CN105406351B - 激光二极管装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光二极管装置，其具有：壳体(1)，该壳体具有壳体部件(10)和与壳体部件(10)连接的安装部件(11)，该安装部件沿着延伸方向(110)背离壳体部件(10)地延伸；和在安装部件(11)上的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有半导体层(21，22，23，24，26)，该半导体层具有用于放射光的有源层(23)，其中壳体部件(10)和安装部件(11)具有由铜制成的基体，并且至少壳体部件(10)是钢包封的，并且在激光二极管芯片(2)与安装部件(11)之间设置有厚度大于或等于3μm的第一焊料层(3)。

Description

激光二极管装置
本发明申请是申请日为2013年3月19日、申请号为“201310088473.7”、发明名称为“激光二极管装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
提出了一种激光二极管装置。
本专利申请要求德国专利申请10 2012 102 306.9的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
具有高光学功率密度的光源是用于多种应用的关键器件。例如，由氮基化合物半导体材料系制成的激光二极管对于尤其具有1000到10000流明之间的光通量的投影系统而言具有高的市场潜力。
因此，对于这种应用需要具有高输出功率的器件以及紧凑的壳体。由于成本原因和在标准化范围中来讲，TO金属壳体(“TO metal can(TO金属罐)”)形式的所谓TO构造系列(TO:“transistor outline(晶体管构型)”)的，例如以已知的构造尺寸TO38、TO56和TO90的形式的壳体是常见的，其中TO金属壳体基本上由钢制成。然而，如今可用的这以种标准TO构型的激光二极管(下面也简称为“TO壳体”)至今限定于低于3瓦的光学功率，这对于多种应用而言并不足够。然而，至今尚未以这种构型实现高于3瓦的光学功率。
例如由C.Vierheilig等所著并发表于Proc.SPIE,Bd.8277K，2012的出版物在TO壳体中发蓝光的氮基激光二极管(blau emittierende Nitrid-basierte Laserdioden inTO-)中已知的是，在室温下持续工作中可以在最大2.5瓦输出功率下放射具有在440nm到460nm范围中波长的光。
光学输出功率的提高通常通过如下方式来尝试：增大光学谐振器的尺寸，即尤其是芯片面积，因为在氮基激光二极管中显现出与电流密度相关的长时间老化特性，例如在S.Lutgen等所著并发表于Proc.SPIE，Bd.7953，S.79530G，2011的出版物中所描述的那样。此外，通过增大有源面也可以改进从产光层朝热沉方向的热传递。
然而，本申请的发明人在自己的探索和研究中发现，芯片面积的增大并不引起功率提高。为此，在针对基于氮化物化合物半导体材料的发蓝光的激光二极管芯片的图1A中示出了根据工作电流I(以安培为单位)进行的光学输出功率P(以瓦特为单位)的测量。在此，用于测量的激光二极管芯片分别位于TO壳体中。对于分别具有200μm×1200μm的结构尺寸和15μm×1200μm的有源面的两个单个芯片得出测量曲线1001和1002。为了实现较高的功率，以将芯片面积加倍的方式探索上面描述的方法。从这种加倍方式中期待的功率提高以虚线1003的形式来阐明。然而示出的是，如从对应于具有与前面描述的单个芯片相比有源面积加倍的激光二极管芯片的曲线1004看出那样，在加倍的芯片面积下可实现的最大功率与期望相反地甚至还比单个芯片的情况下更小。
此外，为了例如通过降低在电流流动时电子和空穴到产光量子膜中的注入壁垒的方式来提高激光二极管芯片中的产光效率，已知如下激光二极管芯片，其在非极性或者半极性的衬底上生长，例如在U.Strauβ等所著并发表在physica status solidi，Bd.248.，第652-657页，2010的出版物中描述那样。如在D.Sizov等所著并发表在IEEE Journal ofLightwave Technology，Bd.30，第679-699页，2010的出版物中描述那样，用于这种非极性或半极性生长的激光二极管芯片的可实现的电压却并不比相应的极性生长的激光二极管芯片更好。
除了不锈钢制成的标准TO壳体之外也已知如下TO壳体，该TO壳体为了更好的散热而具有基座，该基座基于铜或者具有铜芯和钢表面，例如在文献DE1184870中描述那样，并且该TO壳体由于良好导热的铜而应造成从激光二极管芯片的散热的改进。
在图1B中基于本发明人的探索示出了根据工作电流I(以安培为单位)进行的对不同TO壳体中的激光二极管芯片的工作电压U(以伏特为单位)以及光学输出功率P(以瓦特为单位)的测量。曲线1005和1007示出了在具有钢基座(“base plate(基板)”)和铜安装部件(“stem(晶体管管座)”)的常见TO56标准壳体中的发蓝光的GaN激光二极管芯片的电流相关的光学功率以及与此关联的工作电压，而曲线1006和1008示出了对于在具有钢包封的铜基座和钢包封的铜安装部件的替选TO56壳体中的激光二极管芯片的相应测量。如容易识别出那样，该具有基于钢包封的铜的基座的替选壳体不易造成激光二极管芯片的最大功率的改进。因此，并没有激光二极管制造商将这种替选TO壳体的方法继续用于氮基激光二极管。
发明内容
特定的实施形式的至少一个目的是提出一种激光二极管装置。
所述目的通过一种激光二极管装置来实现，其具有壳体，所述壳体具有壳体部件和与所述壳体部件连接的安装部件，所述安装部件沿着延伸方向背离所述壳体部件地延伸；和在所述安装部件上的激光二极管芯片，所述激光二极管芯片在衬底上具有半导体层，所述半导体层具有用于放射光的有源层，其中所述壳体部件和所述安装部件具有由铜制成的基体，并且至少所述壳体部件是钢包封的，并且在所述激光二极管芯片与所述安装部件之间设置有厚度大于或等于3μm的第一焊料层。该激光二极管装置的有利的实施形式和改进方案在下文中表征并且此外从下面的描述和附图中得出。
根据至少一个实施形式，激光二极管装置具有其中设置有激光二极管芯片的壳体。壳体尤其具有壳体部件和与壳体部件连接的安装部件，该安装部件沿着延伸方向背离壳体部件地延伸。换言之，安装部件从壳体部件伸出并且例如能够构成为栓状。安装部件具有沿着安装部件的延伸方向背离壳体部件延伸并且其上设置有激光二极管芯片上的安装面。壳体部件尤其能够设置和构成为，使得壳体盖能够设置在壳体部件上以用于封闭壳体。
尤其能够相互一件式构成的壳体部件和安装部件分别具有由铜制成的基体或者在一件式设计方案中还具有由铜制成的共同基体。至少壳体部件此外为钢包封的。这说明，壳体部件基本上由基体的铜制成并且用钢层覆盖。钢层例如能够通过不锈钢制成的层构成。
