CN107743592B - 多发射器二极管激光器封装 - Google Patents

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Abstract

一种激光二极管组件包含以一排紧密封装的多个激光二极管芯片(1402)。每一个激光二极管芯片在P侧和N侧结合到第一和第二子安装座(1409,1410)。然后将子安装座附接到冷却载体(1401)，两个结合表面垂直于载体的顶面。激光辐射的方向平行于载体顶面，并且激光二极管芯片的有源区(1403)的顶部(1404)与载体之间的距离优选地位于以一排封装的各个激光源的间距的一半(1413)的范围内，优选在0.2mm至1mm的范围内，以允许高功率运行的高效冷却。子安装座可以是导电的，或者它们可以是至少部分地被导电层覆盖的绝缘材料。

Description

多发射器二极管激光器封装
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年5月4日提交的美国专利申请No.14/702,852的优先权，其内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及二极管激光器封装。更具体地说，本发明涉及在大功率应用，例如切割和焊接中使用的多发射器二极管激光器封装。
背景技术
如本领域技术人员已知的，激光二极管芯片是半导体器件。它通常包括发射激光的单个宽区域。典型的尺寸也是现有技术，并且是2-5mm的腔体长度，优选地为4mm。激光二极管芯片的典型宽度为0.4mm至0.6mm，发射宽区域(有源区/激活区)的典型宽度为50μm至100μm，优选为90μm。发射宽区域(有源区)的典型高度为1μm至2μm，优选为1.1μm。激光二极管芯片的其他大小和尺寸是可能的。激光二极管芯片是指未封装到任何散热器并根据现有技术进行金属化的器件。术语单发射器激光二极管是本领域的标准术语。
单发射器激光二极管芯片通常以相对大的表面平坦地安装在冷却表面上。激光二极管芯片的几何特性可以表征为具有两个平行大表面以及两组相对窄的平行表面的相对扁平的棒，如图2中的元件202所示。在这种传统的安装方式中，发射器激光二极管芯片的一个大侧面与冷却表面相邻。
当需要高功率时，通常将多个发射器激光二极管芯片堆叠在一起。再者，具有多个发射器的二极管激光器模块通常将激光二极管芯片平坦地安装在具有相对较大表面的冷却表面上。为了沿着快轴堆叠每一个激光二极管芯片的激光束，大多数模块使用多台阶冷却基座，其中激光二极管芯片安装在不同高度的台阶上。在这种情况下，每一个激光束分开地在快轴和慢轴中准直，然后使用转向镜将所有准直激光束转向相同方向，从而使所有光束在快轴上堆叠。JDS Uniphase和IPG Photonics销售类似于本段所述的多发射器模块。这些方法可能不是很紧凑。
Trumpf基于棒的二极管激光产品TruDiode3006在一个激光棒上具有八个发射器，并且光束沿着快轴堆叠，然后耦合到光纤中。阶梯镜组件用于将光束旋转90度并实现堆叠。该方法具有已经讨论的类似的缺点。
德国多特蒙德的LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH制造了一种称为BTS的倾斜透镜阵列产品，实现了类似的目标。然而，BTS产品也具有先前讨论的缺点。
已经进行了竖直堆叠激光发射器芯片的各种尝试。这些在以下段落中讨论。
Jenoptik的美国专利No.7,801,190在一个实施方案中公开了一种激光二极管堆叠(laser diode stack)，其夹在两个冷却器之间，并且使用不连续的焊料层附接到这些冷却器，使得其不使激光二极管短路。堆叠中的每一个激光二极管芯片被夹在两个不同厚度的子安装座之间，并且相对于子安装座的顶部和底部边缘放置在对称位置。在美国专利No.7,801,190中公开的结构的至少一个缺点是需要在激光二极管的两侧具有对称的冷却载体。另一个缺点是从激光发射器到冷却载体的相对较长的散热路径。
Coherent的美国专利No.7,515,346公开了竖直堆叠激光二极管。每一个激光二极管芯片被焊接到优选地是金刚石的电绝缘子安装座，并且结合到公共散热器的表面。子安装座部分地金属化以允许通过条形电极串联激光二极管芯片。美国专利No.7,515,346中的激光二极管芯片组件的至少一个缺点是冷却载体设计的复杂性。
Shinko Electric的美国专利No.8,611,389显示了包括激光二极管的封装部件的组装。可以将多个封装部件附接到热块以形成竖直堆叠激光二极管。激光二极管通过焊料层彼此连接，并且每一个激光二极管的前侧和后侧上的布线层通过形成封装部件的一个壁中的通孔而短路。美国专利No.8,611,389中的激光二极管组件的至少一个缺点是封装过程的复杂性和长的散热路径。
欧洲专利申请EP2477285A1描述了多个激光二极管，每一个激光二极管包括嵌入在具有良好导热性的介质中的任意数量的发射孔，使得所有的激光二极管优选地垂直于共同的安装表面定向并且平行于彼此并优选地在安装表面的平面中发光。因此，激光二极管的堆叠导致垂直于安装表面定向平行于安装表面发光的激光二极管。该激光二极管组件的至少一个缺点是各个激光二极管的电绝缘和电接触，同时确保激光二极管中的良好冷却和低应力。此外，本申请要求该设置用于空间或光谱束组合以增强亮度，但不描述或要求任何使发射孔彼此对准的方法，这是高亮度二极管激光系统的基本特征。
结果，需要用于实现激光发射二极管(也称为激光二极管芯片)的竖直组装的新的和改进的装置和方法。
发明内容
本发明的一个方面涉及利用在发射器激光二极管芯片的P侧和N侧上的子安装座将多个激光二极管芯片竖直地安装在冷却表面上，从而将激光二极管芯片定向在用于堆叠的有利位置。公开了多个激光二极管芯片的各种实施方式。激光二极管芯片在此被定义为单发射器激光二极管。竖直定向的方面涉及激光二极管芯片中不同层的定向。激光二极管芯片具有堆叠包括有源层(激活层)在内的不同层的结构。当激光二极管定向使得层被水平堆叠时，激光二极管芯片处于水平定向。当激光二极管芯片定向成使得每一个层挨着彼此竖直堆叠时，激光二极管处于竖直定向。
本发明的另一方面涉及通过将激光二极管芯片尽可能靠近散热片安装，并同时优化子安装座的厚度以实现最佳冷却和最小间距，而对激光二极管芯片的散热进行优化。
本发明的另一方面涉及将各个激光二极管芯片的每一个发射器(激光二极管芯片)或发射器组的中心以非常高的精度布置在与散热器平行的一排中，使得可以使用单个柱面透镜用于所有激光二极管芯片的慢轴准直。
本发明的另一方面涉及激光二极管芯片在堆叠方向上的高度准确的安装，使得可以可选地使用微光学透镜阵列来采用单个微光学透镜阵列在快轴中准直单个激光二极管芯片的光束。安装的精度涉及激光二极管芯片的发射区的对准精度，使得它们基本上在穿过发射区的一条线上。
本发明的另一方面涉及一种用于传导电流的电路装置，其在解决从安装多个激光二极管芯片产生的应力问题的新颖方法和装置中激发多个激光二极管芯片。以下进一步讨论本发明的这些和其它方面。
