激光元件和用于制造激光元件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及根據專利權利要求1的激光元件和根據專利權利要求14的用于制造激光元件的方法。
[0002]本專利申請要求德國專利申請DE 102013216527.7的優先權，該專利申請的公開內容以引用的方式并入本文中。
【背景技術】
[0003]具有基于半導體的激光芯片(激光二極管)的激光元件是現有技術已知的。在基于半導體的激光芯片的情況下，最大光輸出功率(特別是在連續操作中)實質上受到兩個因素的限制。一方面，必須將在操作期間由激光芯片所產生的廢熱從激光芯片中散發出，從而防止激光特征曲線的熱彎曲或超限和/或激光芯片的破壞。另一方面，在發射區中的激光芯片的輸出端面上出現的光密度必須不超過最大值，因為否則會發生光引起的熱破壞(光學災變損傷;C0D)。用于優化激光芯片的散熱的多種措施是現有技術已知的。此外，為單個激光芯片配備多個發射區的各種可能的方法是已知的。
【發明內容】
[0004]本發明的一個目的是提供一種激光元件。該目的通過具有權利要求1的特征的激光元件實現。
[0005]本發明的另一個目的是提供一種用于制造激光元件的方法。該目的通過具有權利要求14的特征的方法實現。從屬權利要求中具體說明了各種改進方案。
[0006]激光元件包括具有上側、下側、端側和側面的邊緣發射的第一激光芯片。發射區被布置在第一激光芯片的端側上。側面被定向成垂直于上側和端側。第一金屬化層被布置在上側上。臺階形成在側面上，側面的鄰近上側的部分借助于該臺階而后移。鈍化層被布置在側面的后移部中。
[0007]有利地，第一激光芯片的側面可形成為斷裂面，從而具有特別低的表面粗糙度。例如，第一激光芯片的側面可具有在50 nm范圍內的表面粗糙度。這樣，第一激光芯片的側面可以特別良好地機械和熱聯接到載體的表面。
[0008]激光芯片被布置在載體上。在這種情況下，第一激光芯片的側面面向載體的表面。被布置在載體的表面上的第一焊接接觸件導電性地連接到第一金屬化層。
[0009]有利地，在該激光元件的情況下，在激光元件的操作期間由第一激光芯片所產生的廢熱經由側面被散發到載體。這樣，在第一激光芯片的作用區中所產生的廢熱只需經過第一激光芯片行進短距離而到達側面。因此，對于廢熱的耗散而言，只存在低的熱阻。
[0010]被布置在側面的后移部中的鈍化層有利地防止在被布置在載體的表面上的第一焊接接觸件和激光芯片的側面之間的電短路。這樣，也防止激光芯片自身的短路。
[0011]因為第一激光芯片被布置成使其側面在載體的表面上，所以第一激光芯片的作用區被有利地定向成垂直于載體的表面。這樣，由激光元件的第一激光芯片發射的激光束有利地在垂直于載體表面的方向上只具有小的光束發散角。因此，可以有利地將第一激光芯片的端側布置在與激光元件的載體的外邊緣相隔一定距離處，而載體不會遮擋由第一激光芯片發射的激光束。由此，有利地增大激光元件的制造期間的安裝公差，這允許簡單且經濟地制造激光元件。
[0012]在激光元件的一個實施例中，借助于被布置在載體表面上的第二焊接接觸件將第一激光芯片的側面連接到載體。有利地，可以在載體表面上的第一焊接接觸件與第二焊接接觸件之間，施加電壓到激光元件的第一激光芯片。因為第一焊接接觸件和第二焊接接觸件以共面的方式被布置在載體的表面上，所以可以簡單地且經濟地通過表面安裝方法有利地將第一激光芯片安裝在載體的表面上。
[0013]在激光元件的一個實施例中，第二焊接接觸件導電性地連接到第一激光芯片的下側。有利地，這導致在載體的第二焊接接觸件和第一激光芯片之間的大面積電連接，以便確保該電連接的低電阻。
[0014]在激光元件的一個實施例中，第二金屬化層被布置在第一激光芯片的下側上。有利地，這允許在載體的第二焊接接觸件和第一激光芯片之間的導電連接具有特別低的電阻。
[0015]在激光元件的一個實施例中，第一金屬化層將第一激光芯片的上側連接到第二激光芯片的上側。因此，激光元件有利地具有至少兩個激光芯片，使得激光元件可以具有特別高的光輸出功率。在這種情況下，激光元件的每個激光芯片只需輸出激光元件的光輸出功率的一部分，從而限制了激光芯片的熱負荷和激光芯片的激光面的負荷。
[0016]在激光元件的一個實施例，第二激光芯片被構造且布置成相對于第一激光芯片為鏡像對稱。有利地，可以從而特別簡單地且經濟地制造激光元件。此外，第一激光芯片和第二激光芯片的鏡像對稱構造導致激光元件的特別緊湊的實施例。
[0017]在激光元件的一個實施例中，第一激光芯片的發射區和第二激光芯片的發射區之間的距離小于20 μπι。這樣，由激光元件的兩個激光芯片發射的兩個激光束可以被看作單個激光束。這個共同的激光束可以具有高于僅由一個激光芯片所獲得的光輸出功率的光輸出功率。然而，由激光元件的兩個激光芯片發射的激光束的激光模式有利地沒有光耦合，使得激光元件的第一激光芯片和第二激光芯片不相互影響并且可以被相互獨立地控制。盡管激光元件具有可能的高的光輸出功率，但激光元件的兩個激光芯片的輸出面上的發射區的負荷被分別限制，從而可以防止發生光引起的熱破壞。
[0018]在激光元件的一個實施例中，借助于被布置在載體表面上的第三焊接接觸件將第二激光芯片的側面連接到載體。因此，可以有利地相互獨立地控制激光元件的第一激光芯片和第二激光芯片。由于第一激光芯片和第二激光芯片的側面面向載體表面的布置方式，載體表面上的激光芯片的支承面積有利地小于激光芯片的下側面向載體表面的布置方式的情況。這使得能夠用昂貴的且因此高導熱性的材料來制造載體。
[0019]在激光元件的一個實施例中，第一激光芯片的上側和第一激光芯片的發射區之間的距離小于10 μπι。有利地，這允許激光元件的第一激光芯片的發射區和任選的第二激光芯片的發射區之間的特別短的距離。
[0020]在激光元件的一個實施例中，第一激光芯片的側面的后移部后移達1μπι到10 μπι。例如，側面的后移部可后移達5 μπι。有利地，具有該尺寸的臺階可以用很少的費用而形成。與此同時，側面的后移部的偏移足夠小到可用第一焊接接觸件的材料填充該偏移。
[0021]在激光元件的一個實施例中，側面的后移部在第一激光芯片的下側的方向上從第一激光芯片的上側延伸達10 μπι到50 μπι。例如，側面的后移部可在第一激光芯片的下側的方向上從上側延伸30 μπι的距離。有利地，這個值已被證明足以確保第一焊接接觸件和第一激光芯片的側面的未后移的那部分之間的可靠的電分離。
[0022]在激光元件的一個實施例中，第一激光芯片的ρ型摻雜區鄰近第一激光芯片的上偵k第一激光芯片的η型摻雜區鄰近第一激光芯片的下側。然而，第一激光芯片也可構造成使得η型摻雜區鄰近上側并且ρ型摻雜區鄰近下側。
[0023]在激光元件的一個實施例中，第一焊接接觸件被布置在形成于載體表面上的臺階上。有利地，甚至可以借助于該臺階來補償第一激光芯片的側面的后移部的大的偏移。
[0024]一種用于制造激光元件的方法包括以下步驟:提供具有第一激光芯片和第二激光芯片的晶片;施加從第一激光芯片和第二激光芯片的上側延伸進入晶片的溝槽，該溝槽被布置在第一激光芯片與第二激光芯片之間，該溝槽被定向成平行于第一激光芯片的諧振器;將鈍化層布置在該溝槽中；將第一金屬化層布置在第一激光芯片的上側;沿延伸經過溝槽的分離平面將第一激光芯片與第二激光芯片分離，第一激光芯片和第二激光芯片的側面形成在分離平面上；以及將第一激光芯片布置在載體上，第一激光芯片的側面面向載體的表面，被布置在該表面上的第一焊接接觸件導電性地連接到第一金屬化層。
[0025]有利地，該方法允許簡單和經濟地制造激光元件。特別地，該方法允許多個激光芯片的并行制造。
[0026]在該方法中，第一激光芯片與第二激光芯片沿分離平面的分離可通過例如斷裂而完成。然后，第一激光芯片的側面形成為斷裂面，從而可以有利地具有特別低的表面粗糙度。這樣，第一激光芯片的側面可以有利地特別良好地機械和熱聯接到載體的表面。
[0027]因為在該方法中將第一激光芯片布置成其側面在載體的表面上，所以第一激光芯片的作用區被有利地定向成垂直于載體的表面。這樣，由激光元件的第一激光芯片發射的激光束有利地在垂直于載體表面的方向上只具有小的光束發散角。這有利地使得能夠將第一激光芯片的端側布置在與激光元件的載體的外邊緣間隔一定距離處，而載體不遮擋由第一激光芯片發射的激光束。這樣，在第一激光芯片的布置期間，有利地容許存在一定的安裝公差，從而可以簡單和經濟地實施該方法。
[0028]在該方法的一個實施例中，其包括另一步驟:借助于第一金屬化層將第一激光芯片的上側連接到第三激光芯片的上側。第一激光芯片的上側到第三激光芯片的上側的連接可通過例如焊接而實施。在這種情況下，第一激光芯片的上側上的第一金屬化層可包括例如金，并且第三激光芯片的上側上的金屬化層可包括例如錫。有利地，可以由該方法獲得的激光元件具有至少兩個激光芯片，使得激光元件可以具有特別高的光輸出功率。
[0029]在該方法的一個實施例中，通過回流焊接將第一焊接接觸件連接到第一金屬化層。第一焊接接觸件和第一金屬化層之間的導電連接的制造有利地變得特別簡單，并且可以自動化以便大規模生產。
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