激光二极管设备制造技术

提出一种激光二极管设备，所述激光二极管设备具有带有安装部件(11)的壳体(1)和在壳体(1)中在安装部件(11)上的基于氮化物-化合物导体材料的激光二极管芯片(2)，其中激光二极管芯片(2)借助于焊料层(3)直接安装在安装部件(11)上并且焊料层(3)具有大于或等于3μm的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光二极管设备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。
提出一种激光二极管设备。
技术介绍
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T038、T056和T090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“T0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齐U，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。
技术实现思路
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A1N。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。 根据另一个实施方式，壳体具有与安装部件连接的壳体部件。安装部件能够沿着延伸方向远离壳体部件延伸。换而言之，安装部件能够从壳体部件伸出并且例如构成为是栓形的。安装部件在此优选具有安装面，所述安装面沿着安装部件的延伸方向远离壳体部件延伸并且设置在激光二极管芯片上。 壳体部件尤其能够设置用于且构成用于:能够将用于封闭壳体的壳体盖设置在壳体部件上。尤其是也能够彼此一件式构成的壳体部件和安装部件优选分别具有由铜制成的基体或者在一件式构成的情况下也具有由铜制成的共同的基体。替选于此，基体也能够具有其他的上述材料。 此外至少壳体部件能够用钢包封。这表示:壳体部件基本上由基体形成并且借助钢层覆盖。钢层例如能够给通过由不锈钢构成的层形成。用钢包封壳体部件能够是尤其有利的，因为由此如在具有钢座的标准TO壳体中一样能够将壳体盖与壳体部件焊接。 安装部件在此沿着其延伸方向从壳体部件伸入到壳体盖中，使得激光二极管芯片在壳体盖安装在安装部件上时位于通过壳体盖和壳体部件形成的空腔中。 根据另一个实施方式，除了壳体部件之外也用钢包封安装部件。特别地，壳体部件和安装部件在该实施方式中能够具有共同的铜基体，所述铜基体用钢层覆盖。 尤其优选地，壳体能够构成为所谓的TO壳体、例如具有结构尺寸T038、T056或者T090。壳体部件在该实施方式中也能够称作为“基板(base plate) ”并且壳体部件能够称作为“晶体管管座(stem) ”，与通常使用的具有基本上由钢制成且不具有基于铜的基体的至少一个壳体部件、或一个壳体部件和一个安装部件的标准TO壳体相比，该实施方式中的壳体由于用钢包封的壳体部件的铜而具有更高的热导率。 根据另一个实施方式，安装部件或者必要时还有壳体部件例如能够具有孔或开口，例如呈接触腿形式的馈电线能够穿过所述孔或开口从壳体的背离安装部件的一侧伸向设置有安装部件的一侧。馈电线能够设置用于例如经由馈电线和激光二极管芯片之间的导线连接来电接触激光二极管芯片。 根据另一个实施方式，激光二极管芯片基于氮化物-化合物半导体材料。激光二极管芯片尤其能够具有衬底、优选导电衬底、例如结晶的(In，Al，Ga)N。在其之上能够施加外延层序列、即外延生长的半导体层，所述外延层序列基于氮化物-化合物半导体材料进而在InAlGaN的基础上实施。 术语“基于InAlGaN的化合物半导体材料”、“基于(In，Al，Ga)N的化合物半导体材料”和“氮化物-化合物半导体材料”例如尤其涵盖下述材料，所述材料具有由II1-V族化合物半导体材料体系InxAlyGa1IyN构成的材料,其中并且x+y ( I,例如即GaN、AlN、AlGaN、InGaN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光二极管设备，所述激光二极管设备具有带有安装部件(11)的壳体(1)和在所述壳体(1)中在所述安装部件(11)上的基于氮化物‑化合物半导体材料的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有带有用于产生光的有源层(23)的半导体层(21，22，23，24)并且所述激光二极管芯片具有带有用于放射所产生的光的辐射耦合输出区域(270)的辐射耦合输出面(27)、与所述辐射耦合输出面(27)相对置的后侧面(28)和使所述辐射耦合输出面(27)和所述后侧面(28)连接的侧面(29)，其中所述激光二极管芯片(2)借助于焊料层(3)直接安装在所述安装部件(11)上并且所述焊料层(3)具有大于或等于3μm的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.12 DE 102012103160.61.一种激光二极管设备，所述激光二极管设备具有 带有安装部件(11)的壳体(I)和 在所述壳体(I)中在所述安装部件(11)上的基于氮化物-化合物半导体材料的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有带有用于产生光的有源层(23)的半导体层(21，22，23，24)并且所述激光二极管芯片具有带有用于放射所产生的光的辐射耦合输出区域(270)的辐射耦合输出面(27)、与所述辐射耦合输出面(27)相对置的后侧面(28)和使所述辐射耦合输出面(27)和所述后侧面(28)连接的侧面(29)， 其中所述激光二极管芯片(2)借助于焊料层(3)直接安装在所述安装部件(11)上并且所述焊料层(3)具有大于或等于3μπι的厚度。2.根据权利要求1所述的激光二极管设备，其中所述衬底(20)是由结晶的(In，Al，Ga) N构成的导电衬底，并且所述激光二极管芯片(2)借助于所述焊料层(3)直接地与激光二极管芯片(2)的电连接层或所述衬底(20)安装在所述安装部件(11)上，所述电连接层设置在所述衬底(20)的背离所述半导体层(21，22，23，24)的一侧上。3.根据权利要求1或2所述的激光二极管设备，其中所述安装部件(11)具有由金属、尤其是铜构成的或者由陶瓷构成的基体或金属芯电路板。4.根据上述权利要求中的任一项所述的激光二极管设备，其中所述壳体(I)具有与所述安装部件(11)连接的壳体部件(10)，所述壳体部件(10)和所述安装部件(11)具有由铜制成的基体，并且至少所述壳体部件(10)用钢包封。5.根据上述权利要求中的任一项所述的激光二极管设备，其中所述壳体(I)在所述安装部件(11)之上具有壳体盖(14)，所述壳体盖封闭所述壳体(I)。6.根据上述权利要求中的任一项所述的激光二极管设备，其中所述焊料层(3)由软焊料构成。7.根据上述权利要求中的任一项所述的激光二极管设备，其中所述激光半导体芯片(2)具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌韦·施特劳斯，森克·陶茨，艾尔弗雷德·莱尔，克莱门斯·菲尔海利希，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE