激光二極管設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】提出一種激光二極管設(shè)備，所述激光二極管設(shè)備具有帶有安裝部件(11)的殼體(1)和在殼體(1)中在安裝部件(11)上的基于氮化物-化合物導(dǎo)體材料的激光二極管芯片(2)，其中激光二極管芯片(2)借助于焊料層(3)直接安裝在安裝部件(11)上并且焊料層(3)具有大于或等于3μm的厚度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】激光二極管設(shè)備
[0001]本申請(qǐng)要求德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10 2012 103 160.6的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)參引并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]提出一種激光二極管設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0003]具有高的光學(xué)功率密度的光源對(duì)于多種應(yīng)用而言是關(guān)鍵器件。例如，由基于氮化物的化合物半導(dǎo)體材料體系構(gòu)成的激光二極管對(duì)于投影系統(tǒng)、尤其是對(duì)于具有在1000流明和20000流明之間的光流的這樣的投影系統(tǒng)而言具有高的商業(yè)潛力。
[0004]因此，對(duì)于這種應(yīng)用而言，具有高的輸出功率以及緊湊的殼體的器件是必要的。出于成本原因并且在標(biāo)準(zhǔn)化的范圍內(nèi)，所謂的TO結(jié)構(gòu)系列(TO:transistor outline，晶體管外形)的呈TO金屬殼體(“TO metal can,TO金屬罐封裝”)形式的殼體,例如呈已知的結(jié)構(gòu)尺寸T038、T056和T090的形式的殼體是常見(jiàn)的，其中TO金屬殼體基本上由鋼制成。如今，對(duì)于激光二極管而言通常使用這樣的標(biāo)準(zhǔn)TO構(gòu)型，下面也簡(jiǎn)稱(chēng)為“T0殼體”。然而至今為止，TO殼體中的當(dāng)前可用的激光二極管局限于低于3瓦特的光功率，這對(duì)于多種應(yīng)用而言是不夠的。然而，直到今日尚未實(shí)現(xiàn)借助這樣的構(gòu)型達(dá)到超過(guò)3瓦特的光功率。
[0005]例如從參考文獻(xiàn)C.Vierheilig等，Proc.SPIE (國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)的會(huì)議記錄)，卷8277，82770K，2012中已知TO殼體中基于氮化物的藍(lán)色發(fā)射的激光二極管，所述激光二極管在室溫下連續(xù)運(yùn)行時(shí)能夠在最大2.5瓦特的輸出功率的情況下放射波長(zhǎng)在440nm至460nm范圍中的光。
[0006]在這樣的激光二極管中，TO殼體具有熱不足性，尤其是在出于技術(shù)理由通常借助于襯底的背離半導(dǎo)體層序列的一側(cè)安裝在殼體和激光二極管之間的熱沉上的情況下具有熱不足性，使得半導(dǎo)體層序列從殼體起觀(guān)察設(shè)置在上方(“Epi up”)。
[0007]除了由不銹鋼制成的標(biāo)準(zhǔn)TO殼體之外，也已知下述TO殼體，所述TO殼體為了更好的散熱而具有底座，所述底座基于銅或者具有銅芯和鋼表面。然而通過(guò)研究能夠顯示出:僅使用這樣的改型的TO殼體不帶來(lái)激光二極管的輸出功率的提高。
[0008]在紅色的和紅外的、尤其是基于砷化物的功率激光二極管的情況下，已知具有極其直接的散熱的熱學(xué)優(yōu)化的安裝設(shè)計(jì)、尤其是已知借助于半導(dǎo)體層序列的與襯底相對(duì)置的一側(cè)向下(“Epi down”)安裝在激光二極管和殼體之間的熱沉上并且還已知使用銅載體來(lái)代替TO殼體。
[0009]然而對(duì)于基于氮化物的激光二極管而言這種措施是不適當(dāng)?shù)?，因?yàn)閷?duì)于銅載體而言用于保護(hù)激光器免受污染和機(jī)械損傷的低成本的封裝是不可行的。尤其是濕氣和化學(xué)試齊U，例如在汽車(chē)領(lǐng)域中使用的情況下，能夠是危急的并且需要與外界隔絕的封裝，以便保護(hù)激光二極管免受這樣的外部影響。因?yàn)樵诨诘锏募す舛O管中，典型地將P型側(cè)設(shè)置在有源區(qū)域的背離襯底的一側(cè)上并且盡可能薄地來(lái)實(shí)施，因?yàn)檫\(yùn)行電壓隨著P型摻雜的基于氮化物的半導(dǎo)體層的厚度增加而提高，所以“Epi down”安裝又由于在基于氮化物的激光二極管中因此極其接近P型接觸部的有源區(qū)域而例如在焊接過(guò)程中容易短路進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]特定實(shí)施方式的至少一個(gè)目的是提出一種激光二極管設(shè)備。
[0011]該目的通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述主題的有利的實(shí)施方式和改進(jìn)形式在從屬權(quán)利要求中表明并且此外從下面的描述和附圖中得出。
[0012]根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，激光二極管設(shè)備具有殼體，在所述殼體中激光二極管芯片借助于焊料層設(shè)置在安裝部件上。
[0013]殼體優(yōu)選能夠借助外面安裝在外部的熱沉、例如冷卻體或者電路板上。至少安裝部件并且優(yōu)選殼體的位于激光二極管芯片和設(shè)置為用于將激光二極管設(shè)備安裝在這樣的外部熱沉上的外面之間的全部區(qū)域具有高熱導(dǎo)率的材料，例如金屬，例如優(yōu)選銅或也優(yōu)選鋁，或者陶瓷材料、例如A1N。此外，至少安裝部件也能夠具有復(fù)合材料并且例如通過(guò)具有由塑料材料包覆的金屬層的金屬芯電路板形成。此外，安裝部件為了電接觸激光二極管芯片能夠具有例如呈帶狀導(dǎo)線(xiàn)形式的饋電線(xiàn)以及焊接面。如果安裝部件在朝向激光二極管芯片的一側(cè)上通過(guò)由金屬制成的基體形成，那么饋電線(xiàn)能夠通過(guò)基體本身來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0014]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，殼體具有殼體蓋，所述殼體蓋施加在安裝部件之上并且封閉殼體。殼體蓋還具有窗口，通過(guò)所述窗口能夠從激光二極管設(shè)備放射由激光二極管芯片在運(yùn)行中發(fā)射的光。殼體蓋例如能夠具有金屬、例如鋼、尤其是不銹鋼，或者也能夠具有陶瓷材料或者除窗口之外由其制成。尤其優(yōu)選能夠通過(guò)殼體蓋實(shí)現(xiàn)與外界隔絕密封地封閉殼體。殼體蓋例如能夠與安裝部件或者另外的殼體部件焊接。
[0015]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，殼體具有與安裝部件連接的殼體部件。安裝部件能夠沿著延伸方向遠(yuǎn)離殼體部件延伸。換而言之，安裝部件能夠從殼體部件伸出并且例如構(gòu)成為是栓形的。安裝部件在此優(yōu)選具有安裝面，所述安裝面沿著安裝部件的延伸方向遠(yuǎn)離殼體部件延伸并且設(shè)置在激光二極管芯片上。
