具有对称轴线的半导体发光装置的制作方法

本发明涉及一种发光装置，尤其涉及一种在激光二极管的棒(bar of laser diodes)的基础上制造的高效固态发光装置。

背景技术：

目前，激光二极管的棒广泛用于泵送用于在许多工业和医疗的领域中切割、焊接、研磨以及热处理各种材料的表面的强大固体激光。

通常，激光二极管的棒由彼此平行地设置在用作散热器的共同基板上的一组单个的条形几何形状的激光二极管构成，RU2150164、RU2455739。条形几何形状的激光二极管的这些棒在确定的方向上发光，以作为一组平行光束。

还提出了具有在与共振器(resonator)的对称轴线平行或者与该对称轴线垂直的任何确定的方向上进行光提取的柱形对称共振器的单个激光二极管，US5343490、US6134257、US 6333944、US6519271、US8326098、RU2423764、RU2431225，并且还提出了在与轴向对称的激光二极管的其对称轴线垂直的方向在几何学上发散(diverged)的阵列，RU2465699、US 2011/0163292 A1。

在白光源中结合磷光体使用激光二极管以用于照明目的的可能性表现出相当大的兴趣AIP ADVANCES 3,072107(2013)。

为了提供能够在各个方向上发光并且具有接近轴向对称的远辐射场的方向图(directional pattern)的小尺寸激光光源，而不形成光学器件，提出了使用作为原型选择的在与辐射轴线垂直的平面内相对于彼此转动的条形几何形状激光二极管的一组单元，RU 2187183。

现今存在的激光二极管和激光二极管的棒的缺点在于，当将这些二极管用作在激光光源中的发光元件时，不能在轴向对称的激光灯中提供均匀的磷光体闪光。

技术实现要素：

为了解决该问题，本发明提出了一种半导体发光装置，包括两个或更多个激光二极管。所要求保护的装置的特征在于，每个激光二极管均具有对称轴线，其中，所述激光二极管通过这种方式串联设置在所述发光装置的对称轴线上，即，该方式使得激光二极管的对称轴线一致，其中，所述激光二极管的表面连接，使得所述激光二极管进行电接触和机械接触并且形成激光二极管的棒，该激光二极管的棒辐射的方向图(directional pattern)具有的对称轴线与所述发光装置的对称轴线一致。

在优选的实施方式中，每个激光二极管均包括盘式光学共振器、或中空光学共振器、或环状光学共振器、或多边形光学共振器、或中空多边形光学共振器。

在优选的实施方式中，每个激光二极管均由III族氮化物(III-nitrides)制成。

本发明还提出了一种包括磷光体的激光灯，其中，所提出的半导体发光装置用作可见光或紫外光的光源，以用于光学激发所述磷光体。

所提出的半导体发光装置在与对称轴线垂直的所有方向上发光的能力用于在所提出的激光灯中提供沉淀有磷光体的柱形对称表面的高度闪光的均匀性。

附图说明

图1示出了具有盘式光学共振器的单个激光二极管，该单个激光二极管是图2示出的激光二极管的竖直棒的组成部分。

图2示出了具有对称轴线并且由在图1示出的单个激光二极管构成的激光二极管的柱形棒。

图3示出了柱形对称灯的示图，该柱形对称灯发出白光并且使用磷光体将紫外光或蓝色辐射转换成白光，并且将图2中示出的激光二极管的棒用作紫外光或蓝色辐射的发生器。

图4示出了具有中空盘式光学共振器的单个激光二极管，该单个激光二极管是图5示出的激光二极管的竖直棒的组成部分。

图5示出了具有对称轴线并且由在图4示出的单个激光二极管构成的包括贯通腔体的激光二极管的柱形棒。

图6示出了具有环状光学共振器的单个激光二极管，该单个激光二极管是在图7示出的激光二极管的竖直棒的组成部分。

图7示出了具有对称轴线并且由在图6示出的单个激光二极管构成的包括贯通腔体的激光二极管的柱形棒。

图8示出了具有六边形共振器的单个激光二极管，该单个激光二极管是在图9示出的激光二极管的竖直棒的组成部分。

图9示出了具有六阶对称轴线并且由在图8示出的单个激光二极管构成的包括贯通六边形腔体的激光二极管的六边形棒。

具体实施方式

根据下面提供的几个实施方式，本发明变得显而易见。应注意的是，这些实施方式的后续描述仅仅是说明性描述，而非详尽的描述。

实例1.在柱形激光灯中用作光源的蓝色激光二极管的柱形棒。

在该实例中，激光二极管的轴向对称棒由单个激光二极管构成，这些单个激光二极管具有包括盘式光学共振器的结构GaN/Al_0.2Ga_0.8N/GaN/In_0.25Ga_0.75N/GaN/In_0.25Ga_0.75N/GaN/Al_0.2Ga_0.8N/GaN。

