[发明专利]激光二极管装置

说明书

本发明是申请日为2013年3月19日、申请号为201310088321.7、发明名称为“激光二极管装置”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明提出一种激光二极管装置。

所述专利申请要求德国专利申请102012102305.0的优先权，其公开内容通过参引的方式并入本文。

背景技术

具有较高的光学功率密度的光源是对于多个应用的关键组件。例如，由氮基化合物半导体材料系统制成的激光二极管具有用于投影系统的高的市场潜力，尤其是这样的具有位于1000流明至10000流明之间的光通量。

因此，对于这类应用而言，具有高的输出功率以及紧凑的壳体的组件是必要的。出于成本原因并且在标准化的范围中，所谓的TO结构系列(TO：“晶体管外形”)的壳体通常呈TO金属壳体(“TO金属罐封装”)的形式，例如呈已知的结构尺寸TO38、TO56和TO90的形式，其中，TO金属壳体基本上由钢制成。然而至今为止，呈这样的标准TO构型、下面也简称为“TO壳体”的目前可用的激光二极管局限于低于3瓦的光学功率，这对于许多应用来说是不够的。然而直至今日还没实现具有这样的构型的高于3瓦的光学功率。

例如从文献C.Vierheilig等，Proc.SPIE(国际光学工程学会的会议记录)，卷8277，82770K，2012中已知在TO壳体中的发射蓝光的氮基激光二极管，所述氮基激光二极管在室温下连续工作时能够在最高2.5瓦的输出功率下发射出具有在440nm至460nm的范围内的波长的光。

光学输出功率的提高通常情况下通过扩大光学谐振器的尺寸，即尤其是扩大芯片面积而引起，因为在氮基激光二极管中显示出与电流密度相关的长期老化特性，如例如在文献S.Lutgen等，Proc.SPIE，卷7953，S.79530Gl-12,2011中所说明的一样。此外也能够通过扩大有源面积而改善从产生光的层朝向热沉方向的热传输。

然而，本申请的发明者在自己的试验和研究中发现，芯片面积的扩大不导致功率提高。为此，在图1A中为基于氮化物化合物半导体材料的发射蓝光的激光二极管芯片示出取决于工作电流I(单位：安培)的光学输出功率(单位：瓦)的测量。在此，用于测量的激光二极管芯片分别位于TO壳体中。为分别具有200μmx1200μm的结构尺寸和15μmx1200μm的有源面积的两个单芯片确定测量曲线1001和1002。为了达到较高的功率，研究上述的将芯片面积加倍的方式。由这样的加倍所期待的功率提高以虚线1003的形式表明。然而已证实的是，相对期望在双倍的芯片面积的情况下可实现的最大功率甚至比在单芯片的情况下还小，如从用于具有相比于之前所说明的单芯片加倍的有源面积的激光二极管芯片的曲线1004可见的。

除了由不锈钢制成的标准TO壳体以外，还已知的是下述TO壳体，所述TO壳体为了更好的散热而具有基于铜的或带有铜芯以及钢制表面的壳体部件，如例如在文献DE1184870中所说明的，并且所述TO壳体由于良好导热的铜而应导致从激光二极管芯片的散热的改善。

在图1B中基于发明者的试验示出激光二极管芯片在不同的TO壳体中取决于工作电流I(单位：安培)的光学输出功率P(单位：瓦)以及工作电压(单位：伏特)的测量。曲线1005和1007示出在具有钢制底座(“基板(baseplate)”)和铜制装配件(“晶体管管座(stem)”)的常见的TO56标准壳体中的发射蓝光的GaN激光二极管芯片的取决于电流的光学功率以及与此相关联的工作电压，而曲线1006和1008示出对在具有用钢包封的铜制底座和用钢包封的铜制装配件的替选TO56壳体中的激光二极管芯片的相应测量。显而易见，具有基于用钢包封的铜的底座的替选的壳体没有毫无问题地导致激光二极管芯片的最大功率的改善。因此，并没有激光二极管制造商将这种替选TO壳体的方法继续用于氮基激光二极管。

发明内容

特定的实施形式的至少一个目的是，提出一种激光二极管装置。