本发明专利技术提供了具有在基板构件上构造的多个发射器的激光器封装件。提供了一种用于以高功率发射电磁辐射的方法和装置，使用非极性或半极性含镓基板如GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN和AlInGaN。在各种实施方式中，该激光装置包括集成有基板的发射绿色或蓝色激光的多个激光发射器。本发明专利技术的激光装置包括：含有镓和氮材料的基板，基板具有特征在于半极性或非极性取向的表面区，基板具有前侧和背侧；位于基板内的至少一个有源区；覆盖有源区的N个发射器的阵列，N大于3，N个发射器的阵列彼此基本上平行并且位于前侧和背侧之间；电耦接于N个发射器的阵列的至少一个电极；以及位于基板的前侧处的至少一个光学构件。
【技术实现步骤摘要】
具有在基板构件上构造的多个发射器的激光器封装件本申请是申请日为2012年1月30日，申请号为201210022516.7，专利技术名称为“具有在基板构件上构造的多个发射器的激光器封装件”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的引用本申请要求于2011年1月24日提交的美国临时申请61/435,578(文件编号027364-013600US)的优先权，由此出于所有目的将其结合于此以供参考。
本专利技术涉及光学装置和相关方法。更具体地，本专利技术提供一种用于以高功率发射电磁辐射的方法和装置，其中使用非极性或半极性含镓基板(衬底，substrate)如GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、和AlInGaN等。在各种实施方式中，提供了一种激光装置。
技术介绍
在19世纪后期，托马斯爱迪生专利技术了电灯泡。传统的电灯泡，通常称为“爱迪生电灯泡”，100多年来已经被用于各种各样的应用包括照明和显示。传统电灯泡使用封闭在密封于底座(base)中的玻璃灯泡中的钨丝，该底座被旋入插座中。该插座耦接于AC电源或DC电源。传统电灯泡通常能够在家庭、建筑物、和户外发光、以及需要光或显示的其他区域中找到。不幸地，这种传统电灯泡存在这样的缺陷：·传统电灯泡耗散多于90％的用作热能的能量。·传统电灯泡通常由于灯丝元件的热膨胀和收缩而出现故障。·传统电灯泡在宽光谱范围内发射光，其大部分不被人眼感受到。·传统电灯泡在所有方向上发射，这对于要求强方向性或聚焦的应用，例如投影显示、光学数据储存等是不期望的。在1960年，由TheodoreH.MaimanatHughesResearchLaboratoriesinMalibu演示了激光器。这种激光器利用了固态闪光灯泵浦合成的红宝石晶体以在694nm处产生红色激光。到1964年，蓝色和绿色激光器输出由WilliamBridgesatHughesAircraft利用称为氩离子激光器的气体激光器设计进行了演示。该Ar离子激光器利用惰性气体作为激活媒质并产生在UV、蓝色和绿色波长内(包括351nm、454.6nm、457.9nm、465.8nm、476.5nm、488.0nm、496.5nm、501.7nm、514.5nm和528.7nm)的激光输出。该Ar离子激光器具有产生窄光谱输出的高度定向且聚焦光的优势，但这些激光器的效率、尺寸、重量和成本不合需要。随着激光器技术发展，更有效的灯泵浦固态激光器设计被开发用于红色和红外波长，但这些技术用于蓝色和绿色和蓝色激光器仍然存在挑战。以红外线开发了灯泵浦固态激光器，并且利用具有非线性光学性能的特殊晶体将输出波长转化成可见光。绿色灯泵浦固态激光器具有3个阶段：电流激励灯，灯激发增益晶体(gaincrystal)，其在1064nm处发出激光，1064nm进入频率转换晶体中，其转换成可见的532nm。所得绿色和蓝色激光器称为“具有二次谐波发生的灯泵浦固态激光器”(具有SHG的LPSS)并且比Ar离子气体激光器更有效，但仍然对于专业(特殊性，specialty)科学和医学应用之外的广泛使用(配置，deployment)是不太有效、太大、太昂贵、太易碎。另外，在该固态激光器中使用的增益晶体通常具有能量储存性能，这使得该激光器很难以高速度进行调制，这限制了它更广泛的使用。为了改善这些可见激光器的效率，利用了高功率二极管(或半导体)激光器。这些“具有SHG的二极管泵浦固态激光器”(具有SHG的DPSS)具有3个阶段：电流激励808nm二极管激光器，808nm激发增益晶体，其在1064nm处发出激光，1064nm进入频率转换晶体中，其转换成可见的532nm。该DPSS激光器技术延长了LPSS激光器的寿命并且改善了效率，并且进一步的商业化接着发生在更高端专业工业、医学、和科学应用中。二极管泵浦的改变增加了系统成本并且要求精确的温度控制，使得该激光器具有相当大的尺寸、功率消耗，同时没有解决能量储存性能，这使得这些激光器很难以高速度进行调制。随着高功率激光器二极管发展和新的专业SHG晶体被开发，直接转换红外二极管激光器的输出以产生蓝色和绿色激光输出已变得可能。这些“直接加倍的二极管激光器”或SHG二极管激光器具有2个阶段：电流激励1064nm半导体激光器，1064nm进入频率转换晶体中，其转换成可见的532nm绿色光。相比于DPSS-SHG激光器，这些激光器设计意味着改善效率、成本和尺寸，但所需的专业二极管和晶体使其有挑战性。另外，尽管二极管-SHG激光器具有能够直接进行调制的优势，但是它们存在对于温度的严重敏感的问题，这限制了它们的应用。高功率直接型二极管激光器已经在过去的几十年中存在，开始是基于GaAs材料体系的激光器二极管，然后变为AlGaAsP和InP材料体系。更近地，在短波长可见波段(可见方式，visibleregime)中操作的基于GaN的高功率激光器已变得极大关注。更具体地，在紫外、蓝色、以及最后的绿色波段中操作的激光器二极管由于它们在光学储存、显示系统等中的应用而引起关注。目前，在这些波长段(regime)中操作的高功率激光器二极管基于极性c-面GaN(c-planeGaN)。传统的基于极性GaN的激光器二极管具有许多应用，但是不幸地，该装置性能经常是不充分的。