此外，壳体部件例如能够具有孔或开口，通过这些孔或开口，馈电线例如能够以接触腿的形式从壳体部件的背离安装部件的侧伸至设置有安装部件的侧。馈电线可以设置为用于电接触激光二极管芯片，例如通过馈电线与激光二极管芯片之间的线连接来接触。
根据另一实施形式，除了壳体部件外，安装部件也由钢包封。
在该实施形式中，壳体部件和安装部件尤其能够具有以钢层覆盖的共同的铜基体。
尤其，壳体可以构成为例如具有结构尺寸TO38、TO56或TO90的所谓的TO壳体。壳体部件也可以称作“base plate”，并且安装部件称作“stem”。与通常使用的具有基本上由钢制成并且不具有铜基基体的至少一个壳体部件或者壳体部件和安装部件的标准TO壳体相比，在此描述的壳体由于钢包封的壳体部件具有铜而具有更高导热能力。
根据另一实施形式，壳体具有施加在壳体部件上并且与壳体部件焊接的壳体盖。为此尤其有利的是，壳体部件是钢包封的，因为由此如在具有钢基座的标准TO壳体中那样，壳体盖能够与壳体部件焊接。安装部件沿着其延伸方向从壳体部件伸到壳体盖中，使得激光二极管芯片在已安装壳体盖的情况下在通过壳体盖和壳体部件构成的空腔中位于安装部件上。壳体盖此外在背离壳体部件的侧上具有窗，由激光二极管芯片在工作中发射的光能够通过该窗从激光二极管装置放射。壳体盖例如能够具有钢，尤其不锈钢，或者除了窗之外由其制成。
通过将壳体部件与以罩形式在安装部件之上进而也在安装部件上的激光二极管芯片之上构成的壳体盖焊接，壳体能够气密地或者至少非常密封地封闭。
根据另一实施形式，激光二极管芯片借助第一焊料层设置在安装部件上。这尤其表示，在激光二极管芯片和安装部件之间设置有第一焊料层。第一焊料层具有大于或等于3μm的厚度。特别优选地，焊料层的厚度也能够大于或等于5μm。
激光二极管芯片可以借助第一焊料层直接安装在安装部件上。对此替选地，在激光二极管芯片与安装部件之间也能够设置有构成为所谓的热扩散器的导热元件。导热元件尤其能够用于将激光二极管芯片与安装部件之间的热流扩开或扩散，以便在到壳体中、即尤其到安装部件中的热传递中实现大的过渡面。此外，导热元件例如也能够补偿激光二极管芯片与壳体之间的应力，该应力例如可以通过壳体和激光二极管芯片不同的热膨胀系数造成。
根据另一实施形式，导热元件借助于第一焊料层固定在安装部件上。激光二极管芯片借助于第二焊料层固定在导热元件上。例如第二焊料层也可以具有大于或等于3μm并且优选大于或等于5μm的厚度。结合第一焊料层描述的特征和优点也可以适用于第二焊料层并且反之亦然。
根据另一实施形式，导热元件具有碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、铜钨(CuW)或者金刚石，或者由其制成。碳化硅、氮化硼、铜钨和金刚石的特征能够在于特别高的导热能力。对此替选地，导热元件也能够具有氮化铝。
由此，在此描述的激光二极管装置中，在通常具有不同热膨胀系数的激光二极管芯片与铜基安装部件的基体之间能够存在同样具有不同的热膨胀系数的一种或多种材料，尤其是第一焊料层和此外例如安装部件的钢包封部和/或一种或多种其他焊料层和/或导热元件。由此，能够在工作中在激光二极管芯片与壳体之间或者在激光二极管芯片与导热元件之间以及在导热元件与壳体之间形成温度应力，该温度应力会对激光二极管装置的工作造成不利影响。如在现有技术中常见地，激光二极管芯片借助于焊料层安装，该焊料层的厚度保持为尽可能薄，尤其小于2μm，以便实现尽可能良好的导热，而在这里描述的激光二极管装置中，使用具有优选明显更大厚度的第一焊料层和必要时第二焊料层。在此容忍这种焊料层较高的热阻，因为这种厚度的焊料层证明为有利于补偿壳体与激光二极管芯片之间的温度应力。例如，在此描述的焊料层能够具有基于铟的软焊料，以便能够特别良好地补偿不同的热膨胀。由此在这里描述的激光二极管装置中可能的是，将例如碳化硅、氮化硼、铜钨或金刚石的材料用作导热元件，这些材料相对于氮化铝具有更高导热能力，然而也相对于用于激光二极管芯片的常见材料具有明显更不同的热膨胀系数。
根据另一实施形式，激光二极管芯片基于氮化物半导体材料。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。在该衬底上能够施加外延层序列，即外延生长的半导体层，这些半导体层基于氮化物半导体材料并且由此基于InAlGaN。
属于InAlGaN基化合物半导体材料、(In,Al,Ga)N基化合物半导体材料以及氮化物半导体材料的尤其是具有III-V族化合物半导体材料系InxAlyGa1-x-yN中的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1，例如即GaN、AlN、AlGaN、InGaN、AlInGaN。激光二极管芯片尤其能够在衬底上具有半导体层序列，该半导体层序列具有尤其基于AlGaInN和/或InGaN的、设置用于在工作中放射光的有源层。激光二极管芯片尤其能够在工作中发射从紫外至绿色波长范围中的光。
根据另一实施形式，激光二极管芯片在衬底上具有半导体层，这些半导体层例如在波导层和包封层之间具有有源层。尤其能够在衬底上施加第一包封层，在第一包封层上施加第一波导层，在第一波导层上施加有源层，在有源层上施加第二波导层并且在第二波导层上施加第二包封层。在第二包封层上还能够设置半导体接触层并且在半导体接触层上能够设置例如金属层形式的电连接层。激光二极管芯片的电接触能够特别优选地通过与衬底对置的电连接层以及通过导电衬底来进行，其中衬底在与半导体层背离的侧上也能够具有电连接层。在有源层与衬底背离的侧上能够在波导层和包封层之间还设置有载流子阻挡层，以便避免所谓的载流子过冲。
例如在衬底与有源层之间设置的半导体层可以是n掺杂的，并且从衬底来看设置在有源层上的半导体层可以是p掺杂的。对此替选地，掺杂顺序也可能是相反的。有源层可以是未掺杂或n掺杂的。激光二极管芯片可以例如具有常规pn结、双异质结构或者量子阱结构、尤其优选具有多量子阱结构(MQW结构)来作为有源层。术语量子阱结构在本申请范围中尤其包括其中载流子可以通过限制(“confinement”)经历其能量状态量子化的每个结构。尤其，量子阱结构可以具有量子阱、量子线和/或量子点及这些结构的组合。例如，有源层可以在适当地构成的阻挡层之间具有InGaN基的量子膜。
根据另一实施形式，激光二极管芯片如之前描述那样基于氮化物半导体材料并且具有非极性或半极性的晶体结构。氮化物半导体材料具有纤锌矿晶格结构并且通常生长为,使得晶体学的c轴线对应于生长方向并且由此生长平面对应于[0001]晶面。该生长引起极性晶体结构，通过该晶体结构产生在半导体晶体内部的、引起内部极化的压电场，由此使得载流子到有源层中的注入以及载流子在有源层中的分配变得困难。如在U.Strauβ等所著并且在physica status solidi，Bd.246，第652-657页，2010发表的出版物中描述的，示出极性晶体结构的模拟，在具有带量子膜的量子阱结构的有源层中的极性晶体结构中能够形成每量子膜数百毫伏的、与量子膜的发射波长有关的注入壁垒。由D.Sizov等所著并发表在IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，Bd.17，Nr.S，第1390-1401页，2011的出版物中描述了通过半极性晶界面降低注入壁垒。
