CN108701967B - 具有沟槽的激光棒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有半导体层(11)的激光棒(1)，半导体层具有活跃区域(15)和多个层，其中活跃区域(15)布置在xy平面中，其中激光二极管(12)分别在x方向上在两个端面之间形成模式空间(4)，其中激光二极管(12)的模式空间(4)在y方向上并排地布置，其中在两个模式空间(4)之间在半导体层(11)中设置沟槽(3)，其中沟槽(3)在x方向上延伸，并且其中，沟槽(3)从半导体层(11)的上侧在z方向上延伸到在活跃区域(15)的方向上预先给定的深度。

Description

具有沟槽的激光棒
技术领域
本发明涉及激光棒和用于制造激光棒的方法。
本发明采用德国申请10 2016 103 358.8的优先权，其公开内容在此被参考引用。
背景技术
在现有技术中从DE 196 44 941 C1中已知了高性能二极管激光器，其中激光棒具有多个激光二极管，其中激光二极管通过激光棒中的额定断裂位置相互隔开。在将激光棒焊接到具有较小膨胀系数的散热器上并且冷却之后，沟槽导致额定断裂位置并且导致断裂。通过激光棒的实体上的分离，能够利用在室温下较小的延展性实现焊接的应用，因为由于机械应力能够排除激光棒的各个激光二极管的毁坏。此外，在两个另外的激光二极管之间在表面中引入沟槽。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有多个二极管的改善的激光棒，其中尤其改善了激光棒的机械稳定性，并且还改善了激光二极管的光学特性。
提出一种具有半导体层的激光棒，半导体层具有活跃区域，其中活跃区域布置在xy平面中，其中激光二极管分别在x方向上在两个端面之间形成模式空间，其中激光二极管的模式空间在y方向上并排地布置，其中在两个模式空间之间在半导体层中设置第一沟槽，其中第一沟槽在x方向上延伸，其中第一沟槽在y方向上具有预先给定的宽度并且在z方向上具有预先给定的深度。通过这些沟槽减少了激光棒中的机械应力。第一沟槽从半导体层的上侧在z方向上延伸到活跃区域中。第一沟槽可以从半导体层的上侧在z方向上以活跃区域的方向延伸，但是也可以在活跃区域之上终止。由此实现在活跃区域的期望的范围上集中电流密度。在一个实施方案中，沟槽也能够延伸超过活跃区域。
在一个实施方案中，在两个第一沟槽之间布置有具有第二模式空间的第二激光二极管，其中第二模式空间在x方向上在两个端面之间延伸。
在一个实施方案中，在布置在两个第一沟槽之间的两个激光二极管之间设置第二沟槽，其中第二沟槽沿着x方向延伸，其中第二沟槽在z方向上具有比第一沟槽更小的深度。
在一个实施方案中，第二沟槽在z方向上延伸到第一和第二激光二极管的活跃区域中。在一个实施方案中，第二沟槽能够延伸超过活跃区域。
在一个实施方案中，第二沟槽不延伸到第一和第二激光二极管的活跃区域中，而是终止在活跃区域之上。
在一个实施方案中，第二沟槽被填充材料，特别是被填充吸收激光二极管的电磁辐射的材料。
在一个实施方案中，激光棒安装在载体上。
在一个实施方案中，激光棒利用引入沟槽的一侧向下安装到载体上。
在一个实施方案中，第一沟槽在y方向上具有1μm至100μm或更多、尤其50μm的范围中的宽度。
在一个实施方案中，第二沟槽在y方向上具有1μm至100μm或更多、尤其50μm的范围中的宽度。
在一个实施方案中，半导体层由GaN材料系统、特别是具有Al和/或In的GaN材料系统构成。
