Polymerfilm 34 beleuchtet, nachdem er auf dem Emissionsbereich 26 aufgebracht wurde. Es ist auch denkbar, den Polymerfilm 34 zu beleuchten und die Holographieinformationen in dem Polymerfilm 34 abzuspeichem, bevor er auf den Emissionsbereich 26 angebracht wird.

Ein fotosensibler Polymerfilm 34 kann auch durch ein viskoses Material hergestellt werden, welches auf den Emissionsbereich 26 aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen kann der viskose Polymerfilm 34 aushärten und beleuchtet werden. Vorzugsweise kann der viskose Polymerfilm 34 in einem Vakuum auf den Emissionsbereich aufgebracht werden, sodass keine Luftblasen in dem Polymerfilm 34 eingeschlossen werden. Insbesondere kann bei einem viskosen Polymerfilm 34 auf ein Klebemittel verzichtet werden, da der viskose Polymerfilm 34 selbst an der Oberfläche 24 des Grundkörpers 12 haftet. Die Basis 32 kann durch das Material des Polymerfilms 34 gebildet werden.

Damit ein fehlerfreies Beleuchten des Polymerfilms 34 erfolgen kann, kann die Basis 32 eine Absorptionseigenschaft für Wellenlängen aufweisen, die nicht der emittierten Laserstrahlung 13 und auch nicht der die Holographieinformationen einschreibenden Strahlung entsprechen. Hierbei kann eine für das Abspeichem der Holographieinformationen störende Strahlung, die beispielsweise von der Oberfläche 24 reflektiert wird, absorbiert werden.

In einen viskosen Polymerfilm 34 kann alternativ oder ergänzend ein Beugungsprofil mechanisch eingeprägt werden. Der Polymerfilm 34 mit dem Beugungsprofil stellt das Ablenkungselement dar, da die Laserstrahlung 13 beim Durchtreten des transparenten Polymerfilms 34 an dem Beugungsprofil gebeugt wird. Das mechanisch eingeprägte Beugungsprofil kann durch einen Stempel erzeugt werden, der in den viskosen Polymerfilm 34 gedrückt wird, wobei der Polymerfilm beispielsweise durch eine UV-Strahlung oder durch die Strahlung 13 des Halbleiterlaserbauteils 12 ausgehärtet wird. Der Stempel kann für die aushärtende Strahlung transparent sein und insbesondere auf den auszuhärtenden Bereich fokussierende Eigenschaften aufweisen.

Es ist denkbar, dass der Polymerfilm 34 nur im Emissionsbereich 26 des Halbleiteriaserbauteils 12 ausgehärtet wird. Beispielsweise kann ein Polymerfilm 34, der auf elektrischen Kontakten 25 oder sonstigen Abschnitten des Halbleiteriaserbauteils 12 aufgebracht ist, unausgehärtet bleiben und einfach entfernt werden.

Der viskose Polymerfilm 34 kann beispielsweise auf einem Wafer mit Halbleiterlaserbauteilen 12 aufgebracht werden, sodass die Emissionsbereiche 26 der Halbleiterlaserbauteile 12 beschichtet sind. Anschließend können mehrere oder vorzugsweise alle Polymerfilmabschnitte, die auf den jeweiligen Emissionsbereichen 26 angebracht sind, zur Speicherung der Holographieinformationen beleuchtet werden und/oder mit wenigstens einem Stempel die jeweiligen Beugungsprofile eingeprägt werden.

Die Strahlung des Halbleiteriaserbauteils 12 kann sowohl Referenzstrahl als auch reflektierter Strahl sein. Es können alle Ablenkungselemente auf einem Wafer gleichzeitig beleuchtet werden. Alternativ ist auch ein 3D-Druckverfahren denkbar, mit dem ein Polymerfilm 34 aufgebracht wird, der nach dem Aufbringen beleuchtet wird. Es könnte auch ein Polymerfilm 34 3D-gedruckt werden, dem während des Druckens Holographieinfbrmationen eingespeichert werden.

In Figur 3 ist eine Weiterbildung der Figuren 1 und 2 dargestellt, die exemplarisch an einem Ablenkungselement 28 beschrieben ist, das einen Polymerfilm 34 aufweist In der Oberfläche 24 des Grundkörpers 12 ist vorzugsweise im Emissionsbereich 26 ein Polarisationsgitter 36 zwischen dem Ablenkungselement 283 und dem Grundkörper 12 ausgebildet Das zur Polarisation der Laserstrahlung 13 vorgesehene Polarisationsgitter 36 verbessert die Qualität des Bildmusters 29, da eine stabil polarisierte Laserstrahlung 13 gegenüber einer unpolarisierten Strahlung präzisere Beugungsmuster erzeugt. Es ist von Vorteil eine Laservorrichtung 10 für beispielsweise Scanvorrichtungen 42 wie Datenbrillen vorzusehen, die polarisierte Laserstrahlung 13 aussendet.