在此和下文中的晶体结构称作“非极性”或“半极性”晶体结构，该晶体结构生长方向进而其竖直电流方向在工作中从氮化物半导体材料的晶体学的c轴线偏离，并且尤其并不与其平行，并且该晶体结构由此具有从[0001]平面偏离并且并不与其平行的生长轴线。非极性晶体结构的示例例如是如下方向或生长平面：[1-100]、[11-20]以及这之间的所有晶面。半极性平面是在[0001]平面与非极性晶面之间的所有晶面。非极性或者半极性晶体结构例如能够通过半导体层在非极性或半极性衬底表面上的生长来实现。
由此，通过激光二极管芯片的非极性或半极性晶体结构可能的是，将激光二极管芯片的有源层中的压降进而损耗功率相对于基于氮化物半导体材料且具有极性晶体结构的激光二极管芯片降低。然而，在具有非极性或半极性晶体结构的激光二极管芯片中，至今无法实现如下正向电压，该正向电压在直流情况下比具有极性晶体结构的发光二级管芯片更低。发明人将这归因于较高的接触电阻，尤其归因于在半导体层的背离衬底的侧上对于电连接层的较高接触电阻。在有源层的背离衬底的侧上的半导体接触层为p掺杂的情况下，这例如可以归因于氮化物半导体材料的p型重掺杂能力。
这里描述的激光二极管芯片尤其可以实施为，使得激光二极管芯片与基于氮化物半导体材料并且具有极性晶体结构的激光二极管芯片相比在工作中在有源层的背离衬底的侧上的半导体层中具有更大损耗功率，并且在有源层中具有比基于具有极性晶体结构的氮化物半导体材料的激光二极管芯片更小的损耗功率。
如上面描述那样，例如是基于铜或者具有铜芯和钢表面的TO壳体的壳体的应用与由不锈钢制成的标准TO壳体的应用相比就其本身而言并未改进激光功率，而具有在氮化物化合物半导体材料中的非极性或半极性晶体结构的激光二极管芯片的应用并未改进正向电压。具有大于或等于3μm厚度的焊料层的应用由于较高热阻而也表现为不利的。
然而，本发明人认识到，上面描述的具有铜基体的壳体、基于带有非极性或半极性晶体结构的氮化物半导体材料的激光二极管芯片与厚度大于或等于3μm的第一焊料层的组合特别利于实现比已知激光二极管装置更高的输出功率。与在其他激光系统中例如TO壳体中的GaAs基的激光二极管芯片的现有技术不同，本发明人认识到，有利的是在工作中在激光二极管芯片内产生大的温度梯度，这通过适当地选择和组合这里描述的激光二极管装置的部件来实现。尤其通过与常见的基于带有极性晶体结构的氮化物半导体材料相比不同的损耗功率分布并且通过壳体的基体的铜又实现激光二极管芯片中大的温度梯度，并且与其相反实现在壳体材料中小的温度梯度，其中铜基体的良好热导率，如上面描述那样，并不是自身单独有利的，而是与在此描述的激光二极管芯片组合时是有利的。这里描述的壳体与这里描述的激光二极管芯片的组合还恰好通过如下方式实现：应用与现有技术相比明显更厚并且鉴于较高热阻显得不利的第一焊料层。
此外有利的是，在这里描述的激光二极管装置中与已知的激光二极管芯片相比增大激光二极管芯片有源层的面积。尤其，有源层可以具有大于或等于10000μm2并且优选大于或等于20000μm2直至30000μm2的面积。在此，将电流密度从最大值到10％的下降作为面积限制。
如上面描述那样，鉴于实现激光二极管芯片较高的输出功率，仅仅增大有源层面积是不利的。然而本发明人认识到，只有通过与上面描述的激光二极管芯片中的温度梯度组合才能实现较高输出功率，该温度梯度能够通过大面积通电的、产生激光的芯片面来实现。激光二极管芯片中的温度梯度仅能够再通过将较小放热以及到有源层中和从有源层中出来的更高的导热与现有技术相比在有源层的背离衬底的侧上更热的电接触相结合来实现。
在此，有源层的背离衬底的侧上的电接触的劣化，即有针对性地设置与现有技术相比更高的损耗功率不仅通过有源层中较低的损耗来补偿，而且通过可能的高电流工作、例如通过有源层更大的面积和激光二极管芯片中有针对性设置的温度梯度来过补偿，使得恰好能通过这里描述的措施的组合来实现与现有技术相比以提高输出功率形式的明显改进。在这里描述的激光二极管装置中，尤其能够实现数瓦特的、尤其大于3W的较高光学输出功率，以及电输入功率到光学输出功率的较高转换系数。
根据另一实施形式，安装部件与延伸方向垂直地具有如下横截面，该横截面至少在一侧上伸至设置在安装部件之上并且施加在壳体部件上的壳体盖。换言之，安装部件在垂直于延伸方向的平面中厚至使得安装部件伸至壳体盖。在此，在安装部件与壳体盖之间还可以存在缝隙。对此替选地，安装部件也可以触碰壳体盖。特别有利的是，安装部件以尽可能大的面积伸到壳体盖。
根据另一实施形式，壳体部件和壳体盖在垂直于安装部件延伸方向的平面中具有圆形横截面。安装部件可以在垂直于延伸方向的平面中特别有利地具有占据大于半圆形的扇形、即大于半圆面的横截面。安装部件越厚地构成并且由此安装部件垂直于延伸方向的横截面越大，则通过壳体进行的导热越大。在壳体盖内未被安装部件填充的空间设置为用于安装激光二极管芯片。
此外也可能的是，安装部件的横截面朝着壳体部件增大。例如安装部件可以在沿着延伸方向的平面中具有楔形横截面，进而与安装部件的其上设置有激光二极管芯片的安装平面相比更宽和/或更厚。与标准TO壳体相比，这种安装部件上的激光二极管芯片能够沿倾斜方向放射，由此例如能够实现：安装部件可以具有尽可能大的厚度和宽度，而其不会被通过壳体盖的窗遮蔽。
在安装部件具有楔形横截面情况下为了补偿倾斜的放射方向，壳体部件可以在平行于延伸方向的平面中具有楔形横截面。对此替选或者附加于此地，壳体部件与安装部件之间的连接角也可以不等于90°，其中90°的连接角对应于安装部件在标准TO壳体的壳体部件上的标准布置。由此能够实现：尽管将放射通过激光二极管芯片倾斜定向，激光二极管装置仍然能够将激光二极管芯片所产生的光大致以相对于壳体安装面的直角来放射，借助该安装面可以将激光二极管装置安装在例如电路板的支承体上。对此替选地，也可例如将辅助环安装在壳体部件上，由此能够实现壳体的倾斜安装进而能够实现激光二极管装置的倾斜安装。
根据另一实施形式，激光二极管芯片具有辐射耦合输出面，有源层中产生的光在工作中通过该辐射耦合输出面放射。激光二极管芯片优选实施为边发射激光二极管芯片，其中辐射耦合输出面例如能够通过半导体层复合物沿着晶面的中断、分裂和/或刻蚀来实现。此外，激光二极管芯片具有与辐射耦合输出面对置的背侧面。尤其可以将激光二极管芯片的前侧面的区域称作辐射耦合输出面，在激光二极管芯片中产生的相干光通过该区域放射。前侧面、尤其还有辐射耦合输出面以及背侧面在边发射激光二极管芯片中通常也称作所谓的棱面(Facetten)。此外，激光二极管芯片具有如下侧面，这些侧面将背侧面和辐射耦合输出面彼此连接，并且这些侧面通过半导体层在垂直于半导体层的生长和设置方向的方向上的侧来构成。
根据另一实施形式，激光二极管芯片至少在辐射耦合输出面上具有结晶的保护层。在此和在下文中将如下层称作“结晶的”层：这些层在其总体上具有结晶结构，即具有近程有序排列和远程有序排列。与此相反，无定形层仅具有近程有序排列，并且不完全结晶或局部结晶的层仅在部分或区域中也具有远程有序排列，然而该远程有序排列并不在整个层上延伸。
