[发明专利]一种高效散热的半导体激光器阵列封装结构及制作方法

说明书

本发明属于激光器技术领域，特别是涉及一种高效散热的半导体激光器阵列封装结构及制作方法。一种高效散热的半导体激光器阵列封装结构，包括基础热沉，所述基础热沉上设置辅助热沉，所述辅助热沉上设置过渡热沉，所述过渡热沉上设置半导体激光器阵列。本发明解决了现有高功率半导体激光器阵列封装的热传导差的问题，提高了半导体激光器阵列的散热性能和光电转换效率，提高激光器使用寿命。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，特别是涉及一种高效散热的半导体激光器阵列封装结构及制作方法。

背景技术

半导体激光器，又称激光二极管(Laser Diode),系指以直接带隙的Ⅲ-Ⅴ族、Ⅳ-Ⅵ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物及其固溶体材料为工作物质的一类激光器，其自上世纪六十年代初诞生之后，便以体积小、重量轻、电光转换效率高、寿命长、可靠性高等传统激光器无法比拟的优势而逐渐发展成为现代光电子器件领域最为重要的核心器件之一。

半导体激光器阵列又称为激光二极管bar条，简称bar条。根据功率需要，把几个单元到近千单元激光二极管用金属有机化学气相淀积(MOCVD)生长在同一衬底上，就构成了一维阵列。包含几十个单元的线阵为锁相阵列，实用化输出只有几瓦，因阵列中包含的单元数增加到有源区宽度达到或超过腔长时，横向激射和放大自发辐射(ASE)会影响所需要的正常激射，从而限制输出功率的增加。如果把多元阵列分成组，每组以19个单元为单位，各组之间用光隔离技术分开，各组发出的光彼此不相干，形成多孔径激射，就可以通过增加集成数量来提高输出功率。

随着半导体激光器技术的发展，人们对其输出功率的要求逐渐增大，导致半导体激光器芯片结温升高，尤其大功率半导体激光器阵列。随着结温的升高使半导体激光器阵列的波长展宽，阈值电流增大，光电转换效率下降，寿命降低、可靠性下降。因此半导体激光器封装技术变得十分重要。

近年来，石墨因具有层向的良好导电导热性质引起了人们的极大关注，石墨单晶面导热系数可高达2200W/MK。另外，石墨还具有机械性能好、密度低、热膨胀系数小等优点。因此，石墨被认为是一种很有发展潜力的新型高导热材料。

高功率半导体激光器在工作过程中温度不断升高，对传统封装结构及热沉材料要求越来越高，迫切需要一种新型高热导率材料提高半导体激光器封装结构热导率。因此，在半导体激光器封装中，如何更高效地降低半导体激光器的工作温度是一个重要问题。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种高效散热的半导体激光器阵列封装结构，解决了现有高功率半导体激光器阵列封装的热传导差的问题，提高了半导体激光器阵列的散热性能和光电转换效率，提高激光器使用寿命。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种高效散热的半导