在图1示出具有盘式光学共振器的单个激光二极管。该单个激光二极管由以下各项构成：金属n触点1、掺杂有浓度为5·10¹⁸cm^-3并且厚度为2μ的硅的n型氮化镓的接触层2、掺杂有浓度为10¹⁹cm^-3的硅的0.5μ厚的n型固溶体Al_0.2Ga_0.8N的覆盖层3、包括2,5nm宽的两个In_0.2Ga_0.8N量子阱的氮化镓的波导层4、掺杂有浓度为5·10²⁰cm^-3的镁的0.5μ厚的p型固溶体Al_0.2Ga_0.8N的覆盖层5、掺杂有浓度为10²⁰cm^-3的镁的0.1μ厚的p型氮化镓的接触层6以及金属p触点7。

在图2示出具有盘式光学共振器的竖直集成的激光二极管的柱形棒。通过上部激光二极管的n触点1和下部激光二极管的p触点7，施加供应竖直集成的单个二极管的柱形棒的电压。激光二极管的棒的供给电压等于V＝n·V_LD，其中，n是在棒中的激光二极管的数量，并且V_LD是单个激光二极管的供给电压。选择棒中的激光二极管的数量n允许改变棒的供给电压V，并且提供供给电压V与电源以及电力网络的适当匹配。机械地按压相邻激光二极管的上部p触点和下部n触点，并且在n触点1和p触点7之间形成电连接部9。因此，供应激光二极管的棒的电流流过激光二极管的n触点1和p触点7，然后流过接触层2和6、覆盖层3和5，还流过波导层4，其中，所有激光二极管的活动量子阱竖直整合到棒内。在这种情况下，由于激光二极管的柱形棒具有对称轴线8，所以在与对称轴线8垂直的所有方向上均匀地发出来自该柱形棒的光10。

在图3示出了将激光二极管的柱形棒用作柱形激光灯内的光源。

柱形激光灯由透明塑料柱形体13构成，在柱形体的侧壁上应用磷光体14，激光二极管的柱形棒12放在该柱形体的内部。

在将供给电压V施加于外部引线15和16时，流过激光棒的电流生成在与对称轴线垂直的所有方向上均匀发射的蓝光10，其中外部引线通过开口17穿过柱形体13内部并且连接至激光二极管的柱形棒12的上部和下部触点。在这种情况下，提供将蓝光部分转换成黄光的磷光体14的均匀闪光，并且由于混合蓝光和黄光，所以白光18朝外发出。由于整个激光灯具有柱形对称，所以在与其对称轴线垂直的所有方向上均匀发出白光18。

实例2.在柱形激光灯中用作光源的紫外光激光二极管的中空柱形棒。

在该实例中，激光二极管的轴向对称棒由单个激光二极管构成，这些单个激光二极管具有包括中空盘式光学共振器的结构GaN/Al_0.4Ga_0.6N/Al_0.2Ga_0.8N/GaN/Al_0.2Ga_0.8N/Al_0.4Ga_0.6N/GaN。

在图4示出具有中空盘式光学共振器的单个激光二极管。该单个激光二极管由以下各项构成：金属n触点1、掺杂有浓度为5·10¹⁸cm^-3并且厚度为2μ的硅的n型氮化镓的接触层2、掺杂有浓度为10¹⁹cm^-3的硅的0.5μ厚的n型固溶体Al_0.4Ga_0.6N的覆盖层3、包括3nm宽的GaN量子阱的波导层4Al_0.2Ga_0.8N、掺杂有浓度为10²⁰cm^-3的镁的0.5μ厚的p型固溶体Al_0.4Ga_0.6N的覆盖层5、掺杂有浓度为10²⁰cm^-3的镁的0.1μ厚的p型氮化镓的接触层6、以及金属p触点7。激光二极管包括沿着对称轴线设置并穿过其结构的所有层的柱形腔体11。