在一个实施方案中，吸收材料填充到第二沟槽中。因此能够不取决于半导体层的材料地选择吸收材料。由此，通过形成第二沟槽和之后填充第二沟槽，保持半导体层的层构造是中断的。因此，在室温下也实现了减小层压和较少生成半导体层中的层压。此外，能够为吸收功能和/或导热功能更好地选择材料。吸收材料例如能够比半导体层的材料具有更好的导热性。由此能够实现活跃区域的更好的散热。
在一个实施方案中，吸收材料具有金属或者由金属、特别是触点金属(Kontaktmetall)组成。金属具有好的导热性并且能够以可靠的方式引入到第二沟槽中。
由导电材料构成的吸收材料的实施方式的优点在于，在吸收材料和半导体层之间，至少在第二沟槽的部段中形成绝缘层，以避免活跃区域的不同掺杂的层之间的电短路。
由导电材料构成的吸收材料的实施方式的优点在于，当第一沟槽延伸进入或穿过活跃区域时，在吸收材料和半导体层之间，至少在第一沟槽的部段中形成绝缘层，以避免活跃区域的不同掺杂的层之间的电短路。
在一个实施方案中，第二沟槽和吸收材料引导至活跃区域之下，其中，吸收材料是导电的，并且其中，第二沟槽的吸收材料建立在活跃区域之下用于半导体层的电通孔接触。在此给沟槽的上部部段配备绝缘层。由此，能实现活跃区域之下的层的简单的电接触，该层还能实现良好的散热。
附图说明
结合以下联系附图详细阐述的、实施例的说明，本发明的上述特性、特征和优点、以及实现的方式和方法变得更加清楚易懂。其中，
图1示出激光棒的一个实施方式的示意性截面图，
图2示出图1的装置的视图，
图3示出另一个实施方式的截面图，
图4示出图3的另一个实施方式的视图，
图5示出激光棒的另一个实施方式的示意性截面图，
图6示出图5的激光棒的放大的视图，
图7示出激光棒的另一个实施方式的示意性截面图，
图8示出图7的激光棒的示意性局部视图，
图9示出载体上的另外的激光棒的示意图，
图10示出具有填满的第二沟槽的激光棒的示意性部分截面图，并且
图11示出具有填满的第一和第二沟槽的激光棒的示意性部分截面图。
具体实施方式
图1示出了激光棒1的示意性截面图。激光棒1在第一侧2上具有沟槽3。沟槽3沿着垂直于绘图平面的x轴取向。沟槽3在z轴上延伸到预先给定的深度。此外，沟槽3在y轴上具有预先给定的宽度。沟槽3的宽度在1μm至100μm、优选50μm的范围中。沟槽3的深度在0.1μm至10μm、优选5μm的范围中。激光棒1在上部的区域中具有带有多个层的半导体层11，半导体层布置在xy平面中并且具有用于产生电磁辐射的活跃区域15。半导体层11布置在基板16上。取决于所选的实施方式，沟槽3能够引导至半导体层11的活跃区域15之下。此外，沟槽3能够引导到基板16中。取决于所选的实施方案，也能够放弃基板16。
半导体层11具有层序列，其中例如pn结在正极导电半导体层和负极导电半导体层之间以如下方式形成，即形成活跃区域15。活跃区域15设计用于，在施加预先给定的电压时产生电磁辐射。取决于所选的实施方式，活跃层能够具有量子阱结构。活跃区域也能够具有量子阱或量子阱结构。在一个实施方案中，半导体层11在p侧上与活跃区域15相关地具有多个重叠布置的p掺杂的半导体层，半导体层能够在掺杂和/或成分上区分。此外，在一个实施方案中，半导体层11在n侧上与活跃区域15相关地具有多个n掺杂的半导体层，半导体层能够在掺杂和/或成分上区分。半导体层11能够具有由带有Al和/或In的GaN材料系统构成的层序列，或由带有Al和/或In的GaN材料系统组成。
半导体层序列以如下方式形成，即在两个沟槽3之间设置激光二极管12，其中由激光二极管12产生的电磁辐射在模式4中在激光棒的两个端面之间引导。端面分别布置在zy平面中并且设计成是至少部分反射的。至少一个端面以如下方式设计，即使电磁辐射耦合输出。
通过沟槽3能够划分各个激光二极管15。沟槽3例如能够在y轴上具有10μm至100μm、优选50μm的范围中的宽度。
