(57)【要約】  一実施形態では、半導体レーザ（１）がレーザ放射を生成するための少なくとも１つの活性領域（２２）を有する材料系ＡｌＩｎＧａＮに基づく半導体積層体（２）を含む。ヒートシンク（３）は半導体積層体（２）に熱的に接続されており、半導体積層体（２）側に熱抵抗を有している。この半導体積層体（２）は、複数のエミッタストリップ（４）に分割され、各エミッタストリップ（４）は、ビーム方向（Ｒ）に直交する方向に多くとも０．３ｍｍの幅（ｂ）を有する。エミッタストリップ（４）は、０．４以下の充填率（ＦＦ）で配置される。充填率（ＦＦ）は、最大光出力（Ｐ）を有するレーザ放射が動作時に生成され得るように設定される。【選択図】図１
2021507504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの活性領域（２２）を有する材料系ＡｌＩｎＧａＮをベースとする半導体積層体（２）と、
前記半導体積層体（２）が熱的に接続され、前記半導体積層体（２）が熱抵抗（Ｒｔｈ）を有する少なくとも１つのヒートシンク（３）と、
を備え、
前記半導体積層体（２）が複数のエミッタストリップ（４）に分割され、各エミッタストリップ（４）がビーム方向（Ｒ）に垂直な方向に多くとも０．３ｍｍの幅（ｂ）を有し、
前記エミッタストリップ（４）が０．４以下の充填率（ＦＦ）で配置され、
前記充填率（ＦＦ）が動作時に最大の光出力（Ｐ）を有するレーザ放射が生成され得るように設定される、
半導体レーザ（１）。
【請求項２】
前記熱抵抗Ｒｔｈの関数として、ＦＦ＝（０．１８Ｗ２／Ｋ２  Ｒｔｈ２−０．４０Ｗ／Ｋ  Ｒｔｈ＋０．３０）±０．０２が前記充填率ＦＦに適用される、請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項３】
前記充填率（ＦＦ）は、０．０７以上０．１８以下である、請求項１または２に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項４】
前記充填率（ＦＦ）は、０．０９以上０．１３以下である、請求項３に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項５】
前記半導体積層体（２）は、前記エミッタストリップ（４）を少なくとも１２個かつ多くとも８０個含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項６】
前記エミッタストリップ（４）の幅（ｂ）は１５μｍ以上１５０μｍ以下であり、前記ビーム方向（Ｒ）に直交するエンベロープ（４０）の全幅（ｗ）は４ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記エミッタストリップ（４）の長さ（Ｌ）は０．４ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、前記エンベロープ（４０）は、平面視において、全てのエミッタストリップ（４）の周りの最短の包囲線である、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項７】
前記ヒートシンク（３）は、前記半導体積層体（２）または前記半導体積層体（２）の成長基板（５）に軟質はんだ付けによって取り付けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項８】
前記ヒートシンク（３）は前記半導体積層体（２）または前記半導体積層体（２）の成長基板（５）に、硬質はんだ付けにより取り付けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項９】
少なくとも２つのヒートシンク（３）を備え、前記半導体積層体（２）の両側にそれぞれ１つの前記ヒートシンク（３）が配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１０】
前記半導体積層体（２）を前記少なくとも１つのヒートシンク（３）に取り付ける接続手段（６）が、前記半導体積層体（２）と前記少なくとも１つのヒートシンク（３）との間に、全面にわたって連続的に延在している、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１１】
カップリングアウト面（２５）における生成されたレーザ放射の反射率は少なくとも１５％であり、多くとも３５％である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１２】
前記エミッタストリップ（４）はそれぞれ、ストリップ導波路として構成され、前記半導体積層体（２）は隣り合うエミッタストリップ（４）間で部分的にのみ除去され、前記活性領域（２２）は全エミッタストリップ（４）にわたって連続的に延在する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）の動作方法であって、前記エミッタストリップ（４）を含む前記半導体積層体（２）は生成されたレーザ放射の最大の光出力（Ｐ）が得られるように目標動作電流（Ｉｏｐ）で動作され、前記目標動作電流（Ｉｏｐ）は一万時間の半導体レーザ（１）の平均寿命に対して指定され、前記光出力（Ｐ）は一万時間の寿命の間、前記目標動作電流の変化にかかわらず、前記充填率（ＦＦ）の増加に伴って減少する、動作方法。
【請求項１４】
材料（８）の加工が前記半導体レーザ（１）を用いて行われ、前記材料（８）が水中で加工され、および／または、前記材料（８）が少なくとも８０％の近赤外線に対する反射率を有し、前記光出力（Ｐ）が平均して少なくとも５０Ｗである、請求項１３に記載の動作方法。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）における最適充填率（ＦＦ）を決定するための方法であって、
Ａ）まだ構造化されていない半導体積層体（２）の幾何学的寸法を決定するステップと、
Ｂ）しきい値電流密度（Ｊｓ）、表面電導率（ρ）、レーザ特性曲線の勾配（Ｓｈ）、および半導体積層体（２）の活性領域（２２）の最高温度（Ｔｊ）を決定するステップと、
Ｃ）前記半導体積層体（２）の前記少なくとも１つのヒートシンク（３）への熱的接続を決定しパラメータ化するステップと、
Ｄ）前記決定された値を、光出力（Ｐ）および／または目標動作電流（Ｉｏｐ）のための方程式または連立方程式に代入するステップと、
Ｅ）前記方程式または連立方程式に基づいて、前記少なくとも１つのヒートシンク側の前記半導体積層体（２）の側面の温度（Ｔｈｓ）を考慮に入れて充填率（ＦＦ）を決定するステップと、
を備え、