在图5示出具有中空盘式光学共振器的竖直集成的激光二极管的柱形棒。通过上部激光二极管的n触点1和下部激光二极管的p触点7，施加供应竖直集成的单个二极管的柱形棒的电压。激光二极管的棒的供给电压等于V＝n·V_LD，其中，n是在棒中的激光二极管的数量，并且V_LD是单个激光二极管的供给电压。选择棒中的激光二极管的数量n允许改变棒的供给电压V，并且提供供给电压V与电源以及电力网络的适当匹配。机械地按压相邻激光二极管的上部p触点和下部n触点，并且在n触点1和p触点7之间形成电连接部9。因此，供应激光二极管的棒的电流流过激光二极管的n触点1和p触点7，然后流过接触层2和6、覆盖层3和5，还流过波导层4，其中，所有激光二极管的活动量子阱竖直整合到棒内。在这种情况下，由于激光二极管的柱形棒具有对称轴线8，所以在与对称轴线8垂直的所有方向上均匀地发出来自该柱形棒的光10。激光二极管的中空柱形棒包括沿着对称轴线设置的并且穿过所有激光二极管的柱形腔体11。腔体11的存在允许泵送冷却液穿过激光二极管的棒并且有效地带走在光生成过程中产生的热量。

在图3示出了将激光二极管的中空柱形棒用作柱形激光灯内的光源。

柱形激光灯由透明塑料柱形体13构成，在柱形体的侧壁上应用磷光体14，激光二极管的中空柱形棒12放在该柱形体的内部。

在将供给电压V施加于外部引线15和16时，流过激光棒的电流生成在与对称轴线垂直的所有方向上均匀发射的紫外光10，其中外部引线通过开口17穿过柱形体13内部并且连接至激光二极管的中空柱形棒12的上部和下部触点。在这种情况下，提供将紫外光完全转换成白光的磷光体14的均匀闪光，结果，白光18朝外发出。穿过激光二极管的棒并且有效地带走在光生成过程中产生的热量的冷却液也通过开口17馈送给柱形棒12。

由于整个激光灯具有柱形对称，所以在与其对称轴线垂直的所有方向上均匀发出白光18。

实例3.在柱形激光灯中用作光源的蓝光激光二极管的环状柱形棒。

在该实例中，激光二极管的轴向对称棒由单个激光二极管构成，这些单个激光二极管具有包括环状光学共振器的结构GaN/Al_0.2Ga_0.8N/GaN/In_0.2Ga_0.8N/GaN/Al_0.2Ga_0.8N/GaN。

在图6示出具有环状光学共振器的单个激光二极管。该单个激光二极管由以下各项构成：金属n触点1、掺杂有浓度为5·10¹⁸cm^-3并且厚度为2μ的硅的n型氮化镓的接触层2、掺杂有浓度为10¹⁹cm^-3的硅的0.5μ厚的n型固溶体Al_0.2Ga_0.8N的覆盖层3、包括3nm宽的In_0.2Ga_0.8N量子阱的氮化镓的波导层4、掺杂有浓度为10²⁰cm^-3的镁的0.5μ厚的p型固溶体Al_0.2Ga_0.8N的覆盖层5、掺杂有浓度为10²⁰cm^-3的镁的0.1μ厚的p型氮化镓的接触层6、以及金属p触点7。具有环状光学共振器的激光二极管包括沿着对称轴线设置并穿过其结构的所有层的柱形腔体11。

在图7示出具有环状光学共振器的竖直集成的激光二极管的环状柱形棒。通过上部激光二极管的n触点1和下部激光二极管的p触点7，施加供应竖直集成的单个二极管的环状柱形棒的电压。激光二极管的棒的供给电压等于V＝n·V_LD，其中，n是在棒中的激光二极管的数量，并且V_LD是单个激光二极管的供给电压。选择棒中的激光二极管的数量n允许改变棒的供给电压V，并且提供供给电压V与电源以及电力网络的适当匹配。机械地按压相邻激光二极管的上部p触点和下部n触点，并且在n触点1和p触点7之间形成电连接部9。因此，供应激光二极管的棒的电流流过激光二极管的n触点1和p触点7，然后流过接触层2和6、覆盖层3和5，还流过波导层4(？)，其中，所有激光二极管的活动量子阱竖直整合到棒内。在这种情况下，由于激光二极管的柱形棒具有对称轴线8，所以在与对称轴线8垂直的所有方向上均匀地发出来自该柱形棒的光10。激光二极管的环状柱形棒包括沿着对称轴线设置的并且穿过所有激光二极管的柱形腔体11。腔体11的存在允许泵送冷却液穿过激光二极管的棒并且有效地带走在光生成过程中产生的热量。