根据本发明的一个实施方式，激光二极管芯片组件包括载体基座和多个子安装座，每一个子安装座直接或间接地附接到载体基座。激光二极管芯片组件还包括多个激光二极管芯片，所述多个激光二极管芯片中的每一个具有垂直于所述载体基座的表面的两个相对的结合表面，所述两个相对的结合表面中的每一个附接到所述多个子安装座中的一个，使得多个激光二极管芯片中的每一个相对于载体基座定向并且相对于子安装座的两个边缘精确对准。这些边缘是(i)子安装座的前边缘，并且激光二极管芯片的发射区彼此平行并齐平以及(ii)相对于稍后安装到载体的子安装座的边缘有如下所述为冷却而优化的距离。多个激光二极管芯片中的每一个具有当施加电流时能够平行于载体基座的表面并平行于两个相对的结合表面发射辐射的发射区。根据本发明的一个方面，从多个激光二极管芯片中的每一个的底部到载体基座的距离不小于10微米，并且从每一个激光二极管芯片的有源区的顶部到载体基座的距离不大于或不显著大于相邻激光二极管芯片之间的间距的一半。
在本文中使用术语“有源区”并意指作为激光二极管芯片的有源层的一部分的激光发射区或区域。术语发射区、激光或辐射发射区和有源区在本文中意思是相同的。根据本发明的其它实施方式，从每一个激光二极管芯片的有源区的中心到载体基座的距离与距通过激光二极管芯片的发射区或有源区的中心的中位中心线(median center line)的偏离相一致，该偏离小于激光二极管芯片的有源区宽度的一部分，优选小于有源区宽度的10％。
组件还可以包括在多个激光二极管芯片中的每一个的出口面处的快轴准直透镜。本发明的一个实施方式中的快轴准直透镜是用于整个组件的单透镜阵列。如果组件中的各个激光二极管芯片的有源区或发射区的位置可预测地在预定范围内，则预制单透镜阵列。
在本发明的另一个实施方式中，如图5所示，激光二极管芯片的组件还包括多个导电焊盘，导电焊盘以一排附接到载体基体的表面并且在相邻导电焊盘之间存在空间。子安装座是导电子安装座，并且在多个导电子安装座中的第一个和最后一个之间的多个导电子安装座中的每连续一对具有附接到多个导电焊盘中的一个的安装表面。多个激光二极管芯片中的每一个位于相邻导电焊盘之间的空间的上方。
根据本发明的另一方面，多个子安装座中的每一个具有相同的尺寸。可替代地，在本发明的一个实施方式中，多个子安装座中的每一个的厚度在0.3和0.8mm之间。其他厚度是可能的。
根据本发明的另一方面，子安装座和激光二极管芯片的每一个组合在安装在载体基座上之前被单独地对激光发射进行测试。
根据本发明的另一方面，多个子安装座中的每一个具有与附接到载体基座的表面相对的自由表面，而该载体基座未附接到另一载体。因此，仅使用一个载体。
根据本发明的另一方面，每一个激光二极管芯片被结合到多个子安装座中不与另一个激光二极管芯片结合的两个。因此，不包括两端激光二极管芯片在内，每一个激光二极管芯片之间有两个子安装座。
根据本发明的另一方面，激光二极管芯片组件包括多个导电焊盘，导电焊盘以一排附接到载体基座的表面并且相邻的导电焊盘之间存在空间。子安装座是具有安装表面的导电子安装座，其中在多个导电子安装座中的第一个和最后一个之间的多个导电子安装座之中只有一个具有附接到多个导电子安装座中的一个的安装表面。多个激光二极管芯片中的每一个位于相邻导电焊盘之间的空间之上。在本实施方式中，在每一个激光二极管芯片之间存在单个子安装座。因此，在本实施方式中，在激光二极管芯片的组件中不是端部激光二极管芯片的每一个激光二极管芯片被结合到多个子安装座中与另一个相邻激光二极管芯片结合的一个。
根据本发明的一个方面，组件具有五个激光二极管芯片，基板的表面积不大于20×10mm2。根据本发明的一个方面，组件具有超过五个激光二极管芯片，基板的表面积不大于20×10mm2。根据本发明的一个方面，该组件在基板或载体基座的不大于20×10mm2的表面积内具有多达10个激光二极管芯片。
根据本发明的另一方面，激光二极管芯片组件包括载体基座和多个子安装座，所述多个子安装座中的每一个是陶瓷材料，所述陶瓷材料至少部分地覆盖有导电材料层，所述多个子安装座中的每一个直接或间接附接到所述载体基座。组件还包括多个激光二极管芯片，多个激光二极管芯片中的一个位于多个子安装座中的每连续一个之间，使得其电连接到导电材料层，该导电材料层至少部分地覆盖多个子安装座中的每连续一个。多个激光二极管芯片中的每一个相对于载体基座竖直定向，并且具有可以发射平行于载体基座表面的辐射的开放表面。
根据本发明的另一方面，导电材料覆盖每一个子安装座的每一侧的一部分并且还覆盖与载体基座相邻的每一个子安装座的至少底面。
可替代地，导电材料覆盖每一个子安装座的每一侧的一部分并且还覆盖未附接到载体基座的每一个子安装座的至少顶面。
根据本发明的另一方面，在本发明的一个实施方式中组装的激光二极管芯片的发射区都对准，使得单个透镜可用于慢轴准直。因此，发射区或有源区彼此对准，使得堆叠中的所有发射区的总宽度不大于单个发射区的宽度的110％，并且所有发射表面在垂直于光束传播的一个平面中对准。
根据本发明的另一方面，在本发明的一个实施方式中组装的激光二极管芯片的发射区都被对准，使得单个微透镜阵列可以可选地用于快轴准直。因此，单个激光二极管芯片的发射区以优于1μm的精度在垂直于光束传播方向的一个平面中对准，并且激光二极管芯片的间距以优于1μm的精度对准。
从权利要求书、说明书和附图可以理解本发明的其它优点。以上提及的特征以及下面更详细地列出的特征也可以单独使用或以任何组合一起使用。所示出和描述的实施方式不旨在被理解为确定的列表，而是为了描述本发明而具有示例性的特征。
根据本发明的一个方面，提供了一种激光二极管组件，包括：载体基座；多个子安装座，所述多个子安装座中的每一个子安装座直接或间接附接到载体基座；多个激光二极管芯片，所述多个激光二极管芯片中的每一个具有两个相对的结合表面和与所述载体基座的表面垂直的有源层，所述两个相对的结合表面中的每一个附接到所述多个子安装座中的一个，使得包括有源层的多个激光二极管芯片中的每一个相对于载体基座竖直定向，每一个激光二极管芯片具有有源区，有源区具有相对于载体基座而言的顶部，当由电流供电时能够平行于载体基体的表面并且平行于两个相对的结合表面发射辐射；并且所述多个激光二极管芯片中的每一个的有源区的顶部到所述载体基座的距离不大于所述激光二极管组件中的所述多个激光二极管芯片的相邻激光二极管芯片之间的间距的一半±10％。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中，多个激光二极管芯片中的每一个激光二极管芯片的有源区的顶部到载体基座的距离在0.2mm和1mm之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中，多个激光二极管芯片中的每一个激光二极管芯片的底部与激光二极管组件中的载体基座之间的距离小于50微米。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中，多个激光二极管芯片中的每一个激光二极管芯片的有源区的中心到通过多个激光二极管芯片中的激光二极管芯片的有源区的中位中心线的距离不大于任何激光二极管芯片的有源区的宽度的1/10。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中所述多个激光二极管芯片中的激光二极管芯片的每一个有源区确定垂直于来自所述有源区的辐射并垂直于所述载体的平面以形成基本上平行的多个平面，并且所述多个平面中的任何两个平面之间的距离不大于1微米。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，还包括单个准直透镜，以沿着激光二极管组件的慢轴准直激光辐射。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，还包括：多个导电焊盘，其以一排附接到所述载体基座的表面并且相邻的导电焊盘之间存在空间；所述子安装座是导电子安装座，所述多个导电子安装座中的每一个具有附接到所述多个导电焊盘中的一个的安装表面；并且所述多个激光二极管芯片中的每一个在相邻导电焊盘之间的空间上方的位置安装在导电子安装座上。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中多个子安装座中的每一个具有相同的尺寸。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中多个子安装座中的每一个的厚度在0.3和0.8mm之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，还包括：预制微透镜阵列，其用于由多个激光二极管芯片产生的辐射的快轴准直。
根据本发明的另一方面，提供一种激光二极管组件，其中所述组件具有多于5个激光二极管芯片并且占据不大于20mm×10mm的面积。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中所述多个子安装座中的每一个由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料在第一侧和第二侧上至少部分地覆盖有导电材料层，每一侧将附接到不同的激光二极管芯片。
根据本发明的另一方面，提供一种激光二极管组件，其包括载体基座；多个单独的子安装座，多个子安装座中的每一个是陶瓷材料，所述陶瓷材料在第一侧和第二侧至少部分地被导电材料层覆盖，每一侧都将附接到不同的激光二极管，所述多个子安装座中的每一个直接或间接地附接到所述载体基座；多个激光二极管芯片，每一个激光二极管芯片具有第一安装侧和第二安装侧，所述多个激光二极管芯片的第一安装侧和第二安装侧中的每一侧被附接并电连接到所述多个子安装座中的不同子安装座的导电材料层；其中所述多个激光二极管芯片中的每一个相对于所述载体基座竖直定向，并且具有可以平行于所述载体基座的表面发射辐射的开放表面；并且其中，所述多个激光二极管芯片中的每一个激光二极管芯片的有源区的顶部与所述载体基座的距离不大于所述激光二极管组件中的各个激光二极管芯片之间的间距的一半±10％。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中导电材料覆盖每一个子安装座的每一侧的一部分并且还覆盖要安装在所述载体基座上的每一个子安装座的底部安装表面的至少一部分。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中导电材料覆盖每一个子安装座的每一侧的一部分并且还覆盖未附接到所述载体基座的每一个子安装座的至少顶面。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中激光器组件中的每一个激光二极管芯片的有源区的中心到通过所述激光二极管组件中的激光二极管芯片的有源区的中位中心线的距离不大于所述激光二极管组件中任何激光二极管芯片的最宽有源区的宽度的1/10。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中所述激光二极管组件在所述载体基座的不大于20×10mm2的表面区域内具有多于5个并多达10个激光二极管芯片。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，还包括：单个透镜，用于慢轴准直由多个激光二极管芯片产生的辐射。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，还包括：预制的微透镜阵列，用于快轴准直由多个激光二极管芯片产生的辐射。
根据本发明的另一方面，提供了一种激光二极管组件，其中安装在载体基座上的两个激光二极管芯片的有源区之间的偏移量不大于1微米。
附图说明
图1示出了安装到子安装座的激光二极管芯片。
图2示出了安装在单个子安装座上的激光二极管芯片。
图3示出了安装在两个子安装座之间的激光二极管芯片。
图4和5示出了本发明的第一实施方式。
图6示出了根据本发明的实施方式的激光二极管芯片的组件。
图7示出了本发明的另一实施方式。
图8示出了本发明的另一实施方式，其中子安装座部分地被导电层覆盖。
图9A和9B进一步示出了图8的实施方式的各个方面。
图10示出了本发明的另一实施方式。
图11进一步示出了图10的实施方式的各个方面。
图12和13示出了根据本发明的一个方面的两个组件的使用。
图14A和14B示出了根据本发明的一个方面的冷却构造。
图15A和15B示出了发射孔或发射区相对于彼此并且相对于基座载体的对准。
具体实施方式
本发明的方面涉及将激光二极管芯片利用位于P侧和N侧的子安装座安装在冷却表面上，从而将组件中的激光二极管芯片的激光辐射发射区或有源区定向使得激光二极管芯片处于用于堆叠的有利位置。在本发明中，激光二极管竖直安装，使得激光二极管远离载体基座延伸的表面的长度大于激光二极管的沿着载体基座的顶面(平行于载体基座)延伸的表面的长度。
激光二极管芯片组件包括载体基座和多个子安装座，多个子安装座中的每一个是至少部分被导电材料层覆盖的陶瓷材料，多个子安装座中的每一个直接或间接附接到载体基座。组件还包括多个激光二极管芯片，多个激光二极管芯片中的一个位于多个子安装座中的每连续一个之间，使得其电连接到导电材料层，该导电材料层至少部分地覆盖多个子安装座中的每连续一个。多个激光二极管芯片中的每一个相对于载体基座竖直定向，并且具有可以发射平行于载体基座表面的辐射的开放表面。
单发射器二极管激光二极管芯片(目前约0.6mm(宽)×0.1mm(高)×4mm(长)，但可以是其它尺寸)利用位于P侧和N侧的子安装座结合。根据本发明的实施方式，子安装座可以是导电的(例如CuW)或电绝缘(例如BeO或AlN)。如果子安装座是非导电的，则它们包括导电表面处理(通常具有薄金属膜或厚膜)，并且它们具有同与激光二极管芯片结合的第一表面相垂直的第二安装表面。