前記半導体積層体（２）と前記少なくとも１つのヒートシンク（３）との熱的接続に起因する前記充填率（ＦＦ）と前記熱抵抗（Ｒｔｈ）とは、相互に依存する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体レーザが提供される。また、このような半導体レーザの動作方法が提供される。さらに、このような半導体レーザの最適充填率を決定するための手法が提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
達成すべき目的は材料系ＡｌＩｎＧａＮをベースとし、高い光出力で動作可能な半導体レーザを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この目的は、とりわけ、請求項１の特徴を有する半導体レーザによって達成される。好ましい展開は、残りの請求項の主題である。
【０００４】
少なくとも１つの実施例によれば、半導体レーザは半導体積層体を含む。半導体積層体は、１つ以上の活性領域を含む。少なくとも１つの活性領域は、レーザ放射を生成するように構成される。生成されるレーザ放射は特に、近紫外線放射および／または青色光および／または緑色光である。例えば、動作時に生成するレーザ放射の最大強度の波長は、少なくとも３６０ｎｍまたは３９５ｎｍ、および／または多くとも５６０ｎｍまたは４４５ｎｍである。
【０００５】
少なくとも１つの実施例によれば、半導体積層体は、材料系ＡｌＩｎＧａＮに基づく。すなわち、半導体積層体の結晶格子の必須成分は、Ａｌ、Ｉｎ、ＧａおよびＮである。このように半導体積層体の半導体材料の全ての組成式はＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＮであり、ここで、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１である。好ましくは、０＜ｎ≦０．８、０．４≦ｍ＜１、およびｎ＋ｍ≦０．９５の半導体積層体の少なくとも１つの層または全ての層に適用される。特に、ｎ＝０が適用される。半導体積層体は、ドーパントおよび付加的な成分を有することができる。しかしながら、単純化のために、本半導体積層体の結晶格子の必須成分、すなわちＡｌ、Ｇａ、ＩｎまたはＮのみが、たとえこれらが部分的に置き換えられ、および／または少量のさらなる物質によって補足され得るとしても、与えられる。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、ヒートスプレッダとも呼ばれる１つまたは複数のヒートシンクを備える。少なくとも１つのヒートシンクは、半導体積層体に熱的に接続されている。換言すれば、ヒートシンクは、半導体積層体を冷却および加熱するように構成される。半導体積層体は、ヒートシンク側に熱抵抗を有する。特に、熱抵抗は、半導体積層体とヒートシンクとの間、または活性領域とヒートシンクとの間に存在する。熱抵抗は特に、所与のヒートシンク、所与の半導体積層体およびヒートシンクと半導体積層体との間の所与の接続の場合において、実験的に決定することができる。
【０００７】
少なくとも１つの実施例によれば、半導体積層体は複数のエミッタストリップに分割される。さらに、エミッタストリップの各々は、好ましくはレーザ放射を生成するように設計される。ビーム方向に垂直な方向では、エミッタストリップの幅が多くとも０．３ｍｍまたは０．２ｍｍである。半導体積層体の共振器または複数の共振器は、エミッタストリップによって規定される。ビーム方向は好ましくは共振器長手方向に平行に走り、従って、エミッタストリップの長手方向に平行に走る。
【０００８】
少なくとも１つの実施形態によれば、エミッタストリップは、細分割または構造化前の半導体積層体に関して、または全エミッタストリップの周囲のエンベロープに関して、０．５以下または０．４以下または０．３以下の充填率を有する。換言すれば、充填率は比較的低くなる。好ましくは、レーザ放射の生成に意図的に寄与する半導体積層体の構造のみをエミッタストリップと呼ぶ。これは、レーザ放射を生成するために元々設けられている、おそらく欠陥のあるエミッタストリップが充填率の決定においてエミッタストリップとして計数できることを意味する。
【０００９】
少なくとも１つの実施例によれば、充填率は、動作時、レーザ放射が最大限の光出力で生成され得るように設定される。換言すれば、充填率は、光出力に対して最適化される。
【００１０】
少なくとも１つの実施例によれば、充填率は、エミッタストリップの平均幅と平均格子寸法の商として定義される。半導体積層体および／またはヒートシンクがエミッタストリップのない広いエッジを備える場合、エミッタストリップの周囲のエンベロープは、基面として定義することができる。次いで、充填率は、エンベロープの表面積に対するエミッタストリップを全て合わせた表面積の商として得られる。エンベロープはエミッタストリップを含む最短の閉じた線である。
【００１１】
少なくとも１つの実施例では、半導体レーザがレーザ放射を生成するための少なくとも１つの活性領域を有する材料系ＡｌＩｎＧａＮをベースとする半導体積層体を含む。少なくとも１つのヒートシンクは、半導体積層体に熱的に接続され、半導体積層体側に熱抵抗を有する。この半導体積層体は複数のエミッタストリップに分割され、各々のエミッタストリップはビーム方向に垂直な方向に多くとも０．３ｍｍの幅を有する。エミッタストリップは、０．４以下の充填率で配置される。充填率は、最大光出力を有するレーザ放射が動作時に生成され得るように設定される。
【００１２】
これまで、緑色、青色または近紫外のスペクトル領域については、レーザバーは光源として市販されておらず、別個の複数のエミッタ部品のみが市販されている。約５Ｗ以上の領域で光出力を達成するためには、別個の複数のエミッタ部品の場合、複数の別個のエミッタからの放射を複雑で高価な光学系と組み合わせなければならない。このことは、約１００Ｗの光出力までなら正当化される費用をもって可能であるが、約１００Ｗより大きい光出力の場合、個々に調整される光学系の数が大きくなりすぎるので、正当化されない。対照的に、単一のレーザバーは、原則として、１００Ｗの範囲の光出力を生成することができる。
【００１３】
青色、緑色または紫外線スペクトル領域において、ＩｎＧａＮ材料系に基づくレーザバーが市販されていない理由の１つは、そのようなバーが個々のエミッタ欠陥の確率が比較的高く、従って、比較的多くの機能しないエミッタを含むことである。さらに、電気−光変換の効率は、約６５％の電気−光効率を達成することができる赤外線レーザの典型的な値を明らかに下回っている。
【００１４】
技術が進歩することにつれて、例えば、ＡｌＩｎＧａＮコンポーネントのエピタキシーにおいて、この材料系では、約４０％の電気−光効率もまた、今や達成することができる。さらに、エピタキシーやチップ加工の継続的な進歩により、欠陥エミッタの大幅な削減が期待できる。従って、高性能赤外線レーザ用に確立されたレーザバーの概念は、可視スペクトル範囲に移すことができる。
【００１５】