尤其是，可以严密密封结晶的保护层，尤其在辐射耦合输出面的区域中严密密封，即优选在激光二极管芯片的前侧面的通过其在工作中放射激光辐射的区域中严密密封。在此，严密密封的层尤其能够具有如下密封性，其是足够高的，使得激光二极管芯片的被严密密封层覆盖的面在激光二极管装置和激光二极管芯片的使用寿命期间被保护，使得不出现缩短使用寿命的损害。尤其，结晶的保护层能够具有比例如无定形或局部结晶的层更高的密封性。这例如能够通过将结晶层优选构成为不具有能引起不密封性的晶格缺陷、即所谓的“pin poles(针孔)”的方式来实现。
结晶保护层可以保护激光二极管芯片的被结晶保护层覆盖的面、即至少使辐射耦合输出面免受例如是有害气体的环境影响。这种环境影响例如能够通过氧气、臭氧、包含在酸雨中的物质和其他化学物质形成。例如，在将激光二极管装置在汽车技术中用作光源时，在激光二极管芯片未受保护的情况下，由于腐蚀性介质、例如碳氢化物以及例如硫氢化物和硫氧化合物和氮氧化合物的硫化物和氮化物，而能够出现对激光二极管芯片和尤其对其辐射耦合输出面的威胁。此外，当壳体本身相对于环境并不严密密封地封闭时，这种破坏性的环境影响例如能够侵入到激光二极管装置的壳体中直至激光二极管芯片。在这里描述的激光二极管装置的壳体中，由于不同的热膨胀系数而有一个特别的技术挑战在于，在封闭壳体时将基于铜或基于钢包封的铜的壳体与钢基壳体盖以足够高的密封性来焊接。尤其在大量制造这种部件时，这会引起具有残留不密封性的部件的逃逸率(“escape rate”)提高。虽然已知激光二极管芯片的棱面设有覆层，然而这些覆层通常是无定形至局部结晶的，并且由于其晶界和缺陷处而仅能不充分地阻止损害棱面的材料的扩散。因此，结晶保护层是尤其为关键辐射耦合输出面的保证激光二极管装置的可靠使用的附加保护部。
此外，这里描述的在激光二极管芯片与壳体之间的厚的焊料层、例如第一焊料层能够引起焊料颗粒迁移到激光二极管芯片的表面上、尤其到激光棱面的区域中。在棱面覆层不够密封的情况下，焊料颗粒能够通过棱面覆层扩散，这会导致穿过激光棱面的漏电流。通过这里描述的结晶保护层能够保证足够密封的棱面覆层，该棱面覆层能够阻止激光二极管芯片通过焊料颗粒受损。通过结晶保护层，在介电材料结晶的情况下还能够实现击穿场强的明显提高，由此能够实现对于例如由于焊料层向上流动或悬于棱面之上的p金属化层而导致的电击穿的保护。
根据另一实施形式，激光二极管芯片在制造激光二极管装置时至少在辐射耦合输出面上设有结晶保护层。为此使用借助其能够制造结晶介电半导体或导体的层的施加方法。例如，为此可以选择用于在提高温度时的化学气相沉积(CVD:“chemical vapordeposition”)的方法，尤其在大于或等于500℃和优选大于或等于600℃的温度时。特别优选地，结晶保护层也能够通过借助原子层沉积方法(ALD:“atomic layer deposition”)、尤其原子层外延方法(ALE:“atomic layer epitaxy”)实现的沉积来实现。原子层沉积方法能够在与棱面覆层常见制造方法相比提高的、大于或等于500℃和优选大于或等于600℃的温度时进行，以便获得结晶保护层。对于所提及方法、尤其原子层沉积方法有利的是无缺陷的、无“针孔”的结构、在表面上的良好附着、高稳定性、即使对具有大纵横比的不平坦部也具有的良好涂覆以及少应力的结构。这种保护层中特别有利的是其相对于气体、例如氧气或湿气的小的穿透性，例如在P.F.Carcia等所著并且在Journal of Applied Physics106,023533(2009)发表的出版物以及T.Hirvirkorpia所著并发表在Applied SurfaceScience 257,9451-9454(2011)发表的出版物中描述那样。
根据另一实施形式，结晶的保护层恰好具有一个结晶层。对此替选地，也可能的是，结晶的保护层具有多个结晶层。多个结晶层例如能够通过由不同材料制成的多个结晶层形成。此外，也可能的是，多个结晶层通过由不同材料制成的至少两个结晶层的交替的序列形成。
根据另一实施形式，在辐射耦合输出面上施加有光学层。光学层例如能够是反射层或者消除反射层。这种光学层通常具有由透明材料制成的一个或优选多个层，这些层可以形成不同折射率的周期性次序。
例如，结晶保护层能够形成光学层。此外，这尤其能够在结晶保护层具有多个结晶层时有利地实现。对此替选地，也可能的是，除了结晶保护层以外施加并不强制性结晶的，而是例如也可以是无定形或部分结晶的光学层。光学层在该情况下能够借助如从用于棱面覆层的现有技术中已知的常规施加方法来施加。
光学层例如能够设置在辐射耦合输出面与结晶保护层之间，并且通过结晶保护层覆盖。由此可能的是，除了辐射耦合输出面之外光学层也通过结晶保护层进行保护。对此替选地，也可能的是，结晶保护层设置在辐射耦合输出面与光学层之间。结晶保护层在该情况下有利地尽可能接近并且尤其优选直接设置在激光二极管芯片上，即至少设置在辐射耦合输出面上。与附加的光学层组合地，结晶保护层也能够具有覆层的光学功能性的一部分，并且由此为光学层的一部分。
根据另一实施形式，结晶保护层通过介电材料构成或者具有至少一种介电材料。尤其在辐射耦合输出面和必要时激光二极管芯片的其它面的直接和非间接的覆层中，介电层是有利的，因为由此能够避免激光二极管芯片的短路。与结晶保护层与激光二极管芯片之间的钝化层或者也与光学层组合，结晶保护层也能够具有半导体的或者导体的材料或者由其制成。
特别优选地，结晶保护层可以通过氧化物构成或者具有至少一种氧化物。通过氧化材料的氧气例如能够与水分子构成氢键结合，由此能够阻止水分子渗入到结晶层中。特别优选地，氧化物能够是介电的。
特别优选地，结晶保护层可以在一个或多个结晶层中具有下面材料中的一种或多种：Al2O3、Si3N4、NbxAlyO2、Al2O3/TiO2、Al2O3/Ta2O5、HfO2、Ta2O5/ZrO2、Ta2O5、TaxTiyO2、Ta2O5/NbO5、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、Nb2O5、Sc2O3、Y2O3、MgO、B2O3、SiO2、GeO2、La2O3、CeO2、PrOx、Nd2O3、Sm2O3、EuOx、Gd2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、SrTiO2、BaTiO3、PbTiO3,、PbZrO3、BixTiyO、BixSiyO、SrTa2O6、SrBi2Ta2O9、YScO3、LaAlO3、NdAlO3、GdScO3、LaScO3、LaLuO3、Er3Ga5O13、HfSiO、HfTiO、AlSiO、LaAlO、LaHfO、In2O3、ZnO、Ga2O3、V2O5、HfAlO、HfTaO、HfZrO、Ru、Pt、Ir、Td、Rh、Ag、W、Cu、Co、Fe、Ni、Mo、Ta、Ti、Al、Si、Ge、In2O3、In2O3:Sn、In2O3:F、In2O3:Zr、SnO2、SnO2:Sb、ZnO:Al、ZnO:B、ZnO:Ga、RuO2、RhO2、IrO2、Ga2O3、V2O5、WO3、W2O3、BN、AlN、GaN、InN、SiNx、Ta3N5、Cu3N、Zr3N4、Hf3N4、NiO、CuO、FeOx、CrOx、CoOx、MnOxTiN、TixSiyNz、NbN、TaN、Ta3N5、MoNx、W2N、GaAs、AlAs、AlP、InP、GaP、InAs、TaC。