然后使用该第二表面将子组件安装到载体散热器上。来自第一子安装座的电流通过激光二极管芯片(或激光源)传递到激光器芯片另一侧的第二子安装座将激活激光二极管芯片，使其沿平行于两个安装表面的方向发光。可以将多个子安装座上芯片(CoS)子组件并排放置以在快速发散光轴(即垂直于第一安装表面的方向)上堆叠激光束，并将它们串联连接使得电流从第一激光器芯片通过直到最后一个。在操作期间由激光二极管芯片产生的热量通过第一安装表面从芯片散发到子安装座，然后通过第二安装表面散发到载体基座散热器。多个激光束可以在“快轴”和“慢轴”(即平行于第一安装表面的方向)上准直，从而产生用于直接使用的高功率自由空间激光束，或者可以进一步转换而形成光纤耦合二极管激光二极管芯片。根据散热器的冷却性能，CoS子组件可以彼此远离地放置，以便允许有效的冷却，或者它们可以紧密封装，以产生更紧凑的激光器模块。在极端情况下，CoS子组件的整个堆叠可以成为多层夹置结构，其中两个相邻的CoS子组件之间没有气隙，并且两个相邻的发射器可以被结合到之间的同一子安装座。根据本发明的一个方面，有利地选择距离以优化热传递和光耦合。
在以CuW作为实例的导电子安装座的情况下，子安装座应当具有良好的导热和导电性能以及与激光二极管芯片匹配的热膨胀特性。由于芯片直接结合在子安装座上，所以可以使用表面处理(例如Ni/Au电镀)来促进良好的附着。此外，附着有CoS子组件的冷却表面需要被图案化成导电区域和电绝缘区域，使得各个激光二极管芯片在保持良好的热路径的同时不会短路。在一排器件中的顺序为子安装座/激光器/子安装座/激光器/子安装座的情况下，由于所有的电流都直接从子安装座到激光器到子安装座到激光器，所以焊盘不需要导电。在本发明的一个实施方式中，顺序是子安装座/激光器/子安装座、子安装座/激光器/子安装座，可能需要载体焊盘在两个子安装座之间通电，特别是在相邻子安装座可能彼此物理接触或可能不彼此物理接触的情况。
在以AlN为例的电绝缘子安装座的情况下，可以将导电涂层(通常为金属)施加到子安装座。该涂层可以是厚金属化膜(例如具有其它金属层的银)或薄金属化膜(例如钛加其他金属)。涂层从子安装座的一侧包绕到另一侧以形成从一个激光二极管芯片的P侧到另一个激光二极管芯片的N侧的电路。该导电路径没有电连接到与散热器接触的安装表面。因此，这里散热片的冷却表面不需要具有电绝缘图案。
图1示出了激光二极管组件的构造。组件100示出了具有两个激光二极管源的载体102，每一个激光二极管源被捕获或夹在安装在载体上的子安装座之间。载体102可以是单个基座，其用作安装的激光二极管芯片的基座。也可以是多层基座，例如AlN-Cu-AlN基座。在本发明的一个实施方式中，用于传导冷却流体的冷却通道是基座的一部分。视图100示出了安装在子安装座104和103上的辐射二极管源105的辐射端的视图。还标识了相同的安装的激光二极管芯片110。根据本发明的一个方面，一排或一系列安装的激光器被安装在载体102上。激光二极管芯片105在两个子安装座104和103之间具有厚度1010。激光二极管芯片位于载体102上方的距离112处，为了使激光二极管可操作，电流必须通过激光二极管芯片在103和104之间流动。当电流流过芯片105时，芯片中的有源层产生从激光器芯片的有源区120发射的激光辐射。构造100绘制为可见表面105是朝向观看者辐射激光辐射的期望的辐射表面。厚度1010与发射器的快轴重合。附加的激光二极管被放置在载体102上，但没有绘制出来以防止图的过度拥挤。也省略或未标识出提供工作电流的不同可能的电导体。
图1中的视图115示出了组件的侧视图。在该视图中可以看到载体102上的单个子安装架103的一侧。为了清楚起见，激光二极管芯片105以虚线标识。还标识出激光二极管芯片的长度108和激光二极管芯片的宽度107。如图所示，图1中的激光二极管芯片的长度与子安装座的长度相同。激光二极管芯片105的长度也可以短于子安装座103的长度。元件105和103左侧指向左侧的两个箭头指示来自激光二极管芯片105的激光辐射的方向，并且标号121表示有源区(激光辐射从其发射)的高度(也称为宽度)。
在图1的两个视图100和115中，示出了激光二极管芯片105没有在子安装座之间向下延伸到载体102。因此，激光二极管芯片105不接触载体102。这是设计的一部分。人们不希望激光二极管芯片接触载体，如果载体由金属制成或具有导电层当然不接触，因为这可能使激光二极管芯片短路。此外，通过接触载体，激光二极管芯片在操作期间可能经历不期望的应力。然而，根据本发明的一个方面，激光二极管芯片105的下侧尽可能靠近载体，载体作为散热器并且可以具有强制冷却系统。在本发明的一个实施方式中，激光二极管芯片105的底部与载体(包括附接于载体的任何层)之间的间隙在10微米至500微米的范围内。500微米的距离可能相对比较容易实现。然而，10微米可能需要仔细和广泛的定位努力，例如，利用处理器控制的机器臂或放置装置。可能要求操作者通过显微镜观察引导机器臂，并在放置操作期间做出放置的决定。
图1的附图还示出了激光二极管芯片在子安装座之间的放置可能不是对称的。激光二极管芯片上方到子安装座顶部的自由空间可以为零，其中激光二极管芯片与子安装座的顶部齐平或者几乎与子安装座的顶部齐平。根据本发明的一个方面，激光二极管芯片的顶部和子安装座的顶部之间的自由空间优选在0.25mm至0.5mm的范围内。可替代地，可以提供激光二极管芯片的顶部和子安装座的顶部之间的更大的自由空间区域。此外，激光二极管芯片105可以比每一个子安装座短。然而，优选的是，激光二极管芯片105的辐射表面设置在或者大致设置在围绕激光二极管芯片105的每一个子安装座的端表面处。这允许有效地使用准直透镜。本发明涉及将激光二极管芯片安装在子安装座上，如图2和3所示，使得激光二极管(面积最小的表面)的宽度面向载体。图2以透视图示出了具有子安装座201和激光二极管芯片202的部分安装的激光二极管。激光二极管芯片相对于子安装座的边缘的相对位置可能不是按比例绘制并且反映本发明的特定实施方式。图3示出了安装在优选地具有相同尺寸的子安装座302和303上的激光二极管芯片301。这形成了一个独立的激光二极管，该激光二极管可以在安装在载体上之前对激光辐射进行测试。箭头表示期望的辐射方向，该方向来自由激光二极管芯片301的宽度和厚度确定的表面。
现在将进一步讨论本发明的各个方面。根据本发明，如图所示，提供了在单个载体基座的表面上的竖直定向激光二极管的组件。参考图4，组件400包括多个激光二极管芯片403和多个子安装座402和404。多个子安装座402和404中的每一个子安装座直接或间接附接到载体基座401。如前面提到，载体基座401可以是众所周知的多层载体，例如AlN-Cu-AlN载体。
在图4中，每一个激光二极管芯片403具有垂直于载体基座401的表面的两个相对的结合表面。两个相对的结合表面中的每一个附接到多个子安装座中的一个。因此，考虑激光二极管芯片403，其一个结合表面附接到子安装座402，另一个结合表面附接到子安装座403。
如箭头407所示，每一个激光二极管芯片具有垂直于单个载体基座的表面并垂直于两个相对的结合表面的开放辐射表面，辐射从该开放辐射表面射出。如图4所示，在每一个激光二极管芯片的底部和载体401的表面之间存在间隙。根据本发明的一个方面，从载体到激光二极管的间隙的大小在10和500微米之间。
