激光二极管装置的制造方法_2

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料,上述材料相比于氮化铝具有更高的导热性,但是相比于用于激光二 极管芯片的常用材料也具有明显不同的热膨胀系数。
[0023] 如上所述,使用壳体例如基于铜的或具有铜芯的和钢表面的TO壳体与使用不锈 钢制标准TO壳体相比本身没有获得激光功率的改善。此外,使用具有大于或等于2 μπι的 厚度的焊料层由于较高的热阻也显现出不利。然而已证实的是,在此所说明的激光二极管 装置通过在这里所说明的、具有厚的第一焊料层的壳体能够实现在几瓦的范围内,尤其在 大于3W的范围内的更高的光学输出功率,以及将电输入功率转换为光学输出功率的更高 的转换系数。
[0024] 根据另一实施形式,激光二极管芯片基于氮化物化合物半导体材料。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(In、Al、Ga)N。此外能够施加外延生长层 序列,即外延生长的半导体层,所述外延生长层序列基于氮化物化合物半导体材料,并且因 此基于InAlGaN实施。
[0025] InAlGaN基的化合物半导体材料、(In,Al, Ga) N基的化合物半导体材料以及氮化 物化合物半导体材料尤其涵盖具有选自III-V化合物半导体材料系统InxAl yGa1 x yN的材 料的物质,其中〇彡X彡1,〇彡y彡l,x+y彡1的材料,即例如GaN、A1N、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,所述半导体层序列具有有 源层,尤其优选基于AlGaInN和/或InGaN,所述有源层设置为用于在工作时辐射光。激光 二极管芯片尤其能够在工作时发射从紫外至绿色波长范围中的光。
[0026] 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,所述半导体层例如 在波导层和包封层之间具有有源层。在衬底上尤其能够施加第一包封层,在所述第一包封 层上施加第一波导层,在所述第一波导层上施加有源层,在所述有源层上施加第二波导层, 在所述第二波导层上施加第二包封层。此外,在第二包封层上能够设置有半导体接触层,并 且在所述半导体接触层上设置有例如具有金属层的形式的电连接层。激光二极管芯片的电 接触能够特别优选地经由与衬底相对置的电连接层以及经由能导电的衬底进行,其中,衬 底在背离半导体层的侧上也能够具有电连接层。此外,在有源层的背离衬底的侧上在波导 层和包封层之间能够设置有载流子阻挡层,以便避免所谓的载流子过冲。
[0027] 设置在衬底和有源层之间的半导体层例如能够是η型掺杂的,并且从衬底向外看 设置在有源层之上的半导体层是P型掺杂的。替选于此还可能的是,倒转掺杂顺序。有源 层能够是不掺杂的或η型掺杂的。激光二极管芯片能够作为有源层例如具有传统的ρη结、 双异质结构或量子阱结构,特别优选具有多量子阱结构(MQW结构)。在本申请的范围中,名 称量子阱结构尤其包括下述结构,在所述结构中载流子通过封入("限制")能够经受其能 量状态的量子化。量子阱结构尤其能够具有量子阱、量子线和/或量子点以及上述结构的 组合。有源层例如能够在适宜地构造的阻挡层之间具有InGaN基量子膜。
[0028] 根据另一实施形式,激光二极管芯片具有辐射耦合输出面,经由所述辐射耦合输 出面在工作时射出在有源层中产生的光。激光二极管芯片优选构成为边缘发射的激光二极 管芯片,其中辐射耦合输出面例如能够通过半导体层复合结构的击穿、分裂和/或刻蚀沿 着结晶平面产生。此外,激光二极管芯片具有与辐射耦合输出面相对置地设置的后侧面。激 光二极管芯片的前侧面的下述区域能够称为辐射耦合输出面,经由所述区域辐射在激光二 极管芯片中产生的相干光。在边缘发射的激光二极管芯片中,前侧面,尤其还有辐射耦合输 出面以及后侧面通常情况下也称为所谓的棱面(Facette)。此外,激光二极管芯片具有侧 面,所述侧面将后侧面和辐射耦合输出面相互连接,并且所述侧面通过半导体层的在垂直 于半导体层的生长方向和设置方向的方向上的面构成。
[0029] 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保护层。 在此,下面将整体上具有晶体结构,即近程有序排列和远程有序排列的层称为结晶层。与此 相反,非结晶的层仅具有近程有序排列,并且部分结晶的或局部结晶层仅在部分中或区域 中也具有近程有序排列,然而所述近程有序排列不在整个层上继续。
[0030] 结晶保护层尤其能够是气密密封的,尤其是在辐射耦合输出面的区域中,即优选 激光二极管芯片的前侧面的区域中气密密封,经由所述前侧面的区域在工作时辐射激光辐 射。在这种情况下,气密密封层尤其能够具有足够高的密封性,使得激光二极管芯片的由气 密密封层覆盖的面在激光二极管芯片和激光二极管装置的使用寿命期间被保护,使得不会 产生缩短使用寿命的损害。结晶保护层尤其能够具有比例如非结晶的或局部结晶的层更高 的密封性。这例如能够由于构造优选不具有晶格缺陷的,所谓的"针孔"的、能够造成非密 封性的结晶层而引起。