Das Polarisationsgitter 36 wird in die Oberfläche 24 in das Halbleitermaterial eingebracht und ein auf dem Polarisationsgitter 36 aufgebrachter Polymerfilm 34 beziehungsweise seine Basis 32 kann das Polarisationsgitter 36 derart ausfüllen, dass keine Kavitäten im Polarisationsgitter 36 verbleiben.

Das Beugungsgitter 36 kann mit einem Polymerfilm 34 kombiniert werden, der eine Hoiographieinformation oder ein mechanisch eingeprägtes Beugungsprofil aufweist. Es kann auch mit einem Umlenkprisma 281 kombiniert werden. Vorzugsweise sind die Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 in Bezug zu sogenannten Top-Emittern beschrieben worden, bei dem der Emissionsbereich 26 auf einer außenliegenden Spiegeloberfläche 241 des ersten Spiegels 16 ausgebildet ist. Allerdings können die Merkmale der Figuren 1 bis 3 auch mit sogenannten Bottom-Emittem kombiniert werden.

Die Polymermaterialien aus den Figuren 1 bis 3 sollten hinsichtlich ihres Brechungsindexes so an den Brechungsindex des ersten Spiegelabschnittes angepasst werden, dass eine für eine Laserfunktion des Halbleiteriaserbauteils 10 hinreichende Reflekthrität bereitgestellt wird.

In Figur 4 ist eine Ausführungsform einer Laservorrichtung 10 dargestellt, die einen Bottom-Emitter zeigt, bei dem der Emissionsbereich 26 auf einer außenliegenden Substratoberfläche 242 eines Substrats des Halbleiteriaserbauteils 10 angeordnet ist Alle Merkmale insbesondere in Bezug auf das Ablenkungselement 28 der Ausführungsform der Figur 4 können auch auf einen Top-Emitter angewendet werden.

Das Ablenkungselement 28 ist als ein Oberflächenprofil 284 ausgebildet, welches vorzugsweise in der Oberfläche 24 am Emissionsbereich 26 ausgebildet ist. Dabei kann es auf der Spiegeloberfläche 241 auf dem ersten Spiegelabschnitt 16 ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann es auf der Substratoberfläche 242 des Substrats 21 angeordnet sein.

Das Oberflächenprofil 284 bildet eine Beugungsstruktur wie beispielsweise ein Beugungsgitter oder ein alternatives Höhenprofil. Die einzelnen Strukturabschnitte der Beugungsstruktur können zueinander unterschiedlich ausgefbrmt sein. Beispielsweise können die Strukturabschnitte unterschiedlich tief in die Oberfläche 24 ausgebildet sein. Ferner kann die Breite in wenigstens eine Richtung der Strukturabschnitte unterschiedlich ausgebildet sein. Auch die Form der Strukturabschnitte kann unterschiedlich sein.

Das Oberflächenprofil 284 kann in die Oberfläche 24 geätzt werden. Die Beugungsstruktur kann durch eine mathematische Analyse des gewünschten Bildmusters 29 bestimmt werden. Solch eine vorteilhafte Beugungsstruktur ist in den Grundkörper 14 des Halbleiteriaserbauteils 12 integriert.

Insbesondere kann ein Sensor 40 dem Halblefteriaserbauteil 12 in Form einer Photodiode zugeordnet sein. Der Sensor 40 kann in die Laservorrichtung 10 integriert sein und vorzugsweise in Propagationsrichtung einer zurück in das Halbleiterlaserbauteil 12 reflektierten Laserstrahlung 13 hinter dem Halbleitedaserbauteil 12 angeordnet sein. So kann eine sogenannte Monitorphotodiode in ein VCSEL integriert werden, sodass zusätzlich zur Auswertung einer Self-Mixing-Interferenz auch eine Auswertung der Monitorphotodiodensignale erfolgen kann. Die Self-Mixing-Interferenz entsteht durch in das Halbleiterlaserbauteil 12 zurückreflektiertes Laserlicht, welches mit dem elektromagnetischen Feld innerhalb des Hableiterlaserbauteils interferiert

Bei einer weiteren nicht abgebildeten Ausführungsform kann ein Ablenkungselement 28 verwendet werden, welches eine ein photonisches Metamaterial aufweist. Das photonische Metamaterial kann beispielsweise Silizium beinhalten und auf dem Emissionsbereich 26 angebracht werden. Es kann zur Ablenkung der Laserstrahlung 13 von der Vertikalachse 30 führen, wobei es auch gleichzeitig einen Polarisationsfilter darstellen kann.

In Figur 5 ist eine exemplarische Scanvorrichtung 42 abgebildet, die eine Datenbrille darstellt. Die Scanvorrichtung 42 weist ein Positioniergestell 44 auf, das rein exemplarisch als Brillenrahmen ausgeführt ist. In dem Brillenrahmen kann ein Brillenglas 46 eingesetzt sein.

