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CN104201559B - 激光光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光光源，尤其是用于发出具有垂直远场射束轮廓的相干电磁辐射的激光光源，包含:用于产生相干电磁辐射的半导体层组，在基底上具有有源区，其中在运行中至少从射束输出耦合面的主发射区以射束方向发出相干电磁辐射，通过所述半导体层组的侧面形成射束输出耦合面；过滤元件，其在垂直的远场射束轮廓中抑制在运行中产生、从射束输出耦合面的与所述主发射区垂直偏移的并且在空间上分离的副发射区发出的相干电磁辐射；其中所述半导体层组和所述过滤元件分别布置在散热器上，以及其中所述过滤元件与所述主发射区并且与所述副发射区垂直偏移地从射束输出耦合面延伸开，所述过滤元件特别可以具有平行于射束方向的主延伸面。

Description

激光光源
本申请是申请号为201180029449.5、申请日为2011年4月6日、发明名称为“激光光源”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本专利申请要求德国专利申请10 2010 015 197.1的优先权，其公开内容通过回引而结合于此。
本发明涉及一种激光光源。
背景技术
在许多应用领域对激光二极管的射束质量提出越来越高的要求。如此高要求的应用领域的实例是例如投影应用。在如此的应用中激光束通常照射到时而远离的屏幕上，激光射束的远场质量确定了投影应用的质量并因此确定了图像质量，这是由观察者能够察觉到的。对此远场射束轮廓的质量决定激光束的可调焦性和可对准性，因此优选使用具有高斯形状射束轮廓的单模激光二极管。远场射束轮廓与高斯形状射束轮廓的偏差导致受限的可聚焦性和可对准性。
在通常的激光二极管产品中一般会发现一部分二极管、其虽然满足所有功率标准、可是在垂直远场中显示出干扰。这例如可能在垂直的远场射束轮廓中通过最大强度表示，其除了在主发射锥体外在某一角度范围内出现。基于如此非高斯远场射束轮廓的上述缺点通常舍弃这种部件。
垂直远场射束轮廓的低强度干扰虽然不会必然导致激光二极管的弃用，可是仍然可能导致成像特性的一定损失。在已知的激光二极管中在垂直的远场射束轮廓中存在如此的或多或少强度的干扰，因为通常的外延生长设计目前不足以定义快速轴远场射束了轮廓、也就是在边发射的激光二极管中垂直的远场射束轮廓，以便在所有部件中实现所希望的高斯远场射束轮廓。
除了已经提到的、从100%测量远场中选择部件外、这虽然成功得以使用，可是同时由于因弃用而引起的成品率下降也提高了生产成本，或除了容忍导致投影图像逸散的干扰之外、例如从US 7,103,082 B2中也已知了用于改善远场的侧面芯片结构，可是其没有套用于垂直远场上。
在固体激光器或者固体激光系统中如此提到的振荡模阑（Modenblende）也可能有助于远场改善，可是振荡模阑在调整过程中是非常昂贵的并且不能用于改善半导体激光器、比如基于氮化物的二极管激光器的垂直远场射束轮廓。
发明内容
至少一个实施形式的技术问题是：给出一个具有半导体层组的激光光源，其用于发射具有垂直远场射束轮廓的相干电磁辐射。通过如下所述的方案来解决该技术问题。该对象的有益实施形式和改进从下面的描述和附图说明得出。
根据本发明的一种用于发出具有垂直远场射束轮廓的相干电磁辐射的激光光源，包含:用于产生相干电磁辐射的半导体层组，在基底上具有有源区，其中在运行中至少从射束输出耦合面的主发射区以射束方向发出相干电磁辐射，通过所述半导体层组的侧面形成射束输出耦合面；过滤元件，其在垂直的远场射束轮廓中抑制在运行中产生、从射束输出耦合面的相对于所述主发射区垂直偏移的并且在空间上分离的副发射区发出的相干电磁辐射；其中所述半导体层组和所述过滤元件分别布置在热沉上，以及所述过滤元件相对于所述主发射区并且相对于所述副发射区垂直偏移地从射束输出耦合面延伸开，所述过滤元件特别可以具有平行于射束方向的主延伸面。
根据本发明的另一种用于发出具有垂直远场射束轮廓的相干电磁辐射的激光光源，包含:用于产生相干电磁辐射的半导体层组，在基底上具有有源区，其中在运行中至少从射束输出耦合面的主发射区以射束方向发出相干电磁辐射，通过所述半导体层组的侧面形成射束输出耦合面；过滤元件，其在垂直的远场射束轮廓中抑制在运行中产生、从射束输出耦合面的相对于所述主发射区垂直偏移的并且在空间上分离的副发射区发出的相干电磁辐射；其中所述半导体层组和所述过滤元件分别布置在热沉上，以及所述过滤元件包含二极管和/或光电二极管。
根据至少一个实施形式用于发射具有垂直远场射束轮廓的相干电磁辐射的激光光源特别包含一个用于产生相干电磁辐射的半导体层组，其在其底上具有一个有源区，其中在运行中至少从射束输出耦合面的主发射区在射束方向上发出相干电磁辐射，并且通过半导体层组的侧面形成射束输出耦合面。此外激光光源包含一个过滤元件，其在垂直的远场射束轮廓中抑制在运行中产生的、来自射束输出耦合面的、相对于主发射区垂直偏移并且在空间上分离的副发射区发出的相干电磁辐射。