图2示出了图1的装置的局部放大的立体视图，其中隔片5形成在第一侧2上。隔片5沿着x轴相互平行并且在两个端面13、14之间布置。隔片5由已构造的半导体材料构成，并且形成用于沿着纵向方向引导激光二极管的光学模式的脊状结构。隔片5能够在z方向上具有1nm至2000nm的范围的高度。此外，能够给隔片5装配电触点，电触点代表激光二极管12的第一电接口。在每个隔片5之下，在激光二极管12运行时形成光学模式4。在隔片5之间，将沟槽3引入到激光棒1的第一侧2中。取决于所选的实施方式，为第一侧2配置正(p)掺杂的半导体层，并且为相对置的第二侧6配置负(n)掺杂的半导体层。
图3示出了激光棒1的另一个实施方式的示意性截面图，该实施方式基本上根据图1的实施方式设计，然而其中，在两个沟槽3之间布置两个模式4。取决于所选的实施方案，也能够在两个沟槽3之间设置多于两个的模式4。能够给每个模式4配属没有清楚示出的、相应的隔片。
图4示出了图3的激光棒1的部分的局部立体视图。因此，也在两个沟槽3之间利用两个隔片5布置两个激光二极管12，其中每个激光二极管12在运行时能够在两个沟槽3之间形成模式4。在该实施方案中，沟槽3也能够到达基板16中。取决于所选的实施方案，在激光棒1中，在两个沟槽3之间利用两个隔片5也能够布置超过两个激光二极管12，其中每个激光二极管12在运行时能够在两个沟槽3之间形成模式4。
图5示出了激光棒1的另一个实施方式的示意性截面图，该实施方式基本上根据图3的实施方式设计，然而其中，在布置在两个沟槽3之间的两个激光二极管12的两个模式4之间分别布置第二沟槽7。取决于所选的实施方案，在两个沟槽3之间也能够设置多于两个的模式4。在两个模式4之间能够分别设计第二沟槽7。第二沟槽7能够在y方向上具有1μm至100μm、优选50μm的宽度。此外，第二沟槽7能够在z方向上具有0.3μm至5μm、优选1μm的深度。取决于所选的实施方案，第二沟槽7也能够到达基板16中。
图6示出了图5的装置的放大的局部立体视图。模式4在y方向上分别布置在沟槽3和第二沟槽7之间的中心。在一个特别的实施方案中，模式4具有距沟槽3尽可能大的间距。两个模式4之间在y方向上的间距比模式4距相邻的沟槽3的间距更小，特别是小至少10％，优选20％。
借助于引入到第一侧2中并且例如在z方向上导入到半导体层11的活跃区域之下的第二沟槽7，还使激光二极管12中的寄生模式的形成变得困难。
模式4分别尽可能远地与沟槽3间隔开。在两个沟槽3之间布置两个模式4的实施方式中，两个模式4的间距选择为尽可能小。模式4的位置能够基本上由隔片5的位置确定。
图7示出了激光棒1的另一个实施方式的示意性截面图，该实施方式基本上根据图5的实施方式设计，然而其中，第二沟槽7至少部分或全部以吸收材料8填充。在所示的实例中，激光棒3的表面的一部分也以材料8填充。材料8在x方向上例如延伸经过激光棒1的整个长度。吸收材料8设计为在激光二极管的激光波长中是吸收的。材料8例如在激光二极管的波长中能够是吸收的电介质。可替换地，第二沟槽7也能够以层系统填充，其中第一层必须设计为不导电的，并且激光波长的吸收能够在至少一个位于第一层之上的第二层中进行。另一方面，至少一个第二层能够具有吸收激光二极管的激光波长的电介质或半导体材料，或者具有例如Cr、Ti、Pt、Au等金属。吸收材料8设计为，吸收激光二极管的至少10％、特别是50％、或甚至80％、或更多的电磁辐射，电磁辐射在沟槽的范围中射出。以类似于第二沟槽7的方式，沟槽3也能够至少部分或全部以吸收材料8填充。为此能够应用与第二沟槽的情况中相同的材料。