根据另一实施形式，在激光二极管芯片的与辐射耦合输出面对置的背侧面上同样施加有结晶保护层。通过在辐射耦合输出面以及在背侧面上的结晶保护层能够有效地保护激光二极管芯片的对于环境影响敏感的棱面。
此外在背侧面上也可以施加光学层、尤其反射层。如上面对于辐射耦合输出面的覆层描述那样，也可以在背侧面上在结晶保护层与背侧面之间设置光学层。对此替选地，结晶保护层也可以设置在光学层与背侧面之间。尤其有利的还可以是：激光二极管芯片的背侧面的光学层通过结晶保护层形成。
根据另一实施形式，在激光二极管芯片的将背侧面和辐射耦合输出面连接的侧面上施加有一个或多个结晶保护层。尤其能够是有利的是：在所有垂直于半导体层的生长和设置方向设置的侧面上以及在激光二极管芯片的棱面上施加结晶保护层，使得半导体层和半导体层之间的边界面在四周均受保护。
附图说明
其他优点、有利的实施形式和改进方案从下面结合附图描述的实施例中得出。
其中：
图1A和1B示出了用于常规激光二极管装置的测量，
图2A和2B示出了根据一个实施例的激光二极管装置的示意图，
图3示出了根据一个实施例的激光二极管芯片的示意图，
图4至5B示出了激光二极管装置的测量，
图6至9示出了根据其他实施例的激光二极管装置的示意图，以及
图10至16示出了根据其他实施例的激光二极管装置的部分的示意图。
在实施例和附图中，相同、同类或作用相同的元件可以分别设置有相同的附图标记。所示的元件和其彼此的尺寸关系不视为合乎比例的，相反，单个元件、例如层、部件、器件和区域可以为了更好可示出性和/或更好理解而夸大地示出。
具体实施方式
在图2A、2B中示出了一个激光二极管装置100的实施例，其中在图2A中示出示意性剖面图，并且在图2B中示出了反向于在图2A中示出的方向110的从激光二极管装置100的前侧的俯视图。下面的描述同样涉及图2A和2B。
激光二极管装置100具有以所谓的TO壳体形式构成的壳体1。壳体1具有壳体部件10和设置在壳体部件上的安装部件11。安装部件11沿着延伸方向110背离壳体部件10延伸并且在示出的实施例中与壳体部件10一件式地构成。为此，壳体部件10和安装部件11具有由铜制成的基体。壳体部件10还具有由钢制成的包封部12，该包封部由铜基体在壳体部件10区域中的覆层来形成。
此外，壳体部件10例如可以具有孔或开口，在这些孔或开口中设置有馈电腿，其从壳体部件10的背离安装部件11的侧伸向安装部件11的侧。设置和固定在其中的馈电腿例如可以构成为电穿通部，并且提供电接触的可能性。
安装部件11具有安装面13，在该安装面上设置有激光二极管芯片2。尤其，激光二极管芯片2通过第一焊料层3安装在安装部件11的安装面13上，并且由此以电学和热学方式连接到壳体1。
在安装部件11进而在激光二极管芯片2之上可以设置壳体盖14，其通过虚线表示。还可以具有窗15的壳体盖14例如可以具有钢并且优选除了窗15之外由钢制成。通过使壳体部件10具有钢包封部12的方式，壳体盖14能够施加在壳体1的壳体部件10上，并且如在通常的具有钢基座的TO壳体中那样在标准工艺中借助焊接来固定。此外，可以通过将壳体盖14与壳体部件10的包封部12焊接来优选地实现尽可能密封的连接，通过该连接能够保护激光二极管芯片2免受损害性环境影响。
如从图2B中看到那样，壳体部件10和壳体盖14在垂直于延伸方向110的平面中圆形地构成。安装部件11又在示出的实施例中具有占据大于半圆形的扇形、即大于半圆面的横截面。此外，安装部件11在背离安装面13的侧上伸到壳体盖14上。由此，安装部件11能够在其横截面中尽可能厚地构成，由此能够实现高的热导率。
对于标准激光二极管器件中最优导热常见的是，将激光二极管芯片通过尽可能薄的焊料层耦联到壳体上，以便实现尽可能小的热阻，而在此示出的实施例中的第一焊料层3具有大于或等于3μm并且优选大于或等于5μm的厚度。由此能够补偿热致应力，其在工作中由于在激光芯片2中产生的热和激光二极管芯片2和壳体1不同的热膨胀系数而出现。此外，通过这样厚的焊料层例如也能够补偿在安装部件11的安装面13上的表面不平坦性。这些表面不平坦性尤其也可以如下面在图6中所示那样，在安装部件11如壳体部件10那样具有由钢制成的包封部12时出现。
激光二极管芯片2优选地如在图3中示出那样构成为具有通过侧面形成的辐射耦合输出面27和与辐射耦合输出面对置的背侧面28的边发射的激光二极管芯片。辐射耦合输出面27尤其能够通过激光二极管芯片2的前侧面的如下区域形成，在工作中在激光二极管芯片2中产生的激光辐射通过所述区域放射。
尤其，激光二极管芯片2基于氮化物半导体材料。激光二极管芯片2为此具有衬底20，其优选导电地构成并且例如具有结晶的(In,Al,Ga)N或者由其制成。在衬底上生长有基于氮化物半导体材料的半导体层序列，优选借助外延方法例如金属有机的气相外延(MOVPE,“metal organic vapor phase epitaxy”)来生长。激光二极管芯片2在衬底20上具有设置在波导层22与包封层21之间的有源层23。尤其，激光二极管芯片2在衬底20上具有第一包封层21，在该第一包封层上设置有第一波导层22和在该第一波导层上设置有有源层23。在有源层23上沿生长方向跟随有其他波导层22以及其他包封层21和在该包封层之上的半导体接触层24，该半导体接触层被例如以金属电极层形式的电连接层25接触。激光二极管芯片2的电连接通过电连接层25和导电衬底20进行，该衬底可以在背离半导体层21、22、23、24的侧上具有其他电连接层(未示出)。
在示出的实施例中，从有源层23来看朝向衬底20的半导体层是n掺杂的，而设置在有源层23的背离衬底20的侧上的半导体层是p掺杂的。替选地，相反的掺杂序列也是可能的。有源层23例如可以是n掺杂或未掺杂的，并且尤其在示出的实施例中具有多量子阱结构。
通过铜基壳体1尤其实现相对于钢制成的标准TO壳体改进的热导率。为此在图4中，对于发蓝光的GaN基的激光二极管芯片，曲线401和402示出光学输出功率P(以瓦特为单位)，并且曲线403和404分别根据工作电流I(以安培为单位)示出工作电压U(以伏特为单位)，其中探索了在具有钢制基座的标准TO56壳体中的激光二极管芯片和在这里描述的具有由钢包封的铜制成的壳体部件的铜基壳体中的、借助约为5μm的焊层厚度来安装的激光二极管芯片。针对这里描述的铜基壳体和厚焊料层的情况的曲线401和403与针对标准TO壳体和薄焊料层的情况的曲线402和404的比较示出：在使用这里描述的、具有这里描述的第一焊料层3的壳体时尽管较厚的焊料的热阻较高，仍然改进了输出功率。
