半导体激光二极管的制作方法

半导体激光二极管的制作方法
【专利摘要】提出一种具有下述特征的半导体激光二极管：半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有带有有源层(23)的彼此竖直叠加施加的半导体层(21，22，23，25，26)，所述有源层具有宽度大于或等于30μm的有源区域(24)，所述有源区域在运行时经由辐射耦合输出面(11)放射激光辐射，其中辐射耦合输出面(11)通过半导体层序列(2)的侧面形成并且与相对置的后侧面(12)一起在纵向方向上形成具有侧向的增益导引的共振器，并且其中半导体层序列(2)通过在热影响区域(29)中工作而变热；金属化层(3)，所述金属化层与半导体层序列(2)的上侧(20)直接接触，其中上侧(20)通过半导体覆盖层(25)形成；和导出热量的结构化的层(4)；所述导出热量的结构化的层位于半导体层序列(2)的上侧(20)上，其中导出热量的结构化的层(4)至少具有金属化层(3)，其中金属化层(3)具有累加宽度(B1)并且累加宽度(B1)与热影响区域(29)的宽度(B2)的比值与距辐射耦合输出面(11)的间距相关地变化，其中导出热量的结构化的层(4)能够实现从有源区域(24)中的热量导出，所述热量导出沿着纵向方向和/或侧向方向变化。
【专利说明】半导体激光二极管
【技术领域】
[0001]提出一种半导体激光二极管。
[0002]相关申请
[0003]本申请要求德国专利申请10 2011 055 891.8的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
【背景技术】
[0004]由外延地沉积在衬底上的半导体材料制造的大功率激光二极管芯片为了确保充分的散热而安装在热沉或载体上，所述热沉或载体具有高的热导率并且部分地也具有主动式冷却，即冷却剂的穿流。安装通常借助于焊接进行。为此，激光二极管芯片在安装面上具有大面积的金属化部，所述金属化部用作为焊接面。
[0005]在常见构造方式的具有不对称的镜反射性和一个或多个发射条带的大功率激光二极管芯片中的损耗热源不均匀地分布。更确切地说，损耗热源在共振器方向上在耦合输出小平面附近是最强的以及在横向于共振器方向的侧向方向上在半导体材料中集中到电接触的发射条带上。损耗热量通过热传导从芯片经由形成焊接面的金属化部并且经由焊料导出至热沉或载体。在此，电流的和热流的路径典型地是几乎相同的。
[0006]在温度管理方面，常见的大功率激光二极管芯片为了尽可能大地导出热量而在半导体芯片和热沉或载体之间设有尽可能大的热接合面，即设有尽可能大面积的、形成焊接面的金属化部。由此，应当将激光二极管芯片的热阻保持得尽可能小，因为其重要的激光参数能够在运行中获益，例如高的效率、小的射束发散、较高的负载能力和较高的可靠性。在这个背景下，热接合面的合理地选择的最小尺寸大致相应于产生损耗热量的区域的延展区域或者由于半导体材料中的热量扩散效应而略大。
[0007]当然，焊接边界面与热沉材料或载体材料相比通常具有大的过渡热阻
(thermischen (jbergangswiderstand ),由此在常见的激光二极管中能够构成下述
温度曲线，所述温度曲线由于损耗热量的上述不均匀的分布通过折射率的和光学增益的温度相关性而形成热透镜。这导致:在工作电流或输出功率较大的情况下，放大已知的激光二极管芯片的射束发散。
[0008]然而，借助将半导体材料尽可能大面积地热接合到热沉或载体上的已知的方法，在优化一些激光参数时触及极限，因为尽管能够降低半导体材料中的温度的绝对大小，但是温度分布的基本的不均匀性保持不变。用于抑制通过不均匀性引起的热透镜的方法除了总归通常进行的优化激光器的效率之外是未知的。

【发明内容】

[0009]特定的实施形式的至少一个目的是提出一种半导体激光二极管，其中与已知的激光二极管相比减小温度分布的不均匀性。
[0010]所述目的通过根据独立权利要求所述的主题来实现。该主题的有利的实施形式和改进形式的特征在于从属权利要求并且还从下面的描述和附图中得出。
[0011]根据至少一个实施形式，半导体激光二极管具有带有彼此竖直叠加施加的半导体层的半导体层序列。各个半导体层具有垂直于竖直的生长方向定向的侧向方向或横向方向以及垂直于竖直方向和侧向方向的纵向方向。特别地，半导体层序列具有有源层，所述有源层在有源区域中在运行时产生激光辐射。激光辐射在运行时经由辐射耦合输出面放射，其中辐射耦合输出面通过半导体层序列的侧面形成并且以半导体层序列的相对置的后侧面沿纵向方向形成共振器。在此描述的半导体激光二极管因此优选地是所谓的边缘发射的半导体激光二极管。
[0012]以与半导体层序列的上侧直接接触的方式施加金属化层，其中半导体层序列的上侧通过半导体覆盖层形成。换言之，半导体覆盖层是半导体层序列的在竖直方向上最上方的半导体层。
[0013]在半导体层序列的上侧上还施加导出热量的结构化的层。导出热量的结构化的层至少具有金属化层。
[0014]此外，半导体激光二极管的有源区域具有大于或等于30 μ m的宽度。这种半导体激光二极管也能够称作为所谓的条形激光器、尤其优选称作为所谓的宽条激光器。此外，有源区域的宽度能够小于或等于200 μ m并且尤其优选大于或等于50 μ m并且小于或等于150 μ m。在一个优选的实施形式中，有源区域能够具有大约IOOym的宽度。有源区域的宽度在考虑到半导体层中的电流扩展效应的情况下基本上通过限定侧向的电流扩展的半导体层的宽度来确定。优选条带状构成的所述层在此也称作输送电流的半导体层并且能够通过半导体覆盖层和/或一个或多个位于其下的层形成。
[0015]半导体层序列的共振器是具有至少主要侧向的增益导引的共振器。换言之，在此处描述的半导体激光二极管中，在共振器中，侧向的增益导引相对于侧向的折射率导引占优，所述侧向的折射率导引例如能够通过有源层附近的连接片结构达到设置在有源层之上的半导体层中。侧向的增益导引和侧向的折射率导引的原理对于本领域技术人员是已知的进而不进一步详述。与在此描述的半导体激光二极管相反具有主要侧向的折射率导引的半导体激光器的示例能够是对于本领域技术人员已知的梯形的脊形波导激光器(Stegwellenleiterlaser)。下面,具有主要侧向的增益导引的共振器简称为具有侧向的增益导引的共振器。
[0016]通过半导体激光二极管的运行，半导体层序列在产生激光辐射时在下述区域中变热，所述区域在此并且在下文中称作热影响区域。在此，此处描述的半导体激光二极管的热影响区域在纵向方向上分别至50 μ m到达到辐射耦合输出面和后侧面。在侧向方向上，热影响区域从有源区域的中央看去通过距有源区域的中央的间距来限定，其中温度下降到数值Tmin+ (Tmax-Tmin)/10,其中Tmax和Tmin表示半导体层序列的侧向边缘和有源区域的侧向中央之间的区域中的温度的全局最大值和全局最小值。在具有多个在侧向方向上并排设置的有源区域的半导体激光二极管的情况下，Tmin表示两个相邻的有源区域之间的温度的全局最小值。
[0017]在下面，不考虑半导体层序列在预先限定的热影响区域之外、例如直接在辐射耦合输出面和后侧面上的变热。
[0018]热影响区域的宽度取决于有源区域的宽度进而取决于有源层中的注入电流的区域的宽度。由于半导体层序列中的热量扩散效应，热影响区域的宽度始终大于有源区域。典型地，热影响区域的宽度小于有源区域的宽度加上大约50 μ m的两倍。换言之，热影响区域在侧向方向上在两侧分别超出有源区域小于50 μ m。
[0019]此外，金属化层在热影响区域之上的区域中具有累加宽度。在此，累加宽度在其宽度局部地连续且未结构化的金属化层的情况下相应于金属化层的宽度。如果金属化层在侧向方向上在一定区域中如在更下文中描述的那样具有结构化部，例如开口、半色调状(halbtonartig)的结构化的边缘或楔形的留空部，那么累加宽度表示所述区域中的全部子段的宽度的总和。
[0020]在此处描述的半导体激光二极管中，金属化层的累加宽度与热影响区域的宽度的比值与距辐射耦合输出面的间距相关地变化，其中在距辐射耦合输出面的间距相同的情况下，对比值采用热影响区域的宽度和累加宽度。因此，导出热量的结构化的层能够实现从有源区域中的热量导出，所述热量导出沿着纵向方向和/或侧向方向变化。
[0021]因此，通过改变在纵向方向上金属化层的累加宽度和热影响区域的宽度的比值，能够改变局部的热阻，以从半导体层序列的热影响区域中导出热量。局部的热阻在此并且在下文中表示下述变量，所述变量与半导体激光二极管的有源区域的局部的温度升高和在半导体激光二极管运行时产生的局部的损耗功率密度的商成比例。因此，局部的热阻表示有源区域的子区域通过半导体激光二极管的运行由于将电流馈入到有源区和由此引起的局部的损耗功率密度而如何强地变热的程度。局部的热阻越高，在特定的局部的损耗功率密度的情况下，局部的温度升高就显得越高并且反之亦然。局部的热阻越低，通过传导热量的结构化的层的热量导出就越大进而也尤其表示所述传导热量的结构化的层的热量导出的程度，因为在一定的局部的损耗功率密度的情况下，局部的热阻进而局部的温度升高越小，通过导出热量的结构化的层的相应的局部的热量导出就越大。
[0022]在通过导出热量的未结构化的层的大面积的热接合的情况下，如这在已知的激光二极管芯片中是这种情况，用于热量导出的局部的热阻在各处至少基本上是均匀的，使得在具有较高的局部的损耗功率密度的部位处与在具有较低的损耗功率密度的部位处相比弓I起更高的温度升高，这尤其在热影响区域中弓I起上述不均匀的温度分布。在此处描述的半导体激光二极管中，导出热量的结构化的层的和尤其金属化层的结构化部能够有利地选择成，使得在热影响区域中局部的热阻匹配于局部的损耗功率密度并且在下述子区域中更高，在所述子区域中，局部的损耗功率密度与在其他子区域中相比更低。
[0023]将一个层或一个元件设置在或施加在另一个层或另一个元件“上”或“上方”在此并且在下文中表示:一个层或一个元件以直接机械和/或电接触的方式直接设置在另一个层或另一个元件上。此外，也能够表示:一个层或一个元件间接地设置在另一个层或另一个元件上或上方。在此，因此能够在一个层和另一个层之间或在一个元件和另一个元件之间设置有另外的层和/或元件。
[0024]一个层或一个元件设置在两个另外的层或元件“之间”在此并且在下文中表示:一个层或一个元件直接以与两个另外的层或元件中的一个直接机械和/或电接触或间接接触并且与两个另外的层或元件中的另一个直接机械和/或电接触或间接接触的方式设置。那么在此，在间接接触的情况下，能够在一个层和两个另外的层中的至少一个之间或在一个元件和两个另外的元件中的至少一个之间设置另外的层和/或元件。[0025]半导体层序列根据上述实施方案具有半导体层，所述半导体层分别沿着主平面延伸，其中主平面通过纵向方向和侧向方向或横向方向展开，而半导体层序列的设置方向或生长方向限定半导体激光二极管的竖直方向。如果在下面提及例如半导体层序列的、另一个层的或另一个区域的宽度，那么借此表示所涉及的元件在侧向方向或横向方向上的延展。借助长度表示在纵向方向上的延展，而借助厚度或高度表示在竖直方向上的延展。
[0026]根据另一个实施形式，半导体层序列除了有源层之外还具有另外的功能性的半导体层，例如波导层、包覆层、缓冲层和/或半导体接触层。半导体层序列例如能够具有常规的Pn结、双异质结构或单量子阱结构或多量子阱结构作为有源区域。量子阱结构例如能够具有量子槽、量子线或量子点或这些结构的组合。
[0027]半导体层序列例如能够具有由砷化的、磷化的或氮化的半导体材料构成的一个或多个半导体层。对于长波的、红外的至红色的辐射而言，例如适合的是基于InxGayAl^yAs的半导体层序列，对于红色的辐射而言，例如适合的是基于InxGayAl1^P的半导体层序列，并且对于短波的可见的、即尤其在绿光至蓝光的范围中、和/或对于UV辐射而言，例如适合的是基于InxGayAlnyN的半导体层序列，其中相应地O < x < I并且O≤y≤I。
[0028]半导体层序列的半导体层优选在衬底上生长，使得在背离衬底的一侧上用半导体覆盖层封闭半导体层序列。衬底能够在生长之后被完全地或部分地移除。此外，在半导体层序列上能够存在电极层以用于接触半导体层。优选地，与半导体覆盖层直接接触的金属化层形成这种电极层。因此，半导体覆盖层优选形成半导体接触层，所述半导体接触层能够尤其优选是高掺杂的，尤其具有大于I X IO18CnT3的掺杂浓度。通常，半导体覆盖层为此能够具有在大约200nm的范围中的厚度。根据半导体覆盖层的横向电导率，所述半导体覆盖层也能够具有更大的或更小的厚度。半导体层序列的背离金属化层的一侧能够通过另一个电极层接触。
[0029]此外，例如能够将钝化层至少设置在半导体层序列的上侧上的子区域中，将所述钝化层结构化，使得金属化层仅能够在子区域中、尤其在半导体覆盖层的区域中直接接触半导体层序列的上侧。半导体覆盖层例如能够结构化并且在子区域中移除。在该情况下，半导体层序列的上侧在已经移除半导体覆盖层的区域中通过位于其下的露出的半导体层形成。
[0030]此外，半导体层序列能够在导出热量的结构化的层和有源区域之间具有将电流输送给有源区域的半导体层。输送电流的半导体层能够是结构化的并且具有在纵向方向变化的侧向宽度。例如，输送电流的层的宽度能够随着距辐射耦合输出面的间距增大而变小，使得输送电流的层具有梯形的结构。替选于此，输送电流的层能够具有下述宽度，所述宽度随着距辐射耦合输出面的间距变大而至少在子区域中变大。通过改变输送电流的层的宽度也改变热影响区域的宽度。
[0031]例如，输送电流的层能够如在上文中描述的那样结构化并且具有半导体覆盖层或通过其形成。替选地或附加地也可行的是，输送电流的结构化的半导体层具有设置在有源层和半导体覆盖层之间的半导体层或者通过其形成。因此，输送电流的结构化的半导体层能够在纵向方向上优选形成条带，所述条带从辐射耦合输出面延伸至与辐射耦合输出面相对置的后侧面。在输送电流的半导体层具有随着距辐射耦合输出面的间距变大而至少在子区域中变小或变大的宽度的情况下，电流注入部的宽度进而在其中产生局部的损耗功率密度的区域的宽度与距辐射耦合输出面的间距相关地变化。特别地，在输送电流的层朝向辐射耦合输出面变窄的情况下，在辐射耦合输出面附近的有源层中的电流密度进而还有局部的损耗功率密度与距辐射耦合输出面较大的间距相比更小。在该情况下能够有利可行的是，尤其在有源区域中以及在周围的半导体层中影响温度分布。通过减小辐射耦合输出面附近的电流密度，能够可行的是，在辐射耦合输出面上降低在通常的激光二极管中出现的升高的温度。
