WO2019042827A1 - Kantenemittierender laserbarren - Google Patents

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WO2019042827A1
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Alfred Lell
Muhammad Ali
Bernhard Stojetz
Harald KÖNIG
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Definitions

  • the laser bar comprises an AlInGaN-based semiconductor layer sequence with a contact side and an active layer for generating the laser radiation.
  • Semiconductor layer sequence is, for example, to
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • Crystal lattice of the semiconductor layer sequence ie, Al, Ga, In and N, indicated, even if these can be partially replaced by small amounts of other substances and / or supplemented.
  • the active layer of the semiconductor layer sequence can generate electromagnetic radiation in the yellow, green, blue or UV range during normal operation.
  • the contact side of the semiconductor layer sequence of the laser bar forms a top surface or outer surface of the semiconductor layer sequence and consists of the material of the semiconductor layer sequence.
  • the contact side preferably runs essentially parallel to the active layer.
  • a laser bar is understood here and below as a separately manageable and electrically contactable element.
  • a laser bar arises in particular by
  • a laser bar preferably comprises exactly one originally contiguous region of the semiconductor layer sequence grown in the wafer composite.
  • the semiconductor layer sequence of the laser bar is preferably formed coherently.
  • Laser Barrens can be contiguous or segmented
  • the lateral extent of the laser bar measured parallel to the main extension plane of the active layer, is for example at most 1% or at most 5% greater than the lateral extent of the active layer.
  • the semiconductor layer sequence of the laser bar is for
  • the laser bar preferably also comprises the growth substrate.
  • the growth substrate is
  • the contact side can form a mating contact side or an underside of the semiconductor layer sequence.
  • the active layer may include, for example, a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure), or a multiple quantum well structure (MQW structure) for light generation respectively.
  • the semiconductor layer sequence in addition to the active layer further functional layers and
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Barrier layers planarization layers, buffer layers, protective layers and / or electrodes and combinations thereof.
  • additional layers such as buffer layers, barrier layers and / or protective layers, also perpendicular to the growth direction of the
  • the semiconductor layer sequence preferably comprises one or more n-doped layers. Between the active layer and the contact side, the semiconductor layer sequence preferably comprises one or more p-doped layers. Alternatively, one or more n-doped layers may also be arranged between the active layer and the contact side.
  • Edge-emitting laser bars a plurality, in a lateral transverse direction next to each other and spaced from each other arranged single emitter, which emit laser radiation in each case during normal operation.
  • the individual emitters of the laser bar can be operated individually and independently of each other.
  • the individual emitters of a laser bar are also often referred to as laser diodes.
  • the individual emitters are spaced-apart regions of the laser bar, in which laser radiation is generated. Every single emitter For this purpose, it comprises a subregion of the semiconductor layer sequence.
  • the width of a single emitter, measured parallel to the lateral transverse direction, is defined, for example, by the region of the active layer in which laser radiation is generated in the normal operation of the single emitter. In normal operation of the laser bar, the
  • Single emitter for example, simultaneously and in parallel
  • the individual emitters then all simultaneously generate laser radiation which is coupled out of the laser bar along a lateral longitudinal direction.
  • the laser bar preferably comprises two facets opposite one another in the lateral longitudinal direction, which form the mirrors of a resonator.
  • the lateral transverse direction is in the present case a direction parallel to the main extension plane of the active layer.
  • the lateral longitudinal direction is a direction parallel to
  • the laser bar comprises a plurality of contact elements arranged side by side in the lateral transverse direction and spaced apart from one another on the contact side.
  • the contact elements are used for electrical contacting of the individual emitter.
  • the contact elements preferably do not hang together, but are separate, electrically conductive structures on the contact side.
  • the individual emitter can be controlled.
  • each individual emitter is preferably associated with a contact element, in particular uniquely associated with it.
  • the contact elements are preferably free or are freely accessible.
  • the contact elements may in particular each comprise or be a metal, a metal alloy or mixture or a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • a first layer can be any material on.
  • a second layer may include one or more materials selected from Pd, Pt, ITO, Ni and Rh.
  • a second layer may include one or more
  • a third layer or bonding layer may include, for example, one or more materials selected from Ti, Pt, Au, Cr, (Ti) WN, Ag, Al and ITO, wherein the bonding layer may also form the second layer depending on the choice of material.
  • the bonding layer may also form the second layer depending on the choice of material.
  • Bonding layer also have a layer stack with multiple layers of different materials, for example, a layer stack with layers of Ti, Pt and Au.
  • Each contact element has, for example, such a first layer and such a second layer and such a bonding layer, which are stacked in this order.
  • the first layer of the contact elements can border directly on the contact side.
  • the contact elements are preferably elongated or
  • each contact element measured along its longitudinal axis, is for example at least twice or at least 5 times or at least 10 times as large as its width, measured perpendicular to the longitudinal axis.
  • the widths of the contact elements are, for example, in the range between 1 ym and 200 ym inclusive.
  • the elongate contact elements are in particular arranged parallel to each other on the contact side. That is, the longitudinal axes of the contact elements extend in
  • Each two contact elements are in the lateral transverse direction, for example, at least 20 ym or at least 50 ym or at least 100 ym or at least 200 ym from each other
  • each two adjacent contact elements for example, at most 1 mm or at most 600 ym or at most 400 ym.
  • each is a member of a same type of a same type of a same type of a same value. In accordance with at least one embodiment, each is a same value.
  • Each contact area of the contact side is a coherent, preferably simply connected, area of the contact side and is thus made of
  • Each individual emitter preferably comprises exactly one
  • each contact element covers the
  • the contact areas can be uniquely associated with the contact elements.
  • the contact elements can in the contact areas in direct mechanical and electrical contact to the
  • the contact regions of the contact side are preferably elongated or strip-shaped.
  • the longitudinal direction for example, at least twice, or at least 5 times or at least 10 times as large as theirs
  • the widths of the contact regions are, for example, between 0.5 ⁇ m and 200 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the laser bar has a thermal decoupling structure in the region between two adjacent individual emitters, which heat exchange between the two adjacent individual emitters
  • Decoupling structure is arranged between two by the adjacent individual emitter and perpendicular to the active layer extending planes.
  • the thermal decoupling structure is arranged in particular in the lateral transverse direction between the two adjacent individual emitters. Between two adjacent single emitters no further single emitter is arranged.
  • the thermal decoupling structure is preferably so
  • the thermal decoupling structure adapted to dissipate heat in the area between the two adjacent individual emitters.
  • the thermal decoupling structure comprises an electrically conductive cooling element which is applied on the contact side and which has a
  • Cooling region is a region of the contact side and is thus formed from the semiconductor material of the semiconductor layer sequence.
  • the cooling area is in particular between the two contact areas of the two adjacent individual emitters
  • the cooling element is preferably metallic.
  • the cooling element comprises or consists of one or more of the following materials: Au, Pd, Pt, ITO, Ni, Rh, Ti, Pt, Au, Cr, (Ti) WN, Ag, Al, Zn, Sn, In, W , Ta, Cu, AlN, SiC, DLC.
  • the cooling element consists of the same material as the contact elements.
  • Cooling element is preferably free in the unassembled state of the laser bar, so it is then freely accessible.
  • the cooling element along the cooling region is electrically from the
  • the current flowing across the cooling area is at least a factor of 10 or 100 or 1000 smaller than the current passing over the
  • the cooling element is preferably thermally coupled to the semiconductor layer sequence along the cooling region.
  • the cooling region has a width, measured along the lateral transverse direction, which is at least half as large or at least as great or at least 1.5 times as large or at least twice as large or at least 3 times as great or at least 4 times as large as the width of each or at least one adjacent one
  • the area of the cooling area is at least half or at least as large or at least 1.5 times or at least twice as large or at least 3 times as large or at least 4 times as large as the area of each or at least one neighboring
  • the contact areas all have the same width and / or area within the manufacturing tolerance.
  • An adjacent contact area is a contact area closest to the cooling area.
  • the cooling area may also be elongated, the length being at least twice or at least 5 times or at least 10 times as large as the width.
  • the length of the cooling area can be between 80% and 120% of the individual lengths of the contact areas.
  • Decoupling structure a trench, which is vertical Direction, perpendicular to the active layer, or perpendicular to the lateral transverse direction and perpendicular to the lateral longitudinal direction at least partially through the
  • the width of the trench measured parallel to the lateral transverse direction, is for example at least 5 ⁇ m or at least 10 ⁇ m or at least 50 ⁇ m. Alternatively or additionally, the width of the trench is, for example, at most 300 ym or at most 200 ym or
  • the depth of the trench is for example at least 100 nm or
  • the thermal decoupling structure can also have a cooling element with the associated cooling region and a trench.
  • the laser bar can have several thermal decoupling structures,
  • each one can be any one of the two or every other pair of adjacent single emitters. Also, each one can be any one of the two emitters. Also, each one can be any one of the two emitters. Also, each one can be any one of the two emitters.
  • decoupling structure two or more cooling elements, each completely cover a cooling zone associated with this cooling element.
  • Each decoupling structure may also have a trench. All statements made here and below regarding a decoupling structure or a cooling element or a cooling region or a trench can therefore be used for all decoupling structures and all Cooling elements and all cooling areas and all trenches of the
  • the laser bar comprises a plurality of individual emitters, which are arranged side by side in a lateral transverse direction and spaced apart from one another and emit laser radiation during normal operation.
  • a plurality of contact elements are juxtaposed and spaced apart from each other in the lateral lateral direction
  • the contact elements are used for electrical contacting of the individual emitter, wherein each contact element is associated with a single emitter. Each contact element is over a coherent one
  • the laser bar comprises a thermal decoupling structure, which counteracts a heat exchange between the two adjacent individual emitters.
  • the decoupling structure comprises a cooling element, which is applied on the contact side and completely covers a contiguous cooling region of the contact side. The cooling element is along the
  • Cooling region electrically isolated from the semiconductor layer sequence and along the cooling region thermally to the
  • the cooling area has a width, measured along the lateral transverse direction, which is at least half the width of one
  • the laser bar comprises several, in a lateral
  • the contact elements are used for electrical contacting of the individual emitter, wherein each contact element is associated with a single emitter. Each contact element is over a
  • the laser bar comprises a thermal decoupling structure, which counteracts a heat exchange between the two adjacent individual emitters.
  • the decoupling structure comprises a trench which extends in the vertical direction, perpendicular to the active layer, at least partially through the laser bar.
  • the present invention is based inter alia on the following finding:
  • Submount be soldered while soldering the individual
  • Activated acceptors Due to the higher temperatures, a significant reduction in the activation can be achieved through the increased activation Forward voltage of AlInGanN-based laser diodes can be achieved.
  • Single emitters of a GaAs-based laser bar behave.
  • a defective or low light emitting single emitter leads to heating, which in adjacent single emitters leads to increased threshold currents and reduced slopes, while the voltage is only slightly changed. As a result, they lose
  • Laser bars are acted upon with an increased current and thus give off an increased light output. Since the laser bar is usually operated close to the power limit of the single emitter, the above-described current overshoot to a failure of an adjacent
  • the solution provides, in particular, between two
  • the cooling element is formed by a contact element of a single emitter adjacent to the decoupling structure. That is, one of the contact elements covers both the associated one
  • the contact element is then electrically conductively connected to the semiconductor layer sequence, in the cooling region, the contact element is electrically isolated from the semiconductor layer sequence.
  • the cooling element in the cooling region, is spaced apart from the contact side of the semiconductor layer sequence by a separating layer.
  • the separating layer can, for example, adjoin the cooling element and / or the semiconductor layer sequence directly.
  • the separating layer can cover the entire cooling area.