为了对于由激光二极管芯片2在工作中发射的光实现尽可能大的输出功率，根据同样借助图2A、2B和3阐述的另一实施例在激光二极管装置100中产生特定的温度梯度。尤其，在此在壳体1中存在通过壳体1的铜基基体实现的最小温度梯度。
与为了在壳体1中产生尽可能小的温度梯度而尽可能高导热的壳体1相反，激光二极管芯片2构成为使得在电连接层25与衬底20之间存在尽可能大的温度梯度。为了设定这样优选的温度梯度，激光二极管芯片2和壳体1必须彼此协调。本发明人的探索尤其示出，在激光二极管芯片2中必须分离地看待电损耗。首先，要考虑在层26区域中在所示实施例中构成为p掺杂接触部的上侧接触部的压降，该压降通过在氮化物半导体材料系中的p型重掺杂能力引起。
为此在图5A中，在以具有1μm脉宽和1％占空比的脉冲模式的1安培的工作电流中，对于不同温度(以℃为单位)示出了在TO壳体中的氮化物基的极性的激光二极管芯片2的电压。在图5B中，与具有钢制标准TO56壳体的激光二极管装置(曲线502)相比，针对具有铜基壳体的激光器二极管装置(曲线501)根据工作电流I(以安培为单位)示出了工作电压U(以伏特为单位)。在铜基壳体中工作电压上升，由此可以推断，层26在曲线501情况下基于改进的导热，比在曲线502情况下更冷。
另外，要考虑在有源层23之下的层并且尤其在有源层23中的压降。因为有源层23在示出的实施例中构成为具有多个产光量子膜的层叠的多量子阱结构，所以尤其在量子阱结构的边界面上产生压降。在此，激光二极管芯片2实施为使得在与标准激光二极管芯片几乎相同的损耗功率中容忍靠近上侧接触部的电壁垒和电阻，并且最小化接近有源层或在有源层23之下的损耗。
为此，激光二极管芯片2实施为基于氮化物半导体材料并且具有在发明内容部分描述的非极性或半极性晶体结构的激光二极管芯片。通过激光二极管芯片2的非极性或半极性晶体结构能够实现：与基于氮化物半导体材料并且具有极性晶体结构的标准激光二极管芯片相比，在有源层23的背离衬底20的侧上，即在层26中在工作中存在较大损耗功率，而在有源层23中实现较小损耗功率。
在有源层23上方的层26的区域中的电接触由于与基于带有极性晶体结构的氮化物半导体材料的常规激光二极管芯片相比较高的电损耗功率而造成的劣化不仅通过在有源层23中较小的损耗而补偿。更确切而言，通过可能的高电流工作和在激光二极管芯片2中有针对性地设定的温度梯度来实现过补偿，使得通过这里描述的壳体1与非极性或半极性激光二极管芯片2和第一焊料层3的组合，相对于已知的激光二极管装置实现明显改进。
特别有利的是，在此描述的激光二极管芯片2的芯片面积与已知的激光二极管芯片相比增大，尤其是，以大于或等于10000μm2并且优选大约或等于20000μm2到30000μm2的面积到有源层23中的电流注入是有利的，其中将电流密度从最大值到最大值的10％的下降作为面积限制。通过上面描述的引起在激光二极管芯片2中尽可能大的温度梯度的措施，即从有源层23中改进的导热与在层26区域中较热的上侧接触部组合，造成电流注入其中的面积增大，与现有技术相比造成光学输出功率的提高。
在下面附图中示出激光二极管装置的其它实施例，其示出在图2A、2B和3中示出的实施例的改型和变型。因此，下面的描述基本上限制于与之前的实施例的区别。尤其，下面描述的激光二极管装置可以具有壳体盖，即使壳体盖并未在附图中明确示出。
在图6中示出了激光二极管装置101的实施例，其中与根据图2A和2B的激光二极管装置100相比不仅壳体部件10而且安装部件11具有钢制包封部12。由此如在标准TO壳体中那样能够实现钢制的安装面13，而同时能够实现通过铜改进的热导率。
在图7A到7C中以示意性剖视图(图7A)，以反向于延伸方向110的俯视图(图7B)以及以对安装面13的俯视图(图7C)示出了根据另一实施例的激光二极管装置102。与之前的实施例相比，在该激光二极管装置102中在激光二极管芯片2与壳体1的安装部件11之间设置有导热元件4。导热元件尤其构成为所谓的热扩散器并且用于将热流在激光二极管芯片2与壳体1的安装部件11之间扩散，以便实现在到壳体1中的热传递中尽可能大的过渡面。
在此，导热元件4借助于第一焊料层3安装在壳体1的安装部件11上，所述第一焊料层3可以如上面描述那样以大于或等于3μm并且特别优选大于或等于5μm的厚度构成。此外，在导热元件4与激光二极管芯片2之间设置有第二焊料层5，借助该第二焊料层，激光二极管芯片2安装在导热元件4上。第二焊料层5可以优选同样具有大于或等于3μm且特别优选大于或等于5μm的厚度。对此替选地，也可能的是，两个焊料层3、5中的仅一个焊料层，例如仅第一焊料层3具有这样大的厚度。
安装部件11可以如在示出的实施例中那样通过铜制成，或者如结合图6描述并且在图7A中通过虚线阐明那样也具有钢包封部12。
激光二极管芯片2和壳体1由于具有不同的材料而具有不同的热膨胀系数。通常，氮化物基的半导体材料具有大约5.6×10-6 1/K的热膨胀系数和大约100W/mK的热导率，而铜具有大约16……18×10-6 1/K的热膨胀系数和大约300W/mK的热导率。其中存在同样具有不同的热膨胀系数的多种材料，这样例如安装部件11的钢包封部12、焊料层3和5以及导热元件4。钢具有大约6……12×10-6 1/K的热膨胀系数和大约30……70W/mK的热导率。导热元件4例如可以具有AlN或者由其制成，AlN具有4.5……5.7×10-6 1/K的热膨胀系数和大约80……200W/mK的热导率。AlN导热元件4的热膨胀系数由此相对良好地匹配于激光二极管芯片2的热膨胀系数。在AlN导热元件4至壳体1的边界过渡部上，即至铜或至钢包封的铜的边界过渡部上却存在热膨胀系数方面的显著区别。
特别优选地，可以替代AlN而因此将SiC、尤其6H-SiC用作导热元件4的材料，该材料虽然具有大约4.4×10-6 1/K的热膨胀系数，然而还具有大约200……500W/mK的较高热导率。对此替选地，也可以将如下材料中的一种用作导热元件4：具有大约6……8×10-6 1/K的热膨胀系数和大约200……250W/mK的热导率的CuW，具有大约2.5……4×10-6 1/K的热膨胀系数和大约600W/mK的热导率的BN，金刚石，例如借助CVD产生的金刚石，其在2.3×10-6 1/K的热膨胀系数下具有大约1000W/mK的还更高的热导率。虽然这种材料对于导热元件4在热应力方面是不利的，然而这些材料可以在这里描述的激光二极管装置中优选地使用，因为通过这些材料引起的较大的热应力能够通过这里描述的厚的焊料层3、5来补偿。焊料层3、5例如可以具有基于铟的软焊料，以便能够实现温度应力的尽可能良好的补偿。
在图8中示出了激光二极管装置103的另一实施例，其纯示例性地如前面实施例的激光二极管装置102那样在激光二极管芯片2与壳体1之间具有导热元件4。
与之前的实施例相比，激光二极管装置103具有安装部件11，所述安装部件与延伸方向110垂直地具有朝壳体部件10方向、即反向于延伸方向110增大的横截面。对此，安装部件11在示出的剖面中具有楔形横截面，所述楔形横截面在靠近壳体1处比在远离壳体1的区域中更高。换言之，安装部件11的厚度朝向壳体部件10增大。
安装部件11的这种楔形横截面尤其有利于实现尽可能高的热导率，并且能够通过将激光二极管芯片2倾斜于示出的壳体盖14及其窗15设置而使得通过壳体盖14的窗15仅少量遮蔽或根本不遮蔽所述激光二极管芯片。为了保证用于激光二极管装置103的垂直于激光二极管芯片2的放射方向来定向的安装面，壳体1的壳体部件10在示出的实施例中同样具有楔形横截面。对此替选地，也可能的是，安装部件11和壳体部件10之间的连接角不等于90℃，并且匹配于形成安装部件11的楔形物的张角。此外也可能的是，将具有相应横截面的辅助环安装在壳体部件10上，由此壳体1能够倾斜地安装在支承面上。
在图9中，在到安装面13的俯视图中示出了激光二极管装置104的另一实施例，对于前面的实施例的安装部件11的楔形横截面附加或替选地，该激光二极管装置所具有安装部件11的楔形横截面具有在安装面13的平面中增大的宽度。
通过在图8和9中示出的安装部件11的朝着壳体部件10增大的高度和/或宽度可以除了将壳体1构成为铜基壳体外还引起壳体1的热导率的增大和优化。
在下面的图10到16中示出了激光二极管芯片2的实施例，该激光二极管芯片可以借助以断面示出的焊料层安装在前面描述的激光二极管装置100、101、102、103、104的壳体1中。激光二极管芯片2的层结构在下面的图中出于概览性原因未示出。
下面的实施例的激光二极管芯片2至少在辐射耦合输出面27上具有结晶的保护层6，所述保护层适于并且设置为用于保护至少辐射耦合输出面27免受例如通过环境空气引起的有害环境影响。环境空气中的这种有害环境影响例如可以是氧气、臭氧、酸雨、硫和硫化物以及氮氧化物和碳氢化物和其他有害化学物质。这些材料可能会不期望地也渗入到以壳体盖14封闭的壳体1中，因为由于铜和钢之间不同的热膨胀系数而使得一个特别的技术挑战在于，将钢基壳体盖14充分密封地与壳体部件10连接并焊接。尤其在大量制造这种壳体1时，会造成具有残留不密封性的部件的未知成分的提高。因此，会需要结晶的保护层6作为至少辐射耦合输出面27的附加保护来用于将激光二极管芯片2可靠地使用在这里描述的高热导率的壳体1中。
尤其，下面描述的结晶保护层6可以是严密密封的，并且由此具有足够高的密封性，使得激光二极管芯片2在其整个使用寿命中被充分保护。根据下面的实施例，结晶的保护层6例如可以借助原子层沉积方法，尤其借助原子层外延方法，或者借助化学气相沉积方法，尤其在大于或等于500℃并且优选大于或等于600℃的温度中施加到激光二极管芯片2上。尤其借助原子层沉积施加的保护层6有利地形成无晶体缺陷的、所谓的无“针孔”的结构，其具有在表面上的良好附着、高稳定性、良好的涂覆和少应力的结构。
此外，通过厚的第一焊料层3和必要时也通过厚的第二焊料层5，在激光二极管芯片2下方能够得到增大的焊接机会，使得焊料颗粒能够迁移至激光二极管芯片2并且尤其能够迁移至辐射耦合输出面27，并且能够通过非严密密封的棱面覆层来扩散，这可能引起通过辐射耦合输出面27的漏电流。通过结晶的保护层6由此也能够防止焊料扩散到激光二极管芯片2表面。此外，结晶的保护层能够在具有介电材料情况下引起击穿场强的显著提高。
在图10中以剖视图示出了激光二极管芯片2的一个实施例，其中结晶的保护层6直接施加在激光二极管芯片2的辐射耦合输出面27上。结晶的保护层6此外具有介电材料，例如是前面在发明内容部分提及的介电材料之一。对此替选地，也可以实现的是，在结晶的保护层6和辐射耦合输出面27之间设置有介电的钝化层，使得对于结晶的保护层6也可以应用半导体或导体的材料如前面在发明内容中描述的。
此外，在辐射耦合输出面27上以及在与辐射耦合输出面27对置的背侧面28上施加有层堆叠形式的光学层7，所述光学层构成为相应激光棱面的消除反射部或者反射部。例如，施加在辐射耦合输出面27上的光学层7可以构成为消除反射层，而施加在背侧面28上的光学层7可以构成为反射层。光学层7能够借助对于激光二极管棱面的覆层常用的方法来施加，通过该方法能够产生典型的无定形或部分结晶的层。
由此在所示实施例中，结晶的保护层6设置在光学层7与辐射耦合输出面27之间。对于保护辐射耦合输出面27而言足够的能够是：结晶的保护层6具有数纳米直至数十纳米的厚度，使得结晶的保护层6不影响施加在辐射耦合输出面27上的覆层的光学特性，此外所述光学特性基本上通过光学层7来确定。对此替选地，也可能的是，结晶的保护层6构成为光学层7的一部分，并且具有相应选择的厚度。
在图11中示出了其中除了在辐射耦合输出面27上的结晶的保护层6之外也在背侧面28上设置有在背侧面28与光学层7之间的结晶的保护层6的实施例。由此可以既针对有害气体又针对可能迁移或扩散到背侧面28上的焊料来保护背侧面28。
在图12中示出了另一实施例，其中光学层7在辐射耦合输出面27上通过结晶的保护层6形成。此外，结晶的保护层6具有一个和优选多个由不同材料制成的层，这些层具有希望的消除反射特性或反射特性。
在图13中示出了另一实施例，其中光学层7也在背侧面28上通过结晶的保护层6形成。在该情况下结晶的保护层6也能够分别具有一个且优选多个由不同材料制成的层，这些层具有希望的消除反射特性或反射特性。
图14中示出另一实施例，其中与图10中结晶的保护层施加在辐射耦合输出面27上的实施例相比，结晶的保护层6施加在光学层7上，使得光学层7设置在结晶的保护层6与辐射耦合输出面27之间并且由此通过结晶的保护层6覆盖。由此，一方面除了辐射耦合输出面27之外，光学层7也能够通过结晶的保护层6被保护。此外，替选于介电材料，也能够将半导体材料或导体材料、例如上面在发明内容部分中提及的材料之一用于结晶的保护层6。
在图15的实施例中也在背侧面28上的光学层7上施加结晶的保护层6，所述保护层能够保护背侧面28以及在背侧面28上的光学层7。
在图16中示出了另一实施例，其以从上方的俯视图示出激光二极管芯片2，并且其中除了在辐射耦合输出面27和背侧面28上的结晶的保护层6之外还在侧面29上施加有结晶的保护层6，所述保护层将背侧面28与辐射耦合输出面27彼此连接。由此能够实现对激光二极管芯片2和尤其其半导体层和半导体层之间的边界面在所有方向上的保护，因为激光二极管芯片2的所有侧均用结晶的保护层6覆盖。结晶的保护层6在此能够如在图16中所示那样施加到光学层7之上。对此替选地，也可能的是，将结晶的保护层6直接施加到辐射耦合输出面和/或背侧面28上。
在附图和实施例中示出和描述的特征可以根据其他实施例相互组合，即使这些结构并未在附图中明确示出。尤其，可以将不同的壳体形式，导热元件4的应用以及一个或多个保护层6在激光二极管芯片2上的布置相互组合。此外，在附图中示出的实施例也可以具有根据发明内容的实施形式的替选或附加特征。
本发明不通过借助实施例的描述而局限于此。更确切而言，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含实施方式中特征的任意组合，即使该特征或该组合本身并未在实施方式或者实施例中明确说明。
根据本公开的实施例，还公开了以下附记：
1.激光二极管装置，具有：