[0032]此外，例如在金属化部和半导体层序列的上侧之间的接触面能够是更窄的并且其形状与输送电流的层的结构化部和/或宽度无关，其中所述接触面通过设置在上侧的钝化层中的在纵向方向上伸展的开口形成。
[0033]根据另一个实施形式，在半导体覆盖层和有源层之间的至少一个半导体层在侧向方向上具有结构化的边缘。因此，侧向方向上的边缘是对半导体层的宽度限界或限定的边缘，所述边缘沿着纵向方向伸展。特别地，具有结构化的边缘的半导体层能够设置在输送电流的结构化的半导体层和有源层之间。边缘例如能够锯齿状地结构化。通过这种结构化能够以有利的方式影响有源层中的电流扩展进而有源区域的延展。
[0034]根据另一个实施形式，金属化层具有分别由金属或合金构成的一个或尤其优选多个层。因此，金属化层能够具有呈多个层的形式的竖直的结构。金属化层的总厚度能够为至几微米。例如，金属化层能够具有带有材料Ti/Pt/Au或AuGe/Ni/Au的层序列。金属化层的层尤其能够基于可生产性、在金属和半导体层序列的上侧之间的机械附着力以及金属半导体过渡部的接触电阻来选择。
[0035]根据另一个实施形式，通过金属化层形成导出热量的结构化的层。换言之这表示:金属化层通过在侧向方向和/或纵向方向上结构化而在热影响区域中引起沿着纵向方向和/或侧向方向的变化的局部的热阻。
[0036]根据另一个实施形式，金属化层的累加宽度与热影响区域的宽度的比值随着距辐射耦合输出面的间距增大而减小。由此，能够实现，随着距辐射耦合输出面的间距增大，半导体层序列的通过金属化层形成的接合面与热影响区域相比减小，使得在距辐射耦合输出面的间距增大时，发生更小的热量导出。与通过大面积的且未结构化的金属化部的已知的大面积的且未结构化的接合相比，由此，温度随着距后侧面的间距变小在半导体层序列的子区域中升高，使得能够沿着共振器方向降低温度差。
[0037]特别地，金属化层能够与距辐射耦合输出面的间距相关地具有变化的结构化部和/或变化的宽度。变化的结构化部和/或变化的宽度优选能够至少在子区域中与半导体层序列的设置在金属化层和有源层之间的半导体层的结构化部和/或宽度不同。特别地，这能够表示:金属化层和设置在有源层上方的半导体层、即尤其例如半导体覆盖层在侧向方向和纵向方向上不形成具有相同的层横截面的脊形波导结构，如这在已知的脊形波导激光器中是这种情况。
[0038]根据另一个实施形式，金属化层具有下述宽度，所述宽度随着距辐射耦合输出面的间距增大而减小。换言之，金属化层随着距辐射耦合输出层的间距变大而变窄。由此，能够如上面已经阐明的那样，下述面能够随着距辐射耦合输出面的间距增大而减小，借助于所述面例如能够通过焊接将半导体激光二极管设置在外部的载体或外部的热沉上。因此，通过金属化层的热量导出随着距辐射耦合输出面的间距增大而变小，由此局部的热阻相应地提高。例如，金属化层在辐射耦合输出面附近能够比输送电流的半导体层更宽并且尤其比热影响区域更宽。在此，在辐射耦合输出面附近表示:尤其指的是金属化层在纵向方向上朝向辐射耦合输出面的端部。在后侧面附近，金属化层能够比热影响区域更窄并且此外也比输送电流的半导体层更窄。
[0039]根据另一个实施形式，金属化层具有开口，尤其例如是在竖直方向上设置在输送电流的层上方的开口，其中开口能够随着距辐射耦合输出面的间距的增大而占据更大的面积份额。这能够表示:随着距辐射耦合输出面的间距增大，大小、数量、密度或它们的组合变大。由此,金属化层的累加宽度随着距辐射耦合输出面的间距增大而变小。
[0040]根据另一个实施形式，在开口中设置有热导率比金属化层更小的材料。此外，也能够可行的是，在开口中设置有可焊接性比金属化层更小的材料。在此，更小的可焊接性尤其能够表示:在焊料边界面上实现更高的热阻。由此能够实现:在开口的区域中能够实现更小的热导率进而在有源区域中产生的热量到设置在金属化部上的热沉上的更小的热量导出。材料例如能够通过塑料、例如苯并环丁烯(BCB)通过空气或通过真空形成。此外也可行的是，开口中的材料通过不可焊接的或可较差焊接的材料、例如可较差焊接的金属、例如氧化的金属形成。在此，也能够可行的是，制造没有开口的金属化部并且金属化部此后在彼此分离的子区域中被氧化，其中被氧化的子区域的表面密度随着距辐射耦合输出面的间距增大而增加。
[0041]根据另一个实施形式，金属化层在侧向方向上具有岛状地结构化的边缘。在此，侧向方向上的边缘表示金属化层的通过金属化层的宽度确定的并且沿着纵向方向伸展的边缘。具有岛状的结构化部的边缘尤其能够表示:将中央条带沿着纵向方向设置在有源区域之上并且金属化层在侧向方向上在中央条带旁边具有岛。随着距中央条带的侧向间距增大，岛优选能够具有更小的表面密度，即具有选自随着距中央条带的侧向间距增大而变小的大小、数量和密度的一种或多种特性。金属化层的侧向方向上的结构化的边缘尤其优选地能够半色调状地结构化。此外也能够可行的是，侧向方向上的边缘具有开口，从金属化层的中央起观察，所述开口随着侧向间距增大而变大和/或其数量和/或密度增加。
[0042]根据另一个实施形式，以直接接触的方式将内部的热沉施加在金属化层上。在此并且在下文中，将下述区域或下述层称作为内部的热沉或集成的热沉，所述区域或所述层直接地并且优选地在无需焊接连接的情况下直接施加在金属化层上并且至少在子区域中具有优选高的热导率。因此，与将半导体激光二极管焊接到其上的外部的热沉或载体相反地，内部的热沉属于半导体激光二极管并且优选在呈晶片复合物的形式的多个半导体激光二极管上而施加到其上，必要时被结构化并且与晶片复合物一起被分割。通过内部的热沉能够实现:在半导体层序列和外部的热沉之间的热阻变小。因为关于热量导出关键的、通过在半导体激光二极管和外部的热沉或外部的载体之间的通常具有极其高的接触热阻的焊料面形成的边界面能够进一步远离半导体层序列进而进一步远离有源区域设置。通过高的横向热导率，热学路径在内部的热沉之内在通过内部的热沉附加获得的层厚度中在焊接边界面之前有效地展开进而降低热阻。特别地，内部的热沉能够具有背离半导体层序列的焊接侧，经由所述焊接侧，能够借助于焊料层将半导体激光二极管安装在外部的载体上。
[0043]根据另一个实施形式，内部的热沉在侧向方向和纵向方向上没有结构化进而在侧向方向和纵向方向上具有均匀的热导率。因此，在侧向方向和/或纵向方向上的变化的局部的热阻能够通过根据上述实施例的结构化的金属层来预设，而集成的热沉仅降低半导体激光二极管的总热阻。
[0044]根据另一个实施形式，导出热量的结构化的层附加地具有内部的热沉，其中内部的热沉至少在侧向方向和/或纵向方向上具有结构化部。换言之，内部的热沉能够是导出热量的结构化的层的一部分。
[0045]内部的热沉的结构化部例如能够通过具有不同热导率的材料形成，所述材料沿着侧向方向和/或纵向方向结构化地设置。附加地，内部的热沉也能够在竖直方向上具有结构化部。例如，集成的热沉能够具有一种或多种金属，例如选自Au、Ag、Cu和Ni ;合金，例如CuW ;电介质，例如氧化物或氮化物，如氧化硅或氮化硅；聚合物，例如BCB ;晶体半导体，例如AlN ;无定形的半导体，例如Si或Ge ;钻石；陶瓷；空气或真空。内部的热沉的一种或多种材料例如能够通过蒸镀、溅射、电镀沉积、等离子沉积、旋涂或压焊(Boden)施加在金属化层上。