根据本发明的一个方面，激光器芯片组件的间距决定了激光二极管芯片至载体的优选距离。这里将间距定义为空间周期结构的周期长度。在由气隙分开的夹置CoS组件的情况下，间距是两个子安装座、芯片和气隙的厚度之和。这在图5中示出。在相邻的激光二极管芯片之间共享一个子安装座的情况下，不会有气隙，所以间距将简单地是一个子安装座和激光二极管芯片的厚度之和。这在图7中示出。在本发明的一个实施方式中，两个相邻的子安装座如图6所示出地接触。在这种情况下，间距是两个子安装座和激光二极管芯片的厚度之和。在本发明的一个实施方式中，两个相邻的子安装座几乎接触并且可以通过连接材料而非激光二极管芯片来连接。在这种情况下，间距是两个子安装座、可在相邻且几乎接触的子安装座之间的任何材料、以及激光二极管芯片的厚度之和。
在本发明的一个实施方式中，激光二极管或激光源或激光二极管芯片典型地为100μm厚，并且子安装座厚度可以在0.3mm至0.8mm之间变化。间距可以小至0.4mm，大至2mm。此范围以外的数字也是可能的。在本发明的一个实施方式中，间距为0.2mm或更大。在本发明的另一个实施方式中，间距大于2mm但小于3mm。
根据本发明的一个方面，激光二极管芯片和载体之间的距离用“间距的一半”表示。这是为了允许从激光二极管芯片的有源区经由两侧的子安装座到作为冷却器的载体的45°或大约45°的辐射角的有效散热，如图14A和14B所示。
图14A和14B示出了本发明的实施方式的实例。特别地，示出了定向和尺寸。组件包含多个激光二极管芯片，其中1402被标识。激光二极管芯片1402夹在两个子安装座1411和1412之间。子安装座1409和1410夹着不同的激光二极管芯片。相应地，在图14A中，在相邻的激光二极管芯片之间有两个子安装座。因此，该结构的间距基于两个相邻的子安装座，并且被标识为箭头1413。每一个激光二极管芯片具有在激光二极管芯片1402中标识为区域1403的有源区或有源区域。有源区1403是1402的发射区。夹在子安装座之间的激光二极管芯片在载体1401上以竖直定向安装。有源区1403的宽度1425也被标识为有源区1403的顶部和底部之间的尺寸。
激光二极管芯片具有相对于载体的标识为1407的顶部以及标识为1406的底部。激光二极管芯片的有源区或有源区域具有有源区的顶部(有源区的顶部标识为1404)以及标识为1405的有源区的底部。1404和1405之间的距离是有源区的宽度。从顶部1404到载体1401的距离被标识为1414。根据本发明的一个方面，距离1414不大于两个相邻的二极管激光器芯片之间的间距的一半或1413的至少一半。在本发明的实施方式中，组件中两个相邻的二极管激光器芯片之间的距离由两个相邻的二极管激光器芯片共享的公共子安装座确定。相应地，两个二极管激光器芯片之间的间距取决于中间子安装座的组合尺寸，其可以是图14B所示的一个子安装座或图14A所示的两个子安装座。
如本文所述，并且如图14B所示，本发明的一个实施方式中的激光二极管芯片安装在单个子安装座的相对侧上。在这种情况下，如图14B所示，间距由箭头1415限定，并且激光二极管芯片的顶部到载体1401的最小距离1416不大于1415的一半。
如果从冷却载体起算的激光器距离增加到间距的一半以上，则来自相邻激光二极管芯片的热流将在两个激光二极管芯片之间的中心区域中重叠，导致激光器温度与当距离小于间距的一半时相比升高快得多。对于高效的高功率操作，基于45°条件存在优选的距离，其需要或至少强烈地建议激光二极管芯片的有源区的顶部优选地处于小于竖直堆叠多发射器激光源中的激光二极管之间间距尺寸的一半的高度，如图14A所示。如图14A所示的激光二极管芯片或激光源可以具有在水平方向上约100微米的尺寸以及在竖直方向上400-600微米的尺寸。这里的有源区典型地在竖直方向上为约100微米，在水平方向上为几微米。
子安装座的厚度可以在0.3mm至0.8mm之间或其它范围内变化。优选地，子安装座具有允许操纵的高度，因此优选地它们不应该太小。与特征的尺寸相关的所有测量值根据本发明的一个实施方式可以变化10％，或者根据本发明的另一个实施方式可以变化高达25％。
根据本发明的一个方面，捕获或夹在两个子安装座之间的激光二极管芯片的有源区的顶部位于距离载体的顶部约0.2mm至1mm之间的距离处，该距离由夹在子安装座之间的竖直堆叠中的激光二极管芯片的间距的一半确定，如上所述。
描述激光二极管相对于载体的优选位置或高度的另一种方式是应用从垂直于激光源的发光区的竖直横截面图中激光源的有源区的顶部穿过子安装座向下到达载体所绘制的线，在所绘制的线和垂直于载体的线之间限定一角度，其中约45°的该角度将使线直接从子安装座穿入载体。如果夹着激光源的子安装座具有不同的厚度，则夹着的两个子安装座应符合45°规则。利用垂直于载体基座的线以45°测量并且从激光二极管芯片的有源区的顶部测量的线将穿过激光二极管芯片的子安装座，但不穿过与该激光二极管芯片的子安装座相邻的子安装座。出于实际的原因，在本发明的一个实施方式中，45°可设定为45°±5°。在本发明的另一个实施方式中，角度规则可以被设置为45°±10°。
如果在一些实施方式中发射器太靠近载体(例如<100μm)，则可能增加其短路的可能性(例如，通过使用常规结合产生的焊球)。在本发明的一个实施方式中，用于竖直堆叠的焊料层厚度被优化以减少或消除这种伪影，并使激光源的底部甚至更靠近载体至50微米。可能可以将离载体的距离近至10μm，但制造裕量(margin)将非常紧，需要昂贵的制造工作。为保证额外的成本，在许多应用中从50微米间隙移动到10微米间隙的热增益可能不够显著。在本发明的一些实施方式中，移动到10微米间隙(尽管如此之小)的热优点对于那些实施方式来说足以保证额外的制造成本。
根据本发明的一个实施方式，发射器或多个发射器的中心到竖直堆叠布置中的安装平面或载体的距离被精确对准，使得与中位中心线的偏离优选为发射器宽度的1/10或更小。这有助于减少所有激光束组合时的整体光束尺寸，从而提高整体光束质量。如果子安装座侧边缘和激光二极管芯片侧边缘足够接近，则可以在一个显微镜视野下识别两个边缘，使得精确对准更容易实现。对于具有非常精确的电机的结合工具进行平移，即使机器必须分别识别两个边缘，达到5-10微米的对准精度也不成问题。在本发明的一个实施方式中，载体401在单个组件中承载至少5至10个激光二极管芯片。在该实施方式中，一个激光二极管芯片在任何一侧安装到子安装座402和404。电流通过贴片405和406提供。期望的激光辐射由箭头407标识。进一步注意到，诸如准直仪等光学器件将被应用，但是从图4中省略。
在激光二极管组件500的一个实施方式中，如图5所示，来自每一个激光二极管芯片的发射表面的辐射通过准直透镜511传递并且在平行于载体基座401的表面的方向上发射。其他光学器件可以与本发明的激光器模块一起使用。
