DE4338772A1

DE4338772A1 - Diodenlaser-Stabanordnung

Info

Publication number: DE4338772A1
Application number: DE4338772A
Authority: DE
Inventors: David E Joslin
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 1994-06-01
Also published as: US5394426A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Diodenlaser im allgemei nen und insbesondere eine Diodenlaser-Stabanordnung, die eine größere Stabdichte, verbesserte Wärmetransfereigen schaften, eine gesteigerte Effizienz und eine erhöhte Aus gangsspitzenleistung aufweist.

Eine übereinander angeordnete bzw. gestapelte Diodenlaser- Arraykonfiguration (Rack und Stapelkonfiguration) wird herkömmlicherweise als Dioden-Arraystruktur eingesetzt. In einer derartiger Konfiguration wird ein Laserstab zunächst auf einem Kühlkörper befestigt, wobei eine elektrische Isolation der einzelnen Racks bzw. Stapel nötig ist. Die überschüssige Wärme, die durch den Diodenlaserstab erzeugt wird, muß über die Racks hinweg abgeführt werden und den Kühlkörper erreichen, was einen guten thermischen Kontakt zwischen dem Diodenlaserstab und dem Rack sowie zwischen dem Rack und dem Substrat (dem Kühlkörper) nötig macht. In der übereinander angeordneten gestapelten Konfiguration (der "Rack and Stackkonfiguration") müssen individuelle Diodenlaserstäbe zunächst mit optischen Beschichtungen versehen werden, bevor sie mit dem Rack verbunden werden. Auch die Herstellung des Racks bedarf der Handhabung individueller Diodenlaserstäbe.

Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine Laserstruktur zu sorgen, die die Komplexität und die Kosten für ein Diodenlaserarray vermindert, die für eine erhöhte Spitzenausgangsleistung sorgt und ein verbessertes Wärmeableitungsvermögen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Laservorrich tung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Im einzelnen erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine La servorrichtung, die einen Träger umfaßt, der als ein Kühl körper wirkt, um eine Diodenlaser-Stabanordnung zu kühlen, sowie eine metallisierte isolierende Schicht, die zwischen dem Kühlkörper und der Laserstabanordnung angeordnet ist, sowie eine Verbindungsschicht, die ausgelegt ist, um den Kühlkörper mit der Laserstabanordnung zu koppeln. Die Laser stabanordnung besteht aus einer Vielzahl von Diodenlaserstä ben, die eine Mehrzahl von lasenden Bereichen aufweisen, die entlang einer lateralen Kante von ihnen ausgebildet sind. Erste und zweite Metallkontakte werden auf jeweils benachbarten lateralen Kanten von benachbarten Diodenstäben aufgebracht und die Metallkontakte werden durch eine dünne Schicht aus einer Metallegierung getrennt. Ein Kontakt bil det einen positiven elektrischen Kontakt für einen Laser stab, und der andere Metallkontakt bildet einen negativen Kontakt für den benachbarten Laserstab. Ein dielektrischer Spiegel wird auf einer unteren Oberfläche eines jeden der Diodenlaserstäbe aufgebracht und eine Antireflexions-Be schichtung wird auf einer oberen Fläche eines jeden der Diodenlaserstäbe aufgebracht.

Die Schicht aus dem isolierenden Material wird benachbart zu den unteren Oberflächen der Laserstäbe, der ersten und zwei ten Metallkontakte sowie der Schicht aus der Metall-Legie rung angeordnet. Die metallisierte Schicht wird auf der Schicht aus dem isolierenden Material angeordnet. Die Ver bindungsschicht wird zwischen der metallisierten Schicht und dem Substrat angeordnet und derartig ausgelegt, daß sie die Diodenlaser-Stabanordnung auf dem Substrat befestigt.

Die durch das Diodenlaserarray gemäß der vorliegenden Erfin dung ermöglichten Vorteile werden durch einen dünnen, elek trisch isolierenden Polyimid-Film erreicht, der unterhalb des Arrays aus den Diodenlaserstäben vorgesehen wird. Die einzelnen Diodenlaserstäbe werden miteinander in Reihe ver bunden, um eine Einheit oder eine Untergruppe zu bilden, und zwar bevor die optischen Beschichtungen und der isolierende (Polyimid)-Film aufgebracht wird. Der freiliegende isolie rende Film wird metallisiert, um es einem Indium-Lötmetall zu erlauben, die Diodenlaser-Stabanordnung mit einem Kühl körper zu verbinden, so wie beispielsweise einem Mikro- Kanalkühler.

Indem man zunächst die Stäbe miteinander verbindet, so daß sie eine Untergruppe bilden, wird die Handhabung von individuellen Stäben während den nachfolgenden Schritten un nötig. Da das Zwischensubstrat (das Rack), das in den gegen wärtigen Designs verwendet wird, nicht nötig ist, wird die Anfangszahl der Teile, die für das Diodenlaserarray benötigt werden, ungefähr halbiert. Weiterhin wird durch den Verzicht auf das Rack eine höhere Stabdichte erreicht, die bis zu 45 Stäbe pro Zentimeter erlaubt. Eine einheitliche Leistungsfähigkeit der Diodenlaser-Stabanordnung wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, und sie ist eine Funk tion von einheitlich gewachsenen Kristallen, die durch die Verwendung von MOCVD-Reaktoren mit großem Bereich möglich wird. Wenn die Diodenlaser-Stabanordnung mit dem Kühlkörper verbunden wird, kann die Spitzenwertausgangsleistung des Ar rays größer oder gleich 2000 Watt pro Quadratzentimeter wer den. Um dies zu kompensieren, können die lasenden Bereiche entlang dem Diodenlaserstab gestaffelt werden, um die later ale Wärmeabführung zu verbessern. Da ein Hauptanwendungsbe reich für derartige Array im Pumpen von Festkörperlasern liegt, erlaubt die erhöhte Energiedichte, die durch die vor liegende Erfindung ermöglicht wird, eine kompaktere optische Kopplung zwischen einer Diodenlaser-Stabanordnung und einem Festkörperlaser.

Die vorliegende Diodenlaseranordnung kann als ein Ersatz für Blitzlampen in einem chirurgischen Lasersystem, beim Fest körperlaserschweißen und in einem Röntgen-Photolithographie- System verwendet werden, in dem Festkörper-Riesenimpulslaser zur Erzeugung von Plasma verwendet werden, das Röntgen strahlen produziert. Die Vorteile, die durch die Diodenlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung er möglicht werden, und zwar verglichen mit Blitzlampensystemen, umfassen Langlebigkeit, eine geringere Wärmeerzeugung in dem Festkörperlaserstab und eine höhere Gesamtkonversionseffizienz.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Die unterschiedlichen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Detail in der folgenden Beschreibung un ter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der gleiche Bezugszeichen die gleichen strukturellen Elemente bezeich nen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Diodenlaser-Sta banordnung gemäß der Lehre der vorliegenden Er findung;

Fig. 2 eine perspektivische Querschnittsansicht der Diodenlaser-Stabanordnung aus Fig. 1; und

Fig. 3a-c Ortsmuster der lasenden Bereiche, die in der Diodenlaser-Stabanordnung aus den Fig. 1 und 2 eingesetzt werden können.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist dort eine Querschnittsan sicht einer Diodenlaser-Stabanordnung 10 gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung dargestellt, wohingegen in Fig. 2 eine perspektivische Querschnittsansicht der Diodenlaser- Stabanordnung 10 aus Fig. 1 dargestellt ist. Die Diodenla ser-Stabanordnung 10 umfaßt ein Silizium-Substrat, das aus einem tragenden bzw. stützenden Kühlkörper 11 bestehen kann, so wie beispielsweise aus einem Mikro-Kanalkühler aus Silizium. Eine Mehrzahl aus Galliumarsenid (GaAs) Substrat bereichen 12 oder Laserdiodenstäben 12 wird vorgesehen, die typischerweise Abmessungen in der Größenordnung von 200 bis 300 Mikrometern in ihrer Breite, 200 bis 300 Mikrometer in ihrer Höhe und ungefähr 1 Zentimeter in ihrer Länge aufwei sen. Entlang den lateralen Kanten der Laserdiodenstäbe 12 sind eine Mehrzahl von lasenden Bereichen 13 ausgebildet. Ein jeder der lasenden Bereiche 13 wird seinerseits durch ungefähr 10 dicht gepackte Streifenlaser gebildet. Der lasende Bereich 13 entlang der lateralen Kante des Stabes 12 kann ungefähr 20% oder mehr der Länge des Laserstabes 12 be legen. Die Mehrzahl der Laserdiodenstäbe 12 wird benachbart zueinander angeordnet, um ein Diodenarray zu bilden, und sie werden durch zwei metallische (Silber) Kontakte 14 getrennt, die eine Dicke von 4 bis 10 Mikrometern aufweisen und die durch eine dünne Schicht aus einer Silberlegierung 15 ge trennt sind. Ein Kontakt 14 stellt einen positiven elektrischen Kontakt für einen Laserstab 12 dar, während der andere metallische Kontakt 14 einen negativen Kontakt für den benachbarten Laserstab 12 darstellt. Die Silberlegierung 15 sollte einen Schmelzpunkt zwischen ungefähr 220°C bis 310°C haben, der eine Funktion der Halbleiter-Bearbeitungs temperaturen ist, die in dem Verfahren zur Herstellung der Anordnung 10 verwendet werden. Die Metallkontakte 14 und die Legierungsschicht 15 weisen Ausnehmungen von ungefähr 5 Mi krometern Tiefe von der oberen Kante und der unteren Kante der Diodenlaserstäbe 12 her auf.

Ein dielektrischer Spiegel 16 wird auf der unteren Oberflä che eines jeden der Diodenlaserstäbe 12 aufgebracht, und eine Antireflexions-Beschichtung 17 wird auf der oberen Oberfläche eines jeden der Diodenlaserstäbe 12 aufgebracht. Die Mehrzahl der lasenden Bereiche 13 wird im allgemeinen entlang nur einer lateralen Kante eines jeden der Diodenla serstäbe 12 angeordnet. Die lasenden Bereiche 13 in benach barten Diodenlaserstäben 12 sind weiterhin relativ zueinan der gestaffelt angeordnet. Unterschiedliche Staffelmuster können eingesetzt werden und die Fig. 3a bis 3c illu strieren Ortsmuster der lasenden Bereiche 13, die in der Di odenlaser-Stabanordnung 10 aus den Fig. 1 und 2 verwendet werden können. Fig. 3a illustriert ein "Mauer"- oder ein verschachteltes Muster, die Fig. 3b zeigt ein verschachtel tes Muster mit einem "toten", nicht verwendeten Diodenlaser stab 12 und Fig. 3c zeigt eine Anordnung der lasenden Bereiche 13 in einem vergleichsweise großen Abstand. Die oben beschriebene Anordnung 10 bildet daher eine Unter gruppe, die aus den gestapelten Diodenlaserstäben 12 besteht, die mittels den Metallkontakten 14 und der Legier ungsschicht 15 verbunden sind, und die die Antireflexions- Beschichtungen 17 und die dielektrischen Spiegel 16 umfaßt.

Benachbart zu der unteren Oberfläche eines jeden der Dioden laserstäbe 12, der Metallkontakte 14 und der Legierungs schicht 15 ist eine Schicht aus einem isolierenden Material 18 angeordnet. Die Schicht aus dem isolierenden Material 18 kann beispielsweise aus Polyimid bestehen, und sie weist beispielsweise eine Dicke von 1 bis 1,5 Mikrometern auf. Die Oberfläche der Schicht aus dem isolierenden Material 18, die zu den Diodenlaserstäben hin liegt, wird metallisiert, und zwar in dem beispielsweise eine dünne Schicht aus Silber verwendet wird, um so eine metallisierte Schicht 19 zu bilden. Die metallisierte Schicht 19 weist eine Dicke von beispielsweise ungefähr 2 Mikrometern auf. Eine Verbindungs schicht 20, die beispielsweise aus einer Schicht eines In dium-Lötmetalles besteht, wird zwischen der metallisierten Schicht 19 und dem Kühlkörper 11 angeordnet, und sie wird verwendet, um die Diodenlaser-Schichtanordnung 10 mit dem Kühlkörper 11 zu verbinden.

Die vorliegende Erfindung sorgt für eine Laserstruktur, die die Komplexität und die Kosten von Diodenlaserarrays vermin dert, und die für eine erhöhte Spitzenausgangsleistung sorgt, sowie für eine verbesserte Wärmeableitung. Die Diodenlaser-Stabanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfin dung ordnet die isolierende Schicht 18 aus dem dünnen, elek trisch isolierenden Polyimid-Film unter den Diodenlaser stäben 12 an. Die einzelnen Diodenlaserstäbe 12 sind mitein ander in Reihe verbunden, um eine Einheit oder eine Suban ordnung zu bilden, und zwar bevor die optischen Beschichtun gen 16, 17 und die isolierende Schicht 18 aus dem Polyimid- Film aufgebracht werden. Die freiliegende isolierende Schicht 18 aus dem Polyimid-Film wird metallisiert (durch die Schicht 19), um es dem Indium-Lötmetall zu erlauben, die Diodenlaser-Stabanordnung 10 an dem Kühlkörper 11 zu festi gen.

Indem die Diodenlaserstäbe 12 zunächst zu einer Untergruppe zusammengefügt werden, wird die Handhabung der einzelnen Stäbe 12 während den nachfolgenden Vorgängen unnötig. Da das Zwischensubstrat (das Rack), das in den Designs nach dem Stand der Technik auftaucht, eliminiert wird, wird die An fangszahl der benötigten Teile für die vorliegende Diodenla ser-Stabanordnung 10 ungefähr halbiert. Weiterhin wird durch den Verzicht auf das Rack eine höhere Stabdichte erreicht, wodurch bis zu 45 Stäbe 12 pro Zentimeter möglich werden. Ein einheitliches Leistungsvermögen der Diodenlaser-Staban ordnung 10 wird ermöglicht, und zwar basierend auf einem einheitlichen Kristallwachstum, das durch die Verwendung von chemischen Metalloxid-Verdampfungsreaktoren (Metal Oxide Chemical Vapor Deposition, MOCVD-Reaktoren) möglich wird. Wenn die Diodenlaser-Stabanordnung 10 mit dem Kühlkörper 11 verbunden wird, der den Träger bzw. die Stütze umfaßt, kann die Spitzenausgangsleistung des Arrays auf mehr als 2000 Watt pro Quadratzentimeter erhöht werden. Die lasenden Be reiche 13 entlang dem Diodenlaserstab 12 werden daher, wie in den Fig. 3a bis 3c dargestellt, gestaffelt, um die la terale Wärmeableitung zu verbessern. Da eine Hauptanwendung der Laserdioden-Stabanordnung 10 im Pumpen von Festkörperla sern liegt, erlaubt eine Erhöhung der Energiedichte eine kompaktere optische Kopplung zwischen einer Diodenlaser- Stabanordnung 10 und dem Festkörperlaser.

Die Diodenlaser-Stabanordnung 10 wird hergestellt, indem zunächst einzelne Laserstäbe 12 abgespalten werden, die 1 cm lang und 300 Mikrometer breit sind, und zwar von einem 200 Mikrometer dicken GaAs-Wafer, der die benötigten Kristall schichten aufweist, die das Lasen erlauben, wobei dann die einzelnen Stäbe 12 vor der weiteren Verarbeitung verbunden werden. Typischerweise bilden die epitaktischen Kristall schichten eine duale Heterostruktur eines optisch begrenzten Bereiches, der einen elektrisch aktiven Single-Quantum-Well- Bereich umgibt. Dies ist allgemein bekannt und es wird auf ein Dokument mit dem Titel "Separate Confinement Hetero structure Single Quantum Well Laser Bar" Bezug genommen, von M. Sakamoto et al., Appl. Phys. Lett., Vol 54, Seite 2299, 1989, in dem derartige Strukturen beschrieben sind. Die Ein heitlichkeit der Schichtdicke und die Dotierungen, die mit gegenwärtig verfügbaren MOCVD-Aufbringungsverfahren ver bunden sind, erzeugen sehr schmalbandige Laserlinienbereiten von 2,5 nm. Die elektrischen Kontakte 14, die über die ge samte Länge eines jeden schmalen Laserstabes 12 hinweg auf gebracht sind, werden durch eine Vakuumverdampfung eines Me talles durch eine Photoresistmaske hindurch definiert, die auf beiden Seiten des Wafers aufgebracht wird. Die Dicke der Kontakte 14 kann erhöht werden, indem man Plattierungsver fahren verwendet, nachdem der Photoresist entfernt ist. Parallele Spiegelfacetten, die durch das Spalten des Galliumarsenid-Wafers entlang seiner {110}-Kristallachse er zeugt worden sind, definieren die Enden eines Fabry-Perot- Etalons (mit einer Länge von 300 Mikrometern), das die Os zillation in einen Galliumarsenid-Lasermedium unterstützt, das aus den Galliumarsenid-Substratbereichen 12 besteht.

Jeder Laserstab 12 weist viele, in einem einheitlichen Ab stand angeordnete lasende Bereiche 13 auf, die ungefähr zwi schen 20% und 30% seiner Länge belegen. Die Breite eines einzelnen Laserbereiches 13 beträgt typischerweise 100 Mi krometer, wobei jeder Bereich 13 aus 10 lasenden Streifen besteht, die jeweils 6 Mikrometer breit sind. Wenn die la senden Stäbe 12 auf ihre Seite gestellt und aneinander ge stapelt werden, um eine elektrische Reihenverbindung zu er lauben, dann zeigen die lichtemittierenden Facetten eines jeden der lasenden Bereiche 13 nach außen, wie in Fig. 2 dargestellt. Die lasenden Bereiche 13 sind gemäß eines der Muster angeordnet, die in Fig. 3 dargestellt sind, und zwar von Stab 12 zu Stab 12, um eine maximale Trennung zwischen einem jeden der lasenden Bereiche 13 zu erlauben und um so eine einheitliche Wärmeerzeugung sicherzustellen, sowie eine einheitliche thermisch induzierte Spannung über die Dioden laser-Stabanordnung 10 hinweg. Die Stäbe 12 werden mit ihren positiven Kontakten 14 derart gestapelt, daß sie den negativen Kontakten 14 der benachbarten Stäbe gegenüber liegen.

Die optischen Beschichtungen 16, 17 werden auf die Diodenla ser-Stabanordnung 10 mittels einer Vakuumverdampfung aufge bracht. Der optische Charakter der isolierenden Polyimid- Schicht 18 findet als ein Teil des Designs für den elektri schen Spiegel 16 Berücksichtigung.

Die Dicke der isolierenden Schicht 18 aus dem Polyimid-Film liegt zwischen 1 Mikrometer und 1,5 Mikrometer, um einer Vorspannungsbedingung einige Male zu widerstehen, was für einen Laserbetrieb von 45 Stäben 12 in Reihe nötig ist. Eine 1 Mikrometer dicke isolierende Polyimid-Schicht 18 ist in der Lage, wenigstens 300 Volt zu widerstehen. Indessen wird die isolierende Polyimid-Schicht 18 absichtlich dünn gehal ten, um einen niedrigen thermischen Widerstand über die iso lierende Schicht 18 aus dem Polyimid-Film sicherzustellen.

Die isolierende Polyimid-Schicht 18 sollte einen thermischen Widerstand von ungefähr 0,030 C-cm²/W aufweisen, der mit dem thermischen Widerstand des Silizium-Mikrokanal-Kühlerkörpers 11 vergleichbar ist.

Um die Möglichkeiten der Diodenlaser-Stabanordnung 10 im Hinblick auf eine maximale Lichtleistung und einen maximalen Betriebszyklus besser zu verstehen, die von der Laseref fizienz und der Wärmeableitung abhängen, muß der Temperaturanstieg über ein Spektrum von Designvariablen hin weg simuliert werden. Die wichtigsten dieser Variablen be treffen die Dicke des Kühlkörpers 11 des Diodenlasers, die Dicke der Silberkontakte 14, die Dicke der isolierenden Schicht 18 aus dem Polyimid-Film, die Anzahl der lasenden Bereiche 13 pro Länge des Stabes 12 und das Muster der lasenden Bereiche 13 in dem Array.

Die Diodenlaser-Stabanordnung 10 wird in einem Pulsmodus mit einem Betriebszyklus (duty cycle) ungefähr 2% bis 4% betrie ben. Mit einem kontrollierten Temperaturanstieg könnte die Spitzenleistung, die von der Diodenlaser-Stabanordnung 10 verfügbar ist, die einer konventionellen "Rack und Stack" Konfiguration übersteigen. Genauer gesagt kann die Diodenlaser-Stabanordnung 10 zwischen 35 und 45 Stäben 12 pro Zentimeter aufweisen und zwar in der gestapelten Rich tung, was mehr ist als bei den gegenwärtig verfügbaren Stan dard Rack- und Stack-Konfigurationen. Bei 45 Stäben 12 pro Zentimeter beträgt die Dicke des Stabes 12 einschließlich den Kontakten 14 ungefähr 225 Mikrometer. Mit einer nominalen Lichtausgangsleistung von 50 Watt Spitzenleistung pro Stab 12 kann die Spitzenleistung der Diodenlaser-Staban ordnung 10 2000 Watt pro Quadratzentimeter übersteigen.

Die vorliegende Erfindung sorgt für einen Schutz vor der ma ximalen quasi CW-Dissipationsleistung der Diodenlaser-Stab anordnung 10 und des Kühlkörpers 11. Die drei-dimensionale Natur des Wärmeflusses weg von den lasenden Bereichen 13 be dingt, daß sich die Wärme lateral durch die Galliumarsenid- Substratbereiche 12 und die elektrischen Silberkontakte 14 verteilt, bevor sie durch die isolierende Schicht 18 aus dem Polyimid-Film in den Kühlkörper 11 eintritt.

Der Vorgang des Zusammensetzens der Diodenlaser-Stabanord nung 10 wird im folgenden im Detail beschrieben. Die Masse der Metallisierung für die elektrischen Kontakte 14 auf bei den Seiten der Stäbe 12 besteht aus einer schweren, 4 Mikro meter bis 10 Mikrometer dicken Schicht aus Silber, die in eine Silberlegierung ausläuft, welche einen Schmelzpunkt von mehr als 220°C aufweist. Die andere Komponente der Legierung, wie beispielsweise Zinn (Sn), Blei (Pb) oder In dium (In), kann entweder vakuumverdampft werden oder auf die Oberfläche aufplatiert werden. Ein Sintern dieser Struktur in einer Schutzgasatmosphäre kann verwendet werden, um genü gend Silber aufzulösen, um ein Eutektikum zu erzeugen, das die benötigte Schmelztemperatur aufweist. Der Wafer wird dann gespalten, um die einzelnen Stäbe 12 mit einer Länge von ungefähr 1 cm zu bilden. Wie zuvor erwähnt worden ist, definiert die Breite der Stäbe 12, die sich aus dem Spalt vorgang ergeben, die Länge des optischen Resonators, und zwar auf ungefähr 300 Mikrometer, sowie die {011} Galiumar senid-Facetten, die das Fabry-Perot-Etalon bilden.

Die Stäbe 12 werden auf dem Kühlkörper 11 derart gestapelt, daß die lasenden Facetten die Kontakte berühren und ihnen gegenüberliegen. Die Temperatur wird dann auf oberhalb des eutektischen Schmelzpunktes erhöht. Dann wird ein Druck auf gewendet, der eben ausreichend ist, um es der geschmolzenen Legierung zu erlauben, den Raum zwischen den elektrischen Kontakten 14 zu überbrücken, aber es wird nicht genug Druck aufgewendet, um die Legierung zwischen den Stäben 12 heraus zudrücken. Wenn die Temperatur vermindert wird, dann wird der Punkt des Festwerdens verifiziert, ob er einem Minimum von 220°C entspricht. Dieses Verfahren kann das Erwärmen der Stäbe 12 in einer Schutzgas-Atmosphäre oder in einem partiellen Vakuum bedingen, um eine Kontamination oder Oxidation des Kühlerkörpers 11 oder der Silberlegierung zu vermeiden. Eine minimale eutektische Temperatur von 220°C ist wichtig, da in einem späteren Verfahrensschritt eine Aussetzung auf eine Temperatur von 200°C erfolgt.

Nachdem die Stäbe 12 verbunden sind, können sie als eine Einheit in den nachfolgenden Verarbeitungsschritten gehand habt werden. Die freiliegenden Facetten der Diodenlaser-Sta banordnung 10 empfangen dann die dielektrische Antire flexionsbeschichtung 17 bzw. die Spiegelbeschichtung 16. Die isolierende Schicht 18 aus dem Polyimid-Film wird auf die verspiegelte untere Oberfläche gedrückt und bei einer Tempe ratur von wenigstens 200°C vulkanisiert, um sie zu verdich ten. Der letzte Hauptverarbeitungsschritt, der nötig ist, um die Diodenlaser-Stabanordnung 10 zu vervollständigen, be dingt die Metallisierung der isolierenden Schicht 18 aus dem Polyimid-Film, so daß sie mit dem Kühlkörper 11 verlötet werden kann.

Die Integration des Diodenlaser-Pumparrays in Festkörperla ser-Subsysteme, um konventionelle Blitzlampen zu ersetzen, hängt von den Kosten, der Widerstandsfähigkeit und der Mög lichkeit zur Kühlung des Diodenlaser-Pumparrays ab. Drei Vorteile werden durch das Diodenlaser-Pumparray (die Dioden laser-Stabanordnung 10) gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu Blitzlampen erzielt. Dies sind eine lange Lebensdauer, eine geringere Wärmeerzeugung in dem Festkörper-Laserstab und eine höhere Gesamtkonversionseffi zienz. Die vorliegende Diodenlaser-Stabanordnung 10 kann als ein Ersatz für Blitzlampen in einem Laseroperationssystem, in einigen Formen des Festkörper-Laserschweißens und in Röntgen-Photolithographie-Systemen verwendet werden, in denen Riesenpuls-Festkörperlaser benutzt werden, um das Plasma zu erzeugen, das für die Röntgenstrahlen sorgt.

Zusammenfassend kann somit festgehalten werden, daß eine erfindungsgroße Laservorrichtung einen Träger umfaßt, der als ein Kühlkörper wirkt, sowie eine Diodenlaser-Stabanordnung, eine metallisierte isolierende Schicht, die zwischen dem Träger und der Laserstabanordnung angeordnet ist, sowie eine Verbindungsschicht, die angepaßt ist, den Träger mit der Laserstabanordnung mittels der metallisierten isolierenden Schicht zu koppeln. Die Diodenlaser-Stabanordnung umfaßt eine Mehrzahl von Laserdiodenstäben, die eine Mehrzahl von lasenden Bereichen aufweisen, die entlang einer ihrer later alen Kanten ausgebildet sind. Erste und zweite Metallkon takte werden auf jeweils benachbarten lateralen Kanten von benachbarten Diodenstäben angeordnet und die Metallkontakte werden mittels einer dünnen Schicht aus einer Metall-Legie rung getrennt. Ein Kontakt bildet einen positiven elektri schen Kontakt für einen Laserstab, während der andere metal lische Kontakt einen negativen Kontakt für den benachbarten Laserstab bildet. Ein dielektrischer Spiegel wird auf einer unteren Oberfläche eines jeden der Laserdiodenstäbe angeord net, und eine Antireflexionsbeschichtung wird auf einer obe ren Oberfläche eines jeden der Laserdiodenstäbe angeordnet.

Die vorliegende Laservorrichtung vermindert die Komplexität und die Kosten für Diodenlaserarrays und sorgt für eine er höhte Spitzenausgangsleistung und für eine verbesserte Wärmeableitung. Die vorliegende Diodenlaseranordnung kann in Laseroperationssystemen, beim Festkörperlaserschweißen, und in Röntgen-Photolithographiesystemen verwendet werden, in denen Riesenpuls-Festkörperlaser benutzt werden, um das Plasma zu erzeugen, das die Röntgenstrahlen herstellt. Die durch die Diodenlaser-Stabanordnung erzielten Vorteile sind eine lange Lebensdauer, eine geringere Wärmeerzeugung in den gepumpten Festkörperlaser und eine höhere Gesamtkonversions effizienz.

Demnach ist eine neue und verbesserte Diodenlaser-Stabanord nung beschrieben worden, die eine größere Stabdichte, einen verbesserten Wärmetransfer und eine verbesserte Effizienz, sowie eine erhöhte Spitzenausgangsleistung aufweist. Es wird darauf hingewiesen, daß die oben beschriebene Ausführungs form mehr illustrierend für einige der vielen spezifischen Ausführungsformen ist, die Anwendungen der Lehre der vorlie genden Erfindung darstellen. Naheliegender Weise können eine Vielzahl von anderen Anordnungen von Fachleuten entworfen werden, ohne den Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Eine Laservorrichtung mit:

a) einem Substrat, das einen Kühlkörper umfaßt;
b) einer Diodenlaser-Stabanordnung welche
- b1) eine Mehrzahl von Diodenlaserstäben umfaßt, die eine Mehrzahl von lasenden Bereichen aufweisen, die entlang einer lateralen Kante von ihnen ausgebildet sind; sowie
- b2) erste und zweite Metallkontakte, die auf je weiligen benachbarten Kanten von benachbar ten Diodenstäben angeordnet sind, wobei die Metallkontakte durch eine dünne Schicht aus einer Metall-Legierung getrennt werden, und einer der Kontakte einen positiven elektri schen Kontakt für einen Laserstab und der andere Metallkontakt einen negativen Kontakt für den benachbarten Laserstab bildet;
- b3) einen dielektrischen Spiegel, der auf einer unteren Oberfläche eines jeden der Dioden laserstäbe angeordnet ist;
- b4) eine Antireflexionsbeschichtung, die auf einer oberen Oberfläche eines jeden der Diodenlaserstäbe angeordnet ist;
- b5) eine Schicht aus einem isolierenden Ma terial, die benachbart zu den unteren Ober flächen der Diodenlaserstäbe, der ersten und zweiten Metallkontakte und der Metall-Le gierungsschicht angeordnet ist;
- b6) eine metallisierte Schicht, die auf der Schicht aus dem isolierenden Material ange ordnet ist;
- b7) eine Verbindungsschicht, die zwischen der metallisierten Schicht und dem Substrat an geordnet ist und die ausgelegt ist, die Diodenlaser-Stabanordnung an dem Substrat zu befestigen.

2. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, worin ein jeder aus der Mehrzahl der Diodenlaserstäbe Galliumarsenid (GaAs)-Substratbereiche umfaßt.

3. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, worin die ersten und zweiten Metallkontakte aus Silberkontakten be stehen.

4. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Silber legierung einen Schmelzpunkt zwischen 220°C und 310°C aufweist.

5. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Metall kontakte und die Legierungsschicht mit Ausnehmungen versehen sind, und zwar von den oberen und den unteren Kanten der Diodenlaserstäbe her.

6. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, worin ein jeder aus der Mehrzahl der Diodenlaserstäbe lasende Bereiche umfaßt, die relativ zu den lasenden Bereichen in benachbarten Diodenlaserstäben gestaffelt sind.

7. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Schicht aus isolierendem Material aus einem Polyimidmaterial besteht.

8. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, worin die metal lisierte Schicht auf die isolierende aufgebracht ist und eine vergleichsweise dünne Schicht aus Silber um faßt.

9. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Verbin dungsschicht aus einer Schicht eines Indium-Lötmetalls besteht.