  • the separating layer is preferably set up such that it effects electrical insulation between the cooling element and the semiconductor layer sequence for the intended operation.
  • the separation layer may be made of an electrically insulating material. However, it may also be metallic, for example, the separating layer. In this case, the
  • the separating layer has a thermal conductivity of at least 50 W / (m-K) or
  • the thickness of the separating layer measured from the contact element in the direction of the contact side, is for example at least 5 nm or at least 10 nm or at least 50 nm or at least 100 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the separating layer is at most 1 ⁇ m or at most 500 nm.
  • the separating layer comprises or consists of one of the following materials: Sic, DLC (Diamond-like Carbon), AlN, copper.
  • decoupling structures with one each are provided on both sides of a single emitter
  • Cooling element provided.
  • Double-sided means, in particular, that a decoupling structure is arranged along the lateral transverse direction on both sides, that is to say to the left and right of the individual emitter, In particular, further individual emitters are arranged on both sides of the individual emitter provided a decoupling structure.
  • the cooling elements of the two are arranged on both sides of the individual emitter Decoupling structures formed by the contact element of the single emitter.
  • the contact element of the single emitter extends beyond the contact area on both sides to adjacent cooling areas and covers these cooling areas.
  • the cooling element is a separate element from the contact elements, which belongs to the
  • the cooling element is completely electrically insulated from the semiconductor layer sequence. In particular, therefore, no charge carriers from the semiconductor layer sequence in the
  • Cooling element to be injected or vice versa.
  • the cooling element has the same material composition as the contact elements.
  • the cooling element has the same lateral dimensions as the individual contact elements within the scope of the manufacturing tolerance. Also preferred is the thickness of the cooling element in the context of
  • Manufacturing tolerance equal to the thickness of the contact elements.
  • each rib has a longitudinal extent along the lateral longitudinal direction which is at least twice or at least 5 times or at least 10 times the width of the rib measured along the lateral transverse direction.
  • Widths of the ribs are, for example, between
  • the heights of the ribs are for example between 100 nm and 2000 nm, preferably between
  • each comprises
  • the contact region is in each case formed in the region of the rib, so that for the operation of the single emitter charge carriers from the associated contact element via the associated rib in the active
  • Be injected layer For example, a single rib is uniquely assigned to each individual emitter.
  • the contact elements of the individual emitters can partially cover the respective rib, for example to at least 80%, and clasp it.
  • the individual emitters are thus designed as so-called index-guided laser diodes or Ridgelaserdioden.
  • the cooling element or the cooling region is formed between two adjacent ribs.
  • the contact side of the semiconductor layer sequence is within the scope of Manufacturing tolerance just.
  • each rib is covered by a contact element.
  • Decoupling structure a rib.
  • the cooling region of the decoupling structure extends over at least 80% of at least 90% of the rib associated with the decoupling structure.
  • the cooling element for example, clasps the ribs
  • Decoupling structure two electrically conductive cooling elements, which are spaced apart in the lateral transverse direction and are not contiguous. That is, between two
  • Each of these cooling elements may be a different element from the nearest contact element. Alternatively, however, each of these cooling elements may also be formed by a contact element of a single emitter adjacent to the decoupling structure.
  • contact elements of the laser bar equidistant from each other. That is, the distances of the contact elements, measured in the lateral transverse direction, are always the same size within the manufacturing tolerance. It can be the But contact elements may also be arranged in pairs, wherein the pairs to each other a greater distance than the two contact elements within each pair.
  • cooling elements are, for example, each of the contact elements different elements, that is, they do not hang together with the contact elements.
  • the distances of each one contact element to the two closest cooling elements arranged on both sides of the contact element are the same. That is, the distance from each contact element to the left hand arranged closest cooling element corresponds within the manufacturing tolerance the distance to the right hand arranged nearest cooling element.
  • the distances of each one contact element to the two closest cooling elements arranged on both sides of the contact element are different.
  • the larger of the two distances in each case at least 1.5 times or at least twice or at least 3 times as large as the smaller of the two distances.
  • the trench of the thermal decoupling structure extends at least partially through the semiconductor layer sequence.
  • the trench may, for example, from the contact side in the
  • the trench may then end before the active layer or penetrate the active layer.
  • the trench extends from the contact side through the p-type region of the semiconductor layer sequence and through the active layer
  • the trench can end.
  • the ditch continues
  • Semiconductor layer sequence extends into the growth substrate and ends in the growth substrate.
  • the trench extends from a side of the growth substrate opposite the contact side into the growth substrate and, for example, in FIG.
  • the optoelectronic component comprises one as here
  • Laser bar disclosed features are therefore also disclosed for the optoelectronic device and vice versa.
  • this includes
  • the laser bar is mounted on the heat sink and preferably over the
  • the heat sink forms, for example, a stabilizing the laser bar
  • the heat sink can be self-supporting.
  • the heat sink may comprise or consist of SiC, BN, AlN, CuW, diamond.
  • the contact elements and the cooling elements are each connected via a solder material or an adhesive to the
  • the laser bar is on the Heat sink soldered.
  • Adhesive connection to the heat sink is produced both via the contact elements and via the cooling elements. In normal operation, heat can be applied to both via the contact elements and via the cooling elements
  • Heat sink to be dissipated.
  • FIG. 1A and 1B an embodiment of a laser bar 100 in cross-sectional view and in plan view
  • Figures 2 to 18 embodiments of a laser bar in cross-sectional view Figure 19 shows an embodiment of an optoelectronic device in cross-sectional view.
  • the laser bar 100 comprises a semiconductor layer sequence 1, which is located on a
  • Semiconductor layer sequence 1 is based on AlInGaN.
  • Growth substrate 14 is, for example, a GaN substrate.
  • the Semiconductor layer sequence 1 comprises an active layer 11, for example, a pn junction or a
  • the semiconductor layer sequence 1 comprises a contact side 10, which is formed by the semiconductor layer sequence 1.
  • Aufwachsubstrats 14 forms a mating contact side 16.
  • contact elements 20 are applied on the contact side 10 contact elements 20 are applied.
  • the contact elements 20 are in the lateral transverse direction X, which is parallel to the main extension plane of the active layer 11, adjacent to each other and spaced from each other
  • Each contact element 20 is electrically coupled to the semiconductor layer sequence 1 in a contact region 12, so that a current flow between the semiconductor layer sequence 1 and the contact element 20 via the contact region 12
  • Counter contact element 26 is arranged.
  • the laser bar 100 charge carriers in the semiconductor layer sequence 1, in particular in the active layer 11, injected, where they then recombine.
  • an area of the active layer 11 arranged above the contact element 20 generates laser radiation.
  • a plurality of single emitter 2 or laser diodes 2 are defined. These Single emitter 2 are in the lateral transverse direction X.
  • each individual emitter 2 spaced apart and arranged side by side and generate and emit laser radiation in operation.
  • the width of each individual emitter 2, measured along the lateral transverse direction X, is determined, for example, by the width of the region of the active layer 11 which generates laser radiation during operation of the single emitter 2.
  • each single emitter 2 is formed in the embodiment of Figure 1A as an index-guided laser diode.
  • each individual emitter 2 comprises a rib 15 on the contact side 10, which is formed from the semiconductor layer sequence 1.
  • the contact region 12 is formed in each case.
  • the contact elements 20 clasp the ribs 15 and are electrically conductively connected to the semiconductor layer sequence 1 in the region of the contact regions 12. In the region of the side walls of the ribs 15, the contact elements 20 are electrically insulated from the semiconductor layer sequence 1 by the electrically insulating layer 21. The electric
  • Insulating layer 21 comprises or consists, for example, of SiO 2 , S 13 N 4, Al 2 O 3 , a 2 O 5, TiO 2 , ZrO 2 .
  • a decoupling structure 3 (dashed line) is provided, which during the operation of the laser bar 100 a
  • Decoupling structure 3 a cooling element 30, a Cooling area 13 of the contact page 10 completely covered.
  • the cooling element 30 is electrically insulated from the semiconductor layer sequence 1 and thermally coupled to the semiconductor layer sequence 1.
  • the cooling element 30 of the cooling area 13 by a
  • Separating layer 31 spaced and electrically insulated.
  • the separating layer 31 is formed by the electrically insulating layer 21, which has been pulled over the cooling region 13.
  • lateral transverse direction X is greater than the width of the
  • the decoupling structure 3 likewise comprises a rib 15, on which the cooling element 30 is applied and which grips the cooling element 30. Furthermore, it can be seen in FIG. 1A that each contact element 20 is left-handed relative to the one in the lateral transverse direction X.
  • Transverse direction X right hand arranged cooling element 30 has the same distance.
  • the contact elements 20 and the cooling elements 30 are arranged in each case equidistantly.
  • the laser bar 100 of FIG. 1A may be soldered to a heat sink.
  • both the contact elements 20 and the cooling element 30 can be soldered or glued to the heat sink via a soldering material or an adhesive.
  • the heat in the area between the two adjacent single emitter 2 can then efficiently from the semiconductor layer sequence 1 over the
  • Cooling element 30 are discharged to the heat sink.
  • FIG. 1B the laser bar 100 of FIG. 1A is shown in FIG.
  • Cooling elements 30 are elongated or strip-shaped. The length of the contact elements 20 and the cooling elements 30 along their longitudinal axes is each greater by a multiple than their widths.
  • the contact elements 20 and the cooling element 30 are arranged at a distance from one another in the lateral transverse direction X, wherein the longitudinal axes of the cooling elements 20 and the contact elements 20 each extend parallel to one another. Furthermore, the extend
  • Laser Barrens 100 In the lateral longitudinal direction Y, the laser radiation generated by each individual emitter 2 is also coupled out of the laser bar 100 (see arrows in FIG. 1B).
  • the sides of the laser bar 100 which are opposite one another in the lateral longitudinal direction Y form facets 17.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the laser bar 100 in a cross-sectional view, in which, unlike in FIG. 1A, the decoupling structure 3 arranged between two adjacent individual emitters 2 has not one but two cooling elements 30, each of which completely encloses a cooling area 13 of the contact side 10 cover.
  • Uncoupling structure 3 is effected, further amplified.
  • an embodiment of the laser bar 100 is shown in cross-sectional view, similar to the
  • Laser bar 100 of Figure 1A is constructed. Unlike in FIG. 1A, however, the cooling elements 30 are no longer separate elements from the contact elements 20. Rather, each contact element 20 also forms at the same time
  • Cooling element 30 The contact area 12 and a to
  • adjacent cooling area 13 are thus of a common, contiguous and integrally formed contact element 20, which also forms the cooling element 30, covered. Even such a design has a positive effect on the
  • the left hand and right hand of the contact elements 20 arranged cooling elements 30 is not the same distance from the
  • the cooling element 30 disposed on the right side of a contact element 20 is closer to the contact element 20 than that on the left side of the
  • a contact layer 23 is provided in each case in the region of the contact region 12 which determines the electrical contact between the contact area
  • the contact layer 23 is part of
  • this contact layer 23 is not available. For example, there the contact layer 23 was etched away during the manufacturing process. The cooling element 30 is due to the lack of contact layer 23 of the
  • Cooling area 13 electrically isolated.
  • the contact layer 23 is made of GaN or InGaN, for example, and is highly doped, for example. As for the electrical insulation no insulating layer between the cooling elements 30 and the
  • the embodiment of the laser bar 100 of Figure 6 is similar to the embodiment of Figure 5. Unlike in Figure 5, in Figure 6, the cooling element 30 is each
  • a cooling element 30 is thus formed with one contact element 20 contiguous and in one piece.
  • the separation layer 31 between the cooling member 30 and the cooling portion 13 is not formed by the insulating layer 21 but by a highly thermally conductive material having a thermal conductivity of at least 50 W / (mK).
  • the separation layer 31 is made for example, SiC or AlN or DLC.
  • each contact element 20 of the individual emitter 2 forms not only the cooling element 30 of an adjacent decoupling structure 3, but the cooling elements 30 of two decoupling structures 3, that is, on both sides, that is, in the lateral transverse direction seen left and right of the single emitter 2, are arranged. That has an efficient cooling over the
  • the embodiment of the laser bar 100 of FIG. 8 substantially corresponds to the embodiment of FIG. 1A. However, in the embodiment of FIG. 8, they are adjacent to a contact element 20 on both sides
  • Cooling elements 30 different from this
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of the laser bar 100, which differs from the laser bar 100 of FIGS. 1 to 8, in particular in that the
  • Contact layer 23 for electrical contacting between each contact element 20 and the semiconductor layer sequence 1 is provided. Such a contact layer 23 is also provided in the cooling areas 13, respectively. There, however, the contact layer 23 is electrically insulated from the cooling element 30 by the separation layer 31.
  • the exemplary embodiment of the laser bar 100 of FIG. 10 differs from the exemplary embodiment of FIG. 9 in that no separating layer 31 is provided between the cooling elements 30 and the associated cooling regions 13
  • the contact layer 23 is etched away, so that the cooling elements 30 are electrically isolated from the semiconductor layer sequence 1.
  • the embodiment of the laser bar 100 of FIG. 11 essentially corresponds to the exemplary embodiment of FIG. 9.
  • Contact elements 20 and the semiconductor layer sequence 1 and as a separating layer 31 between the cooling elements 30 and the contact regions 13 is in the embodiment of Figure 11 but a highly heat-conductive material, such as one of the above materials used.
  • Heat dissipation via the contact elements 20 and cooling elements 30 is thereby increased.
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment of the laser bar 100, which essentially corresponds to the exemplary embodiment of FIG.
  • the thermal decoupling structures 3 still each have a trench 35, which extends from the contact side 10 extend completely through the semiconductor layer sequence 1, that is to say also through the active layer 11, into the growth substrate 14.
  • the trenches 35 penetrate the growth substrate 14 by more than 50%. Through the trenches 35 is a
  • the trenches 35 are chosen to be less deep than in the exemplary embodiment of FIG. In particular, the trenches 35 penetrate the growth substrate 14 to less than 50%. As a result, although the thermal decoupling in comparison to
  • Embodiment of Figure 12 slightly reduced, but this facet break quality is less affected in the manufacturing process.
  • the trenches 35 no longer completely penetrate the semiconductor layer sequence starting from the contact side 10, but terminate in the n-conductive region of the semiconductor device between the active layer 11 and the growth substrate 14
  • the trenches 35 are even less deep than in FIG. 14
  • the active layer 11 is thus not penetrated by the trenches 35 and is simply carried out contiguous.
  • the trenches 35 do not extend from the contact side 10 into the semiconductor layer sequence 1, but from the side opposite the contact side 10 of the growth substrate 14 into the growth substrate 14
  • Influence of the trenches 35 on the facet break quality in the production process can be further reduced.
  • FIG. 17 shows an exemplary embodiment of the laser bar 100, which essentially corresponds to the exemplary embodiment of FIG. In the figure 17, the trenches 35 but additionally filled with a thermally conductive material.
  • the thermally conductive material may be AlN, SiC, DLC or a metal such as Au, Pt, Pd, Rh, Ti, Cr, Sn, Ni, Al, Cu, Ag, In, Zn, W, Ta, or a Combinations of these materials act.
  • this insulation between the heat-conducting material in the trenches 35 and the cooling elements 30 / contact elements 20 is dispensed with.
  • the heat-conducting material in the trenches 35 is thus connected in particular to be electrically conductive with the cooling elements 30 / contact elements 20.
  • the heat transported via the heat-conducting material of the trenches 35 in the direction of the contact side 10 on the contact side 10 can be distributed over a large area to the contact elements 20 / cooling elements 30, which further increases the cooling efficiency.
  • the trenches 35 have a width, measured along the lateral Transverse X, for example, between 10 ym and 200 ym inclusive.
  • the lengths of the trenches 35, measured along the lateral longitudinal direction Y, are preferably one
  • decoupling structures 3 are always shown which comprise both a cooling element 30 and a trench 35. But it is also possible that the decoupling structures 3 include only the trenches 35 shown without the cooling elements 30.
  • Optoelectronic component 1000 includes a laser bar 100 as described in connection with FIG. The
  • Laser bar 100 is soldered to a heat sink 200.
  • the heat sink 200 acts in the present case as electrical
  • the heat sink 200 also includes trenches extending perpendicular to the active layer. These trenches reduce heat transfer in the heat sink 200 along the lateral transverse direction X.

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Abstract

Ein kantenemittierender Laserbarren (100) umfasst eine AlInGaN-basierte Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer Kontaktseite (10) und einer aktiven Schicht (11) zur Erzeugung von Laserstrahlung. Ferner umfasst der Laserbarren mehrere, in einer lateralen Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander angeordnete Einzelemitter (2), die im bestimmungsgemäßen Betrieb jeweils Laserstrahlung emittieren. Mehrere Kontaktelemente (20) sind in der lateralen Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander auf der Kontaktseite angeordnet. Jedes Kontaktelement ist einem Einzelemitter zugeordnet. Jedes Kontaktelement ist über einen zusammenhängenden Kontaktbereich (12) der Kontaktseite elektrisch leitend an die Halbleiterschichtenfolge gekoppelt. Im Bereich zwischen zwei benachbarten Einzelemittern (2) umfasst der Laserbarren eine thermische Entkopplungsstruktur (3). Die Entkopplungsstruktur umfasst ein auf der Kontaktseite aufgebrachtes Kühlelement (30), das einen zusammenhängenden Kühlbereich (13) der Kontaktseite vollständig überdeckt. Das Kühlelement ist entlang des Kühlbereichs elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge isoliert und entlang des Kühlbereichs thermisch an Halbleiterschichtenfolge gekoppelt. Der Kühlbereich weist eine Breite, gemessen entlang der lateralen Querrichtung auf, die zumindest halb so groß ist wie Breite eines benachbarten Kontaktbereichs.

Description

KANTENEMITTIERENDER LASERBARREN Es wird ein kantenemittierender Laserbarren angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
kantenemittierenden Laserbarren zur Emission von blauer Laserstrahlung mit geringer Ausfallrate anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Laserbarren eine AlInGaN-basierte Halbleiterschichtenfolge mit einer Kontaktseite und einer aktiven Schicht zur Erzeugung der Laserstrahlung. Bei dem Halbleitermaterial der
Halbleiterschichtenfolge handelt es sich zum Beispiel um
AlnIn]__n_mGamN wobei 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und m + n < 1 ist.
Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des
Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, Ga, In und N, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge kann zum Beispiel im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im gelben, grünen, blauen oder im UV-Bereich erzeugen . Die Kontaktseite der Halbleiterschichtenfolge des Laserbarrens bildet eine Deckfläche oder Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge und besteht aus dem Material der Halbleiterschichtenfolge. Die Kontaktseite verläuft bevorzugt im Wesentlichen parallel zur aktiven Schicht.
Unter einem Laserbarren wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Laserbarren entsteht insbesondere durch
Vereinzelung aus einem Waferverbund. Ein Laserbarren umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Laserbarrens ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Die aktive Schicht des
Laserbarrens kann zusammenhängend oder segmentiert
ausgebildet sein. Die laterale Ausdehnung des Laserbarrens, gemessen parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht, ist beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht.
Die Halbleiterschichtenfolge des Laserbarrens ist zum
Beispiel auf einem GaN-Aufwachsubstrat gewachsen oder
epitaktisch abgeschieden. Der Laserbarren umfasst bevorzugt noch das Aufwachssubstrat . Das Aufwachsubstrat ist
insbesondere auf der der Kontaktseite gegenüberliegenden
Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Im montierten Zustand kann die Kontaktseite eine Gegenkontaktseite oder eine Unterseite der Halbleiterschichtenfolge bilden.
Die aktive Schicht kann beispielsweise einen herkömmli pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach- Quantentopfstruktur ( SQW-Struktur) oder eine Mehrfach- Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) zur Lichterzeugung aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann zusätzlich zur aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und
funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten,
Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten, auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise um die
Halbleiterschichtenfolge herum, angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge.
Zwischen der aktiven Schicht und dem Aufwachsubstrat umfasst die Halbleiterschichtenfolge bevorzugt eine oder mehrere n- dotierte Schichten. Zwischen der aktiven Schicht und der Kontaktseite umfasst die Halbleiterschichtenfolge bevorzugt eine oder mehrere p-dotierte Schichten. Alternativ können aber auch eine oder mehrere n-dotierte Schichten zwischen der aktiven Schicht und der Kontaktseite angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
kantenemittierende Laserbarren mehrere, in einer lateralen Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander angeordnete Einzelemitter, die im bestimmungsgemäßen Betrieb jeweils Laserstrahlung emittieren. Die Einzelemitter des Laserbarrens können einzeln und unabhängig voneinander betreibbar sein. Die Einzelemitter eines Laserbarrens werden auch häufig als Laserdioden bezeichnet. Die Einzelemitter sind voneinander beabstandete Bereiche des Laserbarrens, in denen Laserstrahlung erzeugt wird. Jeder Einzelemitter umfasst dazu einen Teilbereich der Halbleiterschichtenfolge. Die Breite eines Einzelemitters, gemessen parallel zur lateralen Querrichtung, ist beispielsweise durch den Bereich der aktiven Schicht definiert, in dem im bestimmungsgemäßen Betrieb des Einzelemitters Laserstrahlung erzeugt wird. Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Laserbarrens sind die
Einzelemitter zum Beispiel gleichzeitig und parallel
angesteuert. Bevorzugt erzeugen die Einzelemitter dann alle gleichzeitig Laserstrahlung, die entlang einer lateralen Längsrichtung aus dem Laserbarren ausgekoppelt wird. Dazu umfasst der Laserbarren bevorzugt zwei einander in der lateralen Längsrichtung gegenüberliegende Facetten, die die Spiegel eines Resonators bilden. Die laterale Querrichtung ist vorliegend eine Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht. Die laterale Längsrichtung ist eine Richtung parallel zur
Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht und senkrecht zur lateralen Querrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Laserbarren mehrere in der lateralen Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander auf der Kontaktseite angeordnete Kontaktelemente. Die Kontaktelemente dienen zur elektrischen Kontaktierung der Einzelemitter. Die Kontaktelemente hängen bevorzugt nicht zusammen, sondern sind voneinander getrennte, elektrisch leitfähige Strukturen auf der Kontaktseite. Durch Bestromung der Kontaktelemente können die Einzelemitter angesteuert werden. Bevorzugt ist dazu jedem Einzelemitter ein Kontaktelement zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet. Im unmontierten Zustand des Laserbarrens liegen die Kontaktelemente bevorzugt frei beziehungsweise sind frei zugänglich . Die Kontaktelemente können insbesondere jeweils ein Metall, eine Metalllegierung oder -mischung oder ein transparentes leitendes Oxid wie beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) aufweisen oder daraus sein. Zum Beispiel weisen die
Kontaktelemente mehrere Schichten unterschiedlicher
Kontaktmaterialien auf. Eine erste Schicht kann
beispielsweise eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Pd, Pt, ITO, Ni und Rh aufweisen oder daraus bestehen. Eine zweite Schicht kann beispielsweise eines oder mehrere
Materialien ausgewählt aus Pd, Pt, ITO, Ni, Rh, Ti, Pt, Au,
Cr, (Ti)WN, Ag, AI, Zn, Sn sowie Legierungen daraus aufweisen oder daraus bestehen. Eine dritte Schicht oder Bondschicht kann beispielsweise eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Ti, Pt, Au, Cr, (Ti)WN, Ag, AI und ITO aufweisen oder daraus sein, wobei die Bondschicht je nach Materialwahl auch die zweite Schicht bilden kann. Beispielsweise kann die
Bondschicht auch einen Schichtenstapel mit mehreren Schichten mit unterschiedlichen Materialien aufweisen, beispielsweise einen Schichtenstapel mit Schichten mit Ti, Pt und Au. Jedes Kontaktelement weist beispielsweise eine solche erste Schicht und eine solche zweite Schicht und eine solche Bondschicht auf, die in dieser Reihenfolge übereinandergestapelt sind. Die erste Schicht der Kontaktelemente kann direkt an die Kontaktseite grenzen.
Die Kontaktelemente sind bevorzugt länglich oder
stäbchenförmig oder streifenförmig ausgebildet. Die Länge jedes Kontaktelements, gemessen entlang seiner Längsachse, ist zum Beispiel zumindest doppelt oder zumindest 5-mal oder zumindest 10-mal so groß wie seine Breite, gemessen senkrecht zur Längsachse. Die Breiten der Kontaktelemente liegen beispielsweise im Bereich zwischen einschließlich 1 ym und 200 ym. Die länglichen Kontaktelemente sind insbesondere parallel zueinander auf der Kontaktseite angeordnet. Das heißt, die Längsachsen der Kontaktelemente verlaufen im
Wesentlichen parallel zueinander. Die Längsachsen der
Kontaktelemente sind bevorzugt entlang der lateralen
Längsrichtung ausgerichtet.
Je zwei Kontaktelemente sind in der lateralen Querrichtung zum Beispiel zumindest 20 ym oder zumindest 50 ym oder zumindest 100 ym oder zumindest 200 ym voneinander
beabstandet. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Abstand zwischen je zwei benachbarten Kontaktelementen zum Beispiel höchstens 1 mm oder höchstens 600 ym oder höchstens 400 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jedes
Kontaktelement über einen zusammenhängenden Kontaktbereich der Kontaktseite elektrisch leitend an die
Halbleiterschichtenfolge gekoppelt, sodass über den
Kontaktbereich ein Stromfluss zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und dem Kontaktelement ermöglicht ist. Jeder Kontaktbereich der Kontaktseite ist dabei ein zusammenhängender, bevorzugt einfach zusammenhängender, Bereich der Kontaktseite und ist somit aus dem
Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Jeder Einzelemitter umfasst bevorzugt genau einen
Kontaktbereich. Es ist aber auch möglich, dass jeder
Einzelemitter zwei, zum Beispiel parallel, verlaufende
Kontaktbereiche aufweist, die zum Beispiel höchstens 30 ym voneinander beabstandet sind. Beispielsweise überdeckt jedes Kontaktelement den
zugeordneten Kontaktbereich vollständig. Die Kontaktbereiche können den Kontaktelementen eineindeutig zugeordnet sein. Die Kontaktelemente können in den Kontaktbereichen in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt zur
Halbleiterschichtenfolge stehen.
Die Kontaktbereiche der Kontaktseite sind bevorzugt länglich oder streifenförmig ausgebildet. Die Längen der
Kontaktbereiche, gemessen parallel zur lateralen
Längsrichtung, sind zum Beispiel zumindest doppelt oder zumindest 5-mal oder zumindest 10-mal so groß wie ihre
Breiten, gemessen parallel zur lateralen Querrichtung. Die Breiten der Kontaktbereiche betragen beispielsweise zwischen einschließlich 0,5 ym und 200 ym, bevorzugt 2 ym bis 100 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Laserbarren im Bereich zwischen zwei benachbarten Einzelemittern eine thermische Entkopplungsstruktur auf, die einem Wärmeaustausch zwischen den beiden benachbarten Einzelemittern
entgegenwirkt. „Im Bereich zwischen zwei benachbarten
Einzelemittern" bedeutet insbesondere, dass die
Entkopplungsstruktur zwischen zwei durch die benachbarten Einzelemitter und senkrecht zur aktiven Schicht verlaufenden Ebenen angeordnet ist. Die thermische Entkopplungsstruktur ist insbesondere in der lateralen Querrichtung zwischen den zwei benachbarten Einzelemittern angeordnet. Zwischen zwei benachbarten Einzelemittern ist kein weiterer Einzelemitter angeordnet.
Die thermische Entkopplungsstruktur ist bevorzugt so
eingerichtet, dass sie im Bereich zwischen den beiden benachbarten Einzelemittern die Wärmeleitfähigkeit des
Laserbarrens entlang der lateralen Querrichtung reduziert. Alternativ oder zusätzlich ist die thermische
Entkopplungsstruktur dazu eingerichtet, im Bereich zwischen den beiden benachbarten Einzelemittern Wärme abzuführen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die thermische Entkopplungsstruktur ein auf der Kontaktseite aufgebrachtes, elektrisch leitfähiges Kühlelement, das einen
zusammenhängenden, bevorzugt einfach zusammenhängenden, Kühlbereich der Kontaktseite vollständig überdeckt. Der
Kühlbereich ist ein Bereich der Kontaktseite und ist somit aus dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Der Kühlbereich ist insbesondere zwischen den zwei Kontaktbereichen der zwei benachbarten Einzelemitter
ausgebildet.
Das Kühlelement ist bevorzugt metallisch ausgebildet.
Beispielsweise umfasst das Kühlelement eines oder mehrerer der folgenden Materialien oder besteht daraus: Au, Pd, Pt, ITO, Ni, Rh, Ti, Pt, Au, Cr, (Ti)WN, Ag, AI, Zn, Sn, In, W, Ta, Cu, A1N, SiC, DLC . Insbesondere besteht das Kühlelement aus demselben Material wie die Kontaktelemente. Das
Kühlelement liegt im unmontierten Zustand des Laserbarrens bevorzugt frei, ist dann also frei zugänglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kühlelement entlang des Kühlbereichs elektrisch von der
Halbleiterschichtenfolge isoliert. Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird über den Kühlbereich insbesondere weder Strom in die Halbleiterschichtenfolge injiziert noch Strom aus der
Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt. „Elektrisch isoliert" bedeutet also insbesondere, dass in dem Kühlbereich der
Kontaktwiderstand zwischen dem Kühlelement und der
Halbleiterschichtenfolge so groß ist, dass bei im
bestimmungsgemäßen Betrieb angelegten Spannungen kein oder kein signifikanter Strom über den Kühlbereich fließt. Zum Beispiel ist bei üblicherweise angelegten Spannungen der über den Kühlbereich fließende Strom um mindestens einen Faktor 10 oder 100 oder 1000 kleiner als der Strom, der über die
Kontaktbereiche fließt.
Bevorzugt ist das Kühlelement entlang des Kühlbereichs thermisch an die Halbleiterschichtenfolge gekoppelt.
Beispielsweise ist dazu der Raum zwischen dem Kühlelement und dem Kühlbereich mit einem Material aufgefüllt, dessen
Wärmeleitfähigkeit zumindest 1 W/(m-K) beträgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Kühlbereich eine Breite, gemessen entlang der lateralen Querrichtung, auf, die zumindest halb so groß oder zumindest so groß oder zumindest 1,5-mal so groß oder zumindest doppelt so groß oder zumindest 3-mal so groß oder zumindest 4-mal so groß ist wie die Breite eines jeden oder zumindest eines benachbarten
Kontaktbereichs. Insbesondere ist die Fläche des Kühlbereichs zumindest halb so groß oder zumindest so groß oder zumindest 1,5-mal so groß oder zumindest doppelt so groß oder zumindest 3-mal so groß oder zumindest 4-mal so groß wie die Fläche eines jeden oder zumindest eines benachbarten
Kontaktbereichs. Die Kontaktbereiche weisen im Rahmen der Herstellungstoleranz alle die gleiche Breite und/oder Fläche auf. Ein benachbarter Kontaktbereich ist ein dem Kühlbereich nächstliegender Kontaktbereich.
Der Kühlbereich kann ebenfalls länglich ausgebildet sein, wobei die Länge zumindest doppelt oder zumindest 5-mal oder zumindest 10-mal so groß wie die Breite ist. Die Länge des Kühlbereichs kann zwischen einschließlich 80 % und 120 % der einzelnen Längen der Kontaktbereiche betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Entkopplungsstruktur einen Graben, der sich in vertikaler Richtung, senkrecht zur aktiven Schicht, beziehungsweise senkrecht zur lateralen Querrichtung und senkrecht zur lateralen Längsrichtung zumindest teilweise durch den
Laserbarren erstreckt. Die Breite des Grabens, gemessen parallel zur lateralen Querrichtung, beträgt beispielsweise zumindest 5 ym oder zumindest 10 ym oder zumindest 50 ym. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Breite des Grabens zum Beispiel höchstens 300 ym oder höchstens 200 ym oder
höchstens 150 ym oder höchstens 100 ym oder höchstens 50 ym oder höchstens 10 ym. Die Länge des Grabens, gemessen
parallel zur lateralen Längsrichtung, ist beispielsweise zumindest doppelt so groß oder zumindest 5-mal oder zumindest 10-mal so groß wie die Breite des Grabens. Die Tiefe des Grabens beträgt beispielsweise zumindest 100 nm oder
zumindest 500 nm oder zumindest 1 ym oder zumindest 5 ym oder zumindest 10 ym oder zumindest 50 ym oder zumindest 100 ym.
Die thermische Entkopplungsstruktur kann auch ein Kühlelement mit dem zugeordneten Kühlbereich und einen Graben aufweisen.
Bisher wurden nur Ausführungen zu einer thermischen
Entkopplungsstruktur gemacht. Allerdings kann der Laserbarren mehrere thermische Entkopplungsstrukturen aufweisen,
beispielsweise zwischen jedem Paar oder jedem zweiten Paar benachbarte Einzelemitter. Auch kann jede
Entkopplungsstruktur zwei oder mehr Kühlelemente aufweisen, die jeweils einen diesem Kühlelement zugeordneten Kühlbereich vollständig überdecken. Jede Entkopplungsstruktur kann auch einen Graben aufweisen. Alle hier und im Folgenden gemachten Angaben bezüglich einer Entkopplungsstruktur oder eines Kühlelements oder eines Kühlbereichs oder eines Grabens können daher für alle Entkopplungsstrukturen und alle Kühlelemente und alle Kühlbereiche und alle Gräben des
Laserbarrens entsprechend gelten.