在本发明的一个实施方式中，如图5所示，多个子安装座中的每一个间接地附接到导电焊盘501、502或503上。在该实施方式中，存在多个导电焊盘501至503，该导电焊盘501至503以一排连接到载体基座401的表面，在相邻导电焊盘之间存在空间510。子安装座505和507是导电的子安装座。在多个导电子安装座中的第一个和最后一个之间的多个导电子安装座中的每连续一对(例如，507和512)具有附接到多个导电焊盘中的一个(例如502)的安装表面。
为了进一步明确激光源和子安装座相对于载体的布置，应注意，多个激光二极管芯片中的每一个的尺寸长度大于尺寸宽度，而尺寸宽度大于尺寸厚度。每一个激光二极管芯片的辐射表面是由尺寸厚度和尺寸宽度限定的区域。每一个激光二极管芯片的结合表面是由尺寸长度和尺寸宽度限定的区域。每一个激光二极管芯片的第一和第二开放表面是由尺寸长度和尺寸厚度限定的区域，并且是图5所示的每一个激光二极管芯片的顶面和底面。
如图5所示，多个激光二极管芯片中的每一个具有第一结合表面和第二结合表面，所述第一结合表面导电性地附接到多个导电子安装座中与第一导电焊盘附接的一个，所述第二结合表面导电性地附接到多个导电子安装座中的第二导电子安装座，并且当从辐射表面发射辐射时，辐射平行于载体基座的表面发射。例如，如图5所示，激光二极管506的第一结合表面结合到子安装座505，激光二极管506的与第一结合表面相对的一侧的第二结合表面结合到子安装座507。
多个激光源中的每一个的第一开放表面(即，面向载体401的底面)比位于激光二极管506的顶部上的与第一开放表面相对的第二开放表面更靠近载体401的表面。如本文所述和要求保护的，多个激光二极管506中的每一个的第一开放表面与载体基座401的表面之间的间隙小于预定距离。
如图5所示，载体401包括多个导电焊盘501、502和503，这些导电焊盘以一排附接至载体基座401的表面，并且相邻的导电焊盘之间具有空间。因此，焊盘501、502和503彼此电绝缘。当子安装座由诸如铜-钨(CuW)的导电材料制成时，焊盘为子安装座例如子安装座505和507提供电流。图5的侧视图示出了从放射线射来的位置看组件侧面的观看者所看到的一部分。子安装座505和507夹着激光二极管芯片506。
注意，对激光二极管506未示出准直仪511。应当理解，准直仪存在于每一个激光二极管506的输出处。子安装座以用于提供电流的常规方式安装在导电焊盘501、502和503上。整个组件坐置于载体401上。可以最佳地保持坐在同一焊盘上的两个子安装座之间的距离508。这允许载体上的部件的最佳对准。然而，子安装座也可以接触而没有空间。
在本发明的一个实施方式中，多个激光源506中的每一个的第一开放表面(即，面向载体401的底面)到载体表面的距离比激光二极管506的第二开放表面(即顶面)到子安装座505和507的顶面512的距离小。因此，空间510小于空间513。在另一个实施方式中，从载体到激光二极管的空间510是距离513的大小的百分之五十(50％)。
在本发明的一个实施方式中，子安装座都具有相同的尺寸或大小。这例如在图4和5中示出。在本发明的一个实施方式中，多个子安装座中的每一个的厚度在0.5至1mm之间。
如上所述，由安装在两个子安装座之间的激光二极管芯片形成的激光二极管506可以在安装在子安装座上之前单独测试。这样可以防止在载体401上安装有故障的激光二极管，安装有故障的激光二级管将导致浪费时间和部件的代价高昂的错误。根据本发明的一个方面，在安装在载体基座401上之前，单独对子安装座和激光二极管芯片的每一个组合进行激光发射测试。
在本发明的一个实施方式中，多个子安装座中的每一个具有与附接到载体基座401的表面相对的自由表面513，而该载体基座401未附接到另一个载体。这在图4和5中示出。通过借由载体基座401提供冷却或散热能力以及通过将激光二极管芯片安装在载体基座401附近来保持自由(上)表面并且防止安装载体的额外成本。
在本发明的一个实施方式中，取决于子安装座和激光源的大小，多个激光源中的每一个到自由表面的距离在10微米至800微米之间。虽然从激光二极管芯片506到载体401保持短小的间隙，但是维持更大的距离513是有益的。这被认为允许改进对各个激光二极管的处理和微笑管理。在本发明的一个方面中，多个激光源506中的每一个到子安装座的自由表面的距离513的最小值大于激光源506和载体401之间的间隙510的距离的50％。
根据本发明的实施方式，每一个激光二极管芯片被结合到多个子安装座中的未与另一个激光源结合的其中两个子安装座。这在例如图4和5中示出。因此，每一个激光二极管芯片(例如407和506)被结合到特定激光二极管芯片独有的一组子安装座上。例如，二极管506结合到子安装座505和507，并且子安装座505和507不与任何其它激光二极管芯片结合。
现在参考图5说明通过激光二极管506的电流。引起二极管产生辐射的激励电流从导电焊盘501向上流过安装到焊盘501的导电子安装座。然后电流流过激光二极管(用准直透镜511示出)并通过导电子安装座离开表面512。然后电流通过导体焊盘502，通过子安装座507，通过激光二极管506，通过子安装座505并通过导体焊盘503。每一个连续的激光二极管506以这种方式被激发，造成辐射的发射。
根据本发明的另一个实施方式，如图6所示，组件包括以一排附接到载体基座604的表面603的导电焊盘601和602。激光二极管611安装在每对子安装座之间。子安装座是具有安装表面的导电子安装座。导电子安装座610和605分别安装到导电焊盘601和602上。在子安装座605和610(包括606、607、608和609)之间的每一个相邻子安装座电连接以传导电流。这意味着电流流过中间单元中的子安装座和激光二极管芯片，只有首尾子安装座605和610连接到导体焊盘。
在本发明的另一个实施方式中，图5和6的相邻子安装座可以用单个子安装座替代，从而减少部件数量。图7示出了类似于图5的实施方式，但是相邻的子安装座对(例如，507和512)被单个子安装座707替代。因此，导电焊盘702至705安装在载体701上。单个子安装座706至709分别安装在焊盘702至705上。每一个激光二极管芯片710、711和712安装在单个子安装座之间。图6的实施方式可以类似地修改使得每对相邻的子安装座被单个子安装座所替代。
图8示出了本发明的组件800的另一实施方式。在该实施方式中，子安装座802、804和808可以是导电的或非导电的并且安装在载体801上。如果是非导电的，则子安装座具有从一侧包绕到另一侧的导电层。因此，子安装座可以由诸如AlN的陶瓷制成。在图8中，激光源803和807安装在子安装座802、804和808之间，使得单个子安装座位于每一个激光源之间。子安装座802是可以经由部分地或完全覆盖子安装座802的导电层810连接到连接焊盘805的端部子安装座。
导电层810可以是U形的，使得其覆盖子安装座的两侧以及子安装座的底部。因此，在图8中，导电层810包绕子安装座802的底部。每一个子安装座具有类似地附接到其上的导电层810。从其中一个激光二极管延伸的箭头809表示这些侧表面是期望的发射表面。
子安装座802与导电层810的连接是常规的。例如，这些部件可以被电镀，具有厚膜或者具有薄膜导电层。导电层810与载体801的连接也是常规的。例如，它可以用焊料或导热粘合剂附接。
