[發明專利]激光二極管裝置

在審

• 申請號: 201510583595.2
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN105207052A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 艾爾弗雷德·萊爾;森克·陶茨;烏韋·施特勞斯;克萊門斯·菲爾海利希
• 申請（專利權）人: 歐司朗光電半導體有限公司
• 主分類號: H01S5/022
• 分類號: H01S5/022;H01S5/024;H01S5/028
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 丁永凡;張春水

本發明是申請日為2013年3月19日、申請號為201310088321.7、發明名稱為“激光二極管裝置”的發明申請的分案申請。

技術領域

本發明提出一種激光二極管裝置。

所述專利申請要求德國專利申請102012102305.0的優先權，其公開內容通過參引的方式并入本文。

背景技術

具有較高的光學功率密度的光源是對于多個應用的關鍵組件。例如，由氮基化合物半導體材料系統制成的激光二極管具有用于投影系統的高的市場潛力，尤其是這樣的具有位于1000流明至10000流明之間的光通量。

因此，對于這類應用而言，具有高的輸出功率以及緊湊的殼體的組件是必要的。出于成本原因并且在標準化的范圍中，所謂的TO結構系列(TO：“晶體管外形”)的殼體通常呈TO金屬殼體(“TO金屬罐封裝”)的形式，例如呈已知的結構尺寸TO38、TO56和TO90的形式，其中，TO金屬殼體基本上由鋼制成。然而至今為止，呈這樣的標準TO構型、下面也簡稱為“TO殼體”的目前可用的激光二極管局限于低于3瓦的光學功率，這對于許多應用來說是不夠的。然而直至今日還沒實現具有這樣的構型的高于3瓦的光學功率。

例如從文獻C.Vierheilig等，Proc.SPIE(國際光學工程學會的會議記錄)，卷8277，82770K，2012中已知在TO殼體中的發射藍光的氮基激光二極管，所述氮基激光二極管在室溫下連續工作時能夠在最高2.5瓦的輸出功率下發射出具有在440nm至460nm的范圍內的波長的光。

光學輸出功率的提高通常情況下通過擴大光學諧振器的尺寸，即尤其是擴大芯片面積而引起，因為在氮基激光二極管中顯示出與電流密度相關的長期老化特性，如例如在文獻S.Lutgen等，Proc.SPIE，卷7953，S.79530Gl-12,2011中所說明的一樣。此外也能夠通過擴大有源面積而改善從產生光的層朝向熱沉方向的熱傳輸。

然而，本申請的發明者在自己的試驗和研究中發現，芯片面積的擴大不導致功率提高。為此，在圖1A中為基于氮化物化合物半導體材料的發射藍光的激光二極管芯片示出取決于工作電流I(單位：安培)的光學輸出功率(單位：瓦)的測量。在此，用于測量的激光二極管芯片分別位于TO殼體中。為分別具有200μmx1200μm的結構尺寸和15μmx1200μm的有源面積的兩個單芯片確定測量曲線1001和1002。為了達到較高的功率，研究上述的將芯片面積加倍的方式。由這樣的加倍所期待的功率提高以虛線1003的形式表明。然而已證實的是，相對期望在雙倍的芯片面積的情況下可實現的最大功率甚至比在單芯片的情況下還小，如從用于具有相比于之前所說明的單芯片加倍的有源面積的激光二極管芯片的曲線1004可見的。

除了由不銹鋼制成的標準TO殼體以外，還已知的是下述TO殼體，所述TO殼體為了更好的散熱而具有基于銅的或帶有銅芯以及鋼制表面的殼體部件，如例如在文獻DE1184870中所說明的，并且所述TO殼體由于良好導熱的銅而應導致從激光二極管芯片的散熱的改善。

在圖1B中基于發明者的試驗示出激光二極管芯片在不同的TO殼體中取決于工作電流I(單位：安培)的光學輸出功率P(單位：瓦)以及工作電壓(單位：伏特)的測量。曲線1005和1007示出在具有鋼制底座(“基板(baseplate)”)和銅制裝配件(“晶體管管座(stem)”)的常見的TO56標準殼體中的發射藍光的GaN激光二極管芯片的取決于電流的光學功率以及與此相關聯的工作電壓，而曲線1006和1008示出對在具有用鋼包封的銅制底座和用鋼包封的銅制裝配件的替選TO56殼體中的激光二極管芯片的相應測量。顯而易見，具有基于用鋼包封的銅的底座的替選的殼體沒有毫無問題地導致激光二極管芯片的最大功率的改善。因此，并沒有激光二極管制造商將這種替選TO殼體的方法繼續用于氮基激光二極管。

發明內容

特定的實施形式的至少一個目的是，提出一種激光二極管裝置。