In das Positioniergestell 44 kann mindestens eine der Laservorrichtung 10 aus den Figuren 1 bis 4 eingebaut werden. Dabei kann die Laservorrichtung 10 vollständig in dem Positioniergestell 44 integriert werden.

Der Sensor 40 und/oder ein Haibieiterlaserbauteil 12 der Laservorrichtung 10 weisen jeweils Haupterstreckungsebenen auf, die durch die funktionellen Schichten der ihnen zugrundeliegenden Schichtstapel vorgegeben sind. Die Haupterstreckungsebenen können parallel zu einer im Wesentlichen als Hauptebene des Positioniergestells 44 zu verstehenden Ebene ausgerichtet sein. Dabei ist die Ausrichtung der Laservorrichtung 10 vollkommen nach ästhetischen Gesichtspunkten wählbar. Beispielsweise kann die Laservorrichtung 10 in das Positioniergestell 44 derart integriert werden, dass eine glatte und stetige Oberfläche des PositioniergesteHs erlangt wird.

Bei einem Brillenrahmen kann die Laservorrichtung insbesondere auf einer einem Nutzer der Scanvorrichtung 42 im Gebrauchszustand zugewandten Seite des Brillenrahmens angebracht sein. Die Laservorrichtung 10 ist in den Brillenrahmen integriert und vorzugsweise an einem im Gebrauchszustand der Scanvorrichtung 42 unteren Abschnitt des Brillenrahmens angeordnet Der Gebrauchszustand einer Datenbrille zeichnet sich dadurch aus, dass ein Nutzer die Datenbrille auf seinem Kopf vor dem Gesicht trägt, sodass ein Abschnitt der Datenbrille im Gesichtsfeld des Nutzers positioniert ist

Die als Datenbrille ausgeführte Scanvorrichtung 10 kann zum Erzeugen eines in ein Auge projizierten Bildes und/oder als Überwachungsvorrichtung für die Augenbewegung und/oder den richtigen Sitz der Datenbrille verwendet werden. Es können auch mehrere Laservorrichtungen 10 in einer Scanvorrichtung 42 eingebaut werden.

Die Laservorrichtung 10 beziehungsweise der Sensor 40 und/oder das Halbleiterlaserbauteil 12 sind derart ausgerichtet dass die Vertikalachse 30 eine zu scannende Objektfläche 45 eines zu scannenden Objekts 46 nicht schneidet. Die Vertikalachse 30 liegt neben der Objektfläche 45.

In Figur 6 ist ein exemplarisches Bildmuster 29 dargestellt, welches auf einen Augapfel 48 des Nutzers insbesondere der Datenbrille projiziert wird. Dabei schneidet die Vertikalachse den mit dem Bildmuster 29 beaufschlagten Abschnitt des Augapfels 48 nicht.

Das Bildmuster 29 kann zwei durch die Laservorrichtung 10 erzeugte Leuchtstriche 50 aufweisen, die auf der zu scannenden Objektfläche 45 abgebildet werden. Die beiden Leuchtstriche 50 sind auf der Objektfläche 45 vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichtet. Die Leuchtstriche 50 voneinander visuell unabhängige Bildelemente des Bildmusters 29 dar.

Durch die Leuchtstriche 50 kann eine Überwachung einer Bewegung von insbesondere sphärischen Objekten wie Augäpfeln 48 erfolgen. Durch die Leuchtstriche 50 können Informationen über die Höhen- und Oberflächenvariation der zu scannenden Objektfläche des sphärischen Objekts während Rotationsbewegungen des sphärischen Objekts gesammelt werden. Durch Leuchtstriche 50 können auch nahezu perfekt sphärische Objekte hinsichtlich ihrer Rotationsbewegungen um eine durch das sphärische Objekt verlaufende Achse überwacht werden.

Es kann das Bildmuster 29 für eine Sensorfunktion der Scanvorrichtung 42 auf den sichtbaren Teil des Augapfels 48 projiziert werden, wobei die Laserstrahlung 13 insbesondere im infraroten Bereich liegt

Bezugszeichenliste

10 Laservorrichtung 46 Objekt

12 Halbleiterlaserbauteil 48 Augapfel

13 Laserstrahlung 50 Leuchtstrich

14 Grundkörper

16 ersten Spiegelabschnitt

18 zweiten Spiegelabschnitt

20 aktive Schicht

21 Substrat

24 Oberfläche

241 Spiegeloberfläche

242 Substratoberfläche

25 elektrische Kontakte

26 Emissionsbereich

28 Ablenkungselement

281 Umlenkprisma

282 Holographieelement

283 Ablenkungselement mit

Polarisationsgitter

284 Qberflächenprofil

29 Bildmuster

30 Vertikalachse

32 Basis

34 Polymerfilm

36 Polarisationsgitter

40 Sensor

42 Scanvorrichtung

44 Positioniergestell

45 Objektfläche