[实用新型]一种大功率半导体激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光器制造领域，涉及一种激光器，尤其是一种大功率半导体激光器。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管(LD)。进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出优质量子阱以及应变量子阱材料。于是，制作出的LD，其阈值电流显著下降，转换效率大幅度提高，输出功率成倍增长，使用寿命也明显加长。

随着半导体激光器的性能稳定性不断改善、转换效率和输出功率不断提高，半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面的应用更加广泛，市场需求巨大，发展前景更加广阔。

目前，虽然半导体激光器技术已经有了长足的发展，但是由于当今科技的快速发展，使得各应用领域对半导体激光器的性能要求更加苛刻，半导体激光器所面临的主要问题仍然是激光器的输出光功率和转换效率偏低，性能稳定性差以及成本较高等，这些不足严重制约了它的应用空间。激光器的性能除了与芯片有关外，还跟激光器的散热和封装有关。为了提高激光器的可靠性和性能稳定性，降低生产成本，设计高可靠性的封装结构和高效的散热结构是必须的。这也对封装结构的设计和制造提出了更高的要求，要求其具有更加简单、高效和低成本的特点。

目前，大部分商业化的大功率半导体激光器单芯片产品是C-mount(如图1a)和CT-mount(如图1b)封装形式，这两种形式都存在以下几方面的缺陷：

1).功率低：由于单管半导体激光器只有2-3瓦，采用C-mount和CT-mount的封装形式会因为散热受限而使功率较低。

2).制造成本高：一般CT-mount的封装形式会采用CuW合金作为单管的散热热沉，由于表面镀金的CuW合金价格比较昂贵，所以由其制造的激光器成本较高。

3).散热能力差：对于C-mount的封装结构，散热装置一般位于单管所在边紧邻的垂直侧面，激光器工作时会产生接近功率一半的热量，由于芯片距离热电制冷部位较远，热量不能及时导出去，从而产生热集中，致使激光器的光谱展宽、波长漂移，导致激光器的寿命下降，可靠性不高。

4).热沉带电：由于C-mount和CT-mount采用铟焊料焊接，热沉与Cu支撑块直接连接，从而使Cu支撑块带电，这样极易造成漏电现象，降低了激光器的安全性。

5).连接可靠性低：C-mount和CT-mount的Cu支撑块都只有一个螺丝孔，机械自由度较大，因此整个激光器的连接可靠性不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种大功率半导体激光器，这种激光器具有不仅输出功率和安全性高，而且寿命长、可靠性高，并且其制造简单，生产成本低，机械稳定性也比传统结构的激光器好。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种大功率半导体激光器，包括铜支撑块、正极铜片、负极铜片和芯片，其特征在于：所述铜支撑块的一边侧面上设有台阶，铜支撑块两端还各设有一个凸台，所述凸台上垂直开设有螺孔，所述芯片的正极面与陶瓷片上侧面的中部焊接，陶瓷片的下侧面贴在铜支撑块的两凸台之间，所述正极铜片和负极铜片的内端分别焊接有正极陶瓷片和负极陶瓷片，所述正极陶瓷片和负极陶瓷片分别焊接在铜支撑块的台阶上，且正极铜片和负极铜片之间保持0.5-1mm的距离，所述芯片的负极贴有铜连接片，所述铜连接片的一端还与正极铜片的一端贴合，所述陶瓷片与负极铜片间采用金丝压焊。

上述陶瓷片的上下两面均镀有金层，所述金层厚度为2-5微米。

上述芯片为单管芯片、微型巴条或者由多个单管芯片并联组成。

本实用新型具有以下优点：

(1)激光输出功率高。本实用新型中单管芯片直接贴片在镀金的陶瓷片上，而陶瓷片下部直接是散热铜块，芯片与散热部位的距离更近，因此散热能力大大增强，这种增加了散热能力的结构，可显著提高激光输出的功率而不用担心散热的问题；

(2)制造简单，生产成本低。本实用新型采用镀金的陶瓷片代替镀金的CuW热沉，两者热导率相当，而镀金的CuW热沉价格比镀金的陶瓷贵，在达到同样效果的同时，本实用新型采用镀金的陶瓷大大降低了激光器的生产制造成本；