OPTOELEKTRONISCHE ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER OPTOELEKTRONISCHEN ANORDNUNG

Es werden eine optoelektronische Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung angegeben . Die optoelektronische Anordnung ist insbesondere zur Erzeugung und/oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht , eingerichtet .

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine optoelektronische Anordnung anzugeben, die ein Erfassen einer zwei- oder dreidimensionalen Oberfläche ermöglicht .

Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung anzugeben, die ein Erfassen einer zwei- oder dreidimensionalen Oberfläche ermöglicht .

Diese Aufgaben werden durch die Vorrichtung und das Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die optoelektronische Anordnung einen Halbleiterkörper, der zur Emission einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung in eine Hauptemissionsrichtung eingerichtet ist . Insbesondere umfasst der Halbleiterkörper einen optisch aktiven Bereich, der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist . Bevorzugt weist der optisch aktive Bereich einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur ( SQW, single quantum well ) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well ) zur Strahlungserzeugung auf . Bei dem Halbleiterkörper handelt es sich beispielsweise um eine Lumines zenzdiode , insbesondere eine Laserdiode .

Der Halbleiterkörper emittiert bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich . Beispielsweise weist der Spektralbereich der von dem Halbleiterkörper im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung eine Halbwertsbreite FWHM zwischen 10 nm und 15 nm auf .

Insbesondere ist entlang einer Resonatorachse ein optischer Resonator in dem Halbleiterkörper ausgebildet . Der optische Resonator ermöglicht eine Zirkulation von elektromagnetischer Strahlung entlang der Resonatorachse und begünstigt eine stimulierte Emission von elektromagnetischer Strahlung . Vorteilhaft ermöglicht der optische Resonator eine kohärente Emission von elektromagnetischer Strahlung . Die Resonatorachse bestimmt beispielsweise die Hauptemissionsrichtung des Halbleiterkörpers . Mit anderen Worten, die Hauptemissionsrichtung verläuft parallel und insbesondere koaxial zu der Resonatorachse .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die optoelektronische Anordnung ein optisches Umlenkelement . Das optische Umlenkelement ist insbesondere dazu eingerichtet , eine Ausbreitungsrichtung einer elektromagnetischen Strahlung zu verändern . Bevorzugt dient das optische Umlenkelement dazu, eine elektromagnetische Strahlung in einen vorgegebenen Raumbereich abzustrahlen . Beispielsweise verändert das optische Umlenkelement so auch eine Strahl form . Mit anderen Worten, ein auf das optische Umlenkelement einfallender Lichtstrahl kann durch das optische Umlenkelement sowohl in seiner Strahl form, als auch in seiner Ausbreitungsrichtung verändert werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die optoelektronische Anordnung eine Auswerteeinheit . Die Auswerteeinheit ist vorteilhaft dazu eingerichtet , ein Signal zu erfassen und es elektronisch aus zuwerten . Bevorzugt ist die Auswerteeinheit für ein zwei- oder dreidimensionales Entfernungsmessverfahren eingerichtet .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung ist das optische Umlenkelement dem Halbleiterkörper in seiner Hauptemissionsrichtung nachgeordnet . Das optische Umlenkelement ist insbesondere so angeordnet , dass eine von dem optoelektronischen Halbleiterkörper im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung durch das optische Umlenkelement in einen größeren Raumbereich abgestrahlt wird .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung fächert das optische Umlenkelement die elektromagnetische Strahlung in einer lateralen Richtung in einem lateralen Emissionswinkel und in einer vertikalen Richtung in einem vertikalen Emissionswinkel auf . Bevorzugt ist die vertikale Richtung quer, insbesondere senkrecht zur lateralen Richtung orientiert . Das Auf fächern der elektromagnetischen Strahlung verändert beispielsweise eine Strahl form der von dem Halbleiterkörper im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung . Insbesondere beschreiben der vertikale Emissionswinkel und der laterale Emissionswinkel Ausbreitungswinkel entlang einer gemeinsamen Ausbreitungsrichtung . Vorteilhaft kann so ein großer Raumbereich mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet , die von einem Obj ekt reflektierte elektromagnetische Strahlung des Halbleiterkörpers zu detektieren . Ein Obj ekt ist beispielsweise ein Gesicht eines Benutzers . Vorteilhaft kann die optoelektronische Anordnung dazu genutzt werden, einen Abstand zwischen dem Obj ekt und der optoelektronischen Anordnung zu bestimmen . Insbesondere ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet , eine Entfernung des Obj ekts von dem Halbleiterkörper zu ermitteln .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die optoelektronische Anordnung :

- einen Halbleiterkörper, der zur Emission einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung in eine Hauptemissionsrichtung eingerichtet ist ,

- ein optisches Umlenkelement , und

- eine Auswerteeinheit , wobei

- das optische Umlenkelement dem Halbleiterkörper in seiner Hauptemissionsrichtung nachgeordnet ist ,

- das optische Umlenkelement die elektromagnetische Strahlung in einer lateralen Richtung in einem lateralen Emissionswinkel auf fächert und in einer vertikalen Richtung in einem vertikalen Emissionswinkel auf fächert , und

- die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist , die von einem Obj ekt reflektierte elektromagnetische Strahlung des Halbleiterkörpers zu detektieren . Einer hier beschriebenen optoelektronischen Anordnung liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde : In heutigen optischen Sensorsystemen zur Erfassung eines Abstandes eines Obj ektes kommen häufig Oberflächenemitter, kurz VCSEL ( englisch : vertical-cavity surface-emitting laser ) , als Lichtquellen in Kombination mit einfachen di f fraktiven optischen Elementen zum Einsatz . Diese Sensorsysteme erreichen einen Emissionswinkel im Rahmen von 90 ° in einer vertikalen Richtung und von 120 ° in einer lateralen Richtung . Ferner ist eine optische Ausgangsleistung der Oberflächenemitter durch ihren Aufbau begrenzt .

Die hier beschriebene optoelektronische Anordnung macht unter anderem von der Idee Gebrauch, einen kantenemittierenden Halbleiterkörper mit einem reflektiven optischen Umlenkelement zu kombinieren . Das optische Umlenkelement kann eine einstellbare Leuchtdichte in einem gewünschten Emissionswinkelbereich erzeugen . Eine optische Ausgangsleistung ist durch eine erhöhte Anzahl von Halbleiterkörpern besonders einfach skalierbar . Weiter vorteilhaft können so auch besonders große Emissionswinkelbereiche abgedeckt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung ist der laterale Emissionswinkel größer als 120 ° , bevorzugt größer als 140 ° , besonders bevorzugt größer als 160 ° . Insbesondere ist der laterale Emissionswinkel größer als 179 ° . Ein großer lateraler Emissionswinkel ermöglicht es , einen großen Raumbereich zu beleuchten . In dem beleuchteten Raumbereich können Obj ekte detektiert werden . Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung ist der vertikale Emissionswinkel größer als 70 ° , bevorzugt größer als 80 ° , besonders bevorzugt größer als 90 ° . Ein großer vertikaler Emissionswinkel ermöglicht es , einen großen Raumbereich zu beleuchten . In dem beleuchteten Raumbereich können Obj ekte detektiert werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung ist der Halbleiterkörper ein kantenemittierendes Bauelement . Insbesondere emittiert der Halbleiterkörper im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung durch eine Seitenfläche , die quer zu einer Haupterstreckungsrichtung des Halbleiterkörpers ausgerichtet ist . Die Haupterstreckungsrichtung verläuft quer, insbesondere senkrecht zu einer Stapelrichtung der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers . Bevorzugt bilden zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen des Halbleiterkörpers j eweils einen Resonatorspiegel des optischen Resonators .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst die Auswerteeinheit einen optischen Detektor und einen integrierten Schaltkreis . Mit dem optischen Detektor kann die Auswerteeinheit eine elektromagnetische Strahlung detektieren . Beispielsweise umfasst die Auswerteeinheit eine Photodiode , einen aktiven Pixelsensor oder einen CCD-Sensor . Besonders bevorzugt umfasst die Auswerteeinheit eine Einzelphotonen Lawinen Photodiode ( englisch : Single Photon Avalanche Photodiode ) . Insbesondere ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet , eine Entfernung des Obj ekts von dem Halbleiterkörper mittels Lauf zeitverfahrens zu ermitteln . Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung ist das optische Umlenkelement ein reflektives Element . Bevorzugt weist das optische Umlenkelement eine Ref lektivität von mehr als 90% für die von dem Halbleiterkörper im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung auf . Ein reflektives Element zeichnet sich insbesondere dadurch aus , dass eine verlustarme Umlenkung einer elektromagnetischen Strahlung erfolgt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weist das optische Umlenkelement eine konvexe Oberfläche auf . Die Oberfläche des optischen Umlenkelements ist insbesondere für einen Betrachter von außerhalb des optischen Umlenkelements konvex gekrümmt . Beispielsweise weist das optische Umlenkelement eine Oberfläche mit unterschiedlichen Bereichen auf , die j eweils unterschiedliche konvexe Krümmungen aufweisen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weist das optische Umlenkelement eine Oberfläche mit zumindest einem Knick auf . Beispielsweise beschreibt die Oberfläche des optischen Umlenkelements die Form eines Prismas . Vorteilhaft kann mit einer Knickstelle eine gewünschte Verteilung einer von dem optischen Umlenkelement reflektierten elektromagnetischen Strahlung erzielt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weist das optische Umlenkelement eine Oberfläche mit konkaven und konvexen Bereichen auf . Eine Mischung aus konkaven und konvexen Bereiche ermöglicht eine besonders hohe Designfreiheit für eine Verteilung einer von dem optischen Umlenkelement reflektierten elektromagnetischen Strahlung . Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weist das optische Umlenkelement eine Frei formoberfläche auf . Eine Frei formoberfläche weist insbesondere keinerlei Rotationssymmetrie oder Translation um eine optische Achse auf . Eine mathematische Charakterisierung der Frei formoberfläche ist folglich komplex . Im Vergleich zu sphärischen oder asphärischen Flächen hat eine Frei formoberfläche signi fikant mehr Freiheitsgrade . Vorteilhaft kann die Frei formoberfläche derart ausgeformt sein, dass eine besonders homogene Beleuchtung eines Raumbereichs mit einem besonders hohen lateralen- und vertikalen Emissionswinkel entsteht . Alternativ könnte das optische Umlenkelement ach derart ausgeformt sein, dass eine Proj ektion einer Viel zahl von einzelnen Punkten über einen großen Raumbereich ermöglicht wird . Mit derartigen Punktpro ektionen können beispielsweise dreidimensionale Formen in besonders einfacher Weise durch die Auswerteeinheit erfasst werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst das optische Umlenkelement einen Hüllenbereich, der mit zumindest einem der folgenden Materialien gebildet ist : Glas , Aluminium, Silber . Beispielsweise weist der Hüllenbereich eine dielektrische Beschichtung auf . Die dielektrische Beschichtung umfasst vorteilhaft eine Mehrzahl von alternierenden Schichten eines dielektrischen Materials auf , dessen Brechungsindex variiert . Der Hüllenbereich beschreibt insbesondere einen Bereich des optischen Umlenkelements , der unmittelbar von der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterkörpers beleuchtet wird . Vorteilhaft weist das Material des Hüllenbereichs eine besonders hohe optische Ref lektivität für die von dem Halbleiterkörper im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst das optische Umlenkelement einen Volumenbereich, der mit zumindest einem der folgenden Materialien gebildet ist : Glas , Metall , Sili zium, Saphir, Quarz . Bevorzugt ist der Volumenbereich mit einem Borosilikatglas , Stahl oder Aluminium gebildet . Der Volumenbereich bildet insbesondere einen Bereich des optischen Umlenkelements , der zumindest teilweise von dem Hüllenbereich umgeben ist . Vorteilhaft gibt der Volumenbereich dem optischen Umlenkelement seine mechanische Stabilität und ist besonders gut zur Erzeugung einer gewünschten Oberflächenform geeignet .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst das optische Umlenkelement einen Bodenbereich, der mit zumindest einem der folgenden Materialien gebildet ist : Glas , Gold, Zinn . Insbesondere ist der Bodenbereich mit einer Gold-Zinn-Legierung gebildet . Der Bodenbereich ist ein Bereich des optischen Umlenkelements , an dem das optische Umlenkelement an einer weiteren Struktur angebracht wird . Vorteilhaft ist der Bodenbereich daher besonders einfach mit einer weiteren Struktur zu verbinden . Das Material des Bodenbereichs eignet sich insbesondere zur Herstellung einer Bondverbindung .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst die optoelektronische Anordnung zumindest zwei Halbleiterkörper . Mit mehreren Halbleiterkörpern kann eine optische Ausgangsleistung der optoelektronischen Anordnung besonders einfach erhöht werden . Insbesondere weisen sämtliche Halbleiterkörper eine unterschiedliche Hauptemissionswellenlänge auf . Hier und im Folgenden beschreibt eine Hauptemissionswellenlänge eine Wellenlänge , bei der ein Emissionsspektrum ein globales Intensitätsmaximum aufweist . Beispielsweise weisen die Hauptwellenlängen aller Halbleiterkörper einer optoelektronischen Anordnung einen Unterschied in der Hauptemissionswellenlänge von weniger als 10 nm, bevorzugt von weniger als 5 nm und besonders bevorzugt von weniger als 2 nm auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung sind die Halbleiterkörper auf einander gegenüberliegenden Seiten des optischen Umlenkelements angeordnet . Eine Anordnung von Halbleiterkörpern auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Umlenkelements ermöglicht eine Vergrößerung des lateralen und/oder des vertikalen Emissionswinkels durch eine Überlagerung der von den Halbleiterkörpern emittierten elektromagnetischen Strahlung .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst die optoelektronische Anordnung zumindest vier Halbleiterkörper . Vier Halbleiterkörper können sich j eweils gegenüberliegend um das optische Umlenkelement angeordnet sein . Vorteilhaft ergibt sich so eine besonders homogene Beleuchtung eines Raumbereichs durch die optoelektronische Anordnung mit einem besonders großen lateralen- und/oder vertikalen Emissionswinkel . Alternativ kann so auch eine Proj ektion einer Viel zahl von einzelnen Punkten in einen Raumbereich ermöglicht sein .

Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung angegeben . Die optoelektronische Anordnung kann insbesondere mittels dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden . Das heißt , sämtliche im Zusammenhang mit der optoelektronischen Anordnung of fenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung of fenbart und umgekehrt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung erfolgt ein Bereitstellen eines Halbleiterkörpers eines optischen Umlenkelements und einer Auswerteeinheit .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung erfolgt ein Bestimmen einer Krümmung einer Oberfläche des optischen Umlenkelements derart , dass eine gewünschte Beleuchtung der Auswerteeinheit erzielt wird . Beispielsweise wird die Krümmung der Oberfläche des Umlenkelements unter anderem ausgehend von einer Anzahl der verwendeten Halbleiterkörper, einer Anordnung der Halbleiterkörper und der Auswerteeinheit , eines lateralen Emissionswinkels und eines vertikalen Emissionswinkels bestimmt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Anordnung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte :

- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers eines optischen Umlenkelements und einer Auswerteeinheit ,

- Bestimmen einer Krümmung einer Oberfläche des optischen Umlenkelements derart , dass eine gewünschte Beleuchtung der Auswerteeinheit erzielt wird .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur

Herstellung einer optoelektronischen Anordnung wird die Oberfläche des optischen Umlenkelements mit einem Frei formsimulationswerkzeug erstellt . Insbesondere wird die Oberfläche durch das Frei formsimulationswerkezeug ausgehend von zumindest einem der folgenden Parametern erstellt : lateraler Emissionswinkel , vertikaler Emissionswinkel , Anordnung der Halbleiterkörper, Abstände der Halbleiterkörper zueinander und Abstrahlcharakteristik der Halbleiterkörper . Zur Abstrahlcharakteristik der Halbleiterkörper zählen insbesondere eine Hauptemissionswellenlänge , eine Linienbreite , eine Pulslänge ein Strahldurchmesser und eine Strahldivergenz .

Eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung eignet sich insbesondere zum Einsatz in optischen Sensorsystemen, beispielswiese zur 2D-Gestenerkennung, einer 3D- Sensoranwendung, beispielsweise einer Fahrerüberwachung in einem Fahrzeug . Bevorzugt kann die optoelektronische Anordnung zur Passagiererkennung, zur Umfeldüberwachung, zur Umgebungsvermessung, zur Einbruchdetektion, zur Unfallerkennung oder zur Innenraumüberwachung verwendet werden .

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der optoelektronischen Anordnung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispielen .

Es zeigen :

Figuren 1A und 1B eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel , Figuren 2A, 2B und 2C schematische Schnittansichten und eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,

Figur 3 eine schematische Draufsicht eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,

Figur 4 eine schematische Draufsicht eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel ,

Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optischen Umlenkelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figuren 6A und 6B eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,

Figuren 7A und 7B eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,

Figuren 8A und 8B eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel , Figuren 9A und 9B eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel ,

Figuren 10A und 10B eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel ,

Figuren 11A und 11B eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel ,

Figur 12 eine schematische Schnittansicht einer hier beschriebenen optoelektronischen Anordnung gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel ,

Figur 13 eine simulierte Beleuchtung auf der Auswerteeinheit aus der optoelektronischen Anordnung gemäß dem fünften Aus führungsbeispiel , und

Figur 14 eine simulierte Beleuchtung auf der Auswerteeinheit aus der optoelektronischen Anordnung gemäß dem dritten 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 .

Figuren 1A und 1B zeigen eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung 1 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel .

Figur 1A zeigt eine schematische Schnittansicht der optoelektronischen Anordnung 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel . Die optoelektronische Anordnung 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 , der zur Emission einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung in eine Hauptemissionsrichtung 10E eingerichtet ist , ein optisches Umlenkelement 20 und eine Auswerteeinheit 30 .

Der Halbleiterkörper 10 ist auf einem Montagekörper 40 angeordnet . Beispielsweise ist der Montagekörper 40 zur Ableitung von Wärme aus dem Halbleiterkörper 10 eingerichtet . Insbesondere ist der Montagekörper 40 mit einem keramischen Material gebildet . Ferner umfasst der Halbleiterkörper 10 einen optisch aktiven Bereich, der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist . Bevorzugt weist der optisch aktive Bereich einen pn-Ubergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur ( SQW, single quantum well ) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well ) zur Strahlungserzeugung auf .

Bei dem Halbleiterkörper 10 handelt es sich um eine kantenemittierende Laserdiode . Insbesondere ist entlang einer Resonatorachse 10R ein optischer Resonator in dem Halbleiterkörper ausgebildet . Der optische Resonator ermöglicht eine Zirkulation von elektromagnetischer Strahlung entlang der Resonatorachse 10R und begünstigt eine stimulierte Emission von elektromagnetischer Strahlung . Vorteilhaft ermöglicht der optische Resonator eine kohärente Emission von elektromagnetischer Strahlung . Die Hauptemissionsrichtung 10E verläuft parallel und insbesondere koaxial zu der Resonatorachse 10R .

Das optische Umlenkelement 20 weist eine konvexe Oberfläche auf . Das optische Umlenkelement 20 ist dazu eingerichtet , eine Ausbreitungsrichtung einer elektromagnetischen Strahlung zu verändern . Bevorzugt dient das optische Umlenkelement 20 dazu, eine elektromagnetische Strahlung in einen vorgegebenen Raumbereich abzustrahlen . Das optische Umlenkelement 20 ist dem Halbleiterkörper 10 in seiner Hauptemissionsrichtung 10E nachgeordnet . Das optische Umlenkelement 20 ist insbesondere so angeordnet , dass eine von dem optoelektronischen Halbleiterkörper 10 im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung durch das optische Umlenkelement 20 in einen größeren Raumbereich abgestrahlt wird . Das optische Umlenkelement 20 ist ein reflektives Element , das eine hohe Ref lektivität für die von dem Halbleiterkörper 10 im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung aufweist . Insbesondere weist das optische Umlenkelement 20 eine Ref lektivität von mindestens 90% , bevorzugt von mindestens 95% und besonders bevorzugt von mindestens 99% für die von dem Halbleiterkörper 10 im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung auf .

Das optische Umlenkelement 20 fächert die elektromagnetische Strahlung in einer vertikalen Richtung in einem vertikalen Emissionswinkel 10V auf . Das Auf fächern der elektromagnetischen Strahlung verändert insbesondere eine Strahl form der von dem Halbleiterkörper 10 im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung . Vorteilhaft kann so ein großer Raumbereich mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden .

Der vertikale Emissionswinkel 10V ist größer als 70 ° , bevorzugt größer als 80 ° , besonders bevorzugt größer als 90 ° . Ein großer vertikaler Emissionswinkel 10V ermöglicht es , einen großen Raumbereich zu beleuchten, in dem Obj ekte 50 detektiert werden können .

Die Auswerteeinheit 30 ist dazu eingerichtet , ein optisches Signal zu erfassen und es elektronisch aus zuwerten . Eine Haupterstreckungsebene der Auswerteeinheit 30 ist bevorzugt parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers 10 ausgerichtet . Die Auswerteeinheit 30 ist ferner dazu eingerichtet , die von einem Obj ekt 50 reflektierte elektromagnetische Strahlung des Halbleiterkörpers 10 zu detektieren . Insbesondere ist die Auswerteeinheit 30 dazu eingerichtet , eine Entfernung des Obj ekts 50 von dem Halbleiterkörper 10 zu ermitteln . Ein Obj ekt 50 ist beispielsweise ein Gesicht eines Benutzers . Vorteilhaft kann die optoelektronische Anordnung 1 dazu genutzt werden, einen Abstand zwischen dem Obj ekt 50 und der optoelektronischen Anordnung 1 zu bestimmen .

Die Auswerteeinheit 30 umfasst einen optischen Detektor 310 und einen integrierten Schaltkreis 320 . Mit dem optischen Detektor 310 kann die Auswerteeinheit 30 eine elektromagnetische Strahlung detektieren . Der integrierte Schaltkreis 320 ist bevorzugt auf einer dem Obj ekt 50 abgewandten Seite des Detektors 310 angeordnet . Vorteilhaft wird der Detektor 310 nicht durch den integrierten Schaltkreis 320 abgeschattet . Beispielsweise umfasst die Auswerteeinheit 30 eine Photodiode , einen aktiven Pixelsensor oder einen CCD-Sensor . Besonders bevorzugt umfasst die Auswerteeinheit 30 eine Einzelphotonen Lawinen Photodiode ( englisch : Single Photon Avalanche Photodiode ) . Insbesondere ist die Auswerteeinheit 30 dazu eingerichtet , eine Entfernung des Obj ekts 50 von dem Halbleiterkörper 10 mittels Lauf zeitverfahrens zu ermitteln .

Figur 1B zeigt eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel . In der Figur 1B ist klar erkennbar, dass sich die Haupterstreckungsebene des optischen Detektors 310 entlang der Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers 10 erstreckt . Weiter ist erkennbar, dass das optische Umlenkelement 20 auch in der Draufsicht eine konvexe Oberfläche aufweist .

Figuren 2A, 2B und 20 zeigen schematische Schnittansichten und eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung 1 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Das zweite Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Hier und in den folgenden Figuren wird aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit auf eine expli zite Darstellung einer Auswerteeinheit 30 verzichtet .

In den Figuren 2A und 2B ist klar erkennbar, dass die optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel zwei Halbleiterkörper 10 umfasst . Die Halbleiterkörper 10 sind auf j eweils gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen optischen Umlenkelements 20 angeordnet . Beide Halbleiterkörper 10 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet . Die Hauptemissionsrichtungen 10E der Halbleiterkörper 10 sind parallel , insbesondere koaxial zueinander orientiert . Die Hauptemissionsrichtungen 10E der Halbleiterkörper 10 sind bevorzugt einander entgegengerichtet orientiert .