图8的实施方式进一步在图9A和9B中示出。在图9A中示出了具有载体851的组件850。图中示出激光二极管芯片854和857。每一个激光二极管芯片在下开放表面和载体851之间具有间隙858。子安装座853和855被单独的导电层852和856覆盖。图中清楚地示出，激光二极管芯片854具有相邻的子安装座855和853，并且子安装座855导电地结合到激光二极管芯片857和854以及中间导电层。还可以看出，子安装座部分地被导电层覆盖。例如，子安装座855仅部分地覆盖有导电层856。被覆盖的子安装座可以例如通过粘结来结合到载体851。在本发明的另一个实施方式中，在图9B中示出类似于850的组件860。在这种情况下，可以被部分覆盖的子安装座通过被标识为861、862和863的焊盘结合到载体851。
在图8所示的本发明的实施方式中，子安装座优选地由陶瓷或其它电绝缘材料制成。载体801也由陶瓷或电绝缘材料制成，或者至少使围绕子安装座的导电层彼此电绝缘。
本发明的实施方式允许组件的非常紧凑的实现。根据本发明的一个方面，组件具有八个激光二极管芯片，并且具有不大于20×30×10mm3的体积。组件的体积包括组件的总高度和载体的尺寸。
图10和11示出了本发明的另一实施方式。它显示了上述单个共享子安装座的构造。例如，子安装座1203由激光二极管芯片1205和1202共享。子安装座1201具有导电层1204，导电层1204部分地覆盖子安装座的侧面、顶部和另一个侧表面。每一个子安装座具有可以向激光二极管的组件提供电流的层。图10的组件类似于图8所示的组件，但是上下颠倒，使得部分覆盖的导电层覆盖子安装座的顶面的至少一部分。这在图11中示出，其中载体1301位于被覆盖表面的相对侧。在该实施方式中，子安装座优选地是非导电的。
如上所述，根据本发明的激光器组件可以包括八个或甚至更多个激光二极管芯片。如图12和13所示，一个、两个或更多个激光器组件可以安装在载体上。在图12中，第一多个竖直定向激光源1601和第二多个竖直定向激光源1602安装在载体1354上。
图13中示出了耦合两个激光器组件1601和1602的输出的样本光学设计1600。来自两个激光器组件1601和1602的输出分别被反射镜1603和1604反射到光学组合器1605，然后进入光纤1606。
相应地，本发明的实施方式为基于单个发射器的大功率、高亮度二极管激光器模块提供非常紧凑的平台。市场上的相关模块典型地具有40×80×15mm3的尺寸；根据本发明的各个方面，可以得到小到20×30×10mm3的模块。
另外，本发明的各方面能够从P侧和N侧都冷却激光二极管芯片，这可以降低在高电流水平下限制激光束质量的热透镜效应。通过消除对线圈和复杂的光束旋转光学元件的需要，本发明的实施方式还可以降低整个模块的复杂性并导致更坚固的封装。
与基于棒的二极管激光器模块相比，本发明的各方面提供了额外的优点，即可以在进一步封装之前测试和挑选各个CoS子组件，从而提高最终产品的性能和产率。
如前所述且根据本发明的一个方面，在本发明的一个实施方式中组装的激光二极管芯片的发射区都对准，使得单个透镜可用于慢轴准直。因此，发射区彼此对准，使得堆叠中的所有发射区的总宽度不大于单个发射区的宽度的110％，并且所有发射表面在垂直于光束传播的一个平面中对准。这在图15A和15B中示出。这些图中的标号具有与之前提供的图1中标号相同的含义。标号1501、1502和1503表示夹置激光二极管芯片的发射器或有源区。线1504和1505示出作为组件的一部分的多个夹置激光二极管芯片的有源区相对于载体102的最高和最低高度。线1504和1505确定垂直于发射区离开组件的激光辐射的实际宽度或有效宽度。可以看出，出射辐射的宽度由激光二极管芯片及其辐射发射或有源区的定位的变化决定。均在相应的二极管激光器芯片的有源区中结束的有源层1509、1510和1514在图15B中被描绘为虚线，因为在图15B的上述视图中它们将不可见。
人们想分别将预先安装在组件上的单个透镜或单个阵列的透镜用于慢轴和快轴准直。很明显，各个激光二极管芯片相对于大尺寸的载体的定位的变化将使得难以准备适当的单透镜或单阵列的透镜。然而，如果定位的变化被控制在预定义的边界内，则可以在不做进一步调整的情况下来应用预制的单准直透镜或透镜阵列。根据本发明的一个方面，作为组件的一部分并且确定组件的组合出射辐射的宽度的激光二极管芯片的任何辐射或发射区的顶部的最高位置和任何辐射或有源区的最低位置，位于在出射点处具有最小辐射宽度的激光二极管芯片的辐射宽度的10％以内。这可以以合理的努力和成本实现。在另一个实施方式中，10％的变化是从具有最大辐射宽度的激光二极管芯片的出射辐射的宽度确定的。一般情况下并且出于实际目的，激光二极管芯片的有源区的宽度实际上是相同的。
在又一个实施方式中，有源区的组合辐射宽度的变化不大于具有最小辐射宽度的激光二极管芯片的辐射宽度的20％。通常，各个激光二极管芯片在非常严格的公差范围内制造，并且可被认为是相同的。在这种情况下，变化量在标准激光二极管芯片的辐射宽度尺寸的10％或20％以内。
根据本发明的另一方面，在本发明的一个实施方式中组装的激光二极管芯片的有源区全部对准，使得预制的单个微透镜阵列可用于快轴准直。因此，各个激光二极管芯片的有源区和在与光束传播方向垂直的平面中对准的两个激光二极管芯片的有源区的最大偏移不大于1μm。激光二极管芯片的间距优选地以优于1μm的精度对准。
在提供了组件俯视图的图15B中进一步说明了对准问题。线1507示出了带子安装座的激光二极管芯片的期望位置，且1508示出夹置激光二极管芯片相对于线1507的位置的变化。激光二极管芯片都以与子安装座齐平的方式对准。图15B因此示出了子安装座相对于彼此的定位的变化或偏移，并且因此示出了作为对应于图15A中的发射有源区1501、1502和1503的有源层的层1509、1510和1514的不同相对位置。有源区是激光二极管芯片的有源层的端面并输出激光二极管芯片的激光辐射。通过将线1507和1508内的子安装座的未对准或偏移保持在1微米或更小，并且激光二极管芯片的间距变化在1微米或更小，并且从而控制不同有源区的1511、1512和1513的相对位置或偏移，可以将预设定的透镜阵列用于快轴准直。
定义二极管激光器芯片在辐射方向上的对准偏差的另一种方式是为每一个二极管激光器芯片确定通过有源区的平面，该平面是垂直于来自有源区的辐射传播并垂直于载体的端面。这将是在图15A中提供的图像平面中或平行于该平面的平面。因此，可以形成多个平行或基本上平行的平面，每一个平面确定每一个激光二极管芯片的有源区的平面。优选地，所有这些平面重合成单个平面，指示所有有源区在一个平面中对准。在实际情况下可能会发生一些不对准或偏移。通过仔细放置和检查对准，可以确保有源区之间的最大对准误差或偏移量绝对不超过1微米或小于1微米或百万分之一米。该未对准称为组件中激光二极管芯片的有源区之间的偏移。