In einer Ausführungsform umfasst der kantenemittierende
Laserbarren eine AlInGaN-basierte Halbleiterschichtenfolge mit einer Kontaktseite und einer aktiven Schicht zur
Erzeugung von Laserstrahlung. Ferner umfasst der Laserbarren mehrere, in einer lateralen Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander angeordnete Einzelemitter, die im bestimmungsgemäßen Betrieb jeweils Laserstrahlung emittieren. Mehrere Kontaktelemente sind in der lateralen Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander auf der
Kontaktseite angeordnet. Die Kontaktelemente dienen zur elektrischen Kontaktierung der Einzelemitter, wobei jedes Kontaktelement einem Einzelemitter zugeordnet ist. Jedes Kontaktelement ist über einen zusammenhängenden
Kontaktbereich der Kontaktseite elektrisch leitend an die Halbleiterschichtenfolge gekoppelt, sodass über den
Kontaktbereich ein Stromfluss zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und dem Kontaktelement ermöglicht ist. Im Bereich zwischen zwei benachbarten Einzelemittern umfasst der Laserbarren eine thermische Entkopplungsstruktur, die einem Wärmeaustausch zwischen den beiden benachbarten Einzelemittern entgegenwirkt. Die Entkopplungsstruktur umfasst ein auf der Kontaktseite aufgebrachtes Kühlelement, das einen zusammenhängenden Kühlbereich der Kontaktseite vollständig überdeckt. Das Kühlelement ist entlang des
Kühlbereichs elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge isoliert und entlang des Kühlbereichs thermisch an die
Halbleiterschichtenfolge gekoppelt. Der Kühlbereich weist eine Breite, gemessen entlang der lateralen Querrichtung, auf, die zumindest halb so groß ist wie Breite eines
benachbarten Kontaktbereichs. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der
kantenemittierende Laserbarren eine AlInGaN-basierte
Halbleiterschichtenfolge mit einer Kontaktseite und einer aktiven Schicht zur Erzeugung von Laserstrahlung. Ferner umfasst der Laserbarren mehrere, in einer lateralen
Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander angeordnete Einzelemitter, die im bestimmungsgemäßen Betrieb jeweils Laserstrahlung emittieren. Mehrere Kontaktelemente sind in der lateralen Querrichtung nebeneinander und
beabstandet voneinander auf der Kontaktseite angeordnet. Die Kontaktelemente dienen zur elektrischen Kontaktierung der Einzelemitter, wobei jedes Kontaktelement einem Einzelemitter zugeordnet ist. Jedes Kontaktelement ist über einen
zusammenhängenden Kontaktbereich der Kontaktseite elektrisch leitend an die Halbleiterschichtenfolge gekoppelt, sodass über den Kontaktbereich ein Stromfluss zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und dem Kontaktelement ermöglicht ist. Im Bereich zwischen zwei benachbarten Einzelemittern umfasst der Laserbarren eine thermische Entkopplungsstruktur, die einem Wärmeaustausch zwischen den beiden benachbarten Einzelemittern entgegenwirkt. Die Entkopplungsstruktur umfasst einen Graben, der sich in vertikaler Richtung, senkrecht zur aktiven Schicht, zumindest teilweise durch den Laserbarren erstreckt.
Die vorliegende Erfindung beruht unter anderem auf folgender Erkenntnis :
Für eine hohe optische Ausgangsleistung von AlInGaN-basierten Lasern können mehrere einzelne Laserdioden verwendet werden.. Nachteilig dabei ist einerseits der hohe
Prozessierungsaufwand bei der Vereinzelung, dem Testen und schließlich der Montage der einzelnen Laserdioden. Ferner kann es, wenn mehrere Laserdioden auf einen gemeinsamen
Submount aufgelötet werden, beim Auflöten der einzelnen
Laserdioden zu einer hohen thermischen Belastung der
benachbarten Laserdioden kommen. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von mehreren einzelnen Laserdioden sind die unvermeidbaren Justagetoleranzen bei der Montage der
einzelnen Laserdioden. Dies führt dazu, dass die Abstände benachbarter Laserdioden schwanken, was bei der Verwendung einer Fokussieroptik einen hohen Justageaufwand erfordert und zu Abbildungsverlusten führt.
Demgegenüber gibt es für das GaAs-basierte Materialsystem, dessen Entwicklungsstand wesentlich ausgereifter ist, technologisch vorteilhafte Laserbarren mit einer Mehrzahl von Einzelemittern oder einzelnen Laserdioden zur Steigerung der Lichtleistung. In einem Laserbarren werden mehrere,
äquidistante indexgeführte (zum Beispiel Ridgelaser) oder gewinngeführte (zum Beispiel Oxidstreifenlaser) Einzelemitter gleichzeitig und parallel bestromt und tragen auf diese Weise zu einer erhöhten Gesamtleistung bei. Dieser Lösungsansatz kann aktuell unter anderem wegen der noch nicht ausreichenden Ausbeute kaum auf das AlInGaN-Materialsystem übernommen werden . Noch wesentlich gewichtiger ist folgende Tatsache, die nicht dem Reifegrad der Technologie geschuldet ist, sondern eine direkte Konsequenz des Materialsystems darstellt: Im AlInGaN- Materialsystem ist es weltweit trotz jahrelanger
Anstrengungen nicht gelungen, eine flache Akzeptor-Störstelle zu finden. Deshalb ist bei Raumtemperatur nur zirka 1 % der
Akzeptoren aktiviert. Durch höhere Temperaturen kann über die verstärkte Aktivierung eine signifikante Reduzierung der Flussspannung von AlInGanN-basierten Laserdioden erreicht werden .
Das hat zur Folge, dass sich die Einzelemitter eines AlInGaN- basierten Laserbarrens vollkommen unterschiedlich zu den
Einzelemittern eines GaAs-basierten Laserbarrens verhalten. Bei GaAs-basierten Laserbarren führt ein defekter oder wenig Licht abgebender Einzelemitter zu einer Erwärmung, die bei benachbarten Einzelemittern zu erhöhten Schwellströmen und verringerten Steilheiten führt, während die Spannung nur geringfügig verändert wird. Dadurch verlieren die
benachbarten Einzelemitter auch an Effizienz, was sich entsprechend über den Laserbarren fortsetzt. Insgesamt nimmt die Gesamtleistung des GaAs-basierten Laserbarrens
entsprechend ab.
Bei AlInGaN-basierten Laserbarren führt ein defekter oder wenig Licht abgebender Einzelemitter zu einer Erwärmung, die bei benachbarten Einzelemittern primär zu einer Senkung der Betriebsspannung führt. Das führt wiederum dazu, dass diese benachbarten Einzelemitter in der Parallelschaltung des
Laserbarrens mit einer erhöhten Stromstärke beaufschlagt werden und damit eine erhöhte Lichtleistung abgeben. Da der Laserbarren üblicherweise bis nahe an die Leistungsgrenze der Einzelemitter betrieben wird, kann die oben beschriebene Stromüberhöhung zu einem Ausfall eines benachbarten
Einzelemitters infolge eines Facettenschadens (Catastrophic Optical Damage, kurz COD) führen. Dadurch kann wiederum, wie oben beschrieben, über eine Erwärmung der benachbarten
Einzelemitter ein Ausbreiten des Schadens über den gesamten Laserbarren auftreten. Basierend auf dieser Erkenntnis haben die Erfinder einen neuen Lösungsansatz für AlInGaN-basierte Laserbarren
gefunden, der einen Abbrand des Laserbarrens verhindern kann. Der Lösungsansatz sieht insbesondere vor, zwischen zwei
Einzelemittern eine thermische Entkopplungsstruktur
anzuordnen, die einem Wärmeaustausch zwischen benachbarten Einzelemittern entgegenwirkt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Kühlelement durch ein Kontaktelement eines zu der Entkopplungsstruktur benachbarten Einzelemitters gebildet. Das heißt, eines der Kontaktelemente überdeckt sowohl den zugeordneten
Kontaktbereich als auch den benachbart dazu angeordneten Kühlbereich. In dem Kontaktbereich ist das Kontaktelement dann elektrisch leitend an die Halbleiterschichtenfolge angeschlossen, in dem Kühlbereich ist das Kontaktelement elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge isoliert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in dem Kühlbereich das Kühlelement durch eine Trennschicht von der Kontaktseite der Halbleiterschichtenfolge beabstandet. Die Trennschicht kann beispielsweise unmittelbar an das Kühlelement und/oder an die Halbleiterschichtenfolge angrenzen. Die Trennschicht kann den gesamten Kühlbereich überdecken.
Die Trennschicht ist bevorzugt so eingerichtete, dass sie für den bestimmungsgemäßen Betrieb eine elektrische Isolation zwischen dem Kühlelement und der Halbleiterschichtenfolge bewirkt. Die Trennschicht kann dazu aus einem elektrisch isolierenden Material sein. Es kann die Trennschicht aber zum Beispiel auch metallisch sein. In diesem Fall ist die
Trennschicht insbesondere so gewählt, dass der
Kontaktwiderstand zu der Halbleiterschichtenfolge und/oder dem Kühlelement so groß ist, dass bei im bestimmungsgemäßen Betrieb auftretenden Spannungen kein Strom zwischen dem
Kühlelement und der Halbleiterschichtenfolge über die
Trennschicht fließt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Trennschicht eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 50 W/ (m-K) oder
zumindest 75 W/ (m-K) oder zumindest 100 W/ (m-K) oder
zumindest 150 W/ (m-K) oder zumindest 200 W/ (m-K) oder
zumindest 500 W/ (m-K) auf. Die Dicke der Trennschicht, gemessen vom Kontaktelement in Richtung der Kontaktseite, beträgt beispielsweise zumindest 5 nm oder zumindest 10 nm oder zumindest 50 nm oder zumindest 100 nm. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der Trennschicht höchstens 1 ym oder höchstens 500 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Trennschicht eines der folgenden Materialien auf oder besteht daraus: Sic, DLC (Diamond-like Carbon), A1N, Kupfer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind beidseitig eines Einzelemitters Entkopplungsstrukturen mit je einem
Kühlelement vorgesehen. „Beidseitig" bedeutet insbesondere, dass entlang der lateralen Querrichtung betrachtet auf beiden Seiten, also links und rechts des Einzelemitters, jeweils eine Entkopplungsstruktur angeordnet ist. Insbesondere sind auf beiden Seiten des Einzelemitters weitere Einzelemitter angeordnet. Zwischen dem Einzelemitter und den benachbarten Einzelemittern ist dann jeweils eine Entkopplungsstruktur vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Kühlelemente der beiden beidseitig des Einzelemitters angeordneten Entkopplungsstrukturen durch das Kontaktelement des Einzelemitters gebildet. In anderen Worten erstreckt sich das Kontaktelement des Einzelemitters über den Kontaktbereich hinaus beidseitig bis zu benachbarten Kühlbereichen und überdeckt diese Kühlbereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kühlelement ein von den Kontaktelementen separates Element, das zu den
Kontaktelementen in der lateralen Querrichtung beabstandet ist. Das Kühlelement hängt in diesem Fall also nicht mit den Kontaktelementen zusammen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kühlelement von der Halbleiterschichtenfolge vollständig elektrisch isoliert. Insbesondere können also im bestimmungsgemäßen Betrieb keine Ladungsträger von der Halbleiterschichtenfolge in das
Kühlelement injiziert werden oder umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Kühlelement die gleiche Materialzusammensetzung wie die Kontaktelemente auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Kühlelement im Rahmen der Herstellungstoleranz die gleichen lateralen Abmessungen wie die einzelnen Kontaktelemente auf. Bevorzugt ist auch die Dicke des Kühlelements im Rahmen der
Herstellungstoleranz gleich der Dicke der Kontaktelemente. Insbesondere können das Kühlelement und die Kontaktelemente in einem gemeinsamen Verfahrensschritt auf die
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht sein. In Draufsicht auf die Kontaktseite betrachtet ist das Kühlelement von den
Kontaktelementen zum Beispiel nicht unterscheidbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge an der Kontaktseite eine Mehrzahl von in lateraler Querrichtung beabstandeten, parallel verlaufenden Rippen, auch Ridges genannt, auf. Die Rippen sind aus dem Material der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Jede Rippe hat zum Beispiel eine Längsausdehnung entlang der lateralen Längsrichtung, die zumindest doppelt oder zumindest 5-mal oder zumindest 10-mal so groß ist wie die Breite der Rippe, gemessen entlang der lateralen Querrichtung. Die
Breiten der Rippen betragen beispielsweise zwischen
einschließlich 1 ym und 200 ym. Die Höhen der Rippen, gemessen senkrecht zur lateralen Längsrichtung und senkrecht zur lateralen Querrichtung, betragen beispielsweise zwischen einschließlich 100 nm und 2000 nm, bevozugt zwischen
einschließlich 200 nm und 1000 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst jeder
Einzelemitter eine Rippe. Dabei ist der Kontaktbereich jeweils im Bereich der Rippe ausgebildet, sodass für den Betrieb des Einzelemitters Ladungsträger aus dem zugehörigen Kontaktelement über die zugehörige Rippe in die aktive
Schicht injiziert werden. Jedem Einzelemitter ist eine Rippe beispielsweise eineindeutig zugeordnet. Die Kontaktelemente der Einzelemitter können die jeweilige Rippe teilweise, zum Beispiel zu zumindest 80 %, überdecken und umklammern.
Insbesondere sind die Einzelemitter also als so genannte indexgeführte Laserdioden oder Ridgelaserdioden ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kühlelement beziehungsweise der Kühlbereich zwischen zwei benachbarten Rippen ausgebildet. Zum Beispiel ist in dem Kühlbereich die Kontaktseite der Halbleiterschichtenfolge im Rahmen der Herstellungstoleranz eben. In diesem Fall ist zum Beispiel jede Rippe von einem Kontaktelement überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Entkopplungsstruktur eine Rippe. Insbesondere fließt im bestimmungsgemäßen Betrieb über die Rippe der thermischen Entkopplungsstruktur kein Strom in oder aus der
Halbleiterschichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Kühlbereich der Entkopplungsstruktur über zumindest 80 % zumindest 90 % der der Entkopplungsstruktur zugeordneten Rippe. Das Kühlelement umklammert beispielsweise die Ripp
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Entkopplungsstruktur zwei elektrisch leitende Kühlelemente, die in der lateralen Querrichtung zueinander beabstandet sind und nicht zusammenhängen. Das heißt, zwischen zwei
benachbarten Einzelemittern sind zwei Kühlelemente
angeordnet. Jedes dieser Kühlelemente kann ein von dem nächstliegenden Kontaktelement verschiedenes Element sein. Alternativ kann jedes dieser Kühlelemente aber auch durch ein Kontaktelement eines zu der Entkopplungsstruktur benachbarten Einzelemitters gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Einzelemitter des
Laserbarrens gewinngeführte Laserdioden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle
Kontaktelemente des Laserbarrens äquidistant zueinander angeordnet. Das heißt, die Abstände der Kontaktelemente, in der lateralen Querrichtung gemessen, sind im Rahmen der Herstellungstoleranz immer gleich groß. Es können die Kontaktelemente aber auch in Paaren angeordnet sein, wobei die Paare zueinander einen größeren Abstand aufweisen als die beiden Kontaktelemente innerhalb je eines Paars.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind im Bereich
zwischen je zwei Einzelemittern ein oder mehrere Kühlelemente angeordnet. Die Kühlelemente sind dabei zum Beispiel jeweils von den Kontaktelementen verschiedene Elemente, das heißt sie hängen mit den Kontaktelementen nicht zusammen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Abstände von je einem Kontaktelement zu den beiden nächstliegenden, beidseitig des Kontaktelements angeordneten Kühlelementen gleich groß. Das heißt, der Abstand von jedem Kontaktelement zu dem linkerhand angeordneten, nächstliegenden Kühlelement entspricht im Rahmen der Herstellungstoleranz dem Abstand zu dem rechterhand angeordneten, nächstliegenden Kühlelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Abstände von je einem Kontaktelement zu den beiden nächstliegenden, beidseitig des Kontaktelements angeordneten Kühlelementen unterschiedlich groß. Beispielsweise ist der größere der beiden Abstände jeweils zumindest 1,5-mal oder zumindest doppelt oder zumindest 3-mal so groß wie der kleinere der beiden Abstände.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Graben der thermischen Entkopplungsstruktur zumindest teilweise durch die Halbleiterschichtenfolge. Der Graben kann sich beispielsweise von der Kontaktseite aus in die
Halbleiterschichtenfolge hinein erstrecken. Der Graben kann dann vor der aktiven Schicht enden oder die aktive Schicht durchdringen. Beispielsweise erstreckt sich der Graben von der Kontaktseite durch den p-leitenden Bereich der Halbleiterschichtenfolge und durch die aktive Schicht
hindurch bis hinein in den n-leitenden Bereich der
Halbleiterschichtenfolge. In dem n-leitenden Bereich der Halbleiterschichtenfolge kann der Graben enden. Alternativ ist es aber auch möglich, dass sich der Graben weiter
hindurch durch den n-leitenden Bereich der
Halbleiterschichtenfolge bis hinein in das Aufwachsubstrat erstreckt und in dem Aufwachssubstrat endet. Es ist aber auch möglich, dass sich der Graben von einer der Kontaktseite gegenüberliegenden Seite des Aufwachsubstrats aus hinein in das Aufwachsubstrat erstreckt und zum Beispiel im
Aufwachssubstrat endet.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Das optoelektronische Bauteil umfasst einen wie hier
beschriebenen Laserbarren. Alle im Zusammenhang mit den
Laserbarren offenbarten Merkmale sind daher auch für das optoelektronische Bauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauteil eine Wärmesenke. Der Laserbarren ist auf der Wärmesenke montiert und bevorzugt über die
Wärmesenke elektrisch angeschlossen. Die Wärmesenke bildet beispielsweise eine den Laserbarren stabilisierende
Komponente. Die Wärmesenke kann selbsttragend sein.
Insbesondere kann die Wärmesenke SiC, BN, A1N, CuW, Diamant aufweisen oder daraus bestehen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils sind die Kontaktelemente und die Kühlelemente jeweils über ein Lotmaterial oder einen Kleber mit der
Wärmesenke verbunden. Das heißt, der Laserbarren ist auf der Wärmesenke aufgelötet. Eine Lötverbindung oder
Klebeverbindung zu der Wärmesenke ist dabei sowohl über die Kontaktelemente als auch über die Kühlelemente hergestellt. Im bestimmungsgemäßen Betrieb kann Wärme sowohl über die Kontaktelemente als auch über die Kühlelemente an die
Wärmesenke abgeführt werden.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener Laserbarren sowie ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1A und 1B ein Ausführungsbeispiel eines Laserbarrens 100 in Querschnittsansicht und in Draufsicht,
Figuren 2 bis 18 Ausführungsbeispiele eines Laserbarrens in Querschnittsansicht, Figur 19 ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauteils in Querschnittsansicht.
In der Figur 1A ist ein Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 in Querschnittsansicht gezeigt. Der Laserbarren 100 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 1, die auf einem
Aufwachsubstrat 14 gewachsen ist. Die
Halbleiterschichtenfolge 1 basiert auf AlInGaN. Das
Aufwachsubstrat 14 ist beispielsweise ein GaN-Substrat . Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine aktive Schicht 11, die beispielsweise einen pn-Übergang oder eine
Quantentopfstruktur aufweist, und in der im
bestimmungsgemäßen Betrieb Laserstrahlung durch Rekombination von Ladungsträgern erzeugt wird.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine Kontaktseite 10, die durch die Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet ist. Eine der Kontaktseite 10 gegenüberliegende Seite des
Aufwachsubstrats 14 bildet eine Gegenkontaktseite 16. Auf der Kontaktseite 10 sind Kontaktelemente 20 aufgebracht. Die Kontaktelemente 20 sind in der lateralen Querrichtung X, die parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 11 verläuft, nebeneinander und beabstandet voneinander
angeordnet.
Jedes Kontaktelement 20 ist in einem Kontaktbereich 12 elektrisch an die Halbleiterschichtenfolge 1 gekoppelt, sodass über den Kontaktbereich 12 ein Stromfluss zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und dem Kontaktelement 20
ermöglicht ist. Auf der Gegenkontaktseite 16 ist ein
Gegenkontaktelement 26 angeordnet.
Durch Injektion von Ladungsträgern über die Kontaktelemente 20 und das Gegenkontaktelement 26 werden im
bestimmungsgemäßen Betrieb des Laserbarrens 100 Ladungsträger in die Halbleiterschichtenfolge 1, insbesondere in die aktive Schicht 11, injiziert, wo diese dann rekombinieren. Je nachdem, über welches der Kontaktelemente 20 Ladungsträger injiziert werden, erzeugt ein oberhalb des Kontaktelements 20 angeordneter Bereich der aktiven Schicht 11 Laserstrahlung. Auf diese Weise sind mehrere Einzelemitter 2 oder Laserdioden 2 (siehe gestrichelte Ellipsen) definiert. Diese Einzelemitter 2 sind in der lateralen Querrichtung X
voneinander beabstandet und nebeneinander angeordnet und erzeugen und emittieren im Betrieb jeweils Laserstrahlung. Die Breite jedes Einzelemitters 2, gemessen entlang der lateralen Querrichtung X, ist beispielsweise durch die Breite des Bereichs der aktiven Schicht 11 bestimmt, der im Betrieb des Einzelemitters 2 Laserstrahlung erzeugt.
Jeder Einzelemitter 2 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1A als eine indexgeführte Laserdiode ausgebildet. Dazu umfasst jeder Einzelemitter 2 eine Rippe 15 an der Kontaktseite 10, die aus der Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet ist. Auf der der aktiven Schicht 11 abgewandten Seite der Rippe 15 ist jeweils der Kontaktbereich 12 ausgebildet. Seitenwände der Rippen 15, die sich senkrecht zur aktiven Schicht 11
erstrecken, sind mit einer elektrisch isolierenden Schicht 21 überzogen. Die Kontaktelemente 20 umklammern die Rippen 15 und sind im Bereich der Kontaktbereiche 12 elektrisch leitend mit der Halbleiterschichtenfolge 1 verbunden. Im Bereich der Seitenwände der Rippen 15 sind die Kontaktelemente 20 durch die elektrisch isolierende Schicht 21 elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge 1 isoliert. Die elektrisch
isolierende Schicht 21 umfasst oder besteht beispielsweise aus Si02, S13N4, AI2O3, a205, Ti02, Zr02.
Im Bereich zwischen zwei benachbarten Einzelemittern 2 ist eine Entkopplungsstruktur 3 (gestrichelte Linie) vorgesehen, die während des Betriebs des Laserbarrens 100 einem
Wärmeaustausch zwischen den beiden benachbarten
Einzelemittern 2 entgegenwirkt.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1A umfasst die
Entkopplungsstruktur 3 ein Kühlelement 30, das einen Kühlbereich 13 der Kontaktseite 10 vollständig überdeckt. Entlang des Kühlbereichs 13 ist das Kühlelement 30 elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge 1 isoliert und thermisch an die Halbleiterschichtenfolge 1 gekoppelt. Dazu ist vorliegend das Kühlelement 30 von dem Kühlbereich 13 durch eine
Trennschicht 31 beabstandet und elektrisch isoliert. Die Trennschicht 31 ist in dem Ausführungsbeispiel der Figur 1A durch die elektrisch isolierende Schicht 21 gebildet, die bis über den Kühlbereich 13 gezogen ist.
Die Breite des Kühlbereichs 13, gemessen entlang der
lateralen Querrichtung X, ist größer als die Breite des
Kontaktbereichs 12, ebenfalls gemessen entlang der lateralen Querrichtung X.
In der Figur 1A umfasst die Entkopplungsstruktur 3 ebenfalls eine Rippe 15, auf die das Kühlelement 30 aufgebracht ist und die das Kühlelement 30 umklammert. Ferner ist in Figur 1A zu erkennen, dass jedes Kontaktelement 20 zu dem in der lateralen Querrichtung X linkerhand
angeordneten Kühlelement 30 und zu dem in der lateralen
Querrichtung X rechterhand angeordneten Kühlelement 30 den gleichen Abstand aufweist. Die Kontaktelemente 20 und die Kühlelemente 30 sind untereinander jeweils äquidistant angeordnet .
Der Laserbarren 100 der Figur 1A kann auf eine Wärmesenke aufgelötet werden. Dabei können sowohl die Kontaktelemente 20 als auch die Kühlelement 30 über ein Lötmaterial oder einen Kleber an die Wärmesenke angelötet oder angeklebt werden. Während des Betriebs des Laserbarren 100 kann dann die Wärme im Bereich zwischen den beiden benachbarten Einzelemitter 2 effizient aus der Halbleiterschichtenfolge 1 über das
Kühlelement 30 an die Wärmesenke abgeführt werden.
In der Figur 1B ist der Laserbarren 100 der Figur 1A in
Draufsicht auf die Kontaktseite 10 dargestellt. Zu erkennen ist, dass sowohl die Kontaktelemente 20 als auch die
Kühlelemente 30 länglich beziehungsweise streifenförmig ausgeführt sind. Die Länge der Kontaktelemente 20 und der Kühlelemente 30 entlang ihrer Längsachsen ist jeweils um ein Vielfaches größer als ihre Breiten. Die Kontaktelemente 20 und die Kühlelement 30 sind in der lateralen Querrichtung X beabstandet zueinander angeordnet, wobei die Längsachsen der Kühlelemente 20 und der Kontaktelemente 20 jeweils parallel zueinander verlaufen. Ferner erstrecken sich die
Kontaktelemente 20 und die Kühlelemente 30 mit ihrer
Längsachse entlang der lateralen Längsrichtung Y des
Laserbarrens 100. In der lateralen Längsrichtung Y wird auch die Laserstrahlung, die von jedem Einzelemitter 2 erzeugt wird, aus dem Laserbarren 100 ausgekoppelt (siehe Pfeile in Figur 1B) . Dazu bilden die in der lateralen Längsrichtung Y einander gegenüberliegenden Seiten des Laserbarrens 100 Facetten 17.
In der Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 in Querschnittsansicht gezeigt, bei dem anders als in der Figur 1A die zwischen zwei benachbarten Einzelemittern 2 angeordnete Entkopplungsstruktur 3 nicht nur ein, sondern zwei Kühlelemente 30 aufweist, die jeweils einen Kühlbereich 13 der Kontaktseite 10 vollständig überdecken. Dadurch wird die thermische Entkopplung, die durch die
Entkopplungsstruktur 3 bewirkt wird, weiter verstärkt. In der Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 in Querschnittsansicht gezeigt, der ähnlich zu dem
Laserbarren 100 der Figur 1A aufgebaut ist. Anders als in der Figur 1A sind die Kühlelemente 30 aber nun keine separaten, von den Kontaktelementen 20 verschiedenen Elemente. Vielmehr bildet jedes Kontaktelement 20 auch gleichzeitig ein
Kühlelement 30. Der Kontaktbereich 12 und ein dazu
benachbarter Kühlbereich 13 sind also von einem gemeinsamen, zusammenhängenden und einstückig ausgebildeten Kontaktelement 20, das zugleich das Kühlelement 30 bildet, überdeckt. Auch eine solche Ausführung wirkt sich positiv auf die
wärmeabführenden Eigenschaften der Entkopplungsstruktur 3 aus .
Bei dem Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 4 sind im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1A die jeweils linkerhand und rechterhand der Kontaktelemente 20 angeordneten Kühlelemente 30 nicht gleich weit von dem
Kontaktelement 20 entfernt. Das auf der rechten Seite eines Kontaktelements 20 angeordnete Kühlelement 30 ist näher an dem Kontaktelement 20 als das auf der linken Seite des
Kontaktelements 20 angeordnete Kühlelement 30. Durch diese asymmetrische Anordnung kann bei dem Herstellungsprozess des Laserbarrens 100 eine Verspannungsreduktion erreicht werden. Ferner kann die Facettenqualität dadurch verbessert werden.
Außerdem ist bei dem Laserbarren 100 der Figur 4 jeweils eine Kontaktschicht 23 in dem Bereich des Kontaktbereichs 12 vorgesehen, die den elektrischen Kontakt zwischen dem
Kontaktelement 20 und der Halbleiterschichtenfolge
gewährleistet. Die Kontaktschicht 23 ist Teil der
Halbleiterschichtenfolge 1. In dem Bereich der
Entkopplungsstrukturen 3 ist diese Kontaktschicht 23 nicht vorhanden. Beispielsweise wurde dort die Kontaktschicht 23 während des Herstellungsverfahrens weggeätzt. Das Kühlelement 30 ist aufgrund der fehlenden Kontaktschicht 23 von dem
Kühlbereich 13 elektrisch isoliert. Die Kontaktschicht 23 ist beispielsweise aus GaN oder InGaN und ist zum Beispiel hochdotiert. Da zur elektrischen Isolation keine isolierende Schicht zwischen den Kühlelementen 30 und den
Kontaktbereichen 13 verwendet ist, ist der Wärmeabtransport über das Kühlelement 30 weiter verbessert.
Bei dem Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 5 ist anders als in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen im Bereich der Entkopplungsstrukturen 3 keine Rippe 15
vorgesehen. Vielmehr umfassen nur die Einzelemitter 2 Rippen 15. Im Bereich zwischen je zwei benachbarten Rippen 15 ist jeweils ein Kühlelement 30 auf die Kontaktseite 10 der
Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Aufgrund der
fehlenden Rippen 15 im Bereich der Entkopplungsstruktur 3 ist das Risiko unerwünschter Leckströme im Bereich der
Entkopplungsstruktur 3 reduziert.
Das Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 6 ist ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 5. Anders als in der Figur 5 ist in der Figur 6 das Kühlelement 30 jeder
Entkopplungsstruktur 3 durch das Kontaktelement 20 eines benachbarten Einzelemitters 2 gebildet. Je ein Kühlelement 30 ist also mit je einem Kontaktelement 20 zusammenhängend und einstückig ausgebildet. Außerdem ist anders als in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Trennschicht 31 zwischen dem Kühlelement 30 und dem Kühlbereich 13 nicht durch die isolierende Schicht 21 gebildet, sondern durch ein hoch wärmeleitfähiges Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 50 W/ (m-K) . Die Trennschicht 31 besteht beispielsweise aus SiC oder A1N oder DLC . Durch eine solch hoch wärmeleitfähige Trennschicht 31 kann die thermische Entkopplung zweier benachbarter Einzelemitter 2 weiter erhöht werden .
Beim Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 7 bildet anders als bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 jedes Kontaktelement 20 der Einzelemitter 2 nicht nur das Kühlelement 30 einer benachbarten Entkopplungsstruktur 3, sondern die Kühlelemente 30 zweier Entkopplungsstrukturen 3, die beidseitig, das heißt in der lateralen Querrichtung gesehen links und rechts des Einzelemitters 2, angeordnet sind. Das hat eine effiziente Entwärmung über die
Kontaktelemente 20 /Kühlelemente 30 zur Folge.
Das Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 8 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 1A. Allerdings sind bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 die zu einem Kontaktelement 20 beidseitig benachbarten
Kühlelemente 30 unterschiedlich weit von diesem
Kontaktelement 20 beabstandet. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind, wie bereits zuvor erwähnt, eine Verringerung der Verspannungen während des Herstellungsverfahrens und eine verbesserte Facettenqualität.
In der Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 gezeigt, der sich von dem Laserbarren 100 der Figuren 1 bis 8 insbesondere dadurch unterscheidet, dass die
verschiedenen Einzelemitter 2 nun nicht mehr indexgeführte Laserdioden, sondern gewinngeführte Laserdioden sind.
Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge 1 an der
Kontaktseite 10 im Rahmen der Herstellungstoleranz über ihre gesamte laterale Ausdehnung eben ausgebildet und weist keine Rippen auf. Im Bereich der Kontaktbereiche 12 ist ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der Figur 4 jeweils eine
Kontaktschicht 23 zur elektrischen Kontaktierung zwischen je einem Kontaktelement 20 und der Halbleiterschichtenfolge 1 vorgesehen. Eine solche Kontaktschicht 23 ist auch jeweils in den Kühlbereichen 13 vorgesehen. Dort ist die Kontaktschicht 23 aber durch die Trennschicht 31 von dem Kühlelement 30 elektrisch isoliert. Das Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 10 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 dahingehend, dass zwischen den Kühlelementen 30 und den zugeordneten Kühlbereichen 13 keine Trennschicht 31
vorgesehen ist. Vielmehr ist bei den Entkopplungsstrukturen 3 die Kontaktschicht 23 abgeätzt, sodass die Kühlelemente 30 von der Halbleiterschichtenfolge 1 elektrisch isoliert sind.
Das Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 11 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 9. Als elektrisch isolierende Schicht 21 zwischen den
Kontaktelementen 20 und der Halbleiterschichtenfolge 1 und als Trennschicht 31 zwischen den Kühlelementen 30 und den Kontaktbereichen 13 ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 11 aber ein hochwärmeleitfähiges Material, wie beispielsweise eines der oben genannten Materialien, verwendet. Die
Entwärmung über die Kontaktelemente 20 und Kühlelemente 30 ist dadurch erhöht.
In der Figur 12 ist ein Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 gezeigt, das im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 entspricht. Zusätzlich weisen in der Figur 12 die thermischen Entkopplungsstrukturen 3 aber noch jeweils einen Graben 35 auf, der sich ausgehend von der Kontaktseite 10 vollständig durch die Halbleiterschichtenfolge 1, also auch durch die aktive Schicht 11 bis hinein in das Aufwachsubstrat 14 erstrecken. Die Gräben 35 durchdringen das Aufwachsubstrat 14 zu mehr als 50 %. Durch die Gräben 35 ist ein
Wärmeaustausch zwischen benachbarten Einzelemittern 2
reduziert .
Bei dem Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 13 sind die Gräben 35 weniger tief als im Ausführungsbeispiel der Figur 12 gewählt. Insbesondere durchdringen die Gräben 35 das Aufwachsubstrat 14 zu weniger als 50 %. Dadurch ist zwar die thermische Entkopplung im Vergleich zum
Ausführungsbeispiel der Figur 12 leicht reduziert, dafür wird aber die Facettenbruchqualität beim Herstellungsverfahren weniger beeinträchtigt.
Beim Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 14 durchdringen die Gräben 35 die Halbleiterschichtenfolge ausgehend von der Kontaktseite 10 nicht mehr vollständig, sondern enden in dem zwischen der aktiven Schicht 11 und dem Aufwachsubstrat 14 angeordneten n-leitenden Bereich der
Halbleiterschichtenfolge 1.
Im Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 15 sind die Gräben 35 noch weniger tief als in der Figur 14
ausgeführt und durchdringen ausgehend von der Kontaktseite 10 den p-leitenden Bereich der Halbleiterschichtenfolge 1 teilweise und enden vor der aktiven Schicht 1. Die aktive Schicht 11 ist also von den Gräben 35 nicht durchdrungen und ist einfach zusammenhängend ausgeführt.
Im Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 16 erstrecken sich die Gräben 35 nicht von der Kontaktseite 10 hinein in die Halbleiterschichtenfolge 1, sondern von der der Kontaktseite 10 gegenüberliegenden Seite des Aufwachsubstrats 14 hinein in das Aufwachsubstrat 14. Dadurch kann der
Einfluss der Gräben 35 auf die Facettenbruchqualität beim Herstellungsverfahren weiter reduziert werden.
In der Figur 17 ist ein Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 gezeigt, das im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 12 entspricht. In der Figur 17 sind die Gräben 35 aber zusätzlich mit einem wärmeleitenden Material gefüllt. Bei dem wärmeleitenden Material kann es sich um A1N, SiC, DLC oder ein Metall, wie Au, Pt, Pd, Rh, Ti, Cr, Sn, Ni, AI, Cu, Ag, In, Zn, W, Ta, oder eine Kombinationen aus diesen Materialien handeln .
In der Figur 17 ist das in die Gräben 35 gefüllte
wärmeleitende Material von dem Material der Kühlelemente 30/Kontaktelemente 20 durch eine isolierende Schicht 21 elektrisch isoliert.
Bei dem Ausführungsbeispiel des Laserbarrens 100 der Figur 18 ist auf diese Isolation zwischen dem wärmeleitenden Material in den Gräben 35 und den Kühlelementen 30/Kontaktelementen 20 verzichtet. Das wärmeleitende Material in den Gräben 35 ist also insbesondere elektrisch leitend mit den Kühlelementen 30/Kontaktelementen 20 verbunden. Dadurch kann die über das wärmeleitende Material der Gräben 35 in Richtung Kontaktseite 10 transportierte Wärme an der Kontaktseite 10 großflächig auch auf die Kontaktelemente 20 /Kühlelemente 30 verteilt werden, was die Kühleffizienz weiter erhöht.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 12 bis 18 weisen die Gräben 35 eine Breite, gemessen entlang der lateralen Querrichtung X, von beispielsweise zwischen einschließlich 10 ym und 200 ym auf. Die Längen der Gräben 35, gemessen entlang der lateralen Längsrichtung Y, sind bevorzugt um ein
Vielfaches größer als die Breiten.
Ferner sind in den Ausführungsbeispielen der Figuren 12 bis 18 stets Entkopplungsstrukturen 3 gezeigt, die sowohl ein Kühlelement 30 als auch einen Graben 35 umfassen. Es ist aber auch möglich, dass die Entkopplungsstrukturen 3 nur die dargestellten Gräben 35 ohne die Kühlelemente 30 umfassen.
In der Figur 19 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauteils 1000 gezeigt. Das
optoelektronische Bauteil 1000 umfasst einen Laserbarren 100 wie im Zusammenhang mit der Figur 3 beschrieben. Der
Laserbarren 100 ist auf eine Wärmesenke 200 aufgelötet. Die Wärmesenke 200 wirkt vorliegend auch als elektrischer
Anschlussträger zur Kontaktierung der Kontaktelemente 20. Die Wärmesenke 200 umfasst ebenfalls Gräben, die sich senkrecht zur aktiven Schicht erstrecken. Diese Gräben reduzieren in der Wärmesenke 200 einen Wärmetransport entlang der lateralen Querrichtung X.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 119 664.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
2 Einzelemitter
3 thermische Entkopplungsstruktur
10 Kontaktseite der Halbleiterschichtenfolge 1
11 aktive Schicht
12 Kontaktbereich der Kontaktseite 10
13 Kühlbereich der Kontaktseite 10
14 Aufwachsubstrat
15 Rippe
16 Gegenkontaktseite
17 Facette
20 Kontaktelement
21 elektrisch isolierende Schicht
23 Kontaktschicht
26 Gegenkontaktelement
30 Kühlelement
31 Trennschicht
35 Graben
100 Laserbarren
200 Wärmesenke
1000 optoelektronisches Bauteil
X lateraler Querrichtung
Y lateralen Längsrichtung

Claims

Patentansprüche
Kantenemittierender Laserbarren (100) umfassend:
eine AlInGaN-basierte Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer Kontaktseite (10) und einer aktiven Schicht (11) zur Erzeugung von Laserstrahlung,
mehrere, in einer lateralen Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander angeordnete Einzelemitter (2), die im bestimmungsgemäßen Betrieb jeweils Laserstrahlung emittieren,
mehrere, in der lateralen Querrichtung nebeneinander und beanstandet voneinander auf der Kontaktseite (10)
angeordnete Kontaktelemente (20) zur elektrischen
Kontaktierung der Einzelemitter (2), wobei jedes
Kontaktelement (20) einem Einzelemitter (2) zugeordnet ist, wobei
jedes Kontaktelement (20) über einen zusammenhängenden Kontaktbereich (12) der Kontaktseite (10) elektrisch leitend an die Halbleiterschichtenfolge (1) gekoppelt ist, sodass über den Kontaktbereich (12) ein Stromfluss
zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und dem
Kontaktelement (20) ermöglicht ist,
der Laserbarren (100) im Bereich zwischen zwei
benachbarten Einzelemittern (2) eine thermische
Entkopplungsstruktur (3) aufweist, die einem
Wärmeaustausch zwischen den beiden benachbarten
Einzelemittern (2) entgegenwirkt, wobei
die Entkopplungsstruktur (3) ein auf der Kontaktseite (10) aufgebrachtes, elektrisch leitfähiges Kühlelement (30) umfasst, das einen zusammenhängenden Kühlbereich (13) der Kontaktseite (10) vollständig überdeckt,
das Kühlelement (20) entlang des Kühlbereichs (13)
elektrisch von der Halbleiterschichtenfolge (1) isoliert ist und entlang des Kühlbereichs (13) thermisch an die Halbleiterschichtenfolge (1) gekoppelt ist,
- der Kühlbereich (13) eine Breite, gemessen entlang der
lateralen Querrichtung, aufweist, die zumindest halb so groß ist wie die Breite eines benachbarten Kontaktbereichs
(12) .
2. Laserbarren (100) nach Anspruch 1,
wobei die Kontaktelemente (20) voneinander getrennt sind und nicht zusammenhängen.
3. Laserbarren (100) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Kühlelement (30) durch ein Kontaktelement (20) eines zu der Entkopplungsstruktur (3) benachbarten
Einzelemitters (2) gebildet ist.
4. Laserbarren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- in dem Kühlbereich (13) das Kühlelement (30) durch eine Trennschicht (31) von der Kontaktseite (10) der
Halbleiterschichtenfolge (1) beabstandet ist,
- die Trennschicht (31) eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 50 W/(m-K) aufweist.
5. Laserbarren nach Anspruch 4,
wobei die Trennschicht (31) eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: SiC, DLC, A1N.
6. Laserbarren nach Anspruch 3 oder nach einem der Ansprüche 4 oder 5 in ihrem Rückbezug auf Anspruch 3, wobei
- beidseitig eines Einzelemitters (2) Entkopplungsstrukturen (3) mit je einem Kühlelement (30) vorgesehen sind, und - die Kühlelemente (30) der beiden beidseitig angeordneten Entkopplungsstrukturen (3) durch das Kontaktelement (20) des Einzelemitters (2) gebildet sind. 7. Laserbarren (100) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, wobei
das Kühlelement (30) ein von den Kontaktelementen (20) separates Element ist, das zu den Kontaktelementen (20) in der lateralen Querrichtung beabstandet ist,
- das Kühlelement (30) von der Halbleiterschichtenfolge (1) vollständig elektrisch isoliert ist.
8. Laserbarren (100) nach Anspruch 7, wobei
das Kühlelement (30) die gleiche Materialzusammensetzung wie die Kontaktelemente (20) aufweist,
das Kühlelement (30) im Rahmen der Herstellungstoleranz die gleichen lateralen Abmessungen wie die einzelnen
Kontaktelemente (20) aufweist. 9. Laserbarren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Halbleiterschichtenfolge (1) an der Kontaktseite (11) eine Mehrzahl von in lateraler Querrichtung beabstandeten, parallel verlaufende Rippen (15) umfasst,
- jeder Einzelemitter (2) eine Rippe (15) umfasst, wobei der Kontaktbereich (12) jeweils im Bereich der Rippe (15) ausgebildet ist, sodass für den Betrieb des Einzelemitters (2) Ladungsträger aus dem zugehörigen Kontaktelement (20) über die zugehörige Rippe (15) in die aktive Schicht (10) injiziert werden.
10. Laserbarren (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Entkopplungsstruktur (3) eine Rippe (15) umfasst, der Kühlbereich (13) der Entkopplungsstruktur (3) sich über zumindest 80 % der der Entkopplungsstruktur (3) zugeordneten Rippe (15) erstreckt.
11. Laserbarren (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Entkopplungsstruktur (3) zwei elektrisch leitende Kühlelemente (30) umfasst, die in der lateralen Querrichtung zueinander beabstandet sind und nicht zusammenhängen.
12. Laserbarren (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Einzelemitter (2) gewinngeführte Laserdioden sind.
13. Laserbarren (100) nach Anspruch 7 oder nach einem der Ansprüche 8 bis 12 in ihrem Rückbezug auf Anspruch 7, wobei
alle Kontaktelemente (20) äquidistant zueinander
angeordnet sind,
im Bereich zwischen je zwei Einzelemittern (2) ein oder mehrere Kühlelemente (30) angeordnet sind, die jeweils von den Kontaktelementen (20) verschiedene Elemente sind, die Abstände von je einem Kontaktelement (20) zu den beiden nächstliegenden, beidseitig des Kontaktelements (20) angeordneten Kühlelementen (30) gleich groß sind.
14. Laserbarren (100) nach Anspruch 7 oder nach einem der Ansprüche 8 bis 12 in ihrem Rückbezug auf Anspruch 7, wobei
alle Kontaktelemente (20) äquidistant zueinander
angeordnet sind, im Bereich zwischen je zwei Einzelemittern (2) ein oder mehrere Kühlelemente (30) angeordnet sind, die jeweils von den Kontaktelementen (20) verschiedene Elemente sind, die Abstände zwischen je einem Kontaktelement (20) und den beiden nächstliegenden, beidseitig zu dem Kontaktelement
(20) angeordneten Kühlelementen (30) unterschiedlich groß sind .
15. Optoelektronisches Bauteil (1000), umfassend
- einen Laserbarren (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
eine Wärmesenke (200), wobei
die Kontaktelemente (20) und die Kühlelemente (30) jeweils über ein Lotmaterial oder einen Kleber mit der Wärmesenke (200) verbunden sind.
16. Kantenemittierender Laserbarren (100), umfassend:
eine AlInGaN-basierte Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer Kontaktseite (10) und einer aktiven Schicht (11) zur Erzeugung von Laserstrahlung,
mehrere, in einer lateralen Querrichtung nebeneinander und beabstandet voneinander angeordnete Einzelemitter (2), die im bestimmungsgemäßen Betrieb jeweils Laserstrahlung emittieren,
- mehrere, in der lateralen Querrichtung nebeneinander und beanstandet voneinander auf der Kontaktseite (10)
angeordnete Kontaktelemente (20) zur elektrischen
Kontaktierung der Einzelemitter (2), wobei jedes
Kontaktelement (20) einem Einzelemitter (2) zugeordnet ist, wobei
jedes Kontaktelement (20) über einen zusammenhängenden Kontaktbereich (12) der Kontaktseite (10) elektrisch leitend an die Halbleiterschichtenfolge (1) gekoppelt ist, sodass über den Kontaktbereich (12) ein Stromfluss zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und dem
Kontaktelement (20) ermöglicht
der Laserbarren (100) im Bereich zwischen zwei
benachbarten Einzelemittern (2) eine thermische
Entkopplungsstruktur (3) aufweist, die einem
Wärmeaustausch zwischen den beiden benachbarten
Einzelemittern (2) entgegenwirkt,
die Entkopplungsstruktur (3) einen Graben (35) umfasst, der sich in vertikaler Richtung, senkrecht zur aktiven
Schicht (11), zumindest teilweise durch den Laserbarren
(100) erstreckt.
17. Laserbarren (100) nach Anspruch 16,
wobei der Graben (35) sich zumindest teilweise durch die Halbleiterschichtenfolge (1) erstreckt.
18. Laserbarren (100) nach Anspruch 16 oder 17,
wobei die Kontaktelemente (20) voneinander getrennt sind und nicht zusammenhängen.
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