二极管激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种激光器组件(1)，包括二极管激光条(2)、散热器(4)和至少一个盖(7)。该激光条位于该散热器与该盖之间。该散热器和/或该盖覆盖有纳米线(16)或纳米管，经由这些纳米线或纳米管在该激光条与该散热器和/或该盖之间建立接触。

Diode laser

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二极管激光器
本专利技术涉及一种具有高功率密度的激光辐射源。这种激光辐射源可以基于二极管激光器元件、特别是激光条而生产的。
技术介绍
一段时间以来，例如从US5105429A和US4716568A中已知用于生产二极管激光器的方法，其中，激光条在p侧上焊接到散热器上，并且在n侧上通过键合线实现接触。键合线的有限的载流能力是不利的。n侧电流连接的更高载流能力可以通过使用实心盖来实现，该实心盖可以被实施为第二导热体。WO2009143835和WO2009146683公开了将激光条焊接在两个导热体之间。焊接过程可能在激光条上产生应力，这可能会对电光特性产生不利影响。WO2011029846公开了一种不包括焊接过程的二极管激光器生产方法，该方法利用了激光条的第一接触表面与第一导热体之间的第一金属层以及激光条的第二接触表面与第二导热体之间的第二金属层。这些层可以由例如铟构成，在夹紧时产生内聚接合。不利地是，在激光条的平坦度方面和在两个导热体的连接表面的平坦度方面以及在安装期间保持表面的平行度方面，必须提出非常严格的要求。μm范围内的偏差可能容易导致大面积的空腔，而在这些空腔处不存在内聚接合。特别地，在激光条的p侧接触表面处形成的内聚接合不足可能会导致激光条过热和甚至腐蚀。此外，铟层的材料可能发生迁移。结果，可能会发生激光器故障。DE102015013511B3公开了一种具有高功率密度的激光辐射源，其中，将具有中间导热体的激光条焊接到陶瓷基底上。不利地是，由于部件的热膨胀系数不同，机械应力可能会影响激光条。特别是在激光器的脉冲操作期间，可能发生交替的机械负载，这可能会限制二极管激光器的寿命。EP1518271公开了一种包括用于冷却半导体芯片的纳米管的壳体。US6891724B2公开了在半导体芯片上生产碳纳米管的阵列，以便改善芯片与散热器之间的热界面处的热传递。US7784531B1公开了用填充材料来填充碳纳米管之间的间隙。WO2008036571公开了用导热填充材料来填充碳纳米管之间的间隙。US8093715B2公开了一种用于生产碳纳米管作为热界面的方法。WO2007137097和WO2008121970公开了在铜基底上生产碳纳米管的方法。US20120299175A1公开了一种在晶圆上生产碳纳米管的方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种以简单方式构造的高功率二极管激光器。该问题通过下述二极管激光器组件及其生产方法的技术方案来解决。根据本专利技术的激光束源可以以简单的方式来生产，具有高功率并且适合于脉冲操作。根据本专利技术的二极管激光器包括二极管激光条。二极管激光条又可以称为激光条。激光条可以以已知的方式实施为边缘发射部件，并且包括一个或优选地多个发射器，发射器可以分别在x方向上相对于彼此偏移布置。激光条可以优选地在x方向上具有在3mm与12mm之间的宽度。激光条可以包括在x方向上相对于彼此偏移布置的多个发射器，每个发射器具有光出射小面。这些发射器可以在主射线方向z上发射激光辐射。激光条可以优选地包括3到100个之间的发射器；特别地，具有5、7、19或49个发射器的激光条是可购买到的。相邻发射器之间的中心间距离优选可以在0.1mm与1mm之间。激光条的厚度在y方向上可以优选在0.05mm与0.2mm之间。激光条的发射器在z方向上的谐振器长度可以优选地在0.5mm与6mm之间。所发射的激光辐射的中心射线的方向可以是z方向。方向x、y和z可以彼此成直角。激光条可以包括作为具有量子沟槽的p-n结的外延产生的已知层序列。各个发射器例如可以被实施为宽条状发射器或被实施为脊形波导。也可以存在多个层序列，每个层序列具有至少一个量子沟槽，即多个电串联的p-n结。这种棒又称为纳米堆叠。然后将多个发射器在y方向上彼此上下堆叠。激光条可以通过电流泵送。为了注入电流，可以在激光条处设置N型触点和P型触点，这些触点可以分别被实施为激光条的上侧和下侧的平行表面，并且可以布置在xz平面中。可以相对于上述坐标系将激光条布置在xz平面中。根据本专利技术的激光器组件包括至少一个二极管激光条、至少一个具有第一连接表面的散热器、以及至少一个具有第二连接表面的盖，其中，二极管激光条包括一个或多个发射器、至少一个P型触点和至少一个N型触点，P型触点包括第一金属层并且N型触点包括第二金属层，并且，散热器在第一连接表面处电热连接至P型触点，并且N型触点在第二连接表面处电连接至盖；并且，第一和/或第二连接表面覆盖有纳米线或纳米管。散热器可以由金属制成，例如由铜、银、铝、钼铜或钨铜制成、或由复合材料(比如金刚石-铜或金刚石-银)制成。盖可以由金属制成，例如由铜、银、铝、钼铜或钨铜制成、或由复合材料(比如金刚石-铜或金刚石-银)制成。P型触点可以是激光条的阳极连接，而N型触点可以是激光条的阴极连接。在一个有利的实施例中，盖可以通过电绝缘层与散热器结合在一起。散热器可以被设置用于消散二极管激光条的废热。盖同样可以具有(第二)散热器的功能并且被设置用于消散激光条的废热。在该情况下，第二连接表面上的N型触点也可以此外热连接到盖上。散热器还可以包括用于冷却剂的冷却通道。“电连接”可以理解为是指激光器的工作电流可以经由此连接传送。“热连接”可以理解为是指可以经由此连接从激光条消散废热。电绝缘层可以例如是粘合剂层，有利地是导热粘合剂，通过该粘合剂层将盖固定到散热器。第一金属层可以具有1μm至10μm的厚度。举例来说，第一金属层可以被实施为厚金层或包括这种层。第一金属层例如可以包括电解生产的层。第一金属层可以用于散热。第二金属层可以具有小于500nm的厚度。这种层例如可以通过溅镀来产生。可能会涉及薄金层。纳米线又称为纳米棒。术语“纳米线”也旨在包括晶须。纳米线可以由金属或半金属构成。纳米管可以由碳构成。纳米管又称为CNT(碳纳米管)。有利地可以涉及单壁管。纳米线可以通过电解工艺来生产。可以通过使用纳米多孔过滤膜来生产结构，该过滤膜可以首先应用于要覆盖的表面。之后，可以通过电解工艺来沉积纳米线，然后可以通过剥离来从表面去除纳米多孔膜和所有不需要的结构。纳米线可以由可以电解沉积的金属生产，例如铜、银、金。纳米线的直径可以在30nm与2μm之间，长度可以达到大约20μm。纳米线或纳米管在表面上的占据密度可以在5与大约80之间。占据密度可以理解为是指纳米线的横截面积之和与有线底部面积之比。对于纳米管，横截面积的计算可以基于这些管的外直径，而可以忽略中空内部。过低或过高的占据密度可能不利于有利效果。在http://www.nanowired.de/technologie/中描述了用于纳米线的合适的生产方法。碳纳米管的生产同样是已知的。对于电极，特别是垂直于底部区域而形成的碳纳米管是从例如以下文件已知的：Ryu，J.-H.；Lee，G.-J.；Kim，W.-S.；Lim，H.-E.；Mativenga，M.；Park，K.-C.；Pa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器组件(1)，包括至少一个二极管激光条(2)、至少一个具有第一连接表面(6)的散热器(4)和至少一个具有第二连接表面(8)的盖(7)，其中，该二极管激光条包括一个或多个发射器(9)、至少一个P型触点(11)和至少一个N型触点(12)，并且该P型触点包括第一金属层(13)，并且该N型触点包括第二金属层(14)，/n并且该散热器(4)在该第一连接表面(6)处电热连接至该P型触点(11)，并且该N型触点(12)在该第二连接表面(8)处电连接至该盖(7)，/n并且该第一和/或该第二连接表面(6，8)覆盖有纳米线或纳米管(16，17)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171103 DE 102017219581.91.一种激光器组件(1)，包括至少一个二极管激光条(2)、至少一个具有第一连接表面(6)的散热器(4)和至少一个具有第二连接表面(8)的盖(7)，其中，该二极管激光条包括一个或多个发射器(9)、至少一个P型触点(11)和至少一个N型触点(12)，并且该P型触点包括第一金属层(13)，并且该N型触点包括第二金属层(14)，
并且该散热器(4)在该第一连接表面(6)处电热连接至该P型触点(11)，并且该N型触点(12)在该第二连接表面(8)处电连接至该盖(7)，
并且该第一和/或该第二连接表面(6，8)覆盖有纳米线或纳米管(16，17)。