从主发射区发出的相干电磁辐射在这里和下文中也称为主发射，而从副发射区发射的相干电磁辐射也称为副发射。
从对从射束输出耦合面的副发射区射出的相干电磁辐射的抑制特别表明，避免或消除在垂直远场射束轮廓中由副发射引起的、例如以在主发射的主峰之下的、一个或多个副峰形式的干扰，因此有利地可以使用具有半导体层组的激光光源，其虽然可能附加于主发射具有副发射，可是在该半导体层组中由过滤元件如此抑制副发射，即例如对于投影图像实现所希望的射束特性、特别是所希望的垂直远场射束轮廓。
正如下面进一步描述的，半导体层组实施为外延生长的层组。半导体层组的、通过外延生长确定的、层的生长方向在这里和在下文中也称作垂直方向或称作垂直的 。特别是垂直方向相当于本领域普通技术人员已知的、发出相干电磁辐射的“快速轴”。垂直的远场射束轮廓对此表示这样的远场射束轮廓，即：其在垂直方向上具有相干电磁辐射。
在运行中从射束输出耦合面的主发射区发出的相干电磁辐射具有一个发射锥体，其轴相当于射束方向。
在所描述的激光光源中尽管存在一个可能的副发射仍然可以应用大部分所生产的部件，其中在此描述的激光光源的远场与已知的激光二极管相比显著改善并且例如特别在垂直方向上是高斯状的。由此例如在投影应用中可以改善图像质量。此外在所描述的激光光源中仅仅由于过滤元件产生较低的附加费用，并且可以完全取消附加光学元件的复杂校准。
半导体层组可以实施为外延层组或实施为具有外延层组的、发射射束的半导体芯片、也就是实施为外延生长的半导体层组。通过半导体层组的外延生长得出一个生长方向，如此半导体层组具有一个底面和顶面，其垂直于生长方向并且通过半导体层组的、分别彼此平行于生长方向的侧面彼此连接。在此描述的激光光源可以特别包含一个半导体层组，通过侧面形成其射束输出耦合面并且因此可以实施为所谓的边发射半导体激光器。
对此，半导体层组例如基于Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系、特别是基于这些材料中一种或多种、InGaAlN、InGaAlP或AlGaAs，其中半导体层组具有由若干个单层形成的层组，这些单层分别可以具有一种或多种上述材料体系。半导体层组也可以备选或附加具有Ⅱ-Ⅵ化合物半导体材料体系。以如此的材料体系可以生产这样的半导体层组，其发射在紫外线至红外线波长区域内、优选在可见光波长区域内的电磁辐射。
半导体层组的基底、在其上面叠置外延层、可以包含一种半导体材料、例如上述化合物半导体材料体系之一。特别是基底可以包含蓝宝石、砷化镓、磷化镓、氮化镓、磷化铟、碳化硅、硅和/或锗或可以由它们形成的材料。
半导体层组可以例如具有传统的pn结、双异质结构（Doppelheterostruktur）、单量子阱结构（SQW结构）或多量子阱结构（MQW结构）作为有源区。半导体层组在有源区可以包含另外的功能层和功能区。比如无掺杂或p掺杂或n掺杂的约束层、外壳层或波导层、阻挡层、平面层、缓冲层、保护层、钝化层和/或电极层以及其中的组合。关于有源区的如此结构本领域普通技术人员关于组成、功能和结构是已知的并且因此在这里不再详细阐述。此外垂直于半导体层组的生长方向例如在半导体层组的侧面也可以叠置附加层、比如缓冲层、阻挡层和/或保护层或钝化层。例如在射束输出耦合面上特别可以叠置一个或多个钝化层。
为了在横向的基本模式中能够运行实施为边发射的半导体激光二极管的半导体层组，半导体的层组的、布置在有源区的至少一个侧面上的层可以构造为例如桥形和/或梯形。本领域普通技术人员知桥形波导（Stegwellenleiter）、拱肋形波导(Rippenwellenleiter)、“脊形结构(Ridge-Struktur)”、“梯形结构(Trapezstruktur)”或“锥形结构(tapered structure)”等等的这些半导体层组的实施构型并且在此不再阐明。射束输出耦合面特别可以包含半导体层组的一个完整侧面并因此通过基底的侧面以及其上布置的、外延离析层的侧面形成。
此外半导体层组可以具有用于相干电磁辐射的光谐振器。该谐振器特别在射束输出耦合面上包含一个第一反射镜并且在与射束输出耦合面相对的、半导体层组的背面上特别包含一个第二反射镜，在二者之间布置有源区。此外半导体层组可以实施为所谓的“分布反馈激光器”、缩写为DFB激光器。本领域普通技术人员已知在此提到的谐振器结构并且因此不再阐明。
通过半导体层组的谐振器特性以及波导特性可以得出形成一个副发射区，其垂直于主发射区并且与其在空间上分离。副发射、也就是从射束输出耦合面的副发射区发出相干电磁辐射、可以具有同主发射的射束方向大于0°的角度，由此在远场射束轮廓中除了主发射的主峰外可以形成一个或多个侧峰。
根据另一个实施形式特有过滤元件，其遮蔽或吸收在半导体层组旁边或直接在半导体层组上由主发射区发射的相干电磁辐射。为此过滤元件可以实施为立体角度覆盖、例如实施为半空间覆盖，并且为此具有一个适当的形状或也可以直接布置在半导体层组上或布置在附近。由此过滤元件特别适合直接在发射点、也就是直接在副发射区或邻近副发射区遮蔽副发射，其中有利地主发射、也就是由射束输出耦合面的主发射区发射的相干电磁辐射完全或至少几乎没有影响并且没有限制地得以保持，有利地可以避免不利的远场射束轮廓发生改变（比如其导致与射束输出耦合面的较大间距内使用一个光阑）。
根据另一个实施形式激光光源此外包含一个热沉,在该热沉上布置半导体层组和过滤元件。特别是半导体层组以基底布置并安装在热沉上、例如焊接或粘接。半导体层组以基底布置在热沉上的备用方案，半导体层组也可以以半导体层组的、背离基底的上表面叠置在热沉上。鉴于通常的生长顺序、在该生长顺序中在基底上首先离析n导电层并且然后在其上面离析最后的并且形成上表面的p导电层、则如此的布置也可以称作p型侧面向下（p-side-down）。
热沉可以是金属和/或导热率较高的陶瓷材料。例如热沉可以由铝或铜形成，由此半导体层组从基底经过热沉也可以电接触。热沉上的过滤元件可以特别在由主发射区发射的电磁辐射的射束方向上布置在半导体层组的后面。热沉上的过滤元件特别可以遮盖立体角区域，在该立体角区域内射束输出耦合面的副发射区发射副发射。对此过滤元件可以直接邻接半导体层组或也可以与半导体层组在空间上分离、也就是隔离地布置在热沉上。
此外过滤元件可以具有一个平行于射束方向的主延伸面。这例如表明，过滤元件实施为平面并且垂直于主发射区并且垂直于副发射区、沿着射束方向延伸。过滤元件例如可以包含一部分热沉、特别是可以包含热沉的这样一部分表面、在其上面布置半导体层组。为此热沉从半导体层组的射束输出耦合面看去在半导体层组的射束方向上延伸并因此具有其中部分，该部分在半导体层组的前面伸出、也就是说其布置在半导体层组的前面。对此热沉具有一个带有前边缘的平面，其与半导体层组的射束输出耦合面具有一定间距，如此产生热沉的这样表面区域。从副发射区发出的相干电磁辐射入射到该区域上。对此通过该表面区域可以形成过滤元件。
此外热沉可以具有一个在射束方向上布置在半导体层组后面的台阶。对此过滤元件可以布置在台阶的、面对半导体层组和射束输出耦合面的侧面上。可以如此实施该台阶的高度，即不干扰或至少基本上不影响射束输出耦合面的主发射，然而遮蔽副发射。对此可以通过台阶的、面对半导体层组的侧面形成过滤元件。
此外过滤元件可以包含一个吸收体、二极管和/或光电二极管。对此吸收体、二极管和/或光电二极管布置在副发射射入的、热沉的表面或者表面区域。
如果过滤元件包含二极管或光电二极管，则其同时也可以实施为ESD保护二极管并且相应与半导体层组错接。由此激光光源不需要另外的ESD保护二极管也是可能的，由此有利地可以产生一个紧密的结构。
如果过滤元件包含一个光电二极管，则可以使用从射束输出耦合面的副发射区发出的相干电磁辐射，以便测量并且监视激光光源的输出功率。光电二极管用作过滤元件有利地改善垂直远场射束轮廓与附加获得监视可能性的最佳合作效果。
此外激光光源可以布置在载体上。该载体例如可以实施为已知的半导体激光二极管的外壳或其中一部分。例如该载体可以是所谓的TO38外壳、TO56外壳或TO90外壳或者其中一部分。如果激光光源包含一个热沉，则热沉如此布置在该载体上，即在半导体层组运行时产生的热量通过热沉可以传递到该载体上。
此外过滤元件附加或者备选可以直接在射束输出耦合面上具有一个用于由半导体层组产生的相干电磁辐射的第一吸收体和/或直接在与射束输耦合面相对的、半导体层组的背面上具有一个第二吸收体。对此第一吸收体和/或第二吸收体可以布置在涂层、例如平面涂层和/或反射涂层上。第一吸收体特别可以至少布置的副发射区。第二吸收体至少可以布置在与副发射区相对的背面区域上。通过第一和/或第二吸收体可以直接在射束输出耦合面和/或背面上吸收副发射。
特别是绝缘的、半导体的或金属的材料、例如从氮氧化硅、氧化锆、氧化钛、五氧化二钽、二氧化钽、氧化铝、氧化钇、氧化铬、氮氧化铝、硅、锗、亚碲酸锌、金、钛、钽、铌、铜、铬、钯、铂、镍和铝的组中选择一种或多种材料适合作为在此描述的过滤元件的吸收体的材料。在应用绝缘材料、例如上述氧化物或氮氧化物之一的情况下为了提高或者控制吸收作用局部在缺氧下离析吸收体。接下来在氧气中的退火用于再度降低或者匹配吸收。通过控制氧含量和退火条件能够进行匹配。如果吸收体包含金属，则直接镀在射束输出耦和面或背面上，如此有利地在半导体层组和吸收体之间半导体层组在相应的侧面上具有绝缘涂层、例如平面涂层或反射涂层作为射束输出耦合面或者作为底面。特别优选吸收体具有不可饱和材料。
此外借助于所谓的自调整方法将第一和/或第二吸收体涂敷在射束输出耦合面或者背面上。这特别表明，从主发射区发出的电磁辐射导致在主发射区内第一吸收体和/或在与主发射区相对的区域内第二吸收体自调整地降低吸收作用。为此在整个射束输出耦合面和/或背面上可以涂敷适当的材料、例如聚合物层、含炭层、吸收的氧化物层和/或一个薄金属层，在半导体层组投入运行时在主发射区范围或者与主发射区相对的背面区域范围内通过相干电磁辐射该材料能够完全或者部分烧掉或者改变吸收性。这例如在控制的气体、例如氧气或者臭氧中进行。对此如此选择吸收体的材料和其厚度，即：副发射的强度不足以烧掉吸收层或改变其吸收性，如此第一或者第二吸收体形成自调整的光阑形式。
上述过滤元件具有这样的优点，即：本身不影响半导体层组的生产过程，由此通过更高的过程安全使风险降低到最小限度。
根据另一个实施形式过滤元件在主发射区和基底之间包含至少一个吸收层，其具有吸收相干电磁辐射的半导体材料。对此该吸收层可以在半导体层组外延生长期间在有源区之前涂敷在基底上。由此可以如此抑制在有源区外部的半导体层组内部并且特别是在副发射区的范围内相干电磁辐射的波导入与扩散，即从副发射区不再或基本上不再发射电磁辐射。此外过滤元件可以具有多个吸收层，此外特别优选这些吸收层彼此以λ/4的间距布置，其中λ表示激光光源发出的电磁辐射的平均波长。
吸收层在基于氮化物的半导体层组的情况下例如具有一个薄的InGaN层，其具有较高的空穴密度，由此通过在吸收层中应用空穴吸收可以实现抑制副发射。通过退火产生在吸收层内空穴充足的区域或较高的空穴密度。此外吸收层也可能具有InGaN不均匀性，如此在铟充足的区域出现带边缘吸收。
此外在至少一个吸收层和基底之间可以布置一个反射层。该反射层（例如可能包含半导体或金属材料或也可以形成为层组）有利地可以反射第一次穿过吸收层的相干电磁辐射，如此该辐射必须第二次通过吸收层，由此有利地能够显著抑制和吸收。
根据另一个实施形式过滤元件在基底的、与有源区相对的底面上包含至少一个空隙。对此空隙可以从基底的底面在有源区的方向上延伸进入基底。特别是至少一个空隙延伸进入基底如此深，即其在垂直方向上与副发射区重叠，如此至少一个空隙插入基底的该区内，实现在基底内部从副发射区发出的相干电磁辐射导入该区域。通过如此构造基底底面可以降低或完全阻止副发射。
至少一个空隙可以包括深槽（Vertiefung）、孔(Bohrung)、沟(Graben)、开口(Öffung)和/或盲孔（Sackloch）。对此通过锯开、钻孔、光构造、干蚀刻、湿蚀刻或其中组合产生至少一个空隙。至少一个空隙可以与射束输出耦合面和/或与基底的、与射束输出耦合面相对的背面分别间隔开。这特别表明，至少一个空隙沿着射束方向不穿过整个基底延伸。
此外至少一个空隙也可以包含多个空隙。这些空隙例如可以在射束方向上和/或在横向上、也就是说垂直于射束方向并排布置。对此至少一个空隙可以具有一个或多个沿着和/或垂直于射束方向的盲孔和/或直线的或折线的沟道。多个空隙可以沿着射束方向和/或垂直于射束方向周期性或非周期性、也就是无规律地布置。
此外至少一个空隙也可以是基底底面的粗糙的一部分。对此如此形成该粗糙的不平度，即至少一个空隙并且因此该粗糙延伸进入基底的一部分，从副发射区发出的电磁辐射在这里扩散。例如可以借助于锯和/或蚀刻产生该粗糙或者附加或备选以激光镌刻该粗糙。
此外至少一个空隙也可以从射束输出耦合面延伸到基底的、与射束输出耦合面相对的背面。这特别表明，至少一个空隙形成为轴向沟道，其在射束方向上完全穿过基底延伸。此外一个如此的、在射束方向上完全穿过基底延伸的深槽也在横向上、也就是垂直于射束方向上完全穿过基底延伸。这也表明，由此制造过滤元件，即完全或至少部分离开底面。由此也可以远离一部分基底，从射束输出耦合面的副发射区发出的相干电磁辐射导入该部分基底，如此在上述意义上不再存在副发射。
此外至少部分用吸收相干电磁辐射的材料和/或导热材料填充至少一个空隙。由此可以更好地抑制从副发射区发出的相干电磁辐射和/或改善例如到热沉上的热量传递。与第一和第二吸收体相关联的上述材料适合作为吸收材料和/或导热材料。
根据另一个实施形式空隙包含基底在射束输出耦合面上的一个倾斜。对此该倾斜的至少一部分包含副发射区，相反该倾斜不是一直延伸到主发射区。由此有利地可以实现从主发射的射束方向中引导出副发射并且因此在可辨认的远场中不再存在副发射。
附图说明
从下面结合图1A至12B描述的实施形式中给出本发明的另外优点和有益实施形式与改进。
图1A和1B示出了用于发射相干电磁辐射的半导体层组的示意图和远场射束轮廓图，图2A至2C示出了根据一些实施例的激光光源的示意图，图3至11C示出了根据另外实施例的激光光源的示意图并且图12A至12B示出了激光光源的远场射束轮廓图。
在实施例和图中相同或相同作用的组成部分分别带有相同参考符号。示出的及其相互比例原则上不是按正确比例，更确切地说为了更好地描述和/或更好地理解或尺寸过厚或过大地示出各个元件、比如层、构件、组件和区域。
具体实施方式
在图1中示出了一个用于产生相干电磁辐射的半导体层组1。对此单纯示范性地示出了一个半导体层组1，其基于一个氮化物-半导体混合体系。对此半导体层组也可以有选择地具有另外的、在公共部分中描述的材料体系或包括如此材料体系。
半导体层组1具有大约110μm厚n型掺杂的GaN（氮化镓）基底2。在其上面外延离析有源区域3。该有源区域3包含多个单层，为了清楚明了而没有示出这些单层。有源区域3在n和p外表层与波导层之间特别具有一个活性层，其在示出的实施例中基于GaN化合物半导体材料体系并且具有在公共部分中描述特性和组成成分。该有源区3构造为桥形波导，通过其侧面例如以SiOx、AlOx和/或SiNi离析出钝化层7。