高出力レーザにおける重要な側面はコスト効率、すなわち、光出力のワットあたりのコストである。２００Ｗ〜３００Ｗの範囲の光出力を有するレーザが、赤外線スペクトル範囲用に市販されている。求められるエピタキシャル表面は、レーザのコストにとって決定的である。従って、最高出力を有する赤外線高出力レーザの場合、充填率、すなわち、バー上のエミッタの発光幅の格子寸法に対する比率は一般に、５０％よりも大幅に大きく、９０％まで到達することができる。すなわち、ほぼ全エピタキシャル表面をレーザバーに用いて光を生成させることができる。例えば、赤外線スペクトル領域のための典型的な半導体レーザは、それぞれの場合において、７５％の充填率に対応する４００μｍの格子内の３００μｍの発光領域を有する２５個のエミッタを有する。原則として、バーは約１０ｍｍの全幅を有する。
【００１６】
しかし、赤外線発光半導体レーザの設計は、ＡｌＩｎＧａＮ半導体レーザに容易に転写することはできない。特に、４０％以上の高充填率のＡｌＩｎＧａＮをベースとするレーザバーは、著しく減少した効率および隣り合うエミッタストリップ間の高い熱クロストークのために動作しない。
【００１７】
ここで述べた半導体レーザでは、青色スペクトル範囲または近紫外スペクトル範囲のＩｎＧａＮレーザバーの高い光出力に対して設計を最適化することができる。いくつかの外部パラメータが考慮されており、例えば、バーの取付けのタイプまたは活性領域の最大許容温度が考慮されている。最大光出力は特に、電力の光出力への変換効率の最大値によって決定される。
【００１８】
ここで述べる半導体レーザでは、材料系ＩｎＧａＮに基づいて、達成可能な最大のパワーを有し、かつ可能な限り最良のコスト対光出力比を有する青色光または近紫外放射用の高性能レーザバーの製造が可能になる。比較的低い充填率のために、非常に低いビームパラメータの製品も達成することができ、それによって、高いビーム品質もまた、利用可能な最大電力で与えられる。したがって、生成されたレーザ放射は、放射を使用場所に送るために、または他のレーザをポンピングするために、小さいおよび／またはブリリアントなガラスファイバで使用することができる。
【００１９】
さらに、特に小さな格子寸法の場合、バー当たりのより多くのエミッタが存在し、単一の故障は、比較的低い割合の電力低下に反映されるので、高度の信頼性が与えられる。充填率が低いため、エミッタ不良による発熱による温度上昇が低くなり、エミッタ不良は隣り合うエミッタに影響を与えないため、信頼性に関して、隣り合うエミッタの動作が安定する。
【００２０】
充填率に必要な最適化は特に、過度に高い電流強度で熱負荷が増大することに基づいている。特に、熱クロストークはエミッタの能率を低下させる。このようにして、近接したエミッタの場合、増幅された熱クロストークの結果として達成可能な光出力が減少し、妥当な寿命では、より高い電流強度によってさえも出力の増大を達成することができない。
【００２１】
しかしながら、より低い充填率と、エミッタ当たりに達成可能な向上した冷却とによって、より高いエミッタ当たりの電流が可能となり、それによって、レーザ放射の生成に寄与する半導体積層体のより小さな面積にもかかわらず、より大きな光出力が利用可能となる。その結果、ヒートシンク側の冷却および熱抵抗は、充填率とともに達成可能な最大光出力に影響を及ぼす。
【００２２】
要約すれば、エミッタ間の熱クロストークは相互加熱につながる。障壁層温度、特に活性領域の温度の関連する上昇は、エミッタの熱ロールオーバーをもたらす。この場合、レーザバーの設計を有する半導体レーザがこのように特定され、これは、最大の達成可能な電気−光変換効率を提供し、したがって、冷却のタイプ、最大許容障壁層温度などのような所与の境界条件に対して最大の光出力も提供する。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態によれば、熱抵抗Ｒｔｈの関数としての充填率ＦＦについて、以下が適用される：ＦＦ＝（０．１８Ｗ２／Ｋ２  Ｒｔｈ２−０．４０Ｗ／Ｋ  Ｒｔｈ＋０．３０）±０．０２。好ましくは、許容差が±０．０１であり、あるいは多くとも±０．０３である。すなわち、充填率は熱抵抗にほぼ二次関数的に依存する。この近似は、特に０．３Ｋ／Ｗから１．２Ｋ／Ｗの範囲の熱抵抗に適用される。これらは、半導体積層体のヒートシンクへの広範な接触技術に対する熱抵抗の一般的な値である。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態によれば、充填率は、少なくとも０．０１または０．０４または０．０５または０．０７または０．０９または０．１２である。あるいはまたはさらに、充填率は多くとも０．２または０．１８または０．１６である。特に好ましいのは、０．１２と０．１６との間、または０．０９と０．１３との間、特に好ましくは０．０４と０．１８との間の充填率である。とりわけ、ピコレーザおよび／またはシングルモードレーザでは、充填率もまた、少なくとも０．５％および／または多くとも５％のような非常に低い値とすることができる。
【００２５】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体は、簡潔にエミッタと呼ばれる、少なくとも３または６個または１２個または２０個のエミッタストリップを含む。代替的にまたは追加的に、半導体レーザ当たりおよび半導体積層体当たりのエミッタの個数は、多くとも１００個または８０個または５０個である。特に、２３個または４６個のエミッタストリップが存在する。
【００２６】
少なくとも１つの実施形態によれば、エミッタストリップの幅は、少なくとも１０μｍまたは２０μｍまたは３０μｍまたは４０μｍである。代替的にまたは追加的に、幅は、多くとも２００μｍまたは１００μｍまたは７５μｍである。特に、エミッタストリップの幅は、１５μｍ〜１５０μｍである。
【００２７】
少なくとも１つの実施形態によれば、エミッタストリップおよび／またはエンベロープの全幅は、特にビームの向きに垂直に、少なくとも０．１ｍｍまたは０．４ｍｍまたは１．２ｍｍまたは４ｍｍである。これに代えて、またはこれに加えて、全幅は、最大で３０ｍｍ、または２０ｍｍ、または１２ｍｍである。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態によれば、エミッタストリップは、ビームの向きに沿って少なくとも０．３ｍｍまたは０．６ｍｍまたは０．９ｍｍの長さを有する。代替的にまたは追加的に、この長さは、最大で６ｍｍまたは４ｍｍまたは２ｍｍまたは１．５ｍｍである。特に、この長さは、０．４ｍｍ〜４ｍｍ（境界値を含む）である。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体は単独で、または成長基板を入れて、少なくとも５０μｍ、または８０μｍ、または１１０μｍの厚さを有する。代替的にまたは追加的に、この厚さは、多くとも０．４ｍｍまたは０．２ｍｍである。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態によれば、ヒートシンクは半導体積層体および／または半導体積層体の成長基板に、Ｉｎまたは銀−アルミニウム−銅、略してＳＡＣなどの軟質はんだによって、あるいは銀焼結によって取り付けられる。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態によれば、ヒートシンクは、硬質はんだによって半導体積層体および／または成長基板に取り付けられる。例えば、ＡｕＳｎはんだが用いられる。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態によれば、ヒートシンクは、金属またはセラミックをベースとする。ヒートシンクに複合材料を使用することができる。特に、ヒートシンクはＣｕＷサブマウントである。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態によれば、ヒートシンクは能動的に冷却される。例えば、ヒートシンクは、ペルチェ効果によって冷却され、および／または気体または液体の流動冷却剤が使用される。あるいは、ヒートシンクが受動的に、すなわち、熱放射および／または熱放散を介して動作する。
【００３４】
少なくとも１つの実施例によれば、半導体レーザは、例えばちょうど２つのヒートシンクのような複数のヒートシンクを含む。ヒートシンクは、半導体積層体の両側に配置できる。換言すれば、半導体積層体は、ヒートシンクとサンドイッチ構造を形成することができる。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体は、はんだまたは接着剤などの接続手段によってヒートシンクに取り付けられる。接続手段は、好ましくは、低熱抵抗を達成するために、全面にわたって、半導体積層体と少なくとも１つのヒートシンクとの間に途切れることなく延在する。あるいは、接続手段が電気接続領域を形成するように構造化することができる。
【００３６】
少なくとも１つの実施例によれば、半導体積層体のカップリングアウト面における、生成されたレーザ放射の反射率は、少なくとも１％または５％または１０％または１５％または２０％である。代替的にまたは追加的に、反射率は、多くとも３５％または３０％または２５％である。カップリングアウト面は、デカップリングファセットとすることができる。カップリングアウト面は、レーザ放射のための共振器の端面に対応することができる。共振器のさらなる端面は、好ましくは少なくとも９５％または９８％または９９％または９９．８％の反射率を有する高反射性であることが好ましい。また、半導体積層体内の光エネルギー密度および放射の吸収は直接出力されたレーザ放射の量に影響されるので、カップリングアウト面の反射率はレーザの効率および最適充填率に影響を及ぼすことができる。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態によれば、エミッタストリップは、それぞれ、ストリップ導波管として設計される。これは、レーザ放射がエミッタストリップの幾何学的形状を介して屈折率の差によって導かれることを意味する。あるいは、エミッタストリップが基本的に電流印加面を半導体積層体内に制限することによって、利得導波することができる。すなわち、幾何学的構造化を行うことなく、利得導波することができる。
【００３８】
少なくとも１つの実施例によれば、隣り合うエミッタストリップの間では、半導体積層体は部分的にのみ除去される。あるいは、半導体積層体が例えば、成長基板まで、またはヒートシンクまで、隣り合うエミッタストリップの間で完全に除去することができる。存在する場合には、成長基板がエミッタストリップ間で部分的にまたは完全に除去することもできる。
【００３９】
少なくとも１つの実施形態によれば、活性領域は、全てのエミッタストリップを横切って連続的に延在する。あるいは活性領域が隣り合うエミッタストリップの間で除去され、ここで、半導体積層体は好ましくは全エミッタストリップにわたって連続的に延在する。
【００４０】
また、このような半導体レーザの動作方法を提供する。したがって、動作方法の特徴も、半導体レーザについて開示され、またその逆も開示される。
【００４１】
少なくとも１つの実施例では、エミッタ領域を含む半導体積層体は、生成されたレーザ放射の最大光出力が結果として得られるように、目標動作電流で動作される。所望の動作電流は、半導体レーザの平均寿命、例えば一万時間に対して規定される。すなわち、動作電流は、半導体レーザの適切な長寿命が達成されるものである。対照的に、著しく増加した電流は、半導体レーザの著しい短寿命化をもたらす。
【００４２】
少なくとも１つの実施例によれば、光出力は充填率の増大の場合と同様に、充填率の減少と共に減少する。これは、特に、例えば一万時間の寿命に指定された動作電流の変化に依存しない。これは、動作電流を増大させ、同時に長い寿命を有することによって、光出力の増大を達成することができないことを意味する。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態によれば、溶接、切削、穿孔、または硬化などの材料機械加工は、半導体レーザを使用して動作時に実行される。材料は例えば、水中で加工される。代替的にまたは追加的に、赤外線または近赤外線による加工に適していない材料が加工される。例えば、加工される材料は、例えば、金または銅の場合のように、例えば、１μｍおよび／または１０μｍの波長において、赤外線放射に対して少なくとも８０％または９０％の反射率を有する。対照的に、特に黄色がかったように見える材料、例えば金または銅のための加工は、ここに記載された半導体レーザを用いて青色または近紫外スペクトル範囲で効率的に行うことができる。
【００４４】
少なくとも１つの実施例によれば、動作時、半導体レーザの光出力は平均して少なくとも３０Ｗまたは５０Ｗまたは８０Ｗである。代替的にまたは追加的に、光出力は、多くとも２５０Ｗまたは平均で１５０Ｗである。
【００４５】
さらに、最適充填率を決定するための手法が提供される。本方法は、上述の実施形態のうちの１つまたは複数に関連して説明した半導体レーザに関する。したがって、半導体レーザおよび操作方法の特徴は、方法のためにも開示され、またその逆も同様である。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態において、最適充填率を決定するための該方法は例えば、与えられた順序で、以下のステップを含む：
Ａ）半導体積層体の幾何学的パラメータ、特にその寸法を、特にまだ細分化されていないまたは構造化されていない状態で決定するステップ、