2.如权利要求1所述的激光器组件(1)，其特征在于，该盖(7)通过电绝缘层(15)与该散热器(4)结合在一起。


3.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，该第一金属层(13)的厚度为1μm至10μm。


4.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，该第二金属层(14)的厚度小于500nm。


5.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，这些纳米线(16)由金属构成和/或这些纳米管由碳构成。


6.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，这些纳米线和/或这些纳米管(16，17)被定向成朝着垂直于该第一和/或第二连接表面(6，8)的优选方向。


7.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，该第一连接表面(6)覆盖有纳米管和/或纳米线(16)，并且该第一金属层(13)具有1μm至10μm的厚度，并且这些纳米管和/或纳米线(16)具有比该第一金属层(13)更大的硬度并且至少部分地粘到该第一金属层中。


8.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，该第二连接表面(8)覆盖有纳米管和/或纳米线(16，17)，并且这些纳米管和/或纳米线(16，17)具有比该第二金属层(14)更大的硬度并且至少部分地粘到该第二金属层中。


9.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，该第二连接表面(8)覆盖有纳米管和/或纳米线(16)，并且这些纳米管和/或纳米线(16)是弹性地或塑性地变形的。


10.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，该第二连接表面(8)覆盖有纳米管和/或纳米线(16)，并且该第二金属层具有小于500nm的厚度。


11.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，这些纳米管和/或纳米线(16)的外直径小于1μm，并且长度大于2μm。


12.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，该第一金属层(13)在外侧上覆盖有纳米管和/或纳米线(16，18)。


13.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，这些纳米线(16)由金、银、镍、铬或铜构成。


14.如前述权利要求中任一项所述的激光器组件(1)，其特征在于，该第一连接表面(6)覆盖有第一纳米管或纳米线(16)，并且该第一金属层(13)覆盖有第三纳米管或纳米线(18)。


15.如前述权利要求中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·冯·弗莱霍尔德，于尔根·沃尔夫，佩尼·亨尼格，
申请(专利权)人：业纳光学系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE