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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Laserdioden im Allgemeinen und im
Besonderen eine Einheit, die gegenüber plötzlichen Kurzschlüssen und
gegenüber
plötzlichen
Schaltkreisunterbrechungen geschützt
ist.
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2. Diskussion des in Bezug
stehenden Standes der Technik
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Die
WO 00/59086 A offenbart
eine Laserdiodeneinheit. Halbleiterlaserdioden haben zahlreiche Vorteile.
Sie sind dahingehend klein, dass die Breite ihrer aktiven Bereiche
typischerweise im Bereich von Submikron bis einige Mikron ist, und
ihre Höhe
ist gewöhnlich
nicht mehr als ein Bruchteil eines Millimeters. Die Länge ihrer
aktiven Bereiche ist typischerweise weniger als etwa 1 mm. Die internen
reflektierenden Flächen,
welche Emission in einer Richtung erzeugen, werden durch Teilen
des Substrats, aus welchem die Laserdioden hergestellt werden, ausgebildet
und haben deshalb hohe mechanische Stabilität. Die Laserdiode hat typischerweise
einige Emitter, von denen jeder mit einem entsprechenden aktiven Bereich
ausgerichtet ist.
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Mit
Halbleiterlaserdioden sind hohe Effizienzen möglich, wobei einige gepulste
Halbleiterlaserdioden eine externe Quanteneffizienz nahe 50 % aufweisen.
Halbleiterlaser erzeugen Strahlung bei Wellenlängen von etwa 20 bis etwa 0,7
Mikron, abhängig von
der verwendeten Halbleiterlegierung. Zum Beispiel emittieren Laserdioden
aus Galliumarsenid mit Aluminiumdotierung (AlGaAs) Strahlung bei
ungefähr
0,8 Mikron (~800 nm), was nahe dem Absorptionsspektrum von herkömmlichen
Festkörperlaserstäben und
-scheiben aus mit Neodom dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG),
und andere Kristalle und Gläser.
Deshalb können
Halbleiterlaserdioden als die optischen Pumpquellen für größere Festkörperlasersysteme
verwendet werden.
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Die
universelle Verwendung von Halbleiterlaserdioden ist durch thermisch
bedingte Probleme, welche katastrophale Fehler verursachen können, beschränkt worden.
Diese Probleme sind verbunden mit der großen Wärmedissipation pro Einheitsfläche der
Laserdioden, welche in erhöhten
Temperaturen innerhalb der aktiven Bereiche und thermisch induzierte
Spannungen resultiert. Die Laserdiodeneffizienz und die Lebensdauer
der Laserdiode wird verringert, wenn die Betriebstemperatur in dem
aktiven Bereich sich erhöht.
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Insbesondere
Laserdiodenbarren, welche mehr als einen Emitter aufweisen, sind
für einen Kurzschlussfehler
empfindlich. Dieser Kurzschlussfehler beginnt, wenn eine der Ausgabeflächen eines Emitters
anfängt,
optische Energie zu absorbieren, oder wenn Wärme von dem Emitter nicht ausreichend
dissipiert wird. Wenn sich die Temperatur erhöht, wird der Emitter ineffizienter
und absorbiert noch mehr Wärme,
was eine weitere Erhöhung
der Temperatur verursacht, und schließlich zu einer thermischen
Runaway-Situation führt.
Die Temperatur kann Niveaus erreichen, welche bewirken, dass das Material
in der Fläche
des betreffenden aktiven Bereichs schmilzt. Wenn das Schmelzen einmal
erfolgt ist, wird die Strom- und Spannungscharakteristik des P-N-Übergangs
bei dem aktiven Bereich lokal zerstört, und deshalb beginnt der
aktive Bereich als ein einfacher Widerstand zu wirken. Wenn der
P-N-Übergang
lokal zerstört
ist, fließt
Strom, der normalerweise gleichmäßig über alle
aktiven Bereiche verteilt wäre,
durch die beschädigte
Fläche,
was dem Rest der aktiven Bereiche einen Teil oder den gesamten verfügbaren Strom
entzieht. Wenn der beschädigte
Bereich oder Bereiche groß sind,
dann ist es möglich, dass
der gesamte verfügbare
Strom durch den beschädigten
Bereich fließt,
und der Rest der unbeschädigten
aktiven Bereiche und deren entsprechende Emitter auf dem Laserdiodenbarren
unwirksam werden. Deshalb kann eine Anordnung, welche den beschädigten Laserdiodenbarren
enthält,
weiter Strom ziehen, wird jedoch einen unangemessen niedrigen Betrag
von Emission oder überhaupt
keine Emission aufweisen.
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Zusätzlich sind
Laserdiodenbarren empfindlich gegenüber Schaltkreisunterbrechungen.
Dieser Fehlermodus kann als ein Kurzschlussfehler beginnen. Der
Emitter, welcher eine unzureichende Wärmeabfuhr hat, verursacht,
dass der gesamte Laserdiodenbarren erhitzt wird. Die Wärme verursacht,
dass die gelöteten
elektrischen Verbindungen zwischen dem Laserdiodenbarren und der
benachbarten Wärmesenke
schmelzen und der Barren sich von der benachbarten Wärmesenke
löst. Wenn
die Trennung geschehen ist, existiert keine elektrische Verbindung mehr,
wodurch ein offener Schaltkreis gebildet wird. Dieser Fehlermodus
ist häufiger
bei einer Laserdiodeneinheit anzutreffen, bei welcher der Diodenbarren in
engem Kontakt mit einer festen Folie oder einer bandartigen Folie
als Wärmesenke
ist.
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Die
Zerstörung
der Lötverbindung
zwischen der Folie und dem Laserdiodenbarren zwingt die Einheit
in einen Zustand der Schaltkreisunterbrechung.
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Es
besteht ein Bedarf nach einer Laserdiodeneinheit, die nicht für Kurzschlussfehler
und Schaltkreisunterbrechungen empfindlich ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Laserdiodeneinheit, wie in Anspruch 1 definiert.
Die Erfindung betrifft auch eine Laserdiodenanordnung, welche eine Mehrzahl
von Laserdiodeneinheiten umfasst, wie in Anspruch 10 definiert.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Hemmung des Effekts
einer Schaltkreisunterbrechung in einer Laserdiodeneinheit, wie in
Anspruch 11 definiert. Weitere Ausführungsformen der Erfindung
sind in den restlichen Ansprüchen
definiert.
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Die
vorliegende Erfindung behebt die Fehler durch Kurzschluss und Schaltkreisunterbrechung,
indem sie eine Laserdiodeneinheit mit einem Laserdiodenbarren, einer
in Durchlassrichtung angeordneten Diode, einer Wärmesenke und einer Abdeckung
mit einer Mehrzahl von Schmelzverbindungen zur Verfügung stellt.
Die Wärmesenke
ist elektrisch mit dem Laserdiodenbarren und der in Durchlassrichtung
angeordneten Diode verbunden, wobei die Emitter des Laserdiodenbarrens
so ausgerichtet sind, dass sie Strahlung von der in Durchlassrichtung
angeordneten Diode weg aussenden. Gegenüber der Wärmesenke, sind die Schmelzverbindungen
der Abdeckung in elektrischem Kontakt mit dem Laserdiodenbarren,
und der Hauptkörper
der Abdeckung ist in elektrischem Kontakt mit der in Durchlassrichtung angeordneten
Diode. Dementsprechend sind der Laserdiodenbarren und die in Durchlassrichtung
angeordnete Diode elektrisch parallel zwischen der Wärmesenke
und der Abdeckung.
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Die
individuellen Laserdiodeneinheiten können zu einer Laserdiodenanordnung
kombiniert werden. Dementsprechend wird die Wärmesenke einer ersten Einheit
in elektrischem Kontakt mit der Abdeckung einer zweiten benachbarten
Einheit platziert. Mehrere individuelle Einheiten könne auf
eine solche Weise angeordnet werden, was in einer Mehrfach-Laserdiodenbarren-Anordnung
resultiert.
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Die
Abdeckung mit den Schmelzverbindungen verhindert Kurzschlussfehler,
weil jede der Verbindungen, welche mit einem entsprechenden aktiven
Bereich verknüpft
ist und Strom für
diesen aktiven Bereich durchlässt,
wie eine normale elektrische Sicherung zerstört wird, wenn das Stromniveau
zu hoch wird. Deshalb wird der elektrische Weg zu dem beschädigten aktiven
Bereich zerstört,
was bewirkt, dass der Strom durch die unbeschädigten aktiven Bereiche fließt.
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Die
in Durchlassrichtung angeordnete Diode verhindert Fehler durch Schaltkreisunterbrechung wenn
die Einheiten in einer Laserdiodenanordnung angeordnet sind. Wenn
ein Laserdiodenbarren elektrisch von dem Rest der Laserdiodeneinheit
aufgrund eines Schmelzen des Lots abgetrennt ist, wird die in Durchlassrichtung
angeordnete Diode aktiviert, was einen alternativen Weg für den elektrischen
Strom zur Verfügung
stellt. Dies ermöglicht
es, dass eine Laserdiodenanordnung funktionierend bleibt, selbst wenn
einer ihrer Laserdiodenbarren von der benachbarten Wärmesenke
elektrisch abgetrennt wurde.
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Während die
Laserdiodeneinheit beide dieser Mechanismen zur Verringerung der
Wahrscheinlichkeit einer Schaltkreisunterbrechung oder eines Kurzschlussfehlers
aufweisen kann, kann die Laserdiodeneinheit auch davon profitieren,
wenn lediglich einer dieser Fehler-Verhinderungsmechanismen vorgesehen
ist. Deshalb kann eine Laserdiodeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
lediglich die in Durchlassrichtung angeordnete Diode aufweisen.
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Die
obige Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung beabsichtigt nicht,
jede Ausführungsform
oder jeden Aspekt der vorliegenden Erfindung darzustellen. Dies
ist Aufgabe der Figuren und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das
zuvor genannten und andere Vorteile der Erfindung werden durch Lesen
der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnungen
deutlich.
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1 ist
eine Seitenansicht einer Laserdiodeneinheit, die durch eine in Durchlassrichtung
angeordnete Diode gesichert ist.
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2 ist
eine diagrammförmige
Darstellung eines Äquivalentschaltkreises,
welcher den Laserdiodenbarren parallel mit der in Durchlassrichtung
angeordneten Diode zeigt.
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3A ist
eine schematische Darstellung einer in Durchlassrichtung angeordneten
Diode, welche aus epitaxialen Schichten besteht, welche auf einem
Galliumarsenidsubstrat gewachsen sind.
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3B ist
eine Diagrammdarstellung eines Äquivalentschaltkreises,
welcher aus der epitaxialen Struktur nach 3A resultiert.
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4 ist
eine Seitenansicht von drei Laserdiodenbarreneinheiten, welche in
einer Laserdiodenanordnung angeordnet sind, welche einen offenen Schaltkreis
bei einer Laserdiode aufweist, jedoch eine aktivierte in Durchlassrichtung
angeordnete Diode.
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5 ist
eine Seitenansicht einer Laserdiodeneinheit mit einer Abdeckung,
welche Schmelzverbindungen aufweist.
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6 ist
eine Draufsicht der Laserdiodeneinheit nach 5 von der
Abdeckungsseite der Einheit her, welche jede der Schmelzverbindungen
auf der Abdeckung zeigt.
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7A ist
eine Endansicht der Laserdiodeneinheit nach 5 von der
Emissionsseite der Laserdiode her, welche den Strom gleichmäßig verteilt
entlang den bestehenden aktiven Bereichen zeigt.
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7B ist
eine Endansicht der Laserdiodeneinheit nach 5, welche
einen durch zwei beschädigte
aktive Bereiche fließenden
exzessiven Strom zeigt, wodurch ein Kurzschlussfehler verursacht
wird.
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7C ist
eine Endansicht der Laserdiodeneinheit nach 5, welche
die Vernichtung der zwei Schmelzverbindungen zeigt, welche den zwei
beschädigten
aktiven Bereichen nach 7B entsprechen, wodurch verursacht
wird, dass der Strom wieder gleichmäßig entlang den bestehenden
aktiven Bereichen verteilt ist.
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Während die
Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Ausbildungen
unterworfen werden kann, sind bestimmte Ausführungsformen in den Zeichnungen
beispielhaft gezeigt und werden hier im Detail beschrieben. Es ist
jedoch zu bemerken, dass es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung
auf die bestimmten offenbarten Ausführungen zu beschränken. Sondern
die Erfindung soll alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen
abdecken, welche in den durch die anhängigen Ansprüche definierten
Rahmen der Erfindung fallen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
eine Seitenansicht einer Laserdiodeneinheit 10 gezeigt,
welche einen Laserdiodenbarren 12, eine in Durchlassrichtung
angeordnete Diode 14, eine Abdeckung 16 und eine
Wärmesenke 18 umfasst.
Der Laserdiodenbarren 12 ist über eine erste Lotschicht 22a an
der Wärmesenke 18 angebracht.
Die in Durchlassrichtung angeordnete Diode 14 ist über eine
zweite Lotschicht 22b an der Wärmesenke 18 angebracht.
Die Abdeckung 16 ist mit einer dritten und vierten Lotschicht 24a und 24b sowohl
an dem Laserdiodenbarren 12 als auch an der in Durchlassrichtung
angeordneten Diode 14 angebracht.
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Die
Wärmesenke 18 der
Laserdiodeneinheit 10 ist üblicherweise aus einem Material
hergestellt, welches sowohl elektrisch als auch thermisch leitend ist,
wie etwa Kupfer. Die elektrische Leitfähigkeit ist erforderlich, um
den elektrischen Strom durch den Laserdiodenbarren 12 zu
leiten und optische Energie zu erzeugen. Die thermische Leitfähigkeit
wird benötigt,
um die intensive Wärme
von den Laserdiodenbarren 12 wegzuleiten, und den Laserdiodenbarren 12 auf
einer geeigneten Betriebstemperatur zu halten. Die Wärme wird
von einem unteren Ende 30 der Wärmesenke 18 geleitet,
welches direkt oder indirekt an das thermische Endreservoir gekoppelt
ist (z.B. einen Wärmetauscher
mit einem Arbeitsfluid).
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Die
Abdeckung 16 kann eine einfache Folie sein, welche an einer
Rückseite
der Einheit 10 vorgesehen ist. Alternativ dazu kann die
Abdeckung 16 als ein Wärmeweg
nützlich
sein und Wärme
zu dem thermischen Endreservoir leiten. In diesem Fall wirkt die Abdeckung 16 wie
die Wärmesenke 18 und
kann entsprechend ausgestaltet sein.
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Die
Wärmesenke
18 und
die Abdeckung
16 der Laserdiodeneinheit
10 können in
einer solchen Weise hergestellt sein, dass sie das Material für die Lotschichten
auf ihren äußeren Flächen haben
(d.h. "vorverzinnt" bzw. vorgefertigt).
Solche Strukturen werden in der
US-Patentanmeldung Nr.
09/280,783 mit dem Titel "Laser Diode Packaging" beschrieben, welche
am 29. März
1999 eingereicht wurde. Folglich können die erste und die zweite
Lotschicht
22a und
22b und die dritte und die
vierte Lotschicht
24a und
24b jeweils durch eine
einzelne Lotschicht auf der Abdeckung
16 bzw. der Wärmesenke
18 erzeugt werden.
Dies vermeidet die Notwendigkeit, einzelne Lotschichten genau anzuordnen,
um an den Laserdiodenbarren
12 und die in Durchlassrichtung
angeordnete Diode
14 anzukoppeln, obwohl eine solche Vorgehensweise
auch die erwünschte
Funktion ausüben
wird. Durch das Vorfertigen der gesamten Abdeckung
16 und
der Wärmesenke
18 können die
Abdeckung
16 und die Wärmesenke
18 weiterhin
zuvor aufgebrachte Lotschichten
26 bzw.
27 aufweisen, welche
ermöglichen,
dass die Einheit
10 an eine benachbarte Einheit gelötet wird.
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Der
Laserdiodenbarren 12 hat eine Emissionsfläche 28 und
eine Reflexionsfläche 32,
welche der Emissionsfläche 28 gegenüber liegt.
Aktive Bereiche 29 des Laserdiodenbarrens 12,
welches die Bereiche in dem Laserdiodenbarren 12 sind,
an denen die Photonen aus der eingebrachten elektrischen Energie
erzeugt werden, sind typischerweise näher an der Wärmesenke 18.
Die Photonen laufen durch die aktiven Bereiche 29, reflektieren
an der Reflexionsfläche 32 und
werden von der Emissionsfläche 28 abgestrahlt.
Es ist bevorzugt, dass die Emissionsfläche 28 im Wesentlichen
bündig
(d.h. im Wesentlichen koplanar) mit der Endfläche 31 der Wärmesenke 18 angeordnet
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
ist die Emissionsfläche 28 innerhalb von
etwa 25,4 μm
(1 mil, d.h. ± 0,001
inch) von dem oberen Ende 31 der Wärmesenke 18 angeordnet.
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2 zeigt
eine Diagrammdarstellung eines Äquivalentschaltkreises
der Einheit 10 nach 1, worin
der Laserdiodenbarren 12 elektrisch parallel mit der in
Durchlassrichtung angeordneten Diode 14 zwischen der Wärmesenke 18 und
der Abdeckung 16 verbunden ist. Durch das Vorsehen der
in Durchlassrichtung angeordneten Diode 14 parallel mit
den Laserdiodenbarren 12, kann eine Schaltkreisunterbrechung
vermieden werden. Insbesondere hat die in Durchlassrichtung angeordnete
Diode 14 eine Schwellspannung (Ansprechspannung), welche
höher ist
als die Schwellspannung des Laserdiodenbarrens 12, üblicherweise
um einen kleinen Bruchteil eines Volts. In einer Ausführungsform
hat die in Durchlassrichtung angeordnete Diode 14 eine
Schwellspannung von etwa 2,8 Volt, während der Laserdiodenbarren
eine Schwellspannung von etwa 1,6 Volt hat. Im normalen Betrieb
lässt der Äquivalentschaltkreis
den gesamten elektrischen Strom durch den Laserdiodenbarren 12 durch.
Während
einer Schaltkreisunterbrechung resultiert eine elektrische Lücke, nachdem
die dritte Lotschicht 24a zwischen der Abdeckung 16 und
dem Laserdiodenbarren 12 oder die erste Lotschicht 22a zwischen
der Wärmesenke 18 und
dem Laserdiodenbarren 12 entfernt worden ist. Die Spannung über die
elektrische Lücke,
benachbart zu dem Laserdiodenbarren 12, beginnt sich aufzubauen.
Weil die in Durchlassrichtung angeordnete Diode 14 parallel
mit dem Laserdiodenbarren 12 verbunden ist, beginnt die
Spannung über
die in Durchlassrichtung angeordnete Diode 14 ebenfalls
anzusteigen. Wenn die Spannung über
die in Durchlassrichtung angeordnete Diode 14 die Schwellspannung der
in Durchlassrichtung angeordneten Diode 14 erreicht, wird
sie aktiviert. Wenn die in Durchlassrichtung an geordnete Diode 14 aktiviert
ist, kann der elektrische Strom wieder von der Wärmesenke 18 zu der
Abdeckung 16 fließen,
obwohl der Laserdiodenbarren 12 keine Strahlung aussendet.
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3A und 3B zeigen
eine schematische Querschnittsansicht bzw. einen resultierenden Schaltkreis
einer möglichen
Anordnung für
die in Durchlassrichtung angeordneten Diode 14. Bei dieser
Konfiguration ist die in Durchlassrichtung angeordnete Diode 14 aus
Galliumarsenidsubstrat 32 hergestellt, mit auf ihrer äußeren Fläche gewachsenen epitaxialen
Schichten 34. Das Substrat 32 ist vorzugsweise
ein Substrat vom n+-Typ. Die epitaxialen Schichten 34 versehen
das Substrat 32 mit einem geschichteten Diodendotierungsprofil,
welches eine geschichtete Diode mit zwei Grenzzonen erzeugt, und zwar
mit einer Schwellspannung, welche größer ist als die Schwellspannung
des Laserdiodenbarrens 12. Ein Äquivalentschaltkreis 40 der
epitaxialen Schichten 34 ist in 3B als
zwei Dioden in Reihe dargestellt. Die in Durchlassrichtung angeordnete
Diode 14, die in dieser Weise aufgebaut ist, stellt eine Absicherung
für eine
Schaltkreisunterbrechung für Laserdiodenbarren
zur Verfügung,
welche Strahlung mit einer Wellenlänge von 700 nm oder höher aussenden.
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Obwohl
in 3A und 3B nicht
gezeigt, umfasst die in Durchlassrichtung angeordnete Diode 14 auf
ihre Oberfläche
eine Metallbeschichtung, welche ermöglicht, dass sie mit den Lotschichten 22B und 24B der
Wärmesenke 18 und
der Abdeckung 16 elektrisch verbunden werden. Zusätzlich zu
der elektrischen Funktion der in Durchlassrichtung angeordneten
Diode 14 dient sie ebenfalls als präziser Abstandshalter zwischen
der Wärmesenke 18 und
der Abdeckung 16. Wenn die epitaxialen Schichten 34 auf
dem Substrat 32 gewachsen sind und die Metallbeschichtung
aufgebracht ist, wird der Wafer präzise angerissen und in die
geeignete Größe geteilt.
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4 zeigt
eine Seitenansicht einer Laserdiodenanordnung 42, welche
aus drei gestapelten Laserdiodeneinheiten 44, 46 und 48 mit
einer Absicherung durch in Durchlassrichtung angeordnete Dioden besteht.
Eine Wärmesenke 52 der
oberen Laserdiodeneinheit 44 ist auf eine Abdeckung 54 der
mittleren Laserdiodeneinheit 46 gelötet. Ebenso ist die Wärmesenke 56 der
mittleren Laserdiodeneinheit 46 auf die Abdeckung 58 der
unteren Laserdiodeneinheit 48 gelötet.
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Unter
normalen Bedingungen fließt
durch jeden Laserdiodenbarren in den Laserdiodeneinheiten 44, 46 und 48 ein
gleicher Strom, weil die Laserdiodeneinheiten 44, 46 und 48 miteinander
elektrisch in Reihe verbunden sind. In 4 ist jedoch
gezeigt, dass der mittlere Laserdiodenbarren 60 eine Schaltkreisunterbrechung 62 erfahren
hat, wobei die Lotschicht weggeschmolzen ist, so dass der Laserdiodenbarren 58 von
der Abdeckung 54 abgetrennt ist. Gemäß den Systemen nach dem Stand
der Technik würde
der Stromfluss durch die Laserdiodenanordnung 42 beendet,
wenn die Schaltkreisunterbrechung auftritt, und die gesamte Laserdiodenanordnung 42 würde nicht
funktionieren. Nachdem die Schaltkreisunterbrechung in dem beschädigten Laserdiodenbarren 60 auftritt,
beginnt bei der vorliegenden Erfindung der Spannungsabfall über die
in Durchlassrichtung angeordnete Diode 64 in der Laserdiodeneinheit 46 zu
steigen. Wenn die Schwellspannung erreicht ist, erlaubt es die in
Durchlassrichtung angeordnete Diode 64, dass Strom hindurchfließt, so dass
der Strom auch durch die nicht beschädigten Laserdiodenbarren der
oberen Laserdiodeneinheit 44 und der unteren Laserdiodeneinheit 48 fließt. Obwohl
der Zustand einer Schaltkreisunterbrechung existiert, emittiert
die Laserdiodenanordnung 42 infolgedessen Strahlung von
allen Barren mit Ausnahme des beschädigten Laserdiodenbarrens 60.
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5 und 6 zeigen
Drauf- und Seitenansichten einer Laserdiodeneinheit 80 mit
einem Laserdiodenbarren 82, der zwischen einer Wärmesenke 83 und
einer Abdeckung 84 gekoppelt ist und Schmelzverbindungen 86 aufweist.
Die Abdeckung 84 besteht aus einer Metallfolie, wobei die
Schmelzverbindungen 86 durch Ätzen oder mechanisches Stanzen
ausgebildet sind. Der Laserdiodenbarren 82 hat aktive Bereiche 90,
welche entlang der Länge
des Laserdiodenbarrens 82 Energie aussenden. Jeder aktive
Bereich 90 hat einen entsprechenden Emitter 92,
welcher auf der Emissionsfläche
des Laserdiodenbarrens 82 angeordnet ist. Elektrische Leistung wird
zu den aktiven Bereichen 90 geführt, indem mehr elektrisch
leitendes Material innerhalb der aktiven Bereiche 90 vorgesehen
ist als in Bereichen zwischen den aktiven Bereichen 90.
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Ein
Abstandshalter 88 kann zwischen den unteren Bereichen der
Wärmesenke 83 und
der Abdeckung 84 platziert werden. Der Abstandshalter 88 kann
einfach zur Erhaltung des geeigneten Raums zwischen der Wärmesenke 83 und
der Abdeckung 84 vorgesehen sein, oder er kann die in Durchlassrichtung
angeordnete Diode sein, welche für
die oben beschriebenen Zwecke im Zusammenhang mit 1 bis 4 verwendet
werden.
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Die
Nützlichkeit
der Schmelzverbindungen 86 wird mit Bezug auf 7A bis 7C beschrieben,
welche alle eine Endansicht mit Blick auf das Ende der Einheit 80 sind,
von der das Licht von den Laserdiodenbarren 82 ausgesendet
würde.
Wie zuvor erwähnt,
wird ein Kurzschlussfehler verursacht, wenn ein oder mehrere der
aktiven Bereiche 90 nicht funktionieren und ein lokales
Schmelzen des Materials erfolgt, welches der Laserdiodenbarren 82 umfasst.
Der resultierende niedrige Widerstand verursacht, dass der beschädigte aktive
Bereich mehr Strom durchlässt,
als in den anderen aktiven Bereichen 90 des Laserdiodenbarrens 82.
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7A zeigt
den normalen Betriebszustand, wobei der Stromfluss durch jeden der
elf aktiven Bereiche 90 im Wesentlichen gleich verteilt
ist. Obwohl nur elf aktive Bereiche 90 gezeigt sind, ist
die Erfindung auf Laserdiodenbarren 82 mit mehr oder weniger
aktiven Bereichen 90 anwendbar. Weil die Schmelzverbindungen 86 an
den Laserdiodenbarren 82 gelötet sind, fließt ein im
Wesentlichen gleicher Anteil des Stroms durch jede der Schmelzverbindungen 86.
Wie gezeigt, hat jeder aktive Bereich 90 eine entsprechende
Schmelzverbindung 86. In einer alternativen Ausführungsform
kann jedoch jede Schmelzverbindung 86 einen Stromweg für eine Gruppe
von aktiven Bereichen 90 erzeugen.
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7B zeigt
einen Übergangszustand,
wobei der Strom beginnt, mit einer unnormal hohen Rate zwischen
zwei aktiven Bereichen 90a und 90b zu fließen, welche
zerstört
wurden. Wenn die zerstörten
aktiven Bereiche 90a und 90b groß genug
sind, wird der gesamte verfügbare
Strom durch diese beschädigten
aktiven Bereiche 90a und 90b fließen, und
der Rest der Emitter 92 auf dem Laserdiodenbarren 82 wird
nicht funktionieren. Deshalb beginnen die Schmelzverbindungen 86a und 86b,
die mit den zwei aktiven Bereichen 90a und 90b assoziiert
sind, Stromniveaus zu erzielen, welche sie nicht aufnehmen können. Die
Schmelzverbindungen 86 sind derart ausgestaltet, dass die
Schmelzverbindungen 86 sich selbst zerstören, wenn
ein bestimmter übermäßiger Betrag
von Strom durch sie geleitet wird. Deshalb sind die Schmelzverbindungen 86 zerbrechliche Strukturen,
welche bei einem vorbestimmten Stromniveau zerstört werden.
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7C zeigt
den Zustand nach 7B, in welchem die Schmelzverbindungen 86a und 86b zerstört sind,
wobei das Durchlassen von Strom durch die beschädigten aktiven Bereiche 90a und 90b unterdrückt wird.
Daher fließt
der Strom weiterhin durch die anderen Schmelzverbindungen 86,
und deshalb bleibt der Rest der aktiven Bereiche 90 des
Laserdiodenbarrens 82 funktionierend und deren entsprechende
Emitter 92 senden die angemessene Energie aus.
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Die
Schmelzverbindungen 86 verhindern einen Kurzschlussfehler,
der aufgrund der intensiven Wärmeansammlung
zu einer Schaltkreisunterbrechung führen kann, welche das Auf schmelzen
der Lotschichten verursachen kann. Deshalb ist das Verhindern eines
Kurzschlussfehlers auch eine präventive
Maßnahme
gegen eine Schaltkreisunterbrechung. Deshalb sichern die Schmelzverbindungen 86 in
gewisser Weise auch gegen Schaltkreisunterbrechungen.
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Die
Abdeckung 84 und deshalb die Verbindungen 86 sind
vorzugsweise aus einer schmelzbaren Legierung, wie etwa IndalloyTM #117, IndalloyTM #158
oder IndalloyTM #281. Für eine bekannte Querschnittsfläche haben
die schmelzbaren Legierungen einen bestimmten Widerstand pro Einheitslänge, so dass
ein bekannter Strom einen bekannten Betrag von Wärme erzeugen wird. Wenn der
Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt,
verursacht die entstehende Wärme,
dass die Temperatur der Verbindung 86 über die Schmelztemperatur der
Verbindung 86 ansteigt, so dass ein Teil der Verbindung 86 schmilzt
und die Verbindung 86 nicht länger
elektrisch mit der Laserdiode 82 verbunden ist. Wenn z.B. der
Strom durch eine Verbindung 86 das Dreifache des normalen
Betriebsstroms übersteigt,
verursacht dieser Betrag von Strom genügend Wärme, um das Schmelzen der Verbindung 86 zu
verursachen.
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Während die
vorliegende Erfindung mit Bezug auf ein oder mehr bestimmte Ausführungsformen beschrieben
wurde, wird der Fachmann erkennen, dass viele Änderungen daran durchgeführt werden können, ohne
vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.