[0016]殼體部件尤其能夠設(shè)置用于且構(gòu)成用于:能夠?qū)⒂糜诜忾]殼體的殼體蓋設(shè)置在殼體部件上。尤其是也能夠彼此一件式構(gòu)成的殼體部件和安裝部件優(yōu)選分別具有由銅制成的基體或者在一件式構(gòu)成的情況下也具有由銅制成的共同的基體。替選于此，基體也能夠具有其他的上述材料。
[0017]此外至少殼體部件能夠用鋼包封。這表示:殼體部件基本上由基體形成并且借助鋼層覆蓋。鋼層例如能夠給通過(guò)由不銹鋼構(gòu)成的層形成。用鋼包封殼體部件能夠是尤其有利的，因?yàn)橛纱巳缭诰哂袖撟臉?biāo)準(zhǔn)TO殼體中一樣能夠?qū)んw蓋與殼體部件焊接。
[0018]安裝部件在此沿著其延伸方向從殼體部件伸入到殼體蓋中，使得激光二極管芯片在殼體蓋安裝在安裝部件上時(shí)位于通過(guò)殼體蓋和殼體部件形成的空腔中。
[0019]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，除了殼體部件之外也用鋼包封安裝部件。特別地，殼體部件和安裝部件在該實(shí)施方式中能夠具有共同的銅基體，所述銅基體用鋼層覆蓋。
[0020]尤其優(yōu)選地，殼體能夠構(gòu)成為所謂的TO殼體、例如具有結(jié)構(gòu)尺寸T038、T056或者T090。殼體部件在該實(shí)施方式中也能夠稱(chēng)作為“基板(base plate) ”并且殼體部件能夠稱(chēng)作為“晶體管管座(stem) ”，與通常使用的具有基本上由鋼制成且不具有基于銅的基體的至少一個(gè)殼體部件、或一個(gè)殼體部件和一個(gè)安裝部件的標(biāo)準(zhǔn)TO殼體相比，該實(shí)施方式中的殼體由于用鋼包封的殼體部件的銅而具有更高的熱導(dǎo)率。
[0021]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，安裝部件或者必要時(shí)還有殼體部件例如能夠具有孔或開(kāi)口，例如呈接觸腿形式的饋電線(xiàn)能夠穿過(guò)所述孔或開(kāi)口從殼體的背離安裝部件的一側(cè)伸向設(shè)置有安裝部件的一側(cè)。饋電線(xiàn)能夠設(shè)置用于例如經(jīng)由饋電線(xiàn)和激光二極管芯片之間的導(dǎo)線(xiàn)連接來(lái)電接觸激光二極管芯片。
[0022]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，激光二極管芯片基于氮化物-化合物半導(dǎo)體材料。激光二極管芯片尤其能夠具有襯底、優(yōu)選導(dǎo)電襯底、例如結(jié)晶的(In，Al，Ga)N。在其之上能夠施加外延層序列、即外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層，所述外延層序列基于氮化物-化合物半導(dǎo)體材料進(jìn)而在InAlGaN的基礎(chǔ)上實(shí)施。
[0023]術(shù)語(yǔ)“基于InAlGaN的化合物半導(dǎo)體材料”、“基于(In，Al，Ga)N的化合物半導(dǎo)體材料”和“氮化物-化合物半導(dǎo)體材料”例如尤其涵蓋下述材料，所述材料具有由II1-V族化合物半導(dǎo)體材料體系InxAlyGa1IyN構(gòu)成的材料,其中并且x+y ( I,例如即GaN、AlN、AlGaN、InGaN、AlInGaN。激光二極管芯片尤其能夠在襯底上具有半導(dǎo)體層序列，所述半導(dǎo)體層序列具有在運(yùn)行時(shí)設(shè)置為用于放射光的有源層，尤其優(yōu)選基于A(yíng)lGaInN和/或InGaN的有源層。特別地，激光二極管芯片在運(yùn)行中發(fā)射從紫外至綠色波長(zhǎng)范圍中的光。
[0024]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，激光二極管芯片在襯底上具有半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層例如在波導(dǎo)層和包封層之間具有有源層。
[0025]特別地,能夠在襯底上施加第一包封層，在所述第一包封層之上施加第一波導(dǎo)層、在所述第一波導(dǎo)層之上施加有源層、在所述有源層之上施加第二波導(dǎo)層并且在該第二波導(dǎo)層之上施加第二包封層。在第二包封層之上還能夠設(shè)置半導(dǎo)體接觸層并且在該半導(dǎo)體接觸層之上設(shè)置例如呈金屬層形式的電連接層。激光二極管芯片的電接觸尤其優(yōu)選能夠經(jīng)由與襯底相對(duì)置的電連接層以及經(jīng)由能傳導(dǎo)的襯底進(jìn)行，其中襯底在背離半導(dǎo)體層的一側(cè)上也能夠具有電連接層。在此，激光二極管芯片因此借助于焊料層直接與激光二極管芯片的電連接層或者襯底安裝在安裝部件上，所述電連接層設(shè)置在襯底的背離半導(dǎo)體層的一側(cè)上。在有源層的背離襯底的一側(cè)上還能夠在波導(dǎo)層和包封層之間設(shè)置載流子阻擋層，以便避免所謂的載流子過(guò)沖。
[0026]設(shè)置在襯底和有源層之間的半導(dǎo)體層例如能夠是η型摻雜的并且從襯底起觀(guān)察設(shè)置在有源層之上的半導(dǎo)體層能夠是P型摻雜的。替選于此也可行的是，顛倒摻雜順序。有源層能夠是未摻雜的或者是η型摻雜的。激光二極管芯片例如能夠具有常規(guī)的pn結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)或量子阱結(jié)構(gòu)、尤其優(yōu)選多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW結(jié)構(gòu))作為有源層。術(shù)語(yǔ)量子阱結(jié)構(gòu)在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)尤其包括載流子通過(guò)封入(“Confinement，限制”)能夠經(jīng)受其能量狀態(tài)的量子化的任何結(jié)構(gòu)。特別地，量子阱結(jié)構(gòu)能夠具有量子阱、量子線(xiàn)和/或量子點(diǎn)和這些結(jié)構(gòu)的組合。有源層例如能夠在適當(dāng)構(gòu)成的阻擋層之間具有基于InGaN的量子膜。
[0027]根據(jù)一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施方式，為了如在上文中所描述的那樣制造激光二極管芯片，首先生長(zhǎng)η型摻雜的層，然后生長(zhǎng)有源區(qū)域并且在所述有源區(qū)域之上生長(zhǎng)P型摻雜的層。
[0028]根據(jù)另一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施方式，激光二極管芯片借助襯底設(shè)置在安裝部件上，使得激光二極管芯片在襯底的背離安裝部件和焊料層的一側(cè)上具有優(yōu)選外延沉積的半導(dǎo)體層。該優(yōu)選的安裝方向在下面也稱(chēng)作“Epi up”。
[0029]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，激光二極管芯片具有帶有輻射耦合輸出區(qū)域的輻射耦合輸出面，經(jīng)由所述輻射耦合輸出區(qū)域放射在運(yùn)行中在有源層中產(chǎn)生的光。輻射耦合輸出區(qū)域典型地通過(guò)輻射耦合輸出面上的基于內(nèi)部的波導(dǎo)效應(yīng)和有針對(duì)性地選擇的的電流密度分布來(lái)限定。激光二極管芯片在此優(yōu)選實(shí)施為邊緣發(fā)射的激光二極管芯片，其中輻射耦合輸出面例如能夠通過(guò)折斷、分裂和/或刻蝕半導(dǎo)體層復(fù)合件沿著晶體平面產(chǎn)生。此外，激光二極管芯片具有與輻射耦合輸出面相對(duì)置地設(shè)置的后側(cè)面。輻射耦合輸出面和后側(cè)面在邊緣發(fā)射的激光二極管芯片中通常也稱(chēng)作所謂的棱面。此外，激光二極管芯片具有使后側(cè)面和輻射耦合輸出面彼此連接且通過(guò)半導(dǎo)體層的側(cè)形成的側(cè)面，所述半導(dǎo)體層的側(cè)沿垂直于半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)和設(shè)置方向的方向限界該側(cè)面。
[0030]在此和在下文中也將激光二極管芯片的朝向安裝部件的且與焊料層直接接觸的外面稱(chēng)作為下側(cè)，而將沿著層設(shè)置方向與安裝部件相對(duì)置的外面稱(chēng)作為上側(cè)。
[0031]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，激光二極管芯片直接地借助于焊料層設(shè)置在安裝部件上進(jìn)而直接地安裝在安裝部件上。這尤其表示:在激光二極管芯片和安裝部件之間僅設(shè)置有焊料層。焊料層具有大于或等于3μπι的厚度。尤其優(yōu)選地，焊料層的厚度也能夠大于或等于4 μ m并且此外也能夠大于或等于5 μ m。
[0032]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，焊料層具有軟焊料并且優(yōu)選由軟焊料構(gòu)成。
[0033]特別地，軟焊料能夠由具有選自Sn、In和Au的一種或多種金屬的合金形成，例如
[0034]-AuSn，尤其優(yōu)選具有80 %的Au和20 %的Sn，
[0035]-AuGe，尤其優(yōu)選具有88 %的Au和12 %的Ge，
[0036]-SnPb，尤其優(yōu)選具有63 %的Sn和37 %的Pb，
[0037]-SnAg,尤其優(yōu)選具有96.5 %的Sn和3.5 %的Ag或95 %的Sn和5 %的Ag或80 %的Sn和20%的Ag，
[0038]-SnPbAg，尤其優(yōu)選具有 63%的 Sn、35.6%的 Pb 和 1.4%的 Ag，
[0039]-Snln，尤其優(yōu)選具有95%的Sn和5%的In，
[0040]-1nAg,尤其優(yōu)選具有90 %的In和10 %的Ag，
[0041]-SnlnAg，尤其優(yōu)選具有 77%的 Sn,21.2%的 In 和 2.8%的 Ag，
[0042]-SnCu，尤其優(yōu)選具有99 %的Sn和I %的Cu或99.3 %的Sn和0.7 %的Cu，
[0043]-SnAgCu，尤其優(yōu)選具有 95.5% 的 Sn、3.8% 的 Ag 和 0.7% 的 Cu，
[0044]-SnSb，尤其優(yōu)選具有95 %的Sn和5 %的Sb，
[0045]-SnAgSb，尤其優(yōu)選具有 65% 的 Sn、25% 的 Ag 和 10% 的 Sb，
[0046]-SnBi，尤其優(yōu)選具有58%的Bi和42%的Sn，
[0047]-SnBiCu,尤其優(yōu)選具有90 %的Sn、9.5 %的Bi和0.5 %的Cu，或者95 %的Sn、
3.5%的Bi和L 5%的Cu或者95%的Sn、3%的Bi和2%的Cu，
[0048]-SnBiInAg，尤其優(yōu)選具有 78% 的 Sn、10% 的 B1、10% 的 In 和 2% 的 Ag。
[0049]根據(jù)一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施方式，激光二極管設(shè)備具有帶有安裝部件的殼體，在殼體中直接借助于焊料層將基于氮化物-化合物半導(dǎo)體材料的激光二極管芯片安裝在所述安裝部件上并且焊料層具有大于或等于3 μ m的厚度。
[0050]借助于焊料層直接地將激光二極管芯片安裝在殼體的安裝部件上尤其表示:在此處描述的激光二極管設(shè)備中不像在現(xiàn)有技術(shù)中那樣在激光二極管芯片和殼體之間設(shè)置常見(jiàn)的附加的熱沉，所述熱沉可能作用為散熱器。以在激光二極管芯片和殼體之間使用附加的熱沉這樣的方式來(lái)安裝激光二極管芯片相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)。激光二極管芯片之下的附加的熱沉通常是厚度大于10 μ m的且典型地例如為50μπι至120 μ m的、具有良好的熱導(dǎo)率以用于散熱的安裝體。這種類(lèi)型的安裝尤其針對(duì)紅外激光器和紅色激光器、尤其是針對(duì)基于砷化物的這樣的激光器進(jìn)行優(yōu)化并且迄今為止轉(zhuǎn)用于基于氮化物的激光二極管芯片的安裝而不需要顯著的改型。因此，在此處描述的激光二極管設(shè)備中取消熱沉對(duì)總熱阻的貢獻(xiàn)。200 μ m厚的AlN熱沉，如同樣典型地在現(xiàn)有技術(shù)中所使用的AlN熱沉一樣，具有大約3K/W至4K/W的熱阻。
[0051]在基于砷化的化合物半導(dǎo)體材料的并且由于其導(dǎo)熱差的襯底而通?！癊pi down”安裝的紅外激光器和紅色激光器中，在棄用附加熱沉的情況下可能存在高的風(fēng)險(xiǎn):有源區(qū)域由于在芯片邊緣處的焊料而短路否則在運(yùn)行中焊料在芯片邊緣處遷移并且產(chǎn)生這樣的短路。此外，由于棄用熱沉在運(yùn)行時(shí)在激光二極管芯片中可能出現(xiàn)高的應(yīng)變和晶體缺陷、即所謂的“暗線(xiàn)缺陷”，所述暗線(xiàn)缺陷由于芯片和殼體在焊接后冷卻時(shí)的不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生并且會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件故障。盡管通過(guò)使用非常軟的焊料能夠略微降低該風(fēng)險(xiǎn)，但其仍是過(guò)高的。如In的軟焊料還傾向于遷移進(jìn)而會(huì)容易地在激光二極管芯片的有源區(qū)域之上引起短路。
[0052]發(fā)明人發(fā)現(xiàn):相反于迄今為止的設(shè)想和處理方法，這些問(wèn)題不適用于基于氮化物-化合物半導(dǎo)體材料的激光二極管芯片。例如能夠使用如下襯底，所述襯底具有大約200W/mK的熱導(dǎo)率而不是GaAs襯底中的46W/mK的熱導(dǎo)率。由此，也能夠“Epi up”安裝基于氮化物-化合物半導(dǎo)體材料的激光二極管芯片，使得在優(yōu)選的襯底厚度大于或等于50 μ m且小于或等于150 μ m的情況下、優(yōu)選例如厚度大約為110 μ m的情況下，不存在提高的短路風(fēng)險(xiǎn)。“暗線(xiàn)缺陷”對(duì)于基于氮化物的激光二極管芯片是未知的進(jìn)而同樣不是問(wèn)題。
[0053]在殼體的安裝部件和激光二極管芯片之間不存在附加的熱沉的情況下為了將激光二極管芯片高質(zhì)量地安裝在殼體的安裝部件上，在此所描述的、厚度大于或等于3 μ m的焊料層是尤其有利的，而在現(xiàn)有技術(shù)中出于熱學(xué)的原因盡可能薄的焊料層是優(yōu)選的。上述軟焊料尤其適合于在焊上激光二極管芯片之后冷卻時(shí)均衡熱應(yīng)變以及均衡安裝部件的不平坦性。當(dāng)使用基于銅的具有鋼包封的安裝部件時(shí)，這樣的不平坦性例如幾乎是不能夠被避免的。因此，在此所描述的厚的焊料層的使用整體上帶來(lái)熱學(xué)上的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榫鶆虻那矣绕涫菬o(wú)縮孔的焊接、如通過(guò)焊料層的在此所描述的厚度而可行的焊接一樣，超出就本身而言更大的熱阻，所述熱阻與薄的焊料層相比因焊料層的在此所描述的厚度而引起。特別地，盡管省略了現(xiàn)有技術(shù)中通常所使用的熱沉，但是整體上能夠?qū)崿F(xiàn)激光二極管芯片和殼體之間的熱阻的降低，其中對(duì)于盡可能連續(xù)地且大面積地將激光二極管芯片熱連接到厚的焊料層上此外尤其優(yōu)選的是:在激光二極管芯片中能夠設(shè)有在更下面描述的錨固元件。在此，散熱在此處描述的激光二極管設(shè)備中也能夠通過(guò)殼體并且尤其是通過(guò)安裝部件來(lái)進(jìn)行。
[0054]特別地，對(duì)于在此所描述的激光二極管設(shè)備而言，與現(xiàn)有技術(shù)相比將輸出功率顯著提高到大于3W是可行的。然而，這樣的提高僅通過(guò)將盡可能良好導(dǎo)熱的殼體、例如基于銅的殼體與厚的焊料層組合才是可行的，因?yàn)閮H使用這樣的熱學(xué)優(yōu)化的殼體盡管例如能夠?qū)嶙杞档痛蠹s2K/W至3K/W，但是這不足以實(shí)現(xiàn)大于3W的輸出功率。
[0055]然而在此所描述的激光二極管設(shè)備能夠有利地在外觀(guān)方面完全地相應(yīng)于至今為止根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的構(gòu)件并且借助類(lèi)似的、適合于批量生產(chǎn)的工藝來(lái)制造。例如以美元每瓦特計(jì)的成本因此能夠顯著地降低。此外，對(duì)于在應(yīng)用中相同的光功率而言，與已知的激光二極管相比在使用在此所描述的激光二極管設(shè)備的情況下需要更少的構(gòu)件。
[0056]在激光二極管芯片經(jīng)由附加的熱沉安裝在殼體上的常見(jiàn)的激光二極管中，熱沉不僅能夠作用為散熱器，而且也能夠降低對(duì)芯片產(chǎn)生影響的應(yīng)變，因?yàn)闅んw通常具有遠(yuǎn)大于芯片的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。在此處描述的激光二極管設(shè)備中，通過(guò)附加的熱沉進(jìn)行這樣的應(yīng)變補(bǔ)償是不可行的。如果激光二極管芯片和殼體之間的熱膨脹系數(shù)差異過(guò)大，那么在焊接激光二極管芯片之后冷卻到室溫時(shí)會(huì)引起殼體與激光二極管芯片相比更強(qiáng)地收縮。由此會(huì)發(fā)生激光二極管芯片構(gòu)成背離殼體的凸?fàn)畹墓靶尾俊Ｓ纱四軌蛟斐尚酒羟?，由此激光二極管芯片不再最佳地并且整面地被焊上。尤其優(yōu)選地，激光二極管芯片因此具有下述應(yīng)變，所述應(yīng)變力求達(dá)到使激光二極管芯片的朝向安裝部件的下側(cè)凸?fàn)畹刈冃位蛘叩窒す舛O管芯片的朝向安裝部件的下側(cè)的至少一個(gè)凹狀的變形。激光二極管芯片例如能夠構(gòu)成為，使得其在未安裝的狀態(tài)下具有碗形的彎曲部或者在近似平坦的實(shí)施方案中具有至少一個(gè)最小的碗形形狀。激光二極管芯片的適當(dāng)?shù)膽?yīng)變例如能夠通過(guò)在半導(dǎo)體層在襯底上生長(zhǎng)的情況下有針對(duì)性地選擇生長(zhǎng)條件來(lái)調(diào)整。
[0057]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，激光二極管芯片在朝向安裝部件的下側(cè)中具有至少一個(gè)用于焊料層的焊料的錨固元件。錨固元件例如能夠通過(guò)激光二極管芯片的朝向安裝部件的下側(cè)中的凹處或隆起形成。優(yōu)選地，激光二極管芯片具有多個(gè)錨固元件，所述錨固元件能夠規(guī)則地或不規(guī)則地成形和/或設(shè)置。一個(gè)或多個(gè)錨固元件例如也能夠以鄰接于激光二極管芯片的側(cè)面、即鄰接于激光二極管芯片的朝向焊料層的下側(cè)和輻射耦合輸出面和/或后側(cè)面和/或一個(gè)或多個(gè)側(cè)面之間的芯片邊緣的方式分別構(gòu)成為階梯形的凹處。通過(guò)錨固元件能夠?qū)崿F(xiàn)焊料和激光二極管芯片的咬合，所述咬合附加于或替選于激光二極管芯片的之前所描述的有針對(duì)性的應(yīng)變能夠抵抗芯片剪切。在上文中所描述的優(yōu)選的“Epi up”安裝中，在襯底中構(gòu)成至少一個(gè)且優(yōu)選多個(gè)錨固元件。
[0058]至少一個(gè)且優(yōu)選多個(gè)錨固元件例如能夠有針對(duì)性地作為分散的隆起或凹處引入。錨固元件尤其能夠具有點(diǎn)狀的隆起和/或凹處或者也能夠具有線(xiàn)形的隆起和/或凹處。錨固元件例如也能夠通過(guò)有針對(duì)性地粗糙化或有針對(duì)性地機(jī)械或化學(xué)剝離來(lái)形成。此外，也可行的是，錨固元件例如以階梯的形式在襯底邊緣的區(qū)域中設(shè)置在一個(gè)或者兩個(gè)棱面上、即輻射耦合輸出面和/或后側(cè)面上。
[0059]為了制造至少一個(gè)錨固元件并且優(yōu)選多個(gè)錨固元件優(yōu)選能夠執(zhí)行干化學(xué)或濕化學(xué)刻蝕、尤其是各向異性刻蝕方法、光刻結(jié)構(gòu)化和/或機(jī)械的結(jié)構(gòu)化。
[0060]優(yōu)選地，至少一個(gè)且優(yōu)選多個(gè)錨固元件具有大于或等于0.1 μ m且小于或等于1um的深度并且優(yōu)選具有大于或等于0.5 μ m且小于或等于5 μ m的深度。大于或等于0.1 μ m的且優(yōu)選大于或等于0.5 μ m的尺寸尤其適合于在激光二極管芯片和焊料之間產(chǎn)生充分的咬合，而小于或等于1ym且優(yōu)選小于或等于5 μ m的深度尤其適合于用焊料完全地填充或包圍錨固元件進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將激光二極管芯片盡可能大面積地連接到焊料層上。
[0061]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，激光二極管芯片在側(cè)面和/或輻射耦合輸出面和/或后側(cè)面上具有金屬化部。金屬化部尤其能夠以金屬層的形式構(gòu)成。因此，金屬化部尤其是借助主延伸平面層狀地構(gòu)成，所述主延伸平面平行于激光二極管芯片的半導(dǎo)體層序列的設(shè)置方向。通過(guò)這種金屬化部能夠經(jīng)由激光二極管芯片的設(shè)有金屬化部的面實(shí)現(xiàn)激光二極管芯片的冷卻。金屬化部例如能夠直接地設(shè)置在襯底和至少一些半導(dǎo)體層上。尤其優(yōu)選地，金屬化部在此從安裝部件起觀(guān)察設(shè)置在有源層下方，即在上文中所描述的“Epi up”安裝時(shí)設(shè)置在襯底的側(cè)面上和在襯底和有源層之間設(shè)置的半導(dǎo)體層的側(cè)面上。由此能夠防止通過(guò)金屬化部由于有源層上方和下方的η型摻雜和P型摻雜的層的跨接而引起短路。由于金屬化部與激光二極管芯片的半導(dǎo)體材料的這樣直接接觸能夠?qū)崿F(xiàn)有效地降溫。
[0062]如果金屬化部以與半導(dǎo)體層直接接觸的方式設(shè)置在輻射耦合輸出面和/或后側(cè)面上，那么金屬化部?jī)?yōu)選位于半導(dǎo)體層和在輻射耦合輸出面或后側(cè)面上的光學(xué)層之間。光學(xué)層尤其通過(guò)對(duì)于激光二極管芯片常見(jiàn)的棱面反射部或棱面抗反射部形成。通常在輻射耦合輸出面或后側(cè)面上的光學(xué)層由介電材料或介電層序列形成。如果金屬化部設(shè)置在輻射耦合輸出面上，那么保持輻射耦合輸出區(qū)域不具有金屬化部，使得在有源層中產(chǎn)生的光能夠不受阻礙地放射。
[0063]此外也可行的是，金屬化部形成激光二極管芯片的外側(cè)。換而言之，金屬化部不由激光二極管芯片的另外的層覆蓋。在金屬化部設(shè)置在側(cè)面上的情況下，金屬化部不僅能夠直接地施加在半導(dǎo)體層上也能夠形成激光二極管芯片的外側(cè)。如果金屬化部設(shè)置在輻射耦合輸出面和/或后側(cè)面上并且形成激光二極管芯片的外側(cè)，那么換而言之這表示:金屬化部設(shè)置在后側(cè)面或輻射耦合輸出面的光學(xué)層上。特別地，金屬化部能夠伸至激光二極管芯片的下側(cè)。通過(guò)形成激光二極管芯片的外側(cè)的金屬化部能夠?qū)崿F(xiàn):焊料層的焊料能夠浸潤(rùn)金屬化部。由此能夠?qū)⒑噶蠈拥囊徊糠钟嗅槍?duì)性地“向上運(yùn)行到”金屬化部上進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的熱接觸從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)由激光二極管芯片的設(shè)有金屬化部的面的良好的散熱。
[0064]金屬化部尤其能夠具有下述材料中的一種或多種:Au、T1、Pt、Cr、Pd、N1、Ag、W、Cu。
[0065]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，激光二極管芯片在背離安裝部件的上側(cè)上具有至少一個(gè)從后側(cè)面延伸至輻射耦合輸出面的凹處，所述凹處用鈍化部覆蓋。特別地，凹處從上側(cè)起觀(guān)察伸入半導(dǎo)體層序列中直到超出有源層。優(yōu)選地，激光二極管芯片具有兩個(gè)凹處，所述凹處分別從輻射耦合輸出面延伸至后側(cè)面，并且接觸區(qū)域在其之間設(shè)置在上側(cè)上，經(jīng)由所述接觸區(qū)域在激光二極管芯片中并且尤其在有源層中產(chǎn)生有針對(duì)性地電流注入或者電流密度分布。因此，具有鈍化部的凹處優(yōu)選位于焊料的可能的遷移路徑之間，焊料能夠沿著所述遷移路徑從激光二極管芯片的側(cè)面上的金屬化部朝接觸區(qū)域遷移。由此在激光二極管設(shè)備運(yùn)行時(shí)能夠避免焊料的可能引起有源層短路的到芯片邊緣上的不受控制的向上運(yùn)行或焊料的不受控制的遷移。凹處也能夠稱(chēng)作為所謂的臺(tái)面溝槽，所述臺(tái)面溝槽中斷有源層。
[0066]因?yàn)榕c現(xiàn)有技術(shù)中的激光二極管相比能夠通過(guò)激光二極管設(shè)備的在此所描述的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)熱阻的顯著降低，那么可行的是，運(yùn)行與現(xiàn)有技術(shù)相比具有更大的有源面積的、即更大的通電面積的激光二極管芯片。因此，在此處描述的激光二極管設(shè)備中能夠使用與現(xiàn)有技術(shù)相比具有更長(zhǎng)的和/或更寬的通電面積的激光二極管芯片。特別地，有源層能夠具有大于或等于2500 μ m2的、優(yōu)選大于或等于10000 μ m2的并且尤其優(yōu)選大于或等于20000 μ m2至30000 μ m2的面積。在此，電流密度從最大值下降到10%認(rèn)為是面積限制。
[0067]此外，在此處描述的激光二極管設(shè)備中也可行的是，與在現(xiàn)有技術(shù)中不同，在沒(méi)有另外的耗費(fèi)的情況下在此處描述的殼體中的一個(gè)中使用多于一個(gè)激光二極管芯片，由此同樣能夠?qū)崿F(xiàn)輸出功率的提高。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0068]從在下文中結(jié)合附圖描述的實(shí)施例中得出另外的優(yōu)點(diǎn)、有利的實(shí)施方式和改進(jìn)形式。
[0069]附圖示出:
[0070]圖1A和IB示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的激光二極管設(shè)備的示意圖，
[0071]圖2示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的激光二極管芯片的示意圖，
[0072]圖3示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的激光二極管設(shè)備的部分，
[0073]圖4A至4C示出根據(jù)其他的實(shí)施例的激光二極管設(shè)備的部分，以及
[0074]圖5A至11示出根據(jù)其他的實(shí)施例的激光二極管設(shè)備的部分的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0075]在實(shí)施例和附圖中，相同的、相同類(lèi)型的或起相同作用的元件能夠分別設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。所示出的元件和其相互間的大小關(guān)系不能夠視為是按照比例的，更確切地說(shuō)，為了更好的可視性和/或?yàn)榱烁玫睦斫饽軌蚩鋸埓蟮厥境龈鱾€(gè)元件，例如層、構(gòu)件、器件和區(qū)域。
[0076]在圖1A和IB中示出激光二極管設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例，其中在圖1A中示出激光二極管設(shè)備100的示意的剖面圖并且在圖1B中示出俯視圖。下面的描述同樣涉及圖1A和IB0
[0077]激光二極管設(shè)備100具有殼體I，在所述殼體中激光二極管芯片2借助于焊料層3安裝在安裝部件11上。
[0078]殼體I具有盡可能大的熱導(dǎo)率并且在所示出的實(shí)施例中以所謂的TO殼體的形式構(gòu)成。殼體I在此具有殼體部件10和設(shè)置在殼體部件上的安裝部件11。安裝部件11遠(yuǎn)離殼體部件10延伸并且在所示出的實(shí)施例中與殼體部件10 —件式地構(gòu)成。殼體部件10和安裝部件11對(duì)此具有由金屬形成的、在所示出的實(shí)施例中由銅形成的基體。
[0079]殼體部件10還具有由鋼制成的包封件12，所述包封件通過(guò)殼體部件10的區(qū)域中的銅基體的覆層形成。安裝部件11能夠通過(guò)未覆層的基體、即在所示出的實(shí)施例中通過(guò)銅基體形成，或者如通過(guò)圍繞安裝部件11的虛線(xiàn)所表明的那樣，同樣具有包封件、優(yōu)選鋼包封件。
[0080]此外，殼體部件10例如能夠具有孔或開(kāi)口，在所述孔或開(kāi)口中設(shè)置有引線(xiàn)腿，所述引線(xiàn)腿從殼體部件10的背離安裝部件11的一側(cè)伸向安裝部件11的一側(cè)。設(shè)置且固定在其中的引線(xiàn)腿例如能夠構(gòu)成為電通孔并且提供用于電接觸的可行性。
[0081 ] 在安裝部件11之上進(jìn)而在在激光二極管芯片2之上優(yōu)選設(shè)置殼體蓋14，如通過(guò)虛線(xiàn)所表明的那樣。還能夠具有窗口 15的殼體蓋14例如能夠具有鋼并且優(yōu)選除窗口 15之外由鋼制成。通過(guò)在所示出的實(shí)施例中殼體部件10具有鋼包封件12，殼體蓋14能夠施加在殼體I的殼體部件10上并且如在常見(jiàn)的TO殼體中那樣在標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中借助于焊接與鋼底座固定。
[0082]替選于在此示出的、TO結(jié)構(gòu)類(lèi)型的殼體1，殼體I也能夠以不同于此的方式構(gòu)成。殼體I例如能夠具有由陶瓷或金屬構(gòu)成的安裝部件11，殼體蓋直接地設(shè)置在所述安裝部件上或設(shè)置在附加的側(cè)面部分上。此外，安裝部件11例如也能夠通過(guò)金屬芯電路板形成。與殼體I的幾何的和材料特定的設(shè)計(jì)方案無(wú)關(guān)，該殼體優(yōu)選具有盡可能大的熱導(dǎo)率。
[0083]安裝部件11具有安裝面13，在所述安裝面上設(shè)置有激光二極管芯片2。特別地，激光二極管芯片2經(jīng)由焊料層3直接地安裝在安裝部件11的安裝面13上從而電連接和熱連接到殼體I上。因此在激光二極管芯片2和安裝部件11之間僅設(shè)置有焊料層3。
[0084]焊料層3具有大于或等于3 μ m的厚度并且通過(guò)軟焊料形成、尤其是基于是選自Sn、In和Au的一種或多種金屬的軟焊料。特別地，焊料層能夠通過(guò)在上文中在概述部分中所提到的焊料材料來(lái)形成。
[0085]當(dāng)為了最佳的散熱在標(biāo)準(zhǔn)激光二極管器件中常見(jiàn)地將激光二極管芯片經(jīng)由盡可能薄的焊料層耦聯(lián)到殼體上，以便實(shí)現(xiàn)盡可能低的熱阻時(shí)，在此所描述的激光二極管設(shè)備100的焊料層3具有大于或等于3 μ m的厚度。第一焊料層3的厚度也能夠大于或等于4 μ m或者甚至大于或等于5μπ?。由此能夠補(bǔ)償熱引發(fā)的應(yīng)力，所述應(yīng)力在運(yùn)行時(shí)由于在激光芯片2中產(chǎn)生的熱量或者在焊上激光二極管芯片2之后進(jìn)行的冷卻和激光二極管芯片2和殼體I的不同的熱膨脹系數(shù)而出現(xiàn)。此外，通過(guò)如此厚的焊料層例如也能夠均衡安裝部件11的安裝面13上的表面不平坦性。當(dāng)安裝部件11具有在此示出的銅基體和由鋼制成的包封件時(shí)，尤其能夠出現(xiàn)該不平坦性。
[0086]激光二極管芯片2如在根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的圖2中所示出的那樣優(yōu)選構(gòu)成為邊緣發(fā)射的、具有通過(guò)側(cè)面形成的輻射耦合輸出面27和與輻射耦合輸出面相對(duì)置的后側(cè)面28的激光二極管芯片。輻射耦合輸出面27具有輻射耦合輸出區(qū)域270，經(jīng)由所述輻射耦合輸出區(qū)域放射在運(yùn)行時(shí)在激光二極管芯片2中產(chǎn)生的激光輻射。此外，激光二極管芯片2具有使輻射耦合輸出面27和后側(cè)面28彼此連接的側(cè)面。在輻射耦合輸出面27和后側(cè)面28上優(yōu)選施加有光學(xué)層(未示出)，所述光學(xué)層形成反射層和/或抗反射層，并且通過(guò)所述光學(xué)層形成具有期望的反射和耦合輸出特性的共振器。
[0087]特別地，激光二極管芯片2基于氮化物-化合物半導(dǎo)體材料。激光二極管芯片2為此具有襯底20，所述襯底優(yōu)選構(gòu)成為是導(dǎo)電的并且例如具有結(jié)晶的(In，Al，Ga)N或者由其構(gòu)成。在其之上生長(zhǎng)有基于氮化物-化合物半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層序列，優(yōu)選借助于外延法來(lái)生長(zhǎng)，例如金屬有機(jī)氣相外延(MO VPE, ^metal organic vapor phase epitaxy”)。激光二極管芯片2在襯底20上具有有源層23，所述有源層設(shè)置在波導(dǎo)層22和包封層21之間。特別地，激光二極管芯片2在襯底20上具有第一包封層21，在所述第一包封層上設(shè)置有第一波導(dǎo)層22并且在所述第一波導(dǎo)層之上設(shè)置有源層23。在有源層23之上沿生長(zhǎng)方向跟隨有另一個(gè)波導(dǎo)層22以及另一個(gè)包封層21并且在所述另一個(gè)波導(dǎo)層和所述另一個(gè)包封層之上跟隨有半導(dǎo)體接觸層24，所述半導(dǎo)體接觸層由例如呈金屬電極層形式的電連接層25接觸。激光二極管芯片2的電連接經(jīng)由電連接層25和導(dǎo)電襯底20進(jìn)行，所述導(dǎo)電襯底在背離半導(dǎo)體層21、22、23、24的一側(cè)上能夠具有另一個(gè)電連接層(未示出)。電連接層25例如能夠通過(guò)結(jié)構(gòu)化部?jī)H與半導(dǎo)體接觸層24的子區(qū)域電接觸，以便實(shí)現(xiàn)到有源層23的有針對(duì)性地選擇的區(qū)域中的電流注入。
[0088]所示出的、激光二極管芯片2借助于襯底20直接在焊料層3上的設(shè)置方向也稱(chēng)作“Epi up”。
[0089]在所示出的實(shí)施例中，從有源層23起觀(guān)察，朝向襯底20的半導(dǎo)體層是η型摻雜的，而以附圖標(biāo)記26來(lái)表示的、設(shè)置在有源層23的背離襯底20的一側(cè)上的半導(dǎo)體層是P型摻雜的。有源層23例如能夠是η型摻雜的或未摻雜的并且在所示出的實(shí)施例中尤其具有多重量子講結(jié)構(gòu)。
[0090]在下文中將激光二極管芯片2的與焊料層3相對(duì)置的一側(cè)稱(chēng)作為上側(cè)30并且將激光二極管芯片2的朝向焊料層3的且直接與焊料層3接觸的一側(cè)稱(chēng)作為下側(cè)31。上側(cè)例如能夠至少部分地通過(guò)電連接層25形成。如果電連接層25以結(jié)構(gòu)化的方式構(gòu)成，那么上側(cè)30也能夠部分地通過(guò)半導(dǎo)體接觸層24的露出的子區(qū)域和/或例如通過(guò)在子區(qū)域中施加在電連接層25和/或半導(dǎo)體接觸層24上的鈍化層形成。
[0091]如在上文中所描述的那樣例如能夠通過(guò)銅基體或具有高的熱導(dǎo)率的另一種材料形成的安裝部件11的材料通常與激光二極管芯片2相比具有明顯更高的熱膨脹系數(shù)。由此，在激光二極管芯片2焊上到殼體I的安裝部件11上之后尤其會(huì)在激光二極管芯片2和安裝部件11之間產(chǎn)生應(yīng)變，所述應(yīng)變根據(jù)焊料的選擇能夠可能僅部分地通過(guò)焊料層3來(lái)均衡。因此可能發(fā)生:安裝部件11在焊上激光二極管芯片2之后冷卻時(shí)收縮至，使得激光二極管芯片2在焊料層3上拱起并且在背離安裝部件11的上側(cè)30上具有凸?fàn)畹那俊Ｅc此相應(yīng)，在該情況下，激光二極管芯片2的朝向安裝部件11的下側(cè)31凹狀地成形。安裝部件11在冷卻時(shí)的收縮通過(guò)虛線(xiàn)箭頭來(lái)表明。如果激光二極管芯片2的拱形部過(guò)大，那么會(huì)造成至少部分的芯片剪切、即造成激光二極管芯片2至少部分地從焊料層3脫落。尤其優(yōu)選地，激光二極管芯片2因此如在圖3中通過(guò)點(diǎn)線(xiàn)所表明的那樣具有應(yīng)變，所述應(yīng)變力求達(dá)到使激光二極管芯片2的朝向安裝部件11的下側(cè)31在未安裝的狀態(tài)中凸?fàn)畹刈冃?。換而言之，激光二極管芯片2能夠制造成，使得其在制成之后優(yōu)選具有在圖3中通過(guò)點(diǎn)線(xiàn)表明的碗形的彎曲部。激光二極管芯片2在焊料層3的焊料冷卻之后也仍能夠容易地碗形地構(gòu)成。替選于此，激光二極管芯片2也能夠平坦地構(gòu)成或者以最小的碗形形狀近似平坦地構(gòu)成進(jìn)而在半導(dǎo)體層中具有應(yīng)變，所述應(yīng)變適合于至少部分地均衡能夠在焊接過(guò)程之后冷卻時(shí)出現(xiàn)的熱應(yīng)變并且所述應(yīng)變至少部分地抵抗激光二極管芯片2的朝向安裝部件11的下側(cè)31的凹狀的變形。
[0092]激光二極管芯片2的半導(dǎo)體層的相應(yīng)的應(yīng)變能夠通過(guò)在半導(dǎo)體層生長(zhǎng)時(shí)適當(dāng)選擇的工藝參數(shù)來(lái)調(diào)整。
[0093]替選于或附加于在圖3中所表明的應(yīng)變，激光二極管芯片2在下側(cè)31上也能夠具有至少一個(gè)錨固元件32并且優(yōu)選具有多個(gè)錨固元件32，所述錨固元件通過(guò)凹處和/或隆起形成。在圖4Α至4C中示出這樣的錨固元件32的實(shí)例，所述錨固元件尤其也能夠組合地存在。通過(guò)錨固元件32能夠?qū)崿F(xiàn)將激光二極管芯片2充分地粘附在焊料層3上，由此能夠?qū)崿F(xiàn)大面積的熱連接進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光二極管芯片2和殼體I之間的熱阻的降低。
[0094]在圖4Α中，錨固元件32通過(guò)輻射耦合輸出面27和下側(cè)31之間的芯片邊緣處的凹處形成，焊料層3的焊料能夠接合到所述凹處中。這種構(gòu)成為凹處的、優(yōu)選沿著芯片邊緣延伸且階梯形構(gòu)成的錨固元件32能夠有針對(duì)性地被引入，以便實(shí)現(xiàn)芯片邊緣與焊料層3的焊料的咬合。替選地或附加地，構(gòu)成為階梯形凹處的錨固元件32也能夠設(shè)置在下側(cè)31和后側(cè)面28之間和/或下側(cè)31和側(cè)面29之間的芯片邊緣處。此外，在全部芯片邊緣處在下側(cè)31上分別能夠設(shè)有構(gòu)成為階梯形凹處的錨固元件32。
[0095]在圖4B和4C中示出激光二極管芯片2的下側(cè)31中的作為錨固元件32的隆起和凹處。所述隆起和凹處能夠通過(guò)激光二極管芯片的下側(cè)31的有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)化來(lái)產(chǎn)生并且例如也大量規(guī)則地構(gòu)成為分散的點(diǎn)狀的或線(xiàn)狀的隆起或凹處。優(yōu)選地，多個(gè)呈隆起和凹處形式的錨固元件32也能夠通過(guò)下側(cè)31的粗糙化來(lái)制造。在該情況下，錨固元件32在整個(gè)下側(cè)31上以隨機(jī)分布的方式設(shè)置并且能夠過(guò)渡到彼此中。
[0096]根據(jù)所示出的實(shí)施例的錨固元件32例如能夠通過(guò)干化學(xué)或濕化學(xué)刻蝕、尤其是各向異性刻蝕方法、光刻結(jié)構(gòu)化和/或機(jī)械的結(jié)構(gòu)化來(lái)制造。
[0097]錨固元件32優(yōu)選具有這樣的尺寸、即寬度和/或深度或高度，使得焊料層3的焊料能夠滲入到錨固元件32之間或滲入到其中。優(yōu)選地，錨固元件的尺寸為此大于或等于
0.1 μ m并且尤其優(yōu)選大于或等于0.5 μ m。此外，錨固元件32具有下述尺寸，所述尺寸最大為使得焊料層3的焊料能夠完整地使該錨固元件變形或填充該錨固元件，以至于將焊料層3無(wú)縮孔和氣泡地連接到激光二極管芯片2的下側(cè)31上是可行的。對(duì)此，錨固元件優(yōu)選具有小于或等于?ο μ m的尺寸并且優(yōu)選具有小于或等于5 μ m的尺寸。
[0098]在圖5A至11中部分地示出另外的實(shí)施例，所述實(shí)施例能夠與上述實(shí)施例組合并且其中激光二極管芯片2在至一個(gè)側(cè)面29、輻射耦合輸出面27和/或后側(cè)面28上具有金屬化部6。金屬化部6通過(guò)一個(gè)或多個(gè)金屬層形成,所述金屬層優(yōu)選具有Au、T1、Pt、Cr、Pd、N1、Ag、W、Cu或它們的混合物或合金或者由其制成。通過(guò)金屬化部能夠附加地冷卻激光二極管芯片2的通過(guò)這種方式覆層的面，由此能夠?qū)崿F(xiàn)更有效的熱輸出。
[0099]在下文中描述的激光二極管芯片2的棱面上、即在輻射耦合輸出面27和后側(cè)面28上，示出呈反射層或抗反射層形式的光學(xué)層7。
[0100]在附圖5A和5B中，在上側(cè)的俯視圖中并且在平行于輻射耦合輸出面27的剖面圖中示出激光二極管芯片2，所述激光二極管芯片在使輻射耦合輸出面27和后側(cè)面28彼此連接的側(cè)面29上分別具有金屬化部6。金屬化部6在此以與激光二極管芯片2的襯底和半導(dǎo)體層直接接觸的方式設(shè)置并且同時(shí)形成激光二極管芯片2的外面。如從圖5B中可見(jiàn)，金屬化部6從安裝部件11起或從下側(cè)31起觀(guān)察設(shè)置在有源層23下方，以便避免激光二極管芯片2的η型摻雜和P型摻雜的側(cè)的短路。由于金屬化部6形成激光二極管芯片2的外側(cè)，焊料層3的焊料能夠浸潤(rùn)該金屬化部浸潤(rùn)并且提升到所述金屬化部上，如在圖5Β中表明。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)焊料層3和激光二極管芯片2的側(cè)面29之間的良好的熱接觸，由此側(cè)面29能夠有助于激光二極管芯片2的降溫。
[0101]在圖6和7中部分地示出另外的實(shí)施例，其中，如在圖5Α和5Β的實(shí)施例中一樣，金屬化部6設(shè)置在側(cè)面29上。在將金屬化部這樣設(shè)置在側(cè)面上時(shí)在側(cè)邊緣上存在提高的短路風(fēng)險(xiǎn)，所述短路風(fēng)險(xiǎn)能夠通過(guò)所施加的金屬化部6和/或通過(guò)在焊接過(guò)程中提升的焊料引起，因?yàn)榻饘兕w粒朝向源層23遷移并且例如能夠跨接該有源層。因此，圖6和7的實(shí)施例的激光二極管芯片2具有凹處33，所述凹處優(yōu)選從輻射耦合輸出面27延伸至后側(cè)面28并且所述凹處用鈍化部34、例如介電氧化物、如S12覆蓋。凹處33具有這樣的深度，使得其從上側(cè)30起觀(guān)察伸至有源層23的下方。由此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)金屬化部6的顆?；蚝噶项w粒的阻擋，使得這些顆粒不會(huì)再引起短路。
[0102]如圖6中所示，凹處33能夠在上側(cè)30和側(cè)面29之間的芯片邊緣上構(gòu)成。此外，如圖7中所示，凹處33也進(jìn)一步向內(nèi)沿朝向有源層23的通過(guò)結(jié)構(gòu)化的電連接層25限定的通電區(qū)域的方向拉伸。凹處33也能夠稱(chēng)作為臺(tái)面溝槽。
[0103]在圖8中示出另一個(gè)實(shí)施例，其中金屬化部6在光學(xué)層7上設(shè)置在輻射耦合輸出面27和后側(cè)面28上并且形成激光二極管芯片2的外側(cè)，由此焊料層3的焊料能夠提升到后側(cè)面28和輻射耦合輸出面27上從而能夠引起激光二極管芯片2的棱面良好地?zé)徇B接到焊料層3上進(jìn)而連接到殼體I上。尤其在金屬化部6位于輻射耦合輸出面27上的情況下重要的是，金屬化部6如在圖8中所示出的那樣從下側(cè)31起觀(guān)察設(shè)置在有源層23下方，使得輻射耦合輸出區(qū)域270不具有金屬化部6。
[0104]在圖9中，在俯視圖中示出激光二極管芯片2的另一個(gè)實(shí)施例，其中輻射耦合輸出面27、后側(cè)面28還有側(cè)面29都設(shè)有金屬化部6，使得激光二極管芯片2能夠在四周被熱連接。