通过控制激光二极管组件中的激光二极管芯片的未对准，可以依靠待满足的对准裕量。这样就允许使用诸如透镜、透镜阵列、透镜安装座和其他部件的部件以及可以在最终组装之前制造、预制或放置在其他部件中的部件的特征。这样可以防止昂贵的装配后重新对准或修理。
虽然已经示出、描述并指出了应用于其优选实施方式的本发明的基本新颖特征，但是应当理解，在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以对所示出的方法和系统的形式和细节进行各种省略、替代和变化。因此，意图仅由权利要求书的范围所限定。

Claims (20)

1.一种激光二极管组件，包括：
载体基座(1401)，其具有表面；
多个子安装座(1409,1410,1411,1412)，所述多个子安装座中的每一个子安装座直接或间接附接到所述载体基座(1401)的表面；
多个激光二极管芯片(1402)，所述多个激光二极管芯片(1402)中的每一个具有两个相对的结合表面以及在两个所述结合表面之间的有源层，所述结合表面和所述有源层垂直于所述载体基座的表面，两个相对的所述结合表面中的每一个附接到所述多个子安装座(1409,1410,1411,1412)中的一个，使得包括所述有源层的所述多个激光二极管芯片(1402)中的每一个相对于载体基座(1401)竖直定向，每一个激光二极管芯片(1402)在所述有源层的端部具有有源区(1403)，所述有源区具有相对于所述载体基座而言的顶部，当由电流供电时所述顶部能够平行于所述载体基座(1401)的表面发射辐射；以及
其中，所述多个激光二极管芯片中的每一个的所述有源区的顶部到所述载体基座的距离(1414,1416)不大于所述激光二极管组件中的所述多个激光二极管芯片(1402)中相邻激光二极管芯片之间的间距的一半(1413,1415)±10％。
2.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述多个激光二极管芯片中的每一个激光二极管芯片的所述有源区的顶部到所述载体基座的距离在0.2mm和1mm之间。
3.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述多个激光二极管芯片中的每一个激光二极管芯片的底部与所述激光二极管组件中的所述载体基座之间的距离小于50μm。
4.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述多个激光二极管芯片中的每一个激光二极管芯片的有源区的中心到通过所述多个激光二极管芯片中的所述激光二极管芯片的有源区的中位中心线的距离不大于任何激光二极管芯片的有源区的宽度的1/10。
5.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述多个激光二极管芯片中的激光二极管芯片的每一个有源区确定垂直于来自所述有源区的辐射并垂直于所述载体基座的平面以形成基本上平行的多个平面，所述多个平面中的任何两个平面之间的距离不大于1微米。
6.根据权利要求1所述的激光二极管组件，还包括单个准直透镜以沿着所述激光二极管组件的慢轴准直激光辐射。
7.根据权利要求1所述的激光二极管组件，还包括：
多个导电焊盘(501,502,503)，其以一排附接到所述载体基座(401)的表面，并且相邻的导电焊盘之间具有空间(510)；
所述子安装座是导电子安装座，多个导电子安装座中的每一个具有附接到所述多个导电焊盘中的一个的安装表面；以及
所述多个激光二极管芯片中的每一个在相邻导电焊盘之间的空间上方的位置安装在导电子安装座上。
8.根据权利要求7所述的激光二极管组件，其中，所述多个子安装座中的每一个具有相同的尺寸。
9.根据权利要求7所述的激光二极管组件，其中，所述多个子安装座中的每一个的厚度在0.3mm和0.8mm之间。
10.根据权利要求5所述的激光二极管组件，还包括：
预制微透镜阵列，其用于由所述多个激光二极管芯片产生的辐射的快轴准直。
11.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述激光二极管组件具有多于5个激光二极管芯片并且占据不大于20mm×10mm的面积。
12.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述多个子安装座中的每一个由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料在第一侧和第二侧上至少部分地覆盖有导电材料层，所述第一侧和所述第二侧中的每一侧附接到不同的激光二极管芯片。
13.一种激光二极管组件，包括：
载体基座(851)；
多个单独的子安装座(853,855)，多个子安装座(853,855)中的每一个是陶瓷材料，所述陶瓷材料在第一侧和第二侧上至少部分地覆盖有导电材料层(852,856)，所述第一侧和所述第二侧中的每一侧附接到不同的激光二极管芯片，多个子安装座中的每一个直接或间接附接到所述载体基座(851)；
多个激光二极管芯片(854,857)，每一个激光二极管芯片(854,857)具有第一安装侧和第二安装侧，所述多个激光二极管芯片(854,857)的第一安装侧和第二安装侧中的每一安装侧被附接并电连接到多个子安装座(853,855)中的不同子安装座的导电材料层(852,856)；其中
所述多个激光二极管芯片(854,857)中的每一个相对于所述载体基座竖直定向并且具有能够平行于所述载体基座(851)的表面发射辐射的开放表面；并且所述多个激光二极管芯片(854,857)中的每一个的有源区的顶部至所述载体基座(851)的距离不大于所述激光二极管组件中的各个激光二极管芯片之间的间距的一半±10％。
14.根据权利要求13所述的激光二极管组件，其中，所述导电材料覆盖每一个子安装座的每一侧的一部分并且还覆盖每一个子安装座的要安装在所述载体基座上的底部安装表面的至少一部分。
15.根据权利要求13所述的激光二极管组件，其中，所述导电材料覆盖每一个子安装座的每一侧的一部分并且还覆盖每一个子安装座的未附接到所述载体基座的至少顶面。
16.根据权利要求13所述的激光二极管组件，其中，所述激光二极管组件中每一个激光二极管芯片的有源区的中心到通过所述激光二极管组件中的激光二极管芯片的有源区的中位中心线的距离不大于所述激光二极管组件中任何激光二极管芯片的最宽有源区的宽度的1/10。
17.根据权利要求13所述的激光二极管组件，其中，所述激光二极管组件在所述载体基座的不大于20×10mm2的表面区域内具有多于5个并多达10个激光二极管芯片。
18.根据权利要求13所述的激光二极管组件，还包括：
单个透镜，其用于由所述多个激光二极管芯片产生的辐射的慢轴准直。
19.根据权利要求13所述的激光二极管组件，还包括：
预制微透镜阵列，其用于由所述多个激光二极管芯片产生的辐射的快轴准直。
20.根据权利要求13所述的激光二极管组件，其中，安装在所述载体基座上的两个激光二极管芯片的有源区之间的偏移量不大于1微米。
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