[0031] 结晶保护层能够保护激光二极管芯片的被结晶保护层覆盖的面,即至少辐射耦合 输出面抵御例如为有害气体的环境影响。这样的环境影响例如能够通过氧气、臭氧、在酸雨 中包含的物质以及其它化学物构成。例如,在将激光二极管装置用作为在汽车工程中的光 源时,在未被保护的激光二极管芯片的情况下能够由于腐蚀性介质,例如碳氢化合物以及 含硫化合物和含氮化合物,例如硫化氢和硫氧化物以及氮氧化物而出现激光二极管芯片和 特别是其辐射耦合输出面的损害。因此,当壳体本身不相对于环境气密地封闭时,这样的有 害的环境影响例如能够渗透到激光二极管装置的壳体中直至激光二极管芯片。在这里所说 明的激光二极管装置的壳体中,由于不同的热膨胀系数,一个特殊的技术挑战在于,在封闭 的壳体中将基于铜的或基于被钢包封的铜的壳体与钢基壳体盖以足够高的密封性焊接。尤 其在大批量制造这类组件的情况下能够导致具有残留不密封性(Rest-undichtkeit)的组 件的逃逸率("escape rate")的提高。虽然已知的是,激光二极管芯片的棱面设有覆层, 然而所述覆层通常情况下是非结晶的至局部结晶的并且能够由于其晶界和缺陷仅不足够 地防止了损害棱面的材料的扩散。因此,结晶保护层是尤其重要的辐射耦合输出面的确保 激光二极管装置的可靠使用的额外保护。
[0032] 此外,这里说明的在激光二极管芯片和壳体之间的厚的焊料层,例如第一焊料层 能够导致,焊料颗粒经由激光二极管芯片的表面尤其迀移到激光棱面的区域中。在不具有 足够密的棱面覆层的情况下,焊料颗粒能够穿过棱面覆层扩散,这会导致经由激光棱面的 漏电流。通过这里所说明的结晶保护层能够确保足够密的棱面覆层,所述棱面覆层能够防 止激光二极管芯片被焊料颗粒损害。此外,在结晶的介电材料的情况下,通过结晶保护层能 够实现击穿场强的明显提高,由此,例如由于向上伸展(hochlaufenden)的焊料层或在棱 面上的P型金属化部能够实现抵御电击穿的保护。
[0033] 在一个特别有利的实施形式中,激光二极管装置尤其具有带有激光二极管芯片的 上述的铜基壳体,其中,在激光二极管芯片和装配件之间设置有第一焊料层,所述第一焊料 层具有大于或等于2 μπι的厚度,并且其中,激光二极管芯片具有辐射耦合输出面,在所述 辐射耦合输出面上设置有结晶保护层。由于例如在厚的焊料层的情况下的特征的组合阻止 了改善的排热,尽管如此,对于激光二极管装置而言仍然能够实现改善的散热,并且从而实 现较高的输出功率。因此能够通过激光二极管芯片的低的应力、来自激光二极管芯片的良 好的热传输和高的组件可靠性的最优的组合确保光学输出功率的显著提升。
[0034] 根据另一实施形式,在制造激光二极管装置时,激光二极管芯片至少在辐射耦 合输出面上设有结晶保护层。为此应用涂覆方法,借助所述涂覆方法能够制造结晶的介 电层、半导体层或导电层。为此,例如能够选择用于在提高的温度下,尤其在高于或等于 500°C,并且优选高于或等于600°C的温度下进行化学气相沉积(CVD 'chemical vapor exposition")的方法。结晶保护层特别优选也能够通过借助于原子层沉积方法(ALD: "atomic layer deposition"),尤其是原子层外延方法(ALE :"atomic layer epitaxy") 的沉积来实现。与常规的棱面覆层的制造方法相比,原子层沉积方法能够在高于或等于 500°C,并且优选高于或等于600°C的提高的温度下实施,以便获得结晶保护层。在所述方 法,尤其是原子层沉积方法中有利的是无缺陷的、无"针孔"的结构,表面上的良好的附着 性,高稳定性,具有高纵横比(AspektverhS丨tnis )的不平坦部的良好的包覆以及低 应力的结构。特别有利的是,在这样的保护层的情况下其相对于气体、例如氧气或潮湿空 气的低的渗透性,例如在文献P.F.Carcia等,Journal of Applied Physics(应用物理 杂志)106,023533(2009)以及 T.Hirvikorpia,Applied Surface Science(应用表面科 学)257, 9451-9454 (2011)中所说明的。
[0035] 根据另一优选的实施形式,结晶保护层具有正好一个结晶层,替选于此还可能的 是,结晶保护层具有多个结晶层。多个结晶层例如能够通过由不同的材料制成的多个结晶 层构成。此外还可能的是,多个结晶层通过交替的顺序由不同的材料制成的至少两个结晶 层构成。
[0036] 根据另一实施形式,在辐射耦合输出面上施加有光学层。所述光学层例如能够是 反射层或抗反射层。这类光学层通常情况下具有一个并且优选多个由透明材料制成的层, 所述层能够构成不同折射率的周期性序列。
[0037] 结晶保护层例如能够构成光学层。当结晶保护层具有多个结晶层时,这才尤其能 够是有利的。替代于此还可能的是,除了结晶保护层以外还施加光学层,所述光学层不必一 定是结晶的,而是例如能够是非结晶的或者部分结晶的。在这种情况下,光学层能够借助于 如从现有技术中已知的用于棱面覆层的传统的涂覆方法来施加。
[0038] 光学层例如能够设置在辐射耦合输出面和结晶保护层之间并且通过结晶保护层 覆盖。因此能够可行的是,除了辐射耦合输出面以外,光学层也通过结晶保护层来保护。替 选于此可行的是,结晶保护层设置在辐射耦合输出面和光学层之间。在这种情况下,结晶保 护层有利地尽可能靠近地并且特别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
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