[0105]在圖10中示出激光二極管芯片2的另一個(gè)實(shí)施例，其中與圖8的實(shí)施例相比，金屬化部6直接地設(shè)置在福射稱(chēng)合輸出面27和后側(cè)面28上。換而言之,金屬化部6在光學(xué)層7和激光二極管芯片2的半導(dǎo)體層之間設(shè)置在輻射耦合輸出面27和后側(cè)面28上。由此，盡管不能夠通過(guò)焊料層3的焊料實(shí)現(xiàn)金屬化部6的浸潤(rùn)，然而還是能夠通過(guò)金屬化部6與輻射耦合輸出面27和后側(cè)面28的直接接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)激光二極管芯片2的棱面的尤其有效的降溫。
[0106]在圖11中示出激光二極管芯片2的另一個(gè)實(shí)施例，其中與之前的實(shí)施例相比，光學(xué)層7僅部分地施加在輻射耦合輸出面27和后側(cè)面28上并且尤其不伸至焊料層3，使得能夠?qū)崿F(xiàn)之前的附圖的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)的組合，因?yàn)榻饘倩?直接地設(shè)置在棱面上并且同時(shí)能夠由焊料層3的焊料浸潤(rùn)。
[0107]在附圖和實(shí)施例中所示出的和所描述的特征根據(jù)另外的實(shí)施例能夠彼此組合，SP使這些組合沒(méi)有在附圖中示出或描述時(shí)也是如此。此外，在附圖中示出的實(shí)施例也能夠具有根據(jù)概述部分的實(shí)施方式的替選的或附加的特征。
[0108]本發(fā)明不受限于根據(jù)所述實(shí)施例進(jìn)行的描述。相反，本發(fā)明包括各個(gè)新的特征以及特征的各個(gè)組合，這尤其包含權(quán)利要求中的特征的各個(gè)組合，即使所述特征或所述組合本身沒(méi)有在權(quán)利要求或?qū)嵤├忻鞔_地說(shuō)明時(shí)也是如此。
【權(quán)利要求】
1.一種激光二極管設(shè)備，所述激光二極管設(shè)備具有 帶有安裝部件(11)的殼體(I)和 在所述殼體(I)中在所述安裝部件(11)上的基于氮化物-化合物半導(dǎo)體材料的激光二極管芯片(2)，所述激光二極管芯片在襯底(20)上具有帶有用于產(chǎn)生光的有源層(23)的半導(dǎo)體層(21，22，23，24)并且所述激光二極管芯片具有帶有用于放射所產(chǎn)生的光的輻射耦合輸出區(qū)域(270)的輻射耦合輸出面(27)、與所述輻射耦合輸出面(27)相對(duì)置的后側(cè)面(28)和使所述輻射耦合輸出面(27)和所述后側(cè)面(28)連接的側(cè)面(29)， 其中所述激光二極管芯片(2)借助于焊料層(3)直接安裝在所述安裝部件(11)上并且所述焊料層(3)具有大于或等于3μπι的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管設(shè)備，其中所述襯底(20)是由結(jié)晶的(In，Al，Ga) N構(gòu)成的導(dǎo)電襯底，并且所述激光二極管芯片(2)借助于所述焊料層(3)直接地與激光二極管芯片(2)的電連接層或所述襯底(20)安裝在所述安裝部件(11)上，所述電連接層設(shè)置在所述襯底(20)的背離所述半導(dǎo)體層(21，22，23，24)的一側(cè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光二極管設(shè)備，其中所述安裝部件(11)具有由金屬、尤其是銅構(gòu)成的或者由陶瓷構(gòu)成的基體或金屬芯電路板。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述殼體(I)具有與所述安裝部件(11)連接的殼體部件(10)，所述殼體部件(10)和所述安裝部件(11)具有由銅制成的基體，并且至少所述殼體部件(10)用鋼包封。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述殼體(I)在所述安裝部件(11)之上具有殼體蓋(14)，所述殼體蓋封閉所述殼體(I)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述焊料層(3)由軟焊料構(gòu)成。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述激光半導(dǎo)體芯片(2)具有下述應(yīng)變，所述應(yīng)變力求達(dá)到使所述激光二極管芯片(2)的朝向所述安裝部件(11)的下側(cè)(31)凸?fàn)畹刈冃位蛘叩挚钩蛩霭惭b部件(11)的下側(cè)(31)的至少一個(gè)凹狀的變形。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述激光二極管芯片(2)在朝向所述安裝部件(11)的下側(cè)(31)中具有至少一個(gè)用于所述焊料層(3)的錨固元件(32)，所述錨固元件通過(guò)凹處或隆起形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光二極管設(shè)備，其中所述激光二極管芯片(2)具有多個(gè)錨固元件(32)，所述錨固元件構(gòu)成為所述下側(cè)(31)中的隆起和/或凹處。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的激光二極管設(shè)備，其中所述激光二極管芯片(2)在所述下側(cè)(31)和所述輻射耦合輸出面(27)或所述后側(cè)面(28)或側(cè)面(29)之間的芯片邊緣處具有階梯形的凹處作為錨固元件(32)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述激光二極管芯片(2)在所述側(cè)面(29)上具有金屬化部(6)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述激光二極管芯片(2)在所述輻射耦合輸出面(27)和/或所述后側(cè)面(28)上具有金屬化部(6)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光二極管設(shè)備，其中所述金屬化部(6)在所述輻射耦合輸出面(27)和/或所述后側(cè)面(28)上的光學(xué)層(7)與所述半導(dǎo)體層之間直接地設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的激光二極管設(shè)備，其中所述金屬化部(6)形成所述激光二極管芯片(2)的外側(cè)并且所述焊料層(3)的焊料浸潤(rùn)所述金屬化部(6)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述金屬化部(6)具有下述金屬中的至少一種或多種:Au、T1、Pt、Cr、Pd、N1、Ag、W、Cu。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中的任一項(xiàng)所述的激光二極管設(shè)備，其中所述激光二極管芯片(2)在背離所述安裝部件(11)的上側(cè)(30)上具有至少一個(gè)從所述后側(cè)面(28)朝向所述輻射耦合輸出面(27)延伸的凹處(33)，所述凹處用鈍化部(34)覆蓋。
【文檔編號(hào)】H01S5/024GK104247172SQ201380019818
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月12日
【發(fā)明者】烏韋·施特勞斯, 森克·陶茨, 艾爾弗雷德·萊爾, 克萊門(mén)斯·菲爾海利希 申請(qǐng)人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司