[发明专利]激光二极管设备

说明书

本申请要求德国专利申请10 2012 103 160.6的优先权，其公开内容通过参引并入本文。

技术领域

提出一种激光二极管设备。

背景技术

具有高的光学功率密度的光源对于多种应用而言是关键器件。例如，由基于氮化物的化合物半导体材料体系构成的激光二极管对于投影系统、尤其是对于具有在1000流明和20000流明之间的光流的这样的投影系统而言具有高的商业潜力。

因此，对于这种应用而言，具有高的输出功率以及紧凑的壳体的器件是必要的。出于成本原因并且在标准化的范围内，所谓的TO结构系列(TO：transistor outline，晶体管外形)的呈TO金属壳体(“TO metal can，TO金属罐封装”)形式的壳体，例如呈已知的结构尺寸TO38、TO56和TO90的形式的壳体是常见的，其中TO金属壳体基本上由钢制成。如今，对于激光二极管而言通常使用这样的标准TO构型，下面也简称为“TO壳体”。然而至今为止，TO壳体中的当前可用的激光二极管局限于低于3瓦特的光功率，这对于多种应用而言是不够的。然而，直到今日尚未实现借助这样的构型达到超过3瓦特的光功率。

例如从参考文献C.Vierheilig等，Proc.SPIE(国际光学工程学会的会议记录)，卷8277,82770K，2012中已知TO壳体中基于氮化物的蓝色发射的激光二极管，所述激光二极管在室温下连续运行时能够在最大2.5瓦特的输出功率的情况下放射波长在440nm至460nm范围中的光。

在这样的激光二极管中，TO壳体具有热不足性，尤其是在出于技术理由通常借助于衬底的背离半导体层序列的一侧安装在壳体和激光二极管之间的热沉上的情况下具有热不足性，使得半导体层序列从壳体起观察设置在上方(“Epi up”)。

除了由不锈钢制成的标准TO壳体之外，也已知下述TO壳体，所述TO壳体为了更好的散热而具有底座，所述底座基于铜或者具有铜芯和钢表面。然而通过研究能够显示出：仅使用这样的改型的TO壳体不带来激光二极管的输出功率的提高。

在红色的和红外的、尤其是基于砷化物的功率激光二极管的情况下，已知具有极其直接的散热的热学优化的安装设计、尤其是已知借助于半导体层序列的与衬底相对置的一侧向下(“Epi down”)安装在激光二极管和壳体之间的热沉上并且还已知使用铜载体来代替TO壳体。

然而对于基于氮化物的激光二极管而言这种措施是不适当的，因为对于铜载体而言用于保护激光器免受污染和机械损伤的低成本的封装是不可行的。尤其是湿气和化学试剂，例如在汽车领域中使用的情况下，能够是危急的并且需要与外界隔绝的封装，以便保护激光二极管免受这样的外部影响。因为在基于氮化物的激光二极管中，典型地将p型侧设置在有源区域的背离衬底的一侧上并且尽可能薄地来实施，因为运行电压随着p型掺杂的基于氮化物的半导体层的厚度增加而提高，所以“Epi down”安装又由于在基于氮化物的激光二极管中因此极其接近p型接触部的有源区域而例如在焊接过程中容易短路进而导致产量下降。

发明内容

特定实施方式的至少一个目的是提出一种激光二极管设备。

该目的通过根据独立权利要求的主题来实现。所述主题的有利的实施方式和改进形式在从属权利要求中表明并且此外从下面的描述和附图中得出。

根据至少一个实施方式，激光二极管设备具有壳体，在所述壳体中激光二极管芯片借助于焊料层设置在安装部件上。

壳体优选能够借助外面安装在外部的热沉、例如冷却体或者电路板上。至少安装部件并且优选壳体的位于激光二极管芯片和设置为用于将激光二极管设备安装在这样的外部热沉上的外面之间的全部区域具有高热导率的材料，例如金属，例如优选铜或也优选铝，或者陶瓷材料、例如AlN。此外，至少安装部件也能够具有复合材料并且例如通过具有由塑料材料包覆的金属层的金属芯电路板形成。此外，安装部件为了电接触激光二极管芯片能够具有例如呈带状导线形式的馈电线以及焊接面。如果安装部件在朝向激光二极管芯片的一侧上通过由金属制成的基体形成，那么馈电线能够通过基体本身来实现。

根据另一个实施方式，壳体具有壳体盖，所述壳体盖施加在安装部件之上并且封闭壳体。壳体盖还具有窗口，通过所述窗口能够从激光二极管设备放射由激光二极管芯片在运行中发射的光。壳体盖例如能够具有金属、例如钢、尤其是不锈钢，或者也能够具有陶瓷材料或者除窗口之外由其制成。尤其优选能够通过壳体盖实现与外界隔绝密封地封闭壳体。壳体盖例如能够与安装部件或者另外的壳体部件焊接。