图8示出了图7的装置的示意性局部立体视图，其中金属层8的设计被透明地示出，其中金属层8设计为带状形式，其不仅覆盖第二沟槽7，还覆盖布置在两个沟槽3之间的两个激光二极管的隔片5。在该实施方案中，也能够在两个沟槽3之间布置多于两个的、具有两个模式4和相应的隔片5的激光二极管12。此外，能够在激光棒3的材料和材料8之间、特别在隔片5和材料8之间形成电绝缘层。
取决于前述实例中所选的实施方式，第二沟槽7在z方向上具有比沟槽3更小的深度。此外，取决于所选的实施方式，第二沟槽7在y方向上具有比沟槽3更小的宽度。沟槽3和第二沟槽7能够具有不同的截面形状。
在所有的实施例中，第一沟槽3和第二沟槽7还能够在x方向上改变宽度、深度和/或形状。
图9示出了激光棒1的示意图，该激光棒经由例如由焊接材料构成的连接层9固定在载体10上。载体10能代表排出激光棒1的热量的散热器。
激光棒1能够例如经由导热层、特别是焊接材料或者在p侧、或者在n侧安装在载体10上。
图10示出了激光棒1的另一个实施方式的示意性部分截面图，该实施方式基本上根据图5的实施方式设计，其中，在布置在两个沟槽3之间的两个激光二极管12的两个模式4之间分别布置第二沟槽7。取决于所选的实施方案，也能够在两个沟槽3之间设置多于两个的模式4。在两个模式4之间能够分别形成第二沟槽7。第二沟槽7能够在y方向上具有1μm至100μm、优选50μm的宽度。此外，第二沟槽7能够在z方向上具有0.3μm至5μm、优选1μm的深度。取决于所选的实施方案，第二沟槽7能够从半导体11的上侧到达活跃区域15之下的半导体层11的范围中，或者甚至到达基板16中。第二沟槽7以吸收材料8填满，吸收材料比半导体层11的材料具有更高的导热性。通过吸热材料8，能够将热量从激光二极管12的活跃区域14在至基板16的方向上良好地向下排出。在另一个实施方式中，第二沟槽7也能够以吸收材料8填满，吸收材料具有与半导体层11的材料相比相同或更小的导热性。
图11示出了激光棒1的另一个实施方式的示意性部分截面图，该实施方式基本上根据图6的实施方式设计。第二沟槽7以绝缘层18覆盖。在第二沟槽7中引入导电的吸收材料8，该吸收材料特别具有比半导体层11的材料更高的导热性。第二沟槽7从半导体层11的上侧出发引导至活跃区域15之下。导电的吸收材料8直到布置在活跃区域15之下的下部的端部部段都由绝缘层18与半导体层11电绝缘。绝缘层18例如能够覆盖第二沟槽7的所有的侧壁19。第二沟槽7的底面20没有绝缘层18。绝缘层18例如能够由半导体氧化物、特别是氧化硅构成。
取决于所选的实施方案，电线17能够连接到导电的吸收材料8的上侧。由此能够使活跃区域之下的半导体层11经由吸收材料8电接触。此外，导电材料适用于第二沟槽7中的良好的导热。通过导电的吸收材料8，能够将热量从激光二极管12的活跃区域14在至基板16的方向上良好地向下排出。导电的材料8例如具有金属或由金属构成。例如能够应用例如是黄金的触点金属作为金属。电线17例如能够构造为接合线。
沟槽3以绝缘层18覆盖。在沟槽3中引入导电的吸收材料8，该吸收材料例如具有比半导体层11的材料更高的导热性。沟槽3从半导体层11的上侧出发引导至活跃区域15之下。导电的吸收材料8直到布置在活跃区域15之下的下部的端部部段都由绝缘层18与半导体层11电绝缘。绝缘层18例如能够覆盖沟槽3的所有的侧壁19。沟槽3的底面20没有绝缘层18。绝缘层18例如能够由半导体氧化物、特别是氧化硅构成。
取决于所选的实施方案，电线17能够连接到导电的吸收材料8的上侧。由此能够使活跃区域之下的半导体层11经由吸收材料8电接触。此外，导电材料适用于沟槽3中的良好的导热。通过导电的吸收材料8，能够将热量从激光二极管12的活跃区域14在至基板16的方向上良好地向下排出。导电的吸收材料8例如具有金属或由金属组成。例如能够应用例如是黄金的触点金属作为金属。电线17例如能够构造为接合线。
取决于所选的实施方案，也能够仅给沟槽3或第二沟槽7配备绝缘层18和导电的吸收材料8。
取决于所选的实施方案，也能够仅给沟槽3的一部分和/或第二沟槽7的一部分配备绝缘层18和导电的吸收材料8。
如果沟槽3不到达活跃区域15中，那么沟槽3也能够以导电且吸收的材料填充。如果沟槽3不到达活跃区域15中，那么沟槽3也能够以导电的吸收材料8填充，其中，在该实施方案中能够放弃绝缘层18。如果第二沟槽7不到达活跃区域15中，那么第二沟槽7也能够以导电的吸收材料8填充，其中，在该实施方案中能够放弃绝缘层18。取决于所选的实施方案，在该实施方式中也能将电线17连接到导电的吸收材料8的上侧。
也能给图10和图11的实施方案配备根据图8的实施方案的隔片5。
例如能够借助于ELOG(侧向外延生长)法在半导体层11中制造沟槽3和/或第二沟槽7。ELOG法例如在DE 10142656A1中描述并且公开，其中具有多个层的半导体层11借助于外延侧向监视法在预先构造的掩模上以如下方法沉积，即由于掩模而在半导体层11的沉积期间形成第一沟槽3和/或第二沟槽7。
此外，第一沟槽3和/或第二沟槽7能够经由基板16的预先构造利用相应的沟槽和半导体层的随后沉积来生产到预先构造的侧面上，其中，第一和/或第二沟槽在半导体层11中在半导体层沉积期间生成。此外，第一沟槽3和/或第二沟槽7能够在半导体层11的沉积后例如借助于蚀刻法引入到半导体层11中。
取决于所应用的制造方法，第一沟槽3和/或第二沟槽能够仅在半导体层11中形成或到达基板16中。
尽管通过优选的实施例在细节上详细地阐述并描述了本发明，但本发明并不局限于所公开的实例，并且其它的变体方案能够由专业人员推导出，这并不脱离本发明的保护范围。
附图标记列表
1 激光棒
2 第一侧
3 沟槽
4 模式
5 隔片
6 第二侧
7 第二沟槽
8 材料
9 连接层
10 载体
11 半导体层
12 激光二极管
13 第一端面
14 第二端面
15 活跃区域
16 基板
17 电线
18 绝缘层
19 第二沟槽的侧面
20 第二沟槽的底面。

Claims (16)

1.一种具有半导体层(11)的激光棒(1)，所述半导体层具有活跃区域(15)和多个层，其中所述活跃区域(15)布置在xy平面中，其中激光二极管(12)分别在x方向上在所述半导体层(11)的第一端面与第二端面之间形成模式空间(4)，其中所述激光二极管(12)的所述模式空间(4)在y方向上并排地布置，其中在两个所述模式空间(4)之间在所述半导体层(11)中设置第一沟槽(3)，其中所述第一沟槽(3)沿着所述x方向延伸，并且其中所述第一沟槽(3)从所述半导体层(11)的上侧沿着z方向延伸一个在至所述活跃区域(15)的方向上预先给定的深度，其中所述第一沟槽(3)沿着所述z方向终止在所述半导体层(11)的内部，其中在y方向上在两个所述第一沟槽(3)之间布置有具有第二模式空间的第二激光二极管，其中所述第二模式空间沿着所述x方向在所述半导体层(11)的所述第一端面与所述第二端面之间延伸，其中在布置在两个所述第一沟槽(3)之间的两个所述激光二极管(12)之间设置第二沟槽(7)，其中所述第二沟槽(7)沿着所述x方向从所述半导体层(11)的所述第一端面延伸至所述半导体层(11)的所述第二端面，其中所述第二沟槽(7)在所述y方向上具有比第一沟槽(3)更小的宽度，并且其中所述第二沟槽(7)沿着所述z方向延伸并且终止在所述半导体层(11)的内部。
2.根据权利要求1所述的激光棒，其中，所述第一沟槽(3)从所述半导体层(11)的上侧沿着所述z方向延伸到所述活跃区域(15)中。