在图3示出了将激光二极管的环状柱形棒用作柱形激光灯内的光源。

柱形激光灯由透明塑料柱形体13构成，在柱形体的侧壁上应用磷光体14，激光二极管的环状柱形棒12放在该柱形体的内部。

在将供给电压V施加于外部引线15和16时，流过激光棒的电流生成在与对称轴线垂直的所有方向上均匀发射的蓝光10，其中外部引线通过开口17穿过柱形体13内部并且连接至激光二极管的柱形棒12的上部和下部触点。在这种情况下，提供将蓝光部分转换成黄光的磷光体14的均匀闪光，并且由于混合蓝光和黄光，所以白光18朝外发出。穿过激光二极管的棒并且有效地带走在光生成过程中产生的热量的冷却液也通过开口17馈送给环状柱形棒12。

由于整个激光灯具有柱形对称，所以在与其对称轴线垂直的所有方向上均匀发出白光18。

实例4.在柱形激光灯中用作光源的紫外光激光二极管的中空六边形棒。

在该实例中，激光二极管的棒由单个激光二极管构成，这些单个激光二极管具有包括中空六边形光学共振器的结构GaN/Al_0.4Ga_0.6N/Al_0.2Ga_0.8N/GaN/Al_0.2Ga_0.8N/Al_0.4Ga_0.6N/GaN。

在图8示出具有中空六边形光学共振器的单个激光二极管。该单个激光二极管由以下各项构成：金属n触点1、掺杂有浓度为5·10¹⁸cm^-3并且厚度为2μ的硅的n型氮化镓的接触层2、掺杂有浓度为10¹⁹cm^-3的硅的0.5μ厚的n型固溶体Al_0.4Ga_0.6N的覆盖层3、包括3nm宽的GaN量子阱的波导层4Al_0.2Ga_0.8N、掺杂有浓度为10²⁰cm^-3的镁的0.5μ厚的p型固溶体Al_0.4Ga_0.6N的覆盖层5、掺杂有浓度为10²⁰cm^-3的镁的0.1μ厚的p型氮化镓的接触层6、以及金属p触点7。激光二极管包括沿着对称轴线设置并穿过其结构的所有层的六边形腔体11。

在图5示出具有中空六边形光学共振器的竖直集成的激光二极管的中空六边形棒。通过上部激光二极管的n触点1和下部激光二极管的p触点7，施加供应竖直集成的单个二极管的柱形棒的电压。激光二极管的棒的供给电压等于V＝n·V_LD，其中，n是在棒中的激光二极管的数量，并且V_LD是单个激光二极管的供给电压。选择棒中的激光二极管的数量n允许改变棒的供给电压V，并且提供供给电压V与电源以及电力网络的适当匹配。机械地按压相邻激光二极管的上部p触点和下部n触点，并且在n触点1和p触点7之间形成电连接部9。因此，供应激光二极管的棒的电流流过激光二极管的n触点1和p触点7，然后流过接触层2和6、覆盖层3和5，还流过波导层4，其中，所有激光二极管的活动量子阱竖直整合到棒内。在这种情况下，由于激光二极管的中空六边形棒具有对称轴线8，所以在与对称轴线8垂直的所有方向上几乎均匀地发射来自该棒的光10。激光二极管的中空六边形棒包括沿着对称轴线设置的并且穿过所有激光二极管的六边形腔体11。腔体11的存在允许泵送冷却液穿过激光二极管的棒并且有效地带走在光生成过程中产生的热量。

在图3示出了将激光二极管的中空六边形棒用作柱形激光灯内的光源。

柱形激光灯由透明塑料柱形体13构成，在柱形体的侧壁上沉积磷光体14，激光二极管的中空六边形棒12放在该柱形体的内部。

在将供给电压V施加于外部引线15和16时，流过激光棒的电流生成在与对称轴线垂直的所有方向上几乎均匀发射的紫外光10，其中外部引线通过开口17穿过柱形体13内部并且连接至激光二极管的中空柱形棒12的上部和下部触点。在这种情况下，提供将紫外光完全转换成白光的磷光体14的几乎均匀闪光，结果，白光18朝外发出。穿过激光二极管的棒并且有效地带走在光生成过程中产生的热量的冷却液也通过开口17馈送给中空六边形棒12。

由于整个激光灯具有六阶对称轴线，所以在与其对称轴线垂直的所有方向上几乎均匀发出白光18。

即使通过本发明的实施方式的实例描述和表示了本发明，也应注意，本发明在任何情况下都不受到所提供的实例的限制。