为了电接触半导体层组1在钝化层7和有源区3上具有一个多层的接触层堆积，这些层例如可以具有镍、铂、钯、钛和/或金，而在背离有源区3的基底底面上沉积具有多个金属层的另一个电接触层组9。本领域普通技术人员已知在图1A中示出的、实施为具有桥形波导结构的边发射半导体激光器的半导体层组的结构及其变化，因此在这里不再解释。特别是下面的实施例不限于在图1示出的半导体层组1。
图1A中的半导体层组在正视图中可视示出了射束输出耦合面4。该耦合面、比如与射束输出耦合面4相对的、半导体层组1的背面具有一个或多个反射层和/或钝化层（没有示出）。在有源区3中借助于虚线表明主发射区5，在这个主发射区内在射束方向的区域中发出相干电磁辐射，射束方向在所示的视图中垂直于纸面凸出于该区域。因此通过半导体层组1的侧面形成射束输出耦合面4，该侧面包含有源区3的侧面以及基底2的侧面。在基底2的侧面上借助于虚线表明副发射区6，其垂直于主发射区5并且空间上与其分离。在所示的实施例中副发射区6与主发射区5在垂直方向上、也就是在沿着有源区3的生长方向上间距为大约80微米。通过一个附加方式在半导体层组1中产生由副发射区6发出的相干电磁辐射，其进入基底2中。半导体层组1可以按有源区3的材料的组成成分输出绿色、蓝色或紫外线激光。
在图1B中示出了由图1A的半导体层组发出的相干电磁辐射的垂直远场射束轮廓图101。对此在水平X轴上以相对于射束方向的度数示出了辐射角φ。在垂直的Y轴上绘出了在任一单元内发出的相干电磁辐射的相对强度。很明显在0°时、也就是沿着射束方向有最大值，其相当于主发射区5的相干电磁辐射的最大辐射强度。此外在对着主发射的射束方向倾斜大约20°的方向下面可以看到一个通过由副发射区6发出的相干电磁辐射引起的侧向峰102。对此副发射具有沿着射束方向比主发射低的强度。
在下面的图中分别以示意图示出了半导体层组1，在图1A中其相当于通过主发射区5和副发射区6的、半导体层组1的垂直剖面图。为了清楚明了在半导体层组的下面的图中仅仅示出基底2和有源区3，而没有示出主发射区5、副发射区6、电接触层组8、9以及电连接方法、比如压焊丝（Bonddrähte）和/或焊接剂(Lötmittel)。
根据图2A实施例的激光光源附加于半导体层组1具有一个热沉14，在该热沉上半导体层组1与在有源区3对面的基底底面焊接在一起。热沉14具有热导率较高的材料，如此可以高效散发在半导体层组1运行时产生的热量。半导体层组1与热沉14一起叠置于一个基座15上，该基座例如可以是外壳的一部分、例如特别可以是常用激光二极管管壳、比如TO38管壳的一部分。
此外示出了射束输出耦合面4以及由主发射区5发出的相干电磁辐射10，该电磁辐射沿着射束方向11在辐射锥体内发射，通过该辐射锥体得出没有侧向峰102的、在图1B中示出的垂直远场射束轮廓图。此外还示出了由射束输出耦合面4的副发射区6发射的相干辐射，该辐射关于其射束方向包括具有主发射10的射束方向11的一个角度91，其中角度91相当于在图1B中示出的角度φ。正如在图1B中所示的，副发射12在与主发射10的射束方向11成大约20度的角度下发出。对此单纯示范性地理解角度91并且该角度不局限于在这里示出的以及下文中的实施例。更确切地说在这里所示出的激光光源的半导体层组1可以在相对于射束方向11的另一个角度下从副发射区6发射相干电磁辐射12。
根据图2A的实施例的激光光源此外具有一个过滤元件13，其实施为热沉14的面对半导体层组1的表面的一部分。对此热沉14的实施为过滤元件13的表面区域131具有一个长度90，如此选择该长度，即从副发射区6发出的相干电磁辐射12射到过滤元件13上。由此可以高效遮蔽副发射12。热沉14的、排在射束方向11的射束输出耦合面4后面的边缘的所要求的最小间距、也就是说长度90所要求的最小尺寸依赖于副发射区6到半导体层组1的、在有源区3对面的底面的间距和在副发射12的射束方向与主发射10的射束方向之间的角度91。以h表示在半导体层组底面上方的副发射区6的高度、以φ表示角度91并且以a表示长度90，如此得出长度90或者a的最小尺寸：
a > h/tan φ
对于典型的角度91或者φ和典型的半导体层组1来说长度90或者a的值在大约27微米和大约165微米之间。大约150微米的长度90或者a证明是特别适当的。对此长度90或者a还不足够小以便不或者仅仅次要地约束主发射10的发射锥体。
在图12A 和12B中分别示出了多个从激光光源发出的相干电磁辐射的垂直远场射束轮廓图121，其中在图12A中使用了具有常用热沉的激光光源，其在射束方向上仅仅在射束输出耦合面4上方凸出大约20μm，而对于在图12B中测量来说使用了根据图2A实施例的、长度90为大约150μm的热沉。对比图12A和12B很容易看出，在大约20°和大约30°之间的角度范围122内通过由热沉14的表面区域131形成的过滤元件13非常高效地遮蔽副发射12并且没有看到反射。比如在图12B中示出的垂直远场射束轮廓图与根据图12A的远场射束轮廓图相比例如更适合于投影应用，因为激光光源发出的相干电磁辐射始终表明一个没有副峰的、高斯状射束轮廓图。
正如在图2A中所示出的，过滤元件13具有一个主延伸面，其平行于主发射10的射束方向11。
为了抑制在实施为过滤元件13的、热沉14的表面区域131上的可能的反射根据图2B的实施例在热沉14上附加叠置一个吸收体132，其平面并且平行于离开射束输出耦合面4的射束方向11延伸。对此吸收体132可以具有上面在公共部分中提到的、适合吸收由半导体层组1产生的相干电磁辐射12的材料之一。
根据图2C中的实施例一个二极管或正如所示出的一个光电二极管133作为过滤元件叠置在热沉上。由此可以利用由副发射区6发射的相干电磁辐射12，以便测量半导体层组1的输出功率并因此测量激光光源的输出功率。此外光电二极管133也可以作为ESD二极管与半导体层组1错接。为此没有监视功能的ESD保护二极管也可以有选择地代替光电二极管133用作过滤元件13。可以通过在热沉114中的台阶（没有示出）实现光电二极管133的准确的高度匹配，如此可以不遮蔽从主发射区5发出的相干电磁辐射10。
根据图3的一个实施形式热沉14具有一个台阶141，其具有一个面对半导体层组1的侧面，在该侧面上叠置一个实施为过滤元件13的吸收体132。对此如此匹配台阶的高度，即不遮蔽或仅仅次要地遮蔽从主发射区5发射的相干电磁辐射10。作为所示出的实施例的一个替代方案，台阶141的、面对半导体层组1的侧面也可以形成过滤元件，不必在其上面布置一个吸收体132。
在图4A中示出了激光光源的另一个实施例，在该实施例中过滤元件13实施为吸收体132，其直接布置在射束输出耦合面4上。对此该吸收体132可以具有上面在公共部分中提到材料之一。如果导电材料、比如金属用作吸收体材料，则可以由此排除半导体层组1的短路危险，即借助于一个或多个钝化层钝化射束输出耦合面4并因此电绝缘。如果绝缘材料、比如在公共部分中提到的氧化物或氮氧化物之一作为吸收体材料叠置，如此为了增强或者为了控制过滤元件13的吸收作用吸收体132可以在缺氧情况下离析。借助于接下来在O2大气中的退火可以再度降低吸收，如此通过含氧量和退火条件可以调整吸收体132的吸收程度。吸收体132在所示出的实施例中如此叠置在半导体层组1的射束输出耦合面4上，即仅覆盖副发射区6，相反主发射区5是空的。
正如在图4B中的实施例示出的，附加于在射束输出耦合面4上的第一吸收体132可以在与射束输出耦合面4相对的背面16上叠置一个第二吸收体134。对此也能够备选仅仅在背面16上叠置一个吸收体134作为过滤元件13。对于第二吸收体134来说事先对于第一吸收体132所提到的内容同样适用。
在图5A和5B中示出了一个方法，在该方法中吸收层132如此叠置在射束输出耦合面4上，即吸收体132完全覆盖射束输出耦合面4。对此吸收体132可以具有聚合物层、含炭层、吸收的氧化层和/或薄金属层，其厚度如此薄，即：吸收体132在半导体层组1运行时通过由主发射区5发射的相干电磁辐射10至少部分或也可以完全去除或如此改变吸收性，即：主发射12可以从激光光源发出。此外如此匹配吸收体132的厚度，即从副发射区6发出的相干电磁辐射10的强度不足以烧掉吸收体132。由此可以在射束输出耦合面4上以自调整光圈的形式建立一个过滤元件13。可以在一个控制的大气中、例如O2或O3大气中吸收体132烧掉或者退色。
在图6A和6B中示出了一个类似的方法，，其中与图5A和5B相比较附加于在射束输出耦合面4上的第一吸收体132在半导体层组1的、与射束输出耦合面4相对的背面16上叠置一个第二吸收体134。按半导体层组1的背面16的设计方案在半导体层组1运行时在一个在背面16上与射束输出耦合面4的主发射区5相对的区域内也可以烧掉第二吸收体。
在图7A和7B的实施例中示出了激光光源的剖面图或者附属半导体层组1的射束输出耦合面4上的正视图，其中在该实施例中过滤元件13形成为可吸收的半导体材料135，其布置在主发射区5和基底2之间。为此在有源区3外延生长时在基底2上叠置一个由可吸收的、半导体材料135形成的薄层。正如在图1A中所示的、如果半导体层组1例如具有基于氮化物的化合物半导体材料体系，则具有可吸收的、半导体材料135的吸收层例如可以形成为具有充足空穴区域的InGaN层、其例如通过退火产生，或形成为具有InGaN多相性的InGaN层、其通过相应的生长条件产生。为此备选具有可吸收的、半导体材料135的吸收层也可以具有多个由可吸收的、半导体材料形成的层。
通过可吸收的、半导体材料135可以防止或至少降低相干电磁辐射在基底2中扩散，如此在副发射区6中没有相干电磁辐射发出或仅仅发出强度很低的相干电磁辐射12。
在吸收层135的、背离有源区3的侧面上可以附加布置一个或多个反射层或一个反射层组，通过该反射层或反射层组在第一行程中可以穿透吸收层135的相干电磁辐射再度反射回吸收层135并且在那里可以在第二行程中再度吸收。
在图8A中示出了激光光源的另一个实施例，在该实施例中过滤元件13在基底2上包含至少一个空隙136，其布置在基底2的、与有源区3相对的底面上。正如在图8A的实施例中示出的，过滤元件13在基底2上也可以具有多个如此空隙136。对此正如在图8B-8E中示出的，一个或多个空隙136可以形成为垂直于半导体层组的主延伸方向、也就是在垂直方向上沟道形状的孔（图8B）或可以形成为在半导体层组1的主延伸面上的沟道并因此垂直于竖直方向直线、斜线或也可以折弯状布置（图8C、8D和8E）。对此一个或多个空隙136可以是空的（没有示出）或、正如本实施例示出的以吸收体材料132至少部分或完全填充。上述材料之一适合于用作吸收体材料。备选或附加也可以用导热良好的材料至少部分或完全填充空隙136。在此电离析出的金是特别有益的，其不仅导热良好而且也具有较高吸收系数。
对此一个空隙136或多个空隙136从底面深入基底2如此深度，即：其在垂直方向上与副发射区6重叠，如此在该区域内可以抑制或甚至防止相干电磁辐射在基底2中的扩散。
例如通过锯开、通过照相技术和干蚀刻或湿蚀刻或另外的已知构造方法产生空隙136。正如在图8A至8E中示出的，对此空隙136可以周期并且有规律地分布在基底上。正如在图9A至9D中示出的，对此备选，多个形成过滤元件13的空隙136如此分布在基底上，即不形成周期性结构。此外就图8A至8E讲述的内容适合于图9A至9D示出的实施例。
备选或附加于在图8A至9D示出的空隙136，过滤元件13也可以具有至少一个空隙，其从射束输出耦合面沿射束方向11一直延伸到与射束输出耦合面4相对的背面。
在图10的实施例中示出了具有半导体层组1的激光光源，在该半导体层组中空隙136在基底2的整个主延伸面上方延伸，如此降低基底2的厚度，即远离副发射区6。除了基底2的如此的局部远离外基底2也可以完整地或者除了几微米的最低净厚度外远离。
在图11A至11C中示出了激光光源的另一个实施例，在该实施例中过滤元件13实施为在基底2中的空隙，其中空隙分别形成为在射束输出耦合面4上的倾斜137。对此通过倾斜137的至少一部分形成副发射区6，由此实现，由副发射区6发射的相干电磁辐射12进一步从主发射10的发射方向沿着射束方向11导出并且如此在远场中不再存在。对此正如在图11A中示出的，热沉14的表面区域131或附加的吸收体或比如在根据图2A至2C的实施例中的二极管或光电二极管可以形成过滤元件13的附加部分。正如在图11B和11C中示出的，半导体层组1也可以越过热沉14和载体15在上端延伸。
作为在实施例中示出的半导体层组1与基底2在热沉14上的安装的一种备选，半导体层组1也可以和与热沉14分开的基底2一起叠置在热沉14上。如果半导体层组具有典型的生长顺序，在该顺序中在基底2上首先生长有源区3的n型导电层并且然后生长p型导电层，如此在这种情况下也就是所谓的p型侧面向下安装，而在图中纯粹示范性地示出了一个p型侧面向上安装。
在所示出的实施例中和在公共部分中描述的过滤元件也可以彼此组合，如此根据本申请的激光光源也可以具有所描述和示出的滤波元件的组合。
本发明并不是通过根据实施例的描述而局限于此。相反本发明包含每一个新特征以及这些特征的每一种组合，本发明尤其包括在权利要求中特征的每一种组合，即使该特征或这些特征的组合本身没有在权利要求或实施例中明确给出。

Claims (27)

1.一种用于发出具有垂直远场射束轮廓（121）的相干电磁辐射（10）的激光光源，包含:
-用于产生相干电磁辐射的半导体层组（1），在基底（2）上具有有源区（3），其中在运行中至少从射束输出耦合面（4）的主发射区（5）以射束方向（11）发出相干电磁辐射，通过所述半导体层组（1）的侧面形成射束输出耦合面（4），
-过滤元件（13），其在垂直的远场射束轮廓（121）中抑制在运行中产生、从射束输出耦合面（4）的相对于所述主发射区（5）垂直偏移的并且在空间上分离的副发射区（6）发出的相干电磁辐射（12），
其中所述半导体层组（1）和所述过滤元件（13）分别布置在热沉（14）上，以及
其中所述过滤元件（13）相对于所述主发射区（5）并且相对于所述副发射区（6）垂直偏移地从射束输出耦合面（4）延伸开，其中，所述过滤元件（13）能具有平行于射束方向（11）的主延伸面。
2.根据权利要求1的激光光源，其中，所述过滤元件（13）在所述基底（2）的、与所述有源区（3）相对的底面上包含至少一个空隙（136），其中所述半导体层组（1）是基于Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系或Ⅱ-Ⅵ化合物半导体材料体系。
3.根据权利要求2的激光光源，其中，所述至少一个空隙（136）与所述射束输出耦合面（4）和/或与所述射束输出耦合面（4）相对的基底（2）的背面（16）分别间隔开。
4.根据权利要求2的激光光源，其中，所述至少一个空隙（136）包含多个在射束方向（11）上连续布置的空隙（136）。
5.根据权利要求2的激光光源，其中，所述空隙（136）从所述射束输出耦合面（4）一直延伸到与所述射束输出耦合面（4）相对的基底（2）的背面（16）。
6.根据权利要求2至5中任一项的激光光源，其中，所述至少一个空隙（136）至少部分以吸收相干电磁辐射的材料（132）和/或导热材料填充。
7.根据权利要求2的激光光源，其中，所述空隙包含所述基底（2）在射束输出耦合面（4）上的倾斜（137）并且通过该倾斜（137）的至少一部分来形成所述副发射区（6）。
8.根据权利要求2至5中任一项的激光光源，其中，所述过滤元件（13）在所述主发射区（5）和所述基底（2）之间包含至少一个吸收层，其拥有吸收相干电磁辐射的半导体材料（135）。
9.按照权利要求8的激光光源，其中，在所述至少一个吸收层和所述基底（2）之间布置有反射层。
10.根据权利要求1的激光光源，其中，所述过滤元件（13）在所述主发射区（5）和所述基底（2）之间包含至少一个吸收层，其拥有吸收相干电磁辐射的半导体材料（135），其中所述半导体层组（1）是基于Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系或Ⅱ-Ⅵ化合物半导体材料体系。
11.按照权利要求10的激光光源，其中，在所述至少一个吸收层和所述基底（2）之间布置有反射层。
12.按照权利要求2至5中任一项的激光光源，其中，还包含附加的过滤元件，该附加的过滤元件直接在所述射束输出耦合面（4）上具有针对由所述半导体层组（1）产生的相干电磁辐射的第一吸收体（132）和/或直接在与所述射束输出耦合面（4）相对的、半导体层组（1）的背面上具有第二吸收体（134）。
13.按照权利要求12的激光光源，其中，由所述主发射区（5）发出的电磁辐射导致在所述主发射区（5）内第一吸收体（132）的吸收作用的自调整降低和/或在与所述主发射区（5）相对的区域内第二吸收体（134）的吸收作用的自调整降低。
14.按照权利要求1的激光光源，其中，还包含附加的过滤元件，该附加的过滤元件直接在所述射束输出耦合面（4）上具有针对由所述半导体层组（1）产生的相干电磁辐射的第一吸收体（132）和/或直接在与所述射束输出耦合面（4）相对的、半导体层组（1）的背面上具有第二吸收体（134），其中所述半导体层组（1）是基于Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系或Ⅱ-Ⅵ化合物半导体材料体系。
15.按照权利要求14的激光光源，其中，由所述主发射区（5）发出的电磁辐射导致在所述主发射区（5）内第一吸收体（132）的吸收作用的自调整降低和/或在与所述主发射区（5）相对的区域内第二吸收体（134）的吸收作用的自调整降低。
16.一种用于发出具有垂直远场射束轮廓（121）的相干电磁辐射（10）的激光光源，包含:
-用于产生相干电磁辐射的半导体层组（1），在基底（2）上具有有源区（3），其中在运行中至少从射束输出耦合面（4）的主发射区（5）以射束方向（11）发出相干电磁辐射，通过所述半导体层组（1）的侧面形成射束输出耦合面（4），
-过滤元件（13），其在垂直的远场射束轮廓（121）中抑制在运行中产生、从射束输出耦合面（4）的相对于所述主发射区（5）垂直偏移的并且在空间上分离的副发射区（6）发出的相干电磁辐射（12），
其中所述半导体层组（1）和所述过滤元件（13）分别布置在热沉（14）上，
其中所述过滤元件（13）包含二极管，以及
其中所述过滤元件（13）在所述基底（2）的、与所述有源区（3）相对的底面上包含至少一个空隙（136）。
17.根据权利要求16的激光光源，其中，所述二极管是光电二极管（133）。
18.根据权利要求16的激光光源，其中，所述热沉（14）具有台阶（141）并且过滤元件（13）布置在该台阶（141）的、面对半导体层组（1）的侧面上。
19.根据权利要求16的激光光源，其中，所述至少一个空隙（136）与所述射束输出耦合面（4）和/或与所述射束输出耦合面（4）相对的基底（2）的背面（16）分别间隔开。
20.根据权利要求16的激光光源，其中，所述至少一个空隙（136）包含多个在射束方向（11）上连续布置的空隙（136）。
21.根据权利要求16的激光光源，其中，所述空隙（136）从所述射束输出耦合面（4）一直延伸到与所述射束输出耦合面（4）相对的基底（2）的背面（16）。
22.根据权利要求16至21中任一项的激光光源，其中，所述至少一个空隙（136）至少部分以吸收相干电磁辐射的材料（132）和/或导热材料填充。
23.根据权利要求16的激光光源，其中，所述空隙包含所述基底（2）在射束输出耦合面（4）上的倾斜（137）并且通过该倾斜（137）的至少一部分来形成所述副发射区（6）。
24.根据权利要求16至21中任一项的激光光源，其中，所述过滤元件（13）在所述主发射区（5）和所述基底（2）之间包含至少一个吸收层，其拥有吸收相干电磁辐射的半导体材料（135）。
25.按照权利要求24的激光光源，其中，在所述至少一个吸收层和所述基底（2）之间布置有反射层。
26.按照权利要求16至21中任一项的激光光源，其中，还包含附加的过滤元件，该附加的过滤元件直接在所述射束输出耦合面（4）上具有针对由所述半导体层组（1）产生的相干电磁辐射的第一吸收体（132）和/或直接在与所述射束输出耦合面（4）相对的、半导体层组（1）的背面上具有第二吸收体（134）。
27.按照权利要求26的激光光源，其中，由所述主发射区（5）发出的电磁辐射导致在所述主发射区（5）内第一吸收体（132）的吸收作用的自调整降低和/或在与所述主发射区（5）相对的区域内第二吸收体（134）的吸收作用的自调整降低。
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