Eine Anordnung der Halbleiterkörper 10 auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Umlenkelements 20 ermöglicht eine Vergrößerung des vertikalen Emissionswinkels 10V und/oder des lateralen Emissionswinkels 10L durch eine Überlagerung der von den beiden Halbleiterkörpern 10 emittierten elektromagnetischen Strahlung .

Figur 2C zeigt eine weitere schematische Schnittansicht , die gegenüber der Schnittansicht in der Figur 2A um 90 ° gedreht orientiert ist . In der Schnittansicht von Figur 2C ist erkennbar, dass das optische Umlenkelement 20 die elektromagnetische Strahlung in einer lateralen Richtung in einem lateralen Emissionswinkel 10L auf fächert . Der laterale Emissionswinkel 10L ist größer als 120 ° , bevorzugt größer als 140 ° , besonders bevorzugt größer als 160 ° . Insbesondere ist der laterale Emissionswinkel 10L größer als 179 ° . Ein großer lateraler Emissionswinkel 10L ermöglicht es , einen großen Raumbereich zu beleuchten . In dem beleuchteten Raumbereich können Obj ekte 50 detektiert werden .

Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung 1 gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel . Das dritte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel umfasst die optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel sechs Halbleiterkörper 10 . Jeweils zwei Halbleiterkörper 10 sind derart angeordnet , dass ihre Hauptemissionsrichtungen 10E einander entgegengerichtet sind . Alle Halbleiterkörper 10 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet . Vorteilhaft kann so ein besonders großer Raumbereich beleuchtet werden . Ferne kann durch eine erhöhte Anzahl von Halbleiterkörpern 10 eine höhere optische Ausgangsleistung besonders einfach erzielt werden .

Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung 1 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Das vierte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3 gezeigten dritten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem dritten Aus führungsbeispiel umfasst die optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem vierten Aus führungsbeispiel ein optisches Umlenkelement 20 mit einer Oberfläche , die konvexe und konkave Bereiche aufweist . Durch eine geeignete Auswahl der Oberflächenkontur des optischen Umlenkelements 20 und einer entsprechenden Ausrichtung der Halbleiterkörper 10 kann eine besonders homogene Ausleuchtung eines Raumbereichs durch die optoelektronische Anordnung 1 erfolgen . Alternativ kann so auch eine Proj ektion einer Viel zahl von einzelnen Punkten in den Raumbereich möglich sein .

Figur 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optischen Umlenkelements 20 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Das optische Umlenkelement 20 umfasst einen Hüllenbereich 210 , einen Volumenbereich 220 und einen Bodenbereich 230 . Der Hüllenbereich 210 ist mit zumindest einem der folgenden Materialien gebildet : Glas , Aluminium, Silber . Beispielsweise weist der Hüllenbereich 210 eine dielektrische Beschichtung auf . Die dielektrische Beschichtung umfasst vorteilhaft eine Mehrzahl von alternierenden Schichten eines dielektrischen Materials auf , dessen Brechungsindex variiert . Der Hüllenbereich 210 beschreibt insbesondere einen Bereich des optischen Umlenkelements 20 , der unmittelbar von der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterkörpers 10 beleuchtet wird . Vorteilhaft weist das Material des Hüllenbereichs 210 eine besonders hohe optische Ref lektivität für die von dem Halbleiterkörper 10 im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung auf . Beispielsweise weist der Hüllenbereich 210 eine Ref lektivität von mindestens 90% , bevorzugt von mindestens 95% und besonders bevorzugt von mindestens 99% für die von dem Halbleiterkörper 10 im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung auf .

Der Volumenbereich 220 ist mit zumindest einem der folgenden Materialien gebildet : Glas , Metall , Sili zium, Saphir, Quarz . Bevorzugt ist der Volumenbereich 220 mit einem Borosilikatglas , Stahl oder Aluminium gebildet . Der Volumenbereich 220 bildet insbesondere einen Bereich des optischen Umlenkelements 20 , der zumindest teilweise von dem Hüllenbereich 210 umgeben ist . Vorteilhaft gibt der Volumenbereich 220 dem optischen Umlenkelement 20 seine mechanische Stabilität und ist besonders gut zur Erzeugung einer gewünschten Oberflächenform geeignet .

Der Bodenbereich 230 ist mit zumindest einem der folgenden Materialien gebildet : Glas , Gold, Zinn . Insbesondere ist der Bodenbereich 230 mit einer Gold-Zinn-Legierung gebildet . Der Bodenbereich 230 ist ein Bereich des optischen Umlenkelements 20 , an dem das optische Umlenkelement 20 an einer weiteren Struktur angebracht wird . Vorteilhaft ist der Bodenbereich 230 daher besonders einfach mit einer weiteren Struktur zu verbinden . Das Material des Bodenbereichs 230 eignet sich insbesondere zur Herstellung einer Bondverbindung .

Figuren 6A und 6B zeigen eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement 20 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Das optische Umlenkelement 20 weist eine konvexe Oberfläche in Form einer Halbkugel auf .

Figuren 7A und 7B zeigen eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement 20 gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel . Das optische Umlenkelement 20 weist eine konvexe Oberfläche in Form eines Ellipsoids auf .

Figuren 8A und 8B zeigen eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement 20 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Das optische Umlenkelement 20 weist eine konvexe Oberfläche in Form eines Ellipsoids auf .

Figuren 9A und 9B zeigen eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement 20 gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel . Das optische Umlenkelement 20 weist eine konvexe Oberfläche mit einem Knick auf . Die Oberfläche des optischen Umlenkelements 20 weist die Form eines dreiseitigen Prismas auf . Figuren 10A und 10B zeigen eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement 20 gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel . Das optische Umlenkelement 20 weist eine konvexe Oberfläche mit mehreren Knicken auf . Die Oberfläche des optischen Umlenkelements 20 weist die Form eines Pyramidenstumpfes einer vierseitigen Pyramide auf .

Figuren 11A und 11B zeigen eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optisches Umlenkelement 20 gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Das optische Umlenkelement 20 weist eine Oberfläche mit konvexen und konkaven Teilbereichen auf . Die Oberfläche des optischen Umlenkelements 20 ist eine Frei formoberfläche .

Figur 12 zeigt eine schematische Schnittansicht der optoelektronischen Anordnung 1 gemäß dem fünften Aus führungsbeispiel . Das fünfte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Die Figur 12 ist eine Auf fächerung der von dem Halbleiterkörper 10 im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung in einen vertikalen Emissionswinkel 10V durch das optische Umlenkelement 20 erkennbar . Von dem optischen Umlenkelement 20 ist lediglich ein Ausschnitt der Oberfläche dargestellt .

Figur 13 zeigt eine simulierte Beleuchtung auf der Auswerteeinheit aus der optoelektronischen Anordnung gemäß dem fünften Aus führungsbeispiel . In der simulierten Beleuchtung nach der Reflexion der elektromagnetischen Strahlung an dem optischen Umlenkelement 20 ist eine Ausdehnung des vertikalen Emissionswinkel 10V und des lateralen Emissionswinkels 10L erkennbar . Die Ausdehnung des vertikalen Emissionswinkel 10V ist größer, als die Ausdehnung des lateralen Emissionswinkels 10L .

Figur 14 zeigt eine simulierte Beleuchtung auf der Auswerteeinheit aus der optoelektronischen Anordnung gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel . Die in der Figur 14 dargestellte Beleuchtung betri f ft kann beispielsweise durch Überlagerung der elektromagnetischen Strahlung von sechs Halbleiterkörpern 10 erzeugt werden, die gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel in der Figur 3 um ein optisches Umlenkelement 20 angeordnet sind . Vorteilhaft ergibt sich so eine annähernd rechteckige und besonders homogene Beleuchtung eines Raumbereichs .

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 102022124500 . 4 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . Bezugs zeichenliste

1 optoelektronische Anordnung

10 Halbleiterkörper 10R Resonatorachse

10E Hauptemissionsrichtung

10L lateraler Emissionswinkel

10V vertikaler Emissionswinkel

20 optisches Umlenkelement 30 Auswerteeinheit

210 Hüllenbereich

220 Volumenbereich

230 Bodenbereich

310 Detektor 320 integrierter Schaltkreis

40 Montagekörper

50 Obj ekt