壳体(1)，所述壳体具有壳体部件(10)和与所述壳体部件(10)连接的安装部件(11)，所述安装部件沿着延伸方向(110)背离所述壳体部件(10)地延伸；和
在所述安装部件(11)上的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有半导体层(21，22，23，24，26)，所述半导体层具有用于放射光的有源层，
其中，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)是钢包封的，并且在所述激光二极管芯片(2)与所述安装部件(11)之间设置有厚度大于或等于3μm的第一焊料层(3)。
2.根据附记1所述的激光二极管装置，其中所述激光二极管芯片(2)基于氮化物半导体材料并且具有非极性或半极性的晶体结构。
3.根据附记2所述的激光二极管装置，其中与基于氮化物半导体材料并且具有极性晶体结构的激光二极管芯片相比，所述激光二极管芯片(2)在工作中在所述有源层的背离所述衬底(20)的侧上的层中具有更大损耗功率，并且在所述有源层中具有更小损耗功率。
4.根据附记1至3之一所述的激光二极管装置，其中所述有源层具有大于或等于10000μm2的面积。
5.根据附记1至3之一所述的激光二极管装置，其中所述第一焊料层(3)的厚度大于或等于5μm。
6.根据附记1至3之一所述的激光二极管装置，其中在所述激光二极管芯片(2)与所述安装部件(11)之间设置有导热元件(4)。
7.根据附记6所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)借助于所述第一焊料层(3)固定在所述安装部件(11)上，并且所述激光二极管芯片(2)借助于第二焊料层(5)固定在所述导热元件(4)上，所述第二焊料层具有大于或等于3μm的厚度。
8.根据附记6所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)具有SiC、BN、CuW或金刚石。
9.根据附记7所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)具有SiC、BN、CuW或金刚石。
10.根据附记1至3之一所述的激光二极管装置，其中在所述壳体部件(10)上施加有壳体盖(14)并且所述壳体盖与所述壳体部件(10)焊接，并且所述安装部件(11)沿着所述延伸方向(110)从所述壳体部件(10)伸到所述壳体盖(14)中。
11.根据附记10所述的激光二极管装置，其中所述安装部件(11)与所述延伸方向(110)垂直地至少在一侧伸至所述壳体盖(14)。
12.根据附记10所述的激光二极管装置，其中所述壳体部件(10)和所述壳体盖(14)在垂直于所述延伸方向(110)的平面中具有圆形横截面，并且所述安装部件(11)在垂直于所述延伸方向(110)的平面中具有大于半圆面的横截面。
13.根据附记11所述的激光二极管装置，其中所述壳体部件(10)和所述壳体盖(14)在垂直于所述延伸方向(110)的平面中具有圆形横截面，并且所述安装部件(11)在垂直于所述延伸方向(110)的平面中具有大于半圆面的横截面。
14.根据附记1至3之一所述的激光二极管装置，其中所述安装部件(11)具有朝向壳体部件(10)增大的横截面。
15.根据附记14所述的激光二极管装置，其中所述安装部件(11)在平行于所述延伸方向(110)的平面中具有楔形横截面。
16.根据附记15所述的激光二极管装置，其中所述壳体部件(10)在平行于所述延伸方向(110)的平面中具有楔形横截面。
17.根据附记1至3之一所述的激光二极管装置，其中所述激光二极管芯片(2)具有辐射耦合输出面(27)，在所述辐射耦合输出面上施加有结晶的保护层(6)。

Claims (14)

1.激光二极管装置，具有：
壳体(1)，所述壳体具有壳体部件(10)和与所述壳体部件(10)连接的安装部件(11)，所述安装部件沿着延伸方向(110)背离所述壳体部件(10)地延伸；和
在所述安装部件(11)上的激光二极管芯片(2)，所述激光二极管芯片在衬底(20)上具有半导体层，所述半导体层具有用于放射光的有源层，
其中，所述激光二极管芯片(2)基于具有非极性或半极性晶体结构的氮化物化合物半导体材料，并且在所述激光二极管芯片(2)与所述安装部件(11)之间设置有厚度大于或等于3μm的第一焊料层(3)，其中所述激光二极管芯片(2)具有辐射耦合输出面(27)，在所述辐射耦合输出面上施加有结晶的保护层(6)。
2.根据权利要求1所述的激光二极管装置，其中所述有源层具有大于或等于10000μm2的面积。
3.根据权利要求1所述的激光二极管装置，其中所述第一焊料层(3)的厚度大于或等于5μm。
4.根据权利要求1所述的激光二极管装置，其中在所述激光二极管芯片(2)与所述安装部件(11)之间设置有导热元件(4)。
5.根据权利要求4所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)借助于所述第一焊料层(3)固定在所述安装部件(11)上，并且所述激光二极管芯片(2)借助于第二焊料层(5)固定在所述导热元件(4)上，所述第二焊料层具有大于或等于3μm的厚度。
6.根据权利要求4所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)具有SiC、BN、CuW或金刚石。
7.根据权利要求5所述的激光二极管装置，其中所述导热元件(4)具有SiC、BN、CuW或金刚石。
8.根据权利要求1所述的激光二极管装置，其中在所述壳体部件(10)上施加有壳体盖(14)并且所述壳体盖与所述壳体部件(10)焊接，并且所述安装部件(11)沿着所述延伸方向(110)从所述壳体部件(10)伸到所述壳体盖(14)中。
9.根据权利要求8所述的激光二极管装置，其中所述安装部件(11)与所述延伸方向(110)垂直地至少在一侧伸至所述壳体盖(14)。
10.根据权利要求8所述的激光二极管装置，其中所述壳体部件(10)和所述壳体盖(14)在垂直于所述延伸方向(110)的平面中具有圆形横截面，并且所述安装部件(11)在垂直于所述延伸方向(110)的平面中具有大于半圆面的横截面。
11.根据权利要求9所述的激光二极管装置，其中所述壳体部件(10)和所述壳体盖(14)在垂直于所述延伸方向(110)的平面中具有圆形横截面，并且所述安装部件(11)在垂直于所述延伸方向(110)的平面中具有大于半圆面的横截面。
12.根据权利要求1所述的激光二极管装置，其中所述安装部件(11)具有朝向壳体部件(10)增大的横截面。
13.根据权利要求12所述的激光二极管装置，其中所述安装部件(11)在平行于所述延伸方向(110)的平面中具有楔形横截面。
14.根据权利要求13所述的激光二极管装置，其中所述壳体部件(10)在平行于所述延伸方向(110)的平面中具有楔形横截面。
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