技术实现思路
本专利技术提供了用于以高功率发射电池辐射的方法和装置，其中使用非极性或半极性的含镓基板如GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN和AlInGaN等。在各种实施方式中，激光装置包括集成在基板上的多个激光发射器，所述激光发射器发射绿色或蓝色激光。在一个具体实施方式中，本专利技术提供一种激光装置。该装置包括含有镓和氮材料的基板。该基板具有特征在于半极性或非极性取向的表面区。该基板具有前侧(frontside)和背侧(backside)。该装置包括位于基板内的至少一个有源区(activeregion)以及覆盖(上覆，overlaying)该有源区的N个发射器的阵列，N大于3。该N个发射器的阵列彼此基本上平行并且位于该前侧和背侧之间。该N个发射器中的每一个被构造成在前侧处发射辐射。该N个发射器的阵列与蓝色或绿色波长相关。该N个发射器的阵列的特征在于至少25mW的平均操作功率。该N个发射器中的每一个的特征在于长度和宽度。该长度为至少400μm而该宽度为至少1μm。该装置还具有电耦接(电连接)于该N个发射器的阵列的至少一个电极。该装置还具有位于基板前侧处的至少一个光学构件(opticalmember)，用于光学组合(合并，combining)来自这些发射器的辐射。在一个可替换的实施方式中，本专利技术提供了一种激光装置。该装置具有含有镓和氮材料的基板。该基板具有特征在于半极性或非极性取向的表面区。该基板具有前侧和背侧。该装置具有位于基板内的一个或多个有源区。该装置具有覆盖该一个或多个有源区的N个发射器的阵列，N大于3。该N个发射器的阵列彼此基本上平行并且位于该前侧和背侧之间。该N个发射器中的每一个被构造成在前侧处发射辐射。该N个发射器的阵列与蓝色或绿色波长范围相关。该N个发射器的阵列的特征在于至少25mW的平均操作功率。该N个发射器中的每一个的特征在于长度和宽度，该长度为至少400μm，而该宽度为至少1μm。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光装置，包括：含有镓和氮材料的基板，所述基板具有特征在于半极性或非极性取向的表面区，所述基板具有前侧和背侧；位于所述基板内的至少一个有源区；覆盖所述有源区的N个发射器的阵列，N大于3，所述N个发射器的阵列彼此基本上平行并且位于所述前侧和所述背侧之间，所述N个发射器中的每一个被构造成在所述前侧处发射辐射，所述N个发射器的阵列与蓝色或绿色波长相关，所述N个发射器的阵列的特征在于至少25mW的平均操作功率，所述N个发射器中的每一个的特征在于长度和宽度，所述长度为至少400μm，所述宽度为至少1μm；电耦接于所述N个发射器的阵列的至少一个电极；以及位于所述基板的所述前侧处的至少一个光学构件，用于光学组合来自所述发射器的辐射。
【技术特征摘要】
2011.01.24 US 61/435,5781.一种激光装置，包括：含有镓和氮材料的基板，所述基板具有特征在于半极性或非极性取向的表面区，所述基板具有前侧和背侧；位于所述基板内的至少一个有源区；覆盖所述有源区的N个发射器的阵列，N大于3，所述N个发射器的阵列彼此基本上平行并且位于所述前侧和所述背侧之间，所述N个发射器中的每一个被构造成在所述前侧处发射辐射，所述N个发射器的阵列与蓝色或绿色波长相关，所述N个发射器的阵列的特征在于至少25mW的平均操作功率，所述N个发射器中的每一个的特征在于长度和宽度，所述长度为至少400μm，所述宽度为至少1μm；电耦接于所述N个发射器的阵列的至少一个电极；以及位于所述基板的所述前侧处的至少一个光学构件，用于光学组合来自所述发射器的辐射。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光装置在包括至少150,000ppmv氧气的环境中是可操作的；据此所述激光装置在一时间段内基本上没有来自所述氧气的效率降低。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光装置基本上没有AlGaN或InAlGaN覆层；其中，每一个所述发射器包括前面和后面，所述前面基本上没有涂层。4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括热耦接于所述基板的微通道冷却器；并且进一步包括特征在于热膨胀系数(CTE)与所述基板和散热器相关的子支架。5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括耦接于所述基板的子支架，所述子支架由包括氮化铝、BeO、金刚石、复合金刚石、或组合中的至少一种的材料制成。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板胶合到子支架上，所述子支架的特征在于热导率为至少200W/(mk)。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板包括一个或多个覆层区。8.一种激光装置，包括：含有镓和氮材料的基板，所述基板具有特征在于半极性或非极性取向的表面区，所述基板具有前侧和背侧；位于所述基板内的一个或多个有源区；覆盖所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·W·拉林，保罗·鲁迪，白辰东，
申请(专利权)人：天空激光二极管有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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