3.根据权利要求1所述的激光棒，其中，所述第二激光二极管具有第二模式空间，其中所述第二模式空间沿着所述x方向在所述第一端面与所述第二端面之间延伸。
4.根据权利要求1所述的激光棒，其中，所述第二沟槽(7)在所述z方向上具有比第一沟槽(3)更小的深度。
5.根据权利要求1所述的激光棒，其中，所述第二沟槽(7)沿着所述z方向延伸到所述激光二极管(12)的所述活跃区域(15)中。
6.根据权利要求1所述的激光棒，其中，在至少一个第二沟槽(7)中布置吸收材料(8)，其中所述吸收材料(8)设计用于至少部分地吸收由激光二极管(12)产生的电磁辐射。
7.根据权利要求1所述的激光棒，其中，所述激光棒(1)安装在载体(10)上，其中所述载体(10)构造为散热器。
8.根据权利要求1所述的激光棒，其中，所述激光棒(1)安装在载体(10)上，其中所述载体(10)构造为散热器，其中，所述激光棒(1)利用引入所述第一沟槽(3)的一侧安装到所述载体(10)上。
9.根据权利要求1所述的激光棒，其中，所述第一沟槽(3)在所述y方向上具有1μm至100μm的宽度。
10.根据权利要求1所述的激光棒，其中，所述第二沟槽(7)在所述y方向上具有1μm至100μm的宽度。
11.根据权利要求1所述的激光棒，其中，在至少一个第二沟槽(7)中布置吸收材料(8)，其中所述吸收材料(8)设计用于至少部分地吸收由激光二极管(12)产生的电磁辐射，其中所述吸收材料(8)被填充到所述第二沟槽(7)中。
12.根据权利要求1所述的激光棒，其中，在至少一个第二沟槽(7)中布置吸收材料(8)，其中所述吸收材料(8)设计用于至少部分地吸收由激光二极管(12)产生的电磁辐射，其中所述吸收材料(8)比所述半导体层(11)的材料具有更好的导热性。
13.根据权利要求1所述的激光棒，其中，在至少一个第二沟槽(7)中布置吸收材料(8)，其中所述吸收材料(8)设计用于至少部分地吸收由激光二极管(12)产生的电磁辐射，其中所述吸收材料(8)具有金属或者由金属组成。
14.根据权利要求1所述的激光棒，其中，在至少一个第二沟槽(7)中布置吸收材料(8)，其中所述吸收材料(8)设计用于至少部分地吸收由激光二极管(12)产生的电磁辐射，其中，在所述吸收材料(8)和所述半导体层(11)之间，至少在所述第二沟槽(7)的部段中形成绝缘层(18)，和/或其中，在所述吸收材料(8)和所述半导体层(11)之间，至少在所述第一沟槽(3)的部段中形成绝缘层(18)。
15.根据权利要求1所述的激光棒，其中，在至少一个第二沟槽(7)中布置吸收材料(8)，其中所述吸收材料(8)设计用于至少部分地吸收由激光二极管(12)产生的电磁辐射，其中，在所述吸收材料(8)和所述半导体层(11)之间，至少在所述第二沟槽(7)的部段中形成绝缘层(18)，和/或其中，在所述吸收材料(8)和所述半导体层(11)之间，至少在所述第一沟槽(3)的部段中形成绝缘层(18)，其中，所述第二沟槽(7)和所述吸收材料(8)被引导至所述活跃区域(15)之下，其中所述吸收材料(8)是导电的，并且其中所述第二沟槽(7)的所述吸收材料(8)与电线(17)连接，其中所述吸收材料(8)建立在所述活跃区域(15)之下的用于所述半导体层的电通孔接触。
16.一种用于制造根据权利要求1所述的激光棒的方法，其中，将所述半导体层沉积到利用沟槽预先构造的基板上，其中，在所述半导体层中形成沟槽，和/或其中，通过构造所述半导体层在所述沉积之后生成所述沟槽，或者其中，通过ELOG工艺在所述半导体层的所述沉积期间生成所述沟槽。
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