[0046]尤其优选地，内部的热沉具有带有极其不同的热导率的至少两种材料，由此能够实现差异明显的热学曲线。用于构造内部的热沉的通过结构几何形状和材料选择形成的自由度能够实现对热导率曲线的大范围的设定，由此能够实现半导体激光二极管的激光参数的优化。内部的热沉能够具有几百纳米的厚度并且优选具有Iym或更大的厚度。尤其优选地，内部的热沉在应用金属材料并且厚度大于2 μ m的情况下借助于电镀沉积来施加。内部的热沉在导电材料的情况下能够用作为用于金属化层的电输送装置。如果对内部的热沉应用不能导电的材料，那么设有馈电元件，例如呈电引线的形式的馈电元件，借助于所述馈电元件除热学路径之外实现并联电学路径。优选地，并联电学路径相对于半导体层序列具有小的馈电电阻。
[0047]集成的热沉的厚度应当与所应用的材料的热导率相关地不低于最小厚度。在金的情况下，例如最小厚度应当为Iym,优选至少2 μ m并且尤其优选至少5 μ m。
[0048]此外也能够可行的是，将半导体激光二极管施加到结构化的外部的热沉上。然而，应用内部的热沉具有下述优点:热学上较差的焊料边界面进一步远离半导体层序列，由此实现更小的总热阻。此外，在内部的热沉的情况下，也不必在安装在预结构化的外部的热沉上时准确地校准半导体激光二极管。
[0049]根据另一个实施形式，为了避免在生产时和/或在半导体激光二极管运行期间的缺点能够需要:必须将一种或多种材料相对于环境封装。这种缺点例如能够通过例如在铜的情况下在空气中氧化，通过例如在铜、银或金的情况下材料扩散到半导体中进而改变半导体层序列的特性，或者通过不同金属之间的金属冶金反应来形成。例如能够将由封闭的层构成的阻挡件用作为封装件。例如，为了封装金能够应用钼或铬，在铜的情况下例如应用镍作为封装件。
[0050]此外，为了封装要封装的材料能够应用薄层封装件。在薄层封装件的情况下，阻挡效果基本上通过构成为薄层的阻挡层和/或钝化层来产生。薄层封装件的层通常具有小于或等于几百纳米的厚度。薄层例如能够借助于原子层沉积方法(“atomic layerexposition”，ALD)来施加。对于封装装置的层的适当的材料例如是氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化铪、氧化镧。优选地，封装装置具有带有多个薄层的层序列，所述薄层分别具有在原子层和IOnm之间的厚度，其中包括边界值。[0051]优选地，借助于电镀沉积施加内部的热沉。由此能够可行的是，在室温下或在半导体激光二极管的稍后的工作温度下施加金属层和/或金属区域。因此能够实现:制成的构件仅具有极其小的应力，这例如刚好在如对于内部的热沉优选的厚的金属层的情况下能够是极其有利的。如果金属如在现有技术中常见的那样、即在升高的温度下通过蒸镀或溅射来沉积，那么在冷却到室温之后，由于所应用的材料、即半导体材料、电介质、金属和/或塑料之间的不同的热膨胀系数能够在制成的构件中得到大的应力。膨胀系数的示例对于砷化镓而言为6X10_6/K、对于铜而言为1.6Χ10_5/Κ并且对于银而言为1.9Χ10_5/Κ。大的应力能够导致性能受损，尤其关于偏振纯度(Polarisationsreinheit)、效率和发散度受损，并且导致半导体激光二极管的可靠性受损。
[0052]根据另一个实施形式，内部的热沉具有带有第一材料的区域，所述区域在侧向方向上设置在分别具有第二材料的两个另外的区域之间。在此，第二材料与第一材料相比能够具有不同的并且优选更小的热导率。附加地，也能够可行的是，第一和第二材料在竖直方向上交替，例如第二材料在竖直方向上设置在第一材料的区域之间。第二材料和/或第一材料也能够具有楔形形状，其中例如从内部的热沉的中央看去，第二材料的厚度随着侧向间距增大而增加。此外，也能够可行的是，例如第一材料具有随着距辐射耦合输出面的间距增大而变小的宽度。此外，也能够可行的是，第二材料例如以多个彼此分离的子区域的形式嵌入第一材料。此外，例如也能够存在第三材料，所述第三材料具有与第一和第二材料不同的热导率并且所述第三材料至少部分地如在上文中对于第一或第二材料所描述的那样设置。
[0053]根据另一个实施形式，内部的热沉在纵向方向上能够具有比半导体层序列更小的长度，使得半导体层序列在辐射耦合输出面的区域中和/或在与辐射耦合输出面相对置的后侧面的区域中能够具有突出于热沉的第一材料的突出部。在突出部的区域中能够设置有例如具有比第一材料更高的热导率的第二材料。第二材料还能够由具有高热导率的在低温下、尤其在比第一材料更低的温度下熔化的材料形成。例如，第二材料能够通过金属，例如具有大约157°C熔点的铟或具有大约230°C熔点的锡形成。第二材料能够以堆积物(Depots)的形式施加在突出部的区域中。由此，能够进行:制造呈晶片复合物的形式的、具有内部的热沉的多个半导体激光二极管，所述内部的热沉具有第一材料和作为堆积物形成的第二材料，并且接下来分割各个半导体激光二极管。分割例如能够通过折断晶片复合物以产生激光器小平面来进行。在分割之后，能够通过加热到第二材料的熔点之上从堆积物中构成第二材料的自校准的凹口，使得通过第二材料和沿纵向方向到第一材料的过渡部产生辐射耦合输出面附近的局部的热阻的降低。凹口能够根据材料、现有量和尺寸以及工艺参数而构成为是凸形的或凹形的。
[0054]与提供尽可能大的接合面以便整体使热阻最小化的已知的激光二极管芯片相反，在此处描述的半导体激光二极管中尤其能够可行的是，通过导出热量的层的在上文中描述的结构化，改变半导体层序列和外部的热沉之间的局部的热阻，由此能够降低在热影响区域中在半导体层之内的温度分布的不均匀性。由此能够可行的是，尽管与已知的激光二极管芯片相比也可能提高半导体激光二极管的总热阻并且还有半导体层序列的绝对温度水平，然而通过温度不均匀性引起的热透镜的强度整体上减小。
[0055]根据在上文中描述的实施形式，所描述的有利的效果尤其能够通过半导体激光二极管中的电学路径和热学路径的部分的脱耦和/或分离来实现，所述半导体激光二极管尤其优选地构成为宽条激光器。这能够通过应用二维或三维地结构化的金属化部、即金属化层或附加地还有在焊料边界面上的内部的热沉、并且此外例如附加地也通过高传导性的、侧向和纵向结构化的半导体层、例如半导体覆盖层是可行的。由此，能够在热影响区域中在一定范围中彼此无关地影响电流和热流的分布，使得半导体激光二极管中的温度分布能够与电学参数无关地改变并且优选地均匀化。如更上面描述的那样，半导体层序列上侧上或附近的二维或三维结构化的金属化部能够具有一种或多种不同的金属和/或附加的材料、例如具有不同的热导率的电介质、空气或真空，使得能够提高在结构化的和未结构化的区域之间的热导率差异。通过结构化，热学地接合在外部的热沉或外部的载体上的面能够减小，由此尽管半导体激光二极管的总热阻与没有结构化的情况相比可能增大，但是然而由此能够降低热透镜的强度。
[0056]内部的热沉的在上文描述的整体集成也能够是有利的，例如以具有高的热导率的厚的金属化部的形式，以便外部的热沉或外部的载体和半导体层序列之间的导热差的焊料边界面进一步远离主损耗功率源，即有缘区域，并且通过借此可能更好的热量扩散而降低半导体激光二极管的总热阻。由此，也能够至少部分地补偿之前描述的、通过金属化部的结构化而引起的热阻增大。
【专利附图】

【附图说明】
[0057]从在下文中结合附图描述的实施例中得出其他的优点、有利的实施方式和改进方案。
[0058]附图示出:
[0059]图1A和IB示出激光二极管的示意剖面图和示意俯视图；
[0060]图1C示出在根据图1A和IB的激光二极管中侧向的远场角与耦合输出的光学功率的相关性；
[0061]图2A和2B不出根据一些实施例的半导体激光二极管的不意剖面图；
[0062]图3A至3D示出根据另外的实施例的半导体激光二极管的示意俯视图；
[0063]图4A和4B示出根据另外的实施例的半导体激光二极管的示意俯视图；
[0064]图5至7示出根据另外的实施例的半导体激光二极管的示意俯视图；
[0065]图8至9C示出根据另外的实施例的半导体激光二极管的示意俯视图和剖面图；以及
[0066]图1OA至11示出根据另外的实施例的半导体激光二极管的示意图。
【具体实施方式】
[0067]在实施例和附图中，相同的、相同类型的或起相同作用的元件能够分别设有相同的附图标记。示出的元件和其相互间的大小关系不能够视为是按照比例的，更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解能够夸张大地示出个别元件，例如层、构件、器件和区域。
[0068]在图1A和IB中示出常见的大功率激光二极管芯片，其具有半导体层序列2，所述半导体层序列在衬底I上外延生长。在此，图1A示出剖面图，而图1B示出俯视图。[0069]半导体层序列2具有带有有源区域24的有源层23，所述有源区域在运行时经由辐射耦合输出面11放射激光辐射。半导体层序列2的辐射耦合输出面11以及与辐射耦合输出面11相对置的后侧面12形成共振器并且至少部分地设有反射层或抗反射层。在其间设置有有源层23的半导体层21、22例如能够具有波导层和/或包覆层以及另外的半导体层。特别地，在图1A和IB中示出的大功率激光二极管芯片能够为具有侧向的增益导引的常见的宽条激光二极管芯片。
[0070]半导体层序列2的半导体层21、22、23、25的设置方向在此并且在下面的附图中表示竖直方向，而在辐射耦合输出面11和与辐射耦合输出面11相对置的后侧面12之间的激光共振器在纵向方向上延伸。垂直于纵向的共振方向在半导体层21、22、23、25的主延伸平面中限定侧向方向或横向方向。
[0071]在有源区域24之上设置有半导体覆盖层25，所述半导体覆盖层形成半导体层序列2的上侧20。半导体覆盖层25通过金属化层3电接触，所述金属化层大面积地施加在半导体层序列2的上侧上。在金属化层3和半导体层序列2的不应彼此电接触的区域之间设置有钝化层10，例如由电介质，例如氧化物或氮化物制成的钝化层。
[0072]经由金属化层3以及用于接触半导体层序列2的背离金属化层3的一侧的另一个电极层(没有示出)，能够电连接并且运行所示出的激光二极管芯片。半导体覆盖层25的在宽条激光器的情况下通常大于或等于30 μ m并且小于或等于200 μ m的宽度在考虑位于其下的半导体层22中的电流扩展效应的情况下限定有源区域24的宽度，所述有源区域因此同样具有大于或等于30 μ m的宽度。
[0073]在图1A和IB中示出的激光二极管芯片构成为具有唯一的有源区域24的所谓的单发射器。通过半导体覆盖层25的多个通过金属化层3接触的区域的相应的侧向的设置，也能够构成所谓的激光条，其中金属化层3通常在各个有源区域之间被分开，使得激光条的各个有源区域能够彼此独立地电运行。
[0074]半导体覆盖层25的伸展在图1B中通过点线示出。除了电流扩展效应之外，半导体覆盖层25的伸展也相应于有源区域24的伸展。通过将电流馈入到有源层23中进而通过构成有源区域24，也在半导体层序列2中构成热影响区域29，所述热影响区域在图1A中在有源层23中标明并且在图1B中通过虚线的区域标明。
[0075]根据图1A和IB的示例的激光二极管芯片通常借助金属化层3焊接到具有高的热导率和/或主动式冷却装置的外部的热沉或载体上。金属化层3在此用作为激光二极管芯片的焊接面并且能够实现将半导体层序列2大面积地热连接到外部的热沉或载体上。金属化层3例如出于可生产性、例如关于金属和半导体之间的机械附着力以及金属半导体过渡部的接触电阻而尤其通常具有多个金属层或具有合金的层，例如Ti/Pt/Au或AuGe/Ni/Au，其中总的层厚度直至几微米。因此，当金属化层3在竖直方向上以一定方式结构化时，在激光条的情况下，所述金属化层在图1A和IB中示出的激光二极管芯片中最多在侧向和纵向方向上被划分以分离各个有源区域，如果需要，激光条的各个有源区域彼此电分离地运行。此外，也可行的是，金属化层在辐射耦合输出面11或后侧面12的附近从辐射耦合输出面11或后侧面12凹进，即与其余区域相比更薄或完全地移除。除了这种技术相关的结构化之夕卜，已知的激光二极管芯片的金属化层3均匀地遮盖总的热影响区域29。
[0076]因此，当在常见的激光二极管芯片中的金属化层3如在图1A和IB中示出的那样允许尤其是热影响区域29的大面积的热连接时，半导体层序列2中的损耗热源例如由于辐射耦合输出面11的和后侧面12的反射装置或抗反射装置的不对称的反射性而不均匀地分布。特别地，已知的激光二极管芯片通常在有源区域24中在辐射耦合输出面11上具有最大的温度，所述温度在纵向方向、竖直方向和侧向方向上随着距发射区域的间距增大而下降。这也适用于具有多个有源区域的激光条。
[0077]当通常所使用的外部的热沉或载体与半导体材料本身相比具有高的热导率时，在安装时形成的焊料边界面例如在用AuSn进行焊接时通常具有大的过渡热阻。此外，出现焊料材料的与外部的热沉或载体本身的材料相比明显更差的热导率。由此，尽管外部的热沉或载体的热导率高，还是得到大的热阻。在已知的激光二极管芯片中构成的温度曲线和折射率的以及光学增益的温度相关性形成热透镜，由此放大所放射的激光辐射的发散。这表示:随着激光二极管芯片的工作电流或输出功率变大，激光的射束发散变大，如在图1C中示出。在图1C中能够看出侧向的远场角α与耦合输出的光学功率相关地增大，所述增大在形成所谓的热透镜的情况下由于在激光二极管芯片中的温度分布的不均匀性增大和热负荷增加而出现。
[0078]下面的附图的实施例的半导体激光二极管基于图1A和IB的已知的激光二极管芯片与其相比具有适当的结构化部，以便适当地抵抗这种热透镜的形成。在此，适当地影响局部的热阻，即基本上半导体激光二极管的有源区域的温度升高和局部的损耗功率密度的商，以便在半导体层序列2中在侧向方向和纵向方向上实现尽可能均匀的温度曲线。
[0079]在图2Α和2Β中为此示出半导体激光二极管的两个实施例的剖面图。因为在考虑引起形成在上文中在概述部分中限定的热影响区域的扩展效应的条件下，半导体层序列2中的损耗热源侧向地限制于有源区域24，所以根据下面的实施例的半导体激光二极管与根据图1A和IB的已知的激光二极管芯片相比具有金属化层3，所述金属化层的宽度明显更小得选择，使得金属化层3不再在半导体层序列2的总宽度上进而不再在半导体层序列2的整个上侧20之上延伸。
[0080]此外，半导体覆盖层25在下文中示出的实施例中构成为结构化的、输送电流的半导体层，所述半导体层具有高于IXlO18cnT3的高的掺杂浓度进而高的横向电导率。在此，半导体覆盖层25能够如在图2Α中示出的那样以单个条带的形式构成，所述条带通过金属化层3接触。此外，也可行的是，如在图2Β中示出的那样，半导体覆盖层25大面积地构成并且通过构成沟槽来结构化，使得在设为用于接触的通过金属化层3接触的中央的条带附近，在钝化层10之下保留半导体覆盖层25的没有接触的区域。半导体覆盖层25的结构化例如能够经由刻蚀过程而进行,其中在中央的条带附近形成至少大致10 μ m宽的沟槽，以便限定半导体覆盖层25的要接触的区域。
[0081]除了半导体激光二极管的在此示出的元件和层之外，所述半导体激光二极管也能够具有其他的特征，例如用于光学和电学分离各个发射器的、构成为激光条的半导体激光二极管的各个发射器或有源区域之间的沟槽，或者还有钝化层10的或金属化层的在有源区域24旁边的任意的结构化部。
[0082]下面，示出半导体激光二极管的实施例，所述半导体激光二极管能够具有根据图2A和2B的实施例的结构。特别地，根据下述实施例的半导体激光二极管在半导体层序列的上侧上具有导出热量的结构化的层4，所述导出热量的结构化的层具有结构化的金属化层3。导出热量的结构化的层4能够实现从具有局部的热阻的有源区域24中的热量导出，所述热阻沿着纵向方向和/或侧向方向变化。
[0083]通过导出热量的层4的在下文中示出的设计方案，能够可行的是，在所示出的半导体激光二极管中的电学路径和热学路径至少部分地脱耦或分离，由此能够在一定范围中彼此无关地影响电流和热流的分布，使得半导体层序列2中的相应的温度分布与电学参数无关地变化，在电流注入区域之内和周围优选均匀化。
[0084]半导体层序列2在下文中示出的实施例中具有输送电流的结构化的半导体层26，所述输送电流的结构化的半导体层示例性地借助结构化的半导体覆盖层25阐明。替选于此或除此之外，也能够以相同的或不同的方式将在半导体覆盖层25之下和有源区域24之上的半导体层结构化。
[0085]此外，在半导体层序列2的上侧20上的金属化层3 —方面用于建立与半导体覆盖层25的金属-半导体接触，但是另一方面也用于提供可焊接的面，借助于所述可焊接的面能够将所示出的半导体激光二极管安装到外部的热沉或外部的载体上。
[0086]通过导出热量的层4和必要时还有输送电流的半导体层26的在下文中示出的结构化部，所述导出热量的层和输送电流的半导体层至少在一些或全部三个维度中，即在侧向、纵向和竖直具有不同的形状，即不同的几何形状和/或层厚度，所述几何形状和/或层厚度除了所示出的实施例之外也能够在多个步骤中或由多种不同的材料构成。
[0087]在下文中示出的实施例中分别具有带有累加宽度BI的金属化层3，所述累加宽度与热影响区域29的宽度B2的比值与距辐射耦合输出面11的间距相关地变化。
[0088]在图3A至3D中示出半导体激光二极管的实施例，其中导出热量的结构化的层4通过金属化层3形成。在此，在所示出的实施例中，金属化层3具有累加宽度BI，所述累加宽度相应于侧向宽度，所述侧向宽度随着距辐射耦合输出面3的间距增大而减小。而输送电流的半导体层26具有保持不变的宽度，由此有源区域24的宽度进而还有热影响区域29的宽度B2在纵向方向上基本上保持不变。由此，随着距辐射耦合输出面11的间距增大，金属化层3的累加宽度BI与热影响区域29的宽度B2的比值减小。
[0089]如在图3A中示出的那样，金属化层3在辐射耦合输出面11附近具有宽度BI，所述宽度BI大于或等于热影响区域29的宽度B2进而也大于输送电流的半导体层26的宽度。随着距辐射耦合输出面11的间距增大，金属化层3的宽度BI减小,使得金属化层3在后侧面12的区域中仅还与输送电流的半导体层26 —样宽从而比热影响区域29窄。
[0090]如在图3B中示出，也能够将金属化层3的宽度BI在一定范围中减小，使得所述金属化层在后侧面12的区域中甚至比热影响区域29更窄。由于高掺杂的输送电流的半导体层26的高的横向电导率，尽管在具有均匀的宽度的后侧面12的区域中金属化层3更窄进而接触区域更窄，仍在整个共振器长度之上将电流馈入到有源层23中。
[0091]在图3C中示出另一个实施例，其中金属化层3具有下述宽度，所述宽度在辐射耦合输出面11的区域中相应于输送电流的半导体层26的宽度的并且朝向后侧面12减小。
[0092]在图3D中示出另一个实施例，其中金属化层3从后侧面12起具有楔形的凹陷部，由此随着距辐射耦合输出面11的间距增大，金属化层3的累加宽度BI与热影响区域29的宽度B2相比同样减小。
[0093]由于构成为导出热量的结构化的层4的金属化层3的累加宽度BI随着距辐射耦合输出面11的间距增大与热影响区域29的宽度B2相比减小，所示出的半导体激光二极管的可焊接的面积进而还有热接合面积随着距辐射耦合输出面11的间距增大而减小。由此，在辐射耦合输出面11的区域中与在后侧面12的区域中相比进行更大的热量导出，由此通过结构化的局部的热阻能够抵抗在已知的激光二极管芯片中在纵向方向上的不均匀的温度分布曲线。因此，在此处示出的半导体激光二极管中，在热影响区域29中，在具有较低的温度升高的区域中的局部的热阻与已知的激光二极管芯片相比变差或减小，由此虽然有源区域24的总温度可能升高，但是热透镜的效应能够通过不均匀的温度分布的减小而变小。
[0094]在图4A和4B中示出半导体激光二极管的另外的实施例，其中将输送电流的半导体层26、即纯示例地在所示出的实施例中为半导体覆盖层25关于其宽度结构化。
[0095]在图4A的实施例中，输送电流的半导体层26、即在所示出的实施例中为半导体覆盖层25具有朝辐射耦合输出面11变大的宽度。由此，从中得出的有源区域24具有梯形的形状。相应于此，也构成热影响区域29，其宽度B2随着距辐射耦合输出面11的间距增大而减小。金属化层3具有宽度BI，所述宽度BI同样随着距辐射耦合输出面11的间距增大而减小，其中宽度BI的变化大于宽度B2的变化，使得宽度BI与B2的比值同样随着距辐射耦合输出面11的间距增大而减小。通过输送电流的半导体层26和金属化层3的所描述的构成，将电流注入与模式传播和模式扩展的匹配和电流注入曲线的优化与在此描述的从热影响区域29中的匹配的热量导出进行组合。
[0096]在图4B的实施例中，金属化层3在辐射耦合输出面11和后侧面12之间具有恒定的累加宽度BI，而输送电流的半导体层26、即在所示出的实施例中为半导体覆盖层25随着距辐射耦合输出面11的间距变大而变宽，由此，热影响区域20的宽度B2也随着距辐射耦合输出面11的间距增大而变大。通过有源层23或有源区域24不均匀地电接合到恒定宽的金属化层3和由此得出宽度BI和B2的比值减小，能够抵抗在辐射耦合输出面11的区域中的温度升高的情况下构成不均匀的温度分布。
[0097]宽度BI和B2的比值的上述实施方案也适用于下面附图的实施例，其中宽度BI和B2为了概览性而不再示出。
[0098]在图5中示出半导体激光二极管的另一个实施例，将其中根据图3A的实施例的金属化层3的特性和根据图4B的实施例的输送电流的结构化的半导体层26的特性组合，以便通过将所描述的效果组合来实现温度曲线的均匀化的改进。
[0099]在图6中示出半导体激光二极管的另一个实施例，其中金属化层3与图5的实施例相比除了施加用于电接触半导体层序列2的中央条带之外还具有带有金属化层材料3的其他的条带。由此，能够在热影响区域29旁边能够实现附加的焊接接触面。
[0100]在图7中示出半导体激光二极管的另一个实施例，其中与图5的实施例相比，在输送电流的结构化的半导体层26之下，即在所示出的实施例中在半导体覆盖层25之下的另一个半导体层27在侧向方向上具有结构化的边缘。在图7中，纯示例性地示出锯齿状的结构化部。通过在输送电流的半导体层26之下的一个或多个半导体层27的侧向边缘的这种结构化部，能够附加地在有源层23中成形电流密度曲线。
[0101]在下面的附图中，为了概览性没有示出热影响区域29。
[0102]在图8中示出根据另一个实施例的半导体激光二极管，所述实施例示出在图3示出的实施例的改进方案。在此，输送电流的层26纯示例性地构成为在纵向方向上从辐射耦合输出面11至后侧面12具有保持不变的宽度，而作为导出热量的结构化的层4的金属化层3具有中央条带，所述中央条带的宽度随着距辐射耦合输出面11的间距增大而减小。
[0103]此外，金属化层3在侧向方向上在中央条带附近还具有带有金属化层3的材料的岛状的区域30，使得金属化层3在侧向方向上具有岛状结构化的边缘。特别地，在此，为金属化层3的半色调状的微结构化部以用于有针对性地在施加在其上的焊料层中形成空腔或缩孔或者以用于防止焊料和金属化层3之间的焊接连接，由此能够附加地将局部的热阻结构化。金属化层3的累加宽度随着距辐射耦合输出面11的间距增大而减小。
[0104]在此，岛状的结构化部30能够在侧向方向上关于岛的大小、数量和/或密度随着与中央条带的间距增大而变小。特别地，侧向的结构化部能够具有在小于或等于ΙΟΟΟμπκ小至几微米并且尤其优选大于或等于3μπ?的范围中的大小和间距范围。各个岛状的区域30的高度能够位于大于或等于Inm至小于或等于IOOym的大小范围中。在岛状的结构化部30的区域中，黑色区域尤其表示焊接连接进而高的热导率，而白色区域表示不存在焊接连接或表示缩孔进而小的热导率。
[0105]在图9Α至9C中示出半导体激光二极管的另外的实施例，所述实施例与上述实施例相比具有构成为导出热量的结构化的层4的金属化层3，所述金属化层具有开口 31，所述开口在其大小、数量和/或密度方面随着距辐射耦合输出面11的间距增大而占据更大的面积区域，由此同样地，金属化层3的累加宽度随着距辐射耦合输出面11的间距增大而减小。如在图9Α中示出的那样，开口 31例如能够在其大小方面随着距辐射耦合输出面11的间距增大而增大。因此，金属化层3整体上提供用于焊料的面状的接合面，然而其中在开口 31的区域中不存在焊接连接或缩孔，这在该区域中引起小的热导率。
[0106]在图9Β中示出剖面图，其中根据另一个实施例，具有衬底1、半导体层序列2和根据上述实施例借助开口 31结构化的金属化层3的半导体激光二极管借助于焊料层5设置在外部的热沉6上。在此，纵向的共振器方向垂直于绘图平面。通过构成为导出热量的结构化的层的金属化层3，尤其通过在开口 31中不具有金属化部，得出焊料边界面的结构化部，如在所示出的实施例中示出的那样，这能够通过将不可焊接的或可较差焊接的或较差导热的材料32引入到开口 31中继续加强。例如，在开口 31之内能够形成或引入可较差焊接的金属、例如氧化的金属，或者也形成或引入热导率低的材料、例如空气、真空或如BCB的塑料。关于热导率的尽可能高的反差，特别地，具有由空气或真空填充的开口 31的金属化层3是有利的。在机械关键的芯片设计中，关于更大的机械稳定性有利的是，代替用真空或空气填充的孔31应用具有尽可能差的热导率的材料32，所述材料能够实现机械固定，因此例如为塑料或较差导热的金属氧化物。
[0107]在图9C的实施例中，半导体激光二极管在如在图9Β的上述实施例中那样构成为导出热量的结构化的层4的金属化层3上具有内部的热沉，所述内部的热沉以直接接触的方式施加到金属化层3上。通过这种内部的热沉7可行的是，减小半导体激光二极管的总热阻并且在此尽管如此仍实现局部的热阻的有反差的结构化。内部的热沉7的背离半导体层序列2的一侧构成为用于借助于焊料层5将半导体激光二极管安装在外部的热沉6上的焊接面。
[0108]内部的热沉7能够由一种材料的单层或也由多个层构成。此外，也可行的是，内部的热沉7具有如结合下面的实施例示出的侧向的和/或纵向的结构化部。[0109]内部的热沉7例如能够具有一种或多种金属、合金、电介质、聚合物、晶体半导体、无定形半导体、金刚石、陶瓷、空气或真空或其组合，如在概论部分中所描述的那样。内部的热沉7尤其能够通过蒸镀、溅射、电镀施加、等离子沉积、旋涂或压焊(Boden)施加。如果需要的话，将内部的热沉的一种或多种材料或层如在概论部分中描述的那样相对于环境进行封装，例如通过低反应性的金属或通过在概论部分中描述的薄层封装件。
[0110]在下面的实施例中示出具有附加的结构化的内部的热沉7的半导体激光二极管，所述内部的热沉构成为导出热量的结构化的层4的一部分。半导体层序列2和金属化层3能够如在上述实施例中的一个中那样构成。内部的热沉7的二维或三维的在下面的实施例中示出的结构化部能够实现对热导率在全部三个维度中的附加的有针对性的影响进而实现对局部的热阻的结构化。特别地，在下文中示出的内部的热沉7具有不同的区域，所述区域由热导率不同的不同材料71、72、73构成。
[0111]与通常在竖直方向上具有多个金属层或由金属、半导体和/或陶瓷材料组成的组合、例如由铜和氮化招组成的所谓的DCB( “Direct Copper Bonded,直接铜接合”)进而竖直结构化的常规的热沉相比，在此示出的内部的热沉7侧向地和/或纵向地结构化。在此，所选择的材料71、72、73不仅如在已知的竖直结构化的热沉中那样通过考虑可生产性或为了设定匹配于半导体材料的热膨胀系数，而且也考虑在半导体材料中主要的温度分布的均匀性的方面。
[0112]在根据图1OA的实施例中，半导体激光二极管的内部的热沉7具有第一材料71，所述第一材料侧向地设置在具有第二材料72的区域之间。第一材料71在图1OA的实施例中如也在图1OB至IOH的下面的实施例中那样具有比第二材料72更高的热导率，使得优选能够导出在有源区域附近的热量。
[0113]与图1OA的实施例相比，根据图1OB的实施例的半导体激光二极管具有内部的热沉7，所述内部的热沉在其朝向和背离半导体层序列2的侧部上在第二材料之上和之下还附加地具有第一材料71，由此能够实现与图1OA的实施例相比更高的热导率。
[0114]在根据图1OC的实施例中，第二材料72具有厚度沿着侧向方向向外增大的附加的结构化部，由此能够沿侧向方向向外连续地减小热导率。
[0115]在根据图1OD的实施例中，第一材料71具有随着距半导体层序列2的间距增大而增加的宽度，由此，能够在内部的热沉的背离半导体层序列2的一侧上实现从金属化层3朝向外部的热沉的热流的扩展。
[0116]在图1OE中示出半导体激光二极管的另一个实施例，其中第一材料71随着距耦合输出面11的间距增大而具有变小的宽度，使得在辐射耦合输出面11的区域中与在与辐射耦合输出面11相对置的后侧面附近相比能够导出更多的热量。
[0117]在图1OF的实施例中，第二材料72条带形地侧向地在半导体层序列2的有源区域附近嵌入第一材料71中。在第二材料72之下的阴影区域仅为了用于更好地识别第二材料72在第一材料71之内的位置。
[0118]根据图1OG的实施例的内部的热沉7除了第二材料72之外还具有第三材料73，所述第三材料具有与第一和第二材料71、72不同的导热系数，由此能够进一步调节内部的热沉7的局部的热阻和热量导出。
[0119]替选于或除了第二材料72沿纵向方向连续设置的实施例，如在图1OH中示出的那样，第二材料也能够具有点状的或区域状的结构化部。例如，随着距辐射耦合输出面11的间距增大和/或距有源区域的侧向间距增大，在第一材料71中具有第二材料72的区域的数量、大小和/或密度能够变大。
[0120]在图11中，示出具有构成为导出热量的结构化的层4的内部的热沉7的半导体激光二极管的另一个实施例，所述内部的热沉具有结构化的第一材料71，所述第一材料距辐射耦合输出面11并且距后侧面12 —定间距，使得半导体层序列2和金属化层3形成突出于第一材料71的突出部。突出部例如能够通过光刻结构化以例如几微米的数量级制造并且避免将半导体激光二极管精确地校准到外部的热沉或内部的热沉的棱边上的必要性，这在现有技术中是必要的，以确保辐射耦合输出面的充分冷却和与其关联的高的可靠性。因为在现有技术中通常也必要的是，与辐射耦合输出面间隔地设置内部的热沉，以便形成辐射耦合输出面的小平面能够以高质量折断，所以在现有技术中，由此辐射耦合输出面上的冷却变差。
[0121]为了改进辐射耦合输出面11和后侧面12的热接合，在此处示出的实施例中，分别在所述区域中构成具有能良好热导率的第二材料72的凹口，使得能够建立辐射耦合输出面11和后侧面12的自校准的热接合。这种凹口例如能够通过以邻接于第一材料71的方式施加具有第二材料72的堆积物来进行，其中第二材料72具有带有良好热导率的在低温下熔化的材料，例如如铟或锡的金属或由其制成。这种堆积物优选在例如通过折断产生辐射耦合输出面11之前施加到由多个仍连接的半导体激光二极管组成的晶片组合物的相应的区域上，并且在分割半导体激光二极管之后才通过加热到第二材料72的熔点之上在一定程度上熔化，使得构成自校准的凹口。凹口能够根据材料、现有量、尺寸和工艺参数而构成为是凸形的或凹形的。
[0122]在实施例中示出和描述的、涉及输送电流的结构化的层、金属化层和内部的热沉的特征也能够根据另外的、没有明确示出的实施例相互组合成相应的效果和优点的组合。
[0123]本发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。
【权利要求】
1.一种半导体激光二极管，具有: 半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有带有有源层(23)的彼此竖直叠加施加的半导体层(21，22，23，25，26)，所述有源层具有宽度大于或等于30 μ m的有源区域(24)，所述有源区域在运行时经由辐射耦合输出面(11)放射激光辐射，其中所述辐射耦合输出面(11)通过所述半导体层序列(2)的侧面形成并且与相对置的后侧面(12) —起在纵向方向上形成具有侧向的增益导引的共振器，并且其中所述半导体层序列(2)通过在热影响区域(29)中工作而变热， 金属化层(3)，所述金属化层至少以部分区域与所述半导体层序列(2)的上侧(20)直接接触，其中所述上侧(20)通过半导体覆盖层(25)形成，和 导出热量的结构化的层(4)，所述导出热量的结构化的层位于所述半导体层序列(2)的所述上侧(20)上，其中所述导出热量的结构化的层(4)至少具有所述金属化层(3)， 其中所述金属化层(3)具有累加宽度(BI)，并且所述累加宽度(BI)与所述热影响区域(29)的宽度(B2)的比值与距所述辐射耦合输出面(11)的间距相关地变化，其中所述导出热量的结构化的层(4)能够 实现从所述有源区域(24)中的热量导出，所述热量导出沿着纵向方向和/或侧向方向变化。
2.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中所述累加宽度(BI)与所述热影响区域(29)的宽度(B2)的比值随着距所述辐射耦合输出面(11)的间距增大而减小。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管，其中所述金属化层(3)的所述累加宽度(BI)随着距所述辐射耦合输出面(11)的间距增大而减小。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体激光二极管，其中所述金属化层(3)在所述辐射耦合输出面(11)附近比所述热影响区域(29)更宽。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的半导体激光二极管，其中所述金属化层(3)在所述后侧面(12)附近比所述热影响区域(29)更窄。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的半导体激光二极管，其中所述金属化层(3)具有开口(31)，其中选自所述开口(31)的大小、数量和密度的至少一个或多个特性随着距所述辐射耦合输出面(11)的间距增大而变大。
7.根据权利要求6所述的半导体激光二极管，其中在所述开口(31)中设置有材料(32)，所述材料具有比所述金属化层(3)更小的热导率和/或更小的可焊接性。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的半导体激光二极管，其中所述金属化层(3)在侧向方向上具有岛状地(30)结构化的边缘。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的半导体激光二极管，其中所述半导体层序列(2)在所述导出热量的结构化的层(4)和所述有源区域(24)之间具有将电流输送给所述有源区域(24)的半导体层(26)，所述半导体层具有下述宽度:所述宽度随着距所述辐射耦合输出面(11)的间距变大而至少在子区域中变大。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的半导体激光二极管，其中输送电流的结构化的所述半导体层(26)是所述半导体覆盖层(25)。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的半导体激光二极管，其中在所述半导体覆盖层(25)和所述有源层(23)之间的至少一个半导体层(27)在侧向方向上具有结构化的边缘。
12.根据上述权利要求中的任一项所述的半导体激光二极管，其中在所述金属化层(3)上以直接接触的方式施加有内部的热沉(7)。
13.根据权利要求12所述的半导体激光二极管，其中所述内部的热沉(7)具有背离所述半导体层序列(2)的焊接侧，经由所述焊接侧，能够借助于焊料层(5)将所述半导体激光二极管安装在外部的载体(6)上。
14.根据权利要求12或13所述的半导体激光二极管，其中所述导出热量的结构化的层(4)具有所述内部的热沉(7)并且所述内部的热沉(7)至少在侧向方向和/或纵向方向上具有结构化部。
15.根据权利要求14所述的半导体激光二极管，其中所述内部的热沉(7)的所述结构化部通过具有不同热导率的材料(71，72)形成。
【文档编号】H01S5/10GK103975490SQ201280059153
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年11月19日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】克里斯蒂安·劳尔, 哈拉尔德·柯尼希, 乌韦·施特劳斯, 亚历山大·巴赫曼 申请人:欧司朗光电半导体有限公司