Ｂ）半導体積層体の電気的パラメータ、特にそのしきい値電流密度、その表面電導率（ｓｐｅｚｉｆｉｓｃｈｅｎ  Ｆｌａｃｈｅｎｌｅｉｔｆａｈｉｇｋｅｉｔ）、レーザ特性曲線に対応する勾配、すなわち電流−電力特性曲線、および／または活性領域の最高温度を決定するステップ、
Ｃ）熱特性を決定するステップ、および、熱特性のパラメータ化、特に少なくとも１つのヒートシンクへ半導体積層体を熱的接続するステップ、
Ｄ）決定された値を、光出力および／または目標動作電流のための方程式または連立方程式に代入するステップ、
Ｅ）少なくとも１つのヒートシンク側の半導体積層体の側面の温度を考慮に入れて、方程式または連立方程式に基づいて充填率を決定するステップ。
【００４７】
少なくとも１つのヒートシンクへの半導体積層体の熱的接続から生じる充填率および熱抵抗は互いを必要とし、したがって、相互依存性を示す。
【００４８】
任意選択で、光学パラメータもまた、例えば、半導体積層体のカップリングアウト面の反射率を決定することができる。
【００４９】
ここで説明される半導体レーザ、ここで説明される動作方法、およびここで説明される方法は、例示的な実施形態に基づいて図面を参照してより詳細に説明される。同一の参照符号は、個々の図において同一の要素を示す。しかしながら、正確な縮尺の参照は示されておらず、むしろ、個々の要素は、より良く理解するために誇張された様式で示され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本明細書に記載される半導体レーザの実施形態の斜視図概略図を示す。
【図２】図２は、本明細書に記載される半導体レーザの実施形態の概略断面図を示す。
【図３】図３は、本明細書に記載される半導体レーザの実施形態の概略断面図を示す。
【図４】図４は、本明細書に記載される半導体レーザの実施形態の概略断面図を示す。
【図５】図５は、本明細書に記載される半導体レーザの実施形態の概略断面図を示す。
【図６】図６は、本明細書に記載される半導体レーザの実施形態の概略断面図を示す。
【図７】図７は、本明細書に記載される半導体レーザの実施形態の概略断面図を示す。
【図８】図８は、本明細書に記載される半導体レーザの例示的実施形態のための動作方法の概略図を示す。
【図９】図９は、本明細書に記載される半導体レーザの例示的実施形態のための動作方法の概略図を示す。
【図１０】図１０は、本明細書に記載される半導体レーザの例示的実施形態のための充填率の関数としての光出力の概略図を示す。
【図１１】図１１は、本明細書に記載される半導体レーザの例示的実施形態のための充填率の関数としての光出力の概略図を示す。
【図１２】図１２は、本明細書に記載される半導体レーザの例示的実施形態のための充填率の関数としての光出力の概略図を示す。
【図１３】図１３は、本明細書に記載される半導体レーザの例示的実施形態のための充填率の関数としての光出力の概略図を示す。
【図１４】図１４は、図１０から図１３の実施形態のための充填率を決定するためのパラメータの概略リストを示す。
【図１５】図１５は、充填率を決定するための関係式の概要図を示す。
【図１６】図１６は、充填率を決定するための関係式の概要図を示す。
【図１７】図１７は、本明細書に記載される半導体レーザの実施形態の概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
半導体レーザ１の例示的な実施形態を図１に示す。この半導体レーザ１は、例えばＣｕＷをベースとするヒートシンク３を備える。ヒートシンク３には半導体積層体２が取り付けられている。ヒートシンク３は、プリント回路基板として設計することができる。
【００５２】
半導体積層体２は、材料系ＡｌＩｎＧａＮに基づいている。動作時、好ましくは、ビーム方向Ｒに沿って半導体積層体２から出てくる青色光が半導体積層体２の活性領域２２内で生成される。任意選択で、半導体積層体２は、依然として成長基板５上に位置する。
【００５３】
半導体レーザ１は複数のエミッタストリップ４を備え、その各々はレーザ放射を生成するように設計される。半導体レーザ１は、利得制御レーザであってもよく、その結果、半導体積層体２は図１に示すように、実質的に非構造化される。このとき、エミッタストリップ４は特に、ビームの向きＲに沿ってエミッタストリップ４に取り付けられたストリップ状の第１の電極９１によって規定される。
【００５４】
エミッタストリップ４の幅ｂは例えば５０μｍであり、エミッタストリップ４の周期性に対応する格子寸法Ｎは、例えば４００μｍである。これは、１２．５％の充填率ｂ／Ｎをもたらす。すなわち、活性領域２２のわずかな部分のみが実際に通電され、レーザ放射を生成する役割を果たす。
【００５５】
エミッタストリップ４の長さＬは、例えば１．２ｍｍである。エミッタストリップ４または半導体積層体２のエンベロープ４０の全幅ｗは、例えば９．２ｍｍである。半導体積層体２の厚さｔは、単独でまたは成長基板を入れて、好ましくは少なくとも３μｍまたは５μｍから、多くとも１００μｍまたは１５０μｍである。
【００５６】
他の材料系と比較して、非常に低い充填率ＦＦのみを伴うＡｌＩｎＧａＮで最大光出力Ｐを達成できた。これは、半導体積層体の寿命が長い、例えば、最低一千時間または一万時間の寿命がある、電流を伴う動作に適用される。
【００５７】
したがって、充填率ＦＦは好ましくはエミッタストリップ４の幅ｂおよびグリッド寸法Ｎの商として定義される。エミッタストリップ４が互いに異なった距離に存在する場合には平均グリッド寸法を使用することができる。半導体積層体２および／またはヒートシンク３が、エミッタストリップ４を含まない広いエッジを有する場合、エミッタストリップ４の周囲でエンベロープ４０を基面として規定することができる。
【００５８】
図１とは対照的に、図１７の例では電極９１は実際にはストリップで構造化されているが、図１７の利得制御半導体レーザ１の通電領域は電極９１自身のストリップよりも狭い。このようにして、エミッタストリップ４は、例えばＳｉＯ２の電気絶縁層９５の開口部を介して画定される。電極９１のストリップは、絶縁層９５を部分的に覆っている。電極９１のストリップは、ボンディングワイヤのような電気接続９４を介して個別に電気的に接触させることができる。図１７とは対照的に、電極９１は図７と同様に、全てのエミッタストリップ４にわたる継続的な層として設計することもできる。
【００５９】
図２の例示的な実施形態において、半導体積層体２が接続手段６を介してヒートシンク３に取り付けられていることが図示されている。接続手段６は、大面積電極９１，９２を形成するように構成することができる。これに対応して、ヒートシンク３は関連する接触面を有し、ヒートシンク３は、ここでも、半導体積層体２を電気的に接続するためのプリント回路基板とすることができる。
【００６０】
さらに、半導体積層体２が成長基板５上に依然として位置していることが図２に示されている。成長基板５は、ヒートシンク３とは反対側を向いている半導体積層体２の側面上に位置している。
【００６１】
成長基板５は例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮからなる。さらに、材料系ＡｌＩｎＧａＮの外側の基板、例えば、サファイア、炭化ケイ素またはシリコンからなる成長基板５を使用することができる。半導体積層体２は｛０００１｝のような極性表面上、またはａ−｛１１−２０｝、ｍ−｛１−１００｝もしくは｛−１１００｝のような非極性表面上、または｛１１−２２｝、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛３０−３１｝もしくは｛３０−３−１｝のような半極性表面上に成長させることが好ましい。
【００６２】
電極９１，９２は特にメタライゼーションであり、例えば、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔおよび／またはＡｕから成る。ヒートスプレッダの材料は例えば、炭化ケイ素、ＡｌＮ、ダイヤモンド、直接結合銅または略してＤＢＣ、銅、および／またはＣｕＷである。ヒートシンク３は、能動部品であっても受動部品であってもよい。ヒートシンク３の１つの設計は例えば、ＭＣＣマウント、ＣＳマウント、Ｃマウント、ＴＯマウント、またはＨＰＬマウントに対応する。ヒートシンク３による半導体積層体２の冷却は１面から、２面から、３面から、４面から、または５面から行うことができる。したがって、カップリングアウト面２５のみが、ヒートシンク３から部分的または完全に解放されることが可能である。
【００６３】
上述の説明は、他の全ての例示的な実施形態にも同様に適用される。
【００６４】
図３の例示的な実施形態において、半導体積層体２は、ヒートシンク３とは反対側を向いている成長基板５の側面上に位置していることが示されている。接続手段６は、成長基板５とヒートシンク３との間の全表面にわたって連続的に延在する。図３には電極は示されていない。
【００６５】
図４から、半導体積層体２は、それぞれ、例えば、材料系ＡｕＳｎからの硬質はんだである接続手段６を介して接続された、２つのヒートシンク３の間に位置することが分かる。この場合も、電極は示されていない。
【００６６】
図５によれば、半導体積層体２は例えば、成長基板を伴わずに、接続手段６およびヒートシンク３の２つを介してキャリア９３に結合される。キャリア９３は、プリント回路基板とすることができる。電気的接続は好ましくは１つまたは複数の電気接続９４を介して、例えば、半導体積層体２の側面上のボンディングワイヤまたは導電性フラットコーティングの形態で行われる。
【００６７】
図６はエミッタストリップ４が屈折率導波構造であり、従って、ストリップ導波路を形成することを示す。図６において、ビーム方向Ｒは、図面の面に対して垂直に走る。したがって、半導体積層体２は、隣り合うエミッタストリップ４の間で部分的に除去される。活性領域２２は、全てのエミッタストリップ４にわたって連続的に延在してもよい。
【００６８】
任意選択で、第１の電極９１は、エミッタストリップ４上に位置する。第１の電極９１はエミッタストリップ４を部分的に、または図６の実例から外れて完全に覆うことができる。第２の電極９２は随意に、半導体積層体２とは反対側を向いているヒートシンク３の側面上に配置され、複数のエミッタストリップ４にわたって平面的に構成することができる。
【００６９】
図７の例示的な実施形態では、半導体レーザ１がストリップ導波路レーザでもある。このとき、活性領域２２は、隣り合うエミッタストリップ４の間で除去することができる。第１の電極９１が平面的に適用される電気絶縁層９５は、半導体積層体２上に位置する。第２の電極９２は例えば、ヒートシンク３上に位置する。エミッタストリップ４の頂部側面は、絶縁層９５を主に含まず、さもなければ第１の電極９１で覆われる。なお、他の全ての実施形態と同様に、第１の電極９１は、複数の金属層から構成されていてもよい。第２の電極９２についても同様である。外部電気接続は電極９１，９２を介して行うことができ、これは、従って、電気接続面であり得る。
【００７０】
図８は、半導体レーザ１の動作方法を示している。この場合、被加工材料８は水７の水面下にあり、ビーム方向Ｒに沿って青色または近紫外レーザ放射を照射される。このような応用は高出力赤外線レーザでは不可能である。
【００７１】
図９Ａによれば、材料８もここで説明する半導体レーザ１で加工される。材料８は赤外線または近赤外線放射に対して反射性であり、例えば、金または銅の表面を有する。したがって、図９Ｂを参照すると、放射Ｒ’が主に被加工材料８に反射されるため、赤外線レーザ１’による加工は不可能である。
【００７２】
図１０〜図１３はそれぞれ、ヒートシンクの種々の熱接続および構成と種々のグリッド寸法Ｎに対する充填率ＦＦとの関数として、Ｗにおける光出力Ｐの依存性を示す。図１４では、図１５および図１６の公式に関連して以下により詳細に説明するように、最適充填率ＦＦの決定に用いられるパラメータに関連する表が与えられる。
【００７３】
図１０によれば、ＩｎＧａＮレーザバー１は、ＣｕＷヒートシンク３上に受動冷却でＡｕＳｎ硬質はんだで取り付けられている。これにより、熱抵抗Ｒｔｈは約１Ｋ／Ｗとなる。最適充填率ＦＦはグリッド寸法Ｎに依存せず約８％であり、達成可能な最大光出力Ｐは、ほぼ６０Ｗである。
【００７４】
図１１では、受動冷却の代わりに、マイクロチャネル冷却器が使用され、それによって、熱抵抗Ｒｔｈは約０．７５Ｋ／Ｗに減少する。ほぼ８０Ｗの最大光出力Ｐが達成される充填率ＦＦは１０％である。
【００７５】
図１２において、インジウムによるＩｎＧａＮレーザバー１の軟質はんだ実装はマイクロチャネル冷却器上で行われ、その結果、約０．６１Ｋ／Ｗの熱抵抗Ｒｔｈとなり、したがって、約９０Ｗの最適な光出力Ｐに対する充填率ＦＦは１２％である。
【００７６】
図１２に関して、図１３では、２０％改善された冷却が想定される。したがって、熱抵抗Ｒｔｈは０．４５Ｋ／Ｗ〜０．５Ｋ／Ｗであり、その結果、最大約１２０Ｗの光出力Ｐにおいて、１５％の最適充填率ＦＦが得られる。
【００７７】
さらに、図１０〜図１３から、より良い熱分布のためには、グリッド寸法Ｎが比較的小さく選択されるべきであることが分かる。なぜなら、グリッド寸法Ｎが大きいほど光出力Ｐが小さくなるからである。格子寸法Ｎは、好ましくは最大１５０μｍである。なお、図１０〜図１３において、エミッタストリップ４の長さＬはそれぞれ１．２ｍｍである。
【００７８】
図１５および図１６と関連して、障壁層温度Ｔｊの推定、すなわち、特に活性領域２２の温度を決定するためのモデルが作成される。このモデルは、充填率ＦＦに依存する熱抵抗Ｒｔｈのモデル化に基づいている。この場合、信頼性のある長期動作のための境界条件が確立されている。これは、最大許容障壁層温度Ｔｊ、特に１３５℃の仕様をもたらす。さらに、障壁層温度Ｔｊの上限における単一エミッタ光出力の自己無撞着計算を行った。次に、バー１全体に外挿（Ｈｏｃｈｒｅｃｈｎｕｎｇ）を行った。種々の冷却構成に対して、最大光出力Ｐを充填率ＦＦの関数として決定した。
【００７９】
これは、エミッタストリップ４の相互加熱をもたらす、隣り合うエミッタストリップ間の熱クロストークを考慮に入れる。この加熱に伴う障壁層温度Ｔｊの上昇はレーザダイオードの熱ロールオーバーをもたらし、充填率ＦＦが高すぎる場合に達成可能な光出力Ｐの低下と関係する。
【００８０】
特に、充填率ＦＦに特に依存する熱抵抗Ｒｔｈ、および熱的接続のためのパラメータｆ，ｃ１（Ｌ），ｃ２が計算に用いられる。さらに、エミッタストリップ４の長さＬと全幅ｗも含まれる。図１６に示すように、活性チップ領域Ａが結果として得られる。しきい値電流Ｉｓはしきい値電流密度Ｊｓと同様に、充填率ＦＦにも依存する。直列電気抵抗Ｒｓも、必要に応じて、成長基板５とともに、半導体積層体２の電気的な表面導電率ρに依存する。さらに、電流−電力特性の勾配Ｓｈが必要である。また、充填率ＦＦにも依存する直列電気抵抗Ｒｓが考慮される。さらに、入力電圧Ｕｏｐが考慮される必要がある。これらのパラメータは特に、所定の最大許容障壁層温度Ｔｊについて決定されるべきであり、実験的に決定することも、また、モデル化することもできる。
【００８１】
添字ｏｐは、各動作電流またはそれぞれの動作電圧を表示する。Ｐｌｏｓｓは電力損失を指す。この温度Ｔｈｓは少なくとも１つのヒートシンク３側の半導体積層体２の境界面温度を指し、少なくとも１つのヒートシンク側の半導体積層体の側面の温度Ｔｈｓが考慮されるようになる。
【００８２】
図１５に示す関係から、動作電流Ｉｏｐが得られる（図１５のＶ参照）。この場合、図１６からの上述の依存性が考慮されるべきである。
【００８３】
光出力ＰはＶからＩへの動作電流Ｉｏｐを代入することによって計算することができる。充填率ＦＦがその後変化すると、上記のレーザ入力パラメータの依存性はＩｏｐおよび出力Ｐに関連する様々な結果をもたらす。これに基づいて、使用される充填率ＦＦおよび冷却に基づいて最適値を見つけることができる。
【００８４】
ここで、熱抵抗Ｒｔｈは図１６に示されるように、パラメータ化される。この場合、ｆは係数を表し、ｃ１（Ｌ）およびｃ２は、例えば１．２ｍｍである所定の共振器長Ｌを有する設計変形例のそれぞれの場合の定数である。例示的な値は、図１４の表から集めることができる。図１６の熱抵抗Ｒｔｈの式において、変数ｗは、μｍで表されるｗを指示する数値に対応して、単位なしで使用される。
【００８５】
その結果、図１０〜図１３に示すように、最大光出力Ｐは、約１０％での充填率ＦＦによって達成されることが示される。このとき、最適充填率ＦＦは熱抵抗Ｒｔｈの減少と共に増加する。このように、冷却技術によって改善された光出力Ｐを達成することができる。
【００８６】
動作電流Ｉｏｐの最大値の位置は、計算において同じ充填率ＦＦおよび同じエミッタ設計を有するエミッタストリップ４の個数に依存しない。したがって、検出された最大値は充填率ＦＦが変化しない限り、幅が異なる全てのバーに適用される。
【００８７】
エミッタストリップ４は、できるだけ細い格子状に配置されることが好ましい。従って、バー１当たりより多くのエミッタストリップ４が得られるので、エピタキシャル欠陥または個々のエミッタ欠陥による欠陥のあるエミッタストリップ４のレーザバー１の全出力への影響は軽微である。
【００８８】
このようにして、充填率ＦＦのためのレーザバー１の設計基準が規定され、これは最大の達成可能な電気−光変換効率、ひいては冷却の種類および最大許容障壁層温度Ｔｊのような所定の境界条件に対して最大の光出力を提供する。
【００８９】
任意選択で、カップリングアウト面２５のミラー反射率は、追加的に計算に流入することができる。しかし、この影響は熱抵抗Ｒｔｈに依存する。カップリングアウト面２５の反射性によって、充分な増幅率を仮定して、半導体積層体２における光損失を低減することができる。したがって、カップリングアウト面２５の反射率は、好ましくは少なくとも１５％、例えば２２％±１％または２７％±１％である。
【００９０】
別段の指示がない限り、各場合において、図面に示される構成要素は、好ましくは、特定の順序で互いに追従する。図面において接触していない層は、好ましくは互いに間隔を置いて配置される。線が互いに平行に引かれる場合、対応する表面は、好ましくは同様に互いに平行に配列される。同様に、特に断らない限り、図示された構成要素の互いに対する相対位置は、図面において正確に再現されている。
【００９１】
ここで説明される本発明は、例示的な実施形態を参照した説明によって限定されるものではない。むしろ、本発明はたとえこの特徴または組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施形態において明示的に列挙されていなくても、各新規な特徴および特徴の任意の組み合わせ（特に、特許請求の範囲における特徴の任意の組み合わせを含む）を含む。
【００９２】
本特許出願はドイツ特許出願第１０  ２０１７  １３０  ５９４．７号の優先権を主張し、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【００９３】
１  半導体レーザ
２  半導体積層体
２２  活性領域
２５  カップリングアウト面
３  ヒートシンク
４  エミッタストリップ
４０  エンベロープ
５  成長基板
６  接続手段
７  水
８  被加工材料
９１  第１の電極
９２  第２の電極
９３  キャリア
９４  電気接続
９５  電気絶縁層
ｂ  エミッタストリップの幅
ＦＦ  充填率
Ｌ  エミッタストリップの長さ
Ｎ  グリッド寸法
Ｐ  光出力
Ｒ  ビーム方向
ｔ  半導体積層体／成長基板の厚さ
ｗ  エンベロープの全幅
【図１】
2021507504.tif 000003
【図２】
2021507504.tif 000004
【図３】
2021507504.tif 000005
【図４】
2021507504.tif 000006
【図５】
2021507504.tif 000007
【図６】
2021507504.tif 000008
【図７】
2021507504.tif 000009
【図８】
2021507504.tif 000010
【図９】
2021507504.tif 000011
【図１０】
2021507504.tif 000012
【図１１】
2021507504.tif 000013
【図１２】
2021507504.tif 000014
【図１３】
2021507504.tif 000015
【図１４】
2021507504.tif 000016
【図１５】
2021507504.tif 000017
【図１６】
2021507504.tif 000018
【図１７】
2021507504.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月4日(2020.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの活性領域（２２）を有する材料系ＡｌＩｎＧａＮをベースとする半導体積層体（２）と、
前記半導体積層体（２）が熱的に接続され、前記半導体積層体（２）が熱抵抗（Ｒｔｈ）を有する少なくとも１つのヒートシンク（３）とを備え、
前記半導体積層体（２）が複数のエミッタストリップ（４）に分割され、各エミッタストリップ（４）がビーム方向（Ｒ）に垂直な方向に１５μｍ以上１５０μｍ以下の幅（ｂ）を有し、
前記エミッタストリップ（４）が０．０７以上０．１８以下の充填率（ＦＦ）で配置され、前記充填率（ＦＦ）は、前記エミッタストリップ（４）の幅および前記エミッタストリップ（４）のグリッド寸法の商であり、
前記半導体積層体（２）は、はんだによって前記ヒートシンク（３）に取り付けられ、前記はんだは、前記半導体積層体（２）と前記少なくとも１つのヒートシンク（３）との間に、全面にわたって連続的に延在し、
前記半導体積層体（２）は、前記半導体積層体（２）の成長基板（５）上に位置し、前記成長基板（５）は、前記半導体積層体（２）の前記ヒートシンク（３）とは反対側を向いている側面上に位置する、半導体レーザ（１）。
【請求項２】
前記熱抵抗Ｒｔｈの関数として、ＦＦ＝（０．１８Ｗ２／Ｋ２  Ｒｔｈ２−０．４０Ｗ／Ｋ  Ｒｔｈ＋０．３０）±０．０２が前記充填率ＦＦに適用される、請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項３】
前記充填率（ＦＦ）は、０．１２以上０．１６以下である、請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項４】
前記充填率（ＦＦ）は、０．０９以上０．１３以下である、請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項５】
前記半導体積層体（２）は、前記エミッタストリップ（４）を少なくとも１２個かつ多くとも８０個含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項６】
前記ビーム方向（Ｒ）に直交するエンベロープ（４０）の全幅（ｗ）は４ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記エミッタストリップ（４）の長さ（Ｌ）は０．４ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、前記エンベロープ（４０）は、平面視において、全てのエミッタストリップ（４）の周りの最短の包囲線である、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項７】
前記ヒートシンク（３）は、前記半導体積層体（２）に軟質はんだ付けによって取り付けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項８】
前記ヒートシンク（３）は前記半導体積層体（２）に、硬質はんだ付けにより取り付けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項９】
前記ヒートシンク（３）の２つを備え、前記半導体積層体（２）の両側にそれぞれ１つの前記ヒートシンク（３）が配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１０】
カップリングアウト面（２５）における生成されたレーザ放射の反射率は少なくとも１５％であり、多くとも３５％である、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１１】
前記エミッタストリップ（４）は利得導波される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１２】
前記エミッタストリップ（４）はそれぞれ、ストリップ導波路として構成され、前記半導体積層体（２）は隣り合うエミッタストリップ（４）間で部分的にのみ除去され、前記活性領域（２２）は全エミッタストリップ（４）にわたって連続的に延在する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）の動作方法であって、前記エミッタストリップ（４）を含む前記半導体積層体（２）は生成されたレーザ放射の最大の光出力（Ｐ）が得られるように目標動作電流（Ｉｏｐ）で動作され、前記目標動作電流（Ｉｏｐ）は一万時間の半導体レーザ（１）の平均寿命に対して指定され、前記光出力（Ｐ）は一万時間の寿命の間、前記目標動作電流の変化にかかわらず、前記充填率（ＦＦ）の増加に伴って減少する、動作方法。
【請求項１４】
材料（８）の加工が前記半導体レーザ（１）を用いて行われ、前記材料（８）が水中で加工され、および／または、前記材料（８）が少なくとも８０％の近赤外線に対する反射率を有し、前記光出力（Ｐ）が平均して少なくとも５０Ｗである、請求項１３に記載の動作方法。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）における最適充填率（ＦＦ）を決定するための方法であって、
Ａ）まだ構造化されていない半導体積層体（２）の幾何学的寸法を決定するステップと、
Ｂ）しきい値電流密度（Ｊｓ）、表面電導率（ρ）、レーザ特性曲線の勾配（Ｓｈ）、および半導体積層体（２）の活性領域（２２）の最高温度（Ｔｊ）を決定するステップと、
Ｃ）前記半導体積層体（２）の前記少なくとも１つのヒートシンク（３）への熱的接続を決定しパラメータ化するステップと、
Ｄ）前記決定された値を、光出力（Ｐ）および／または目標動作電流（Ｉｏｐ）のための方程式または連立方程式に代入するステップと、
Ｅ）前記方程式または連立方程式に基づいて、前記少なくとも１つのヒートシンク側の前記半導体積層体（２）の側面の温度（Ｔｈｓ）を考慮に入れて充填率（ＦＦ）を決定するステップと、
を備え、
前記半導体積層体（２）と前記少なくとも１つのヒートシンク（３）との熱的接続に起因する前記充填率（ＦＦ）と前記熱抵抗（Ｒｔｈ）とは、相互に依存する、
方法。
【国際調査報告】
2021507504.tif 000020
2021507504.tif 000021
2021507504.tif 000022
2021507504.tif 000023
2021507504.tif 000024
2021507504.tif 000025
2021507504.tif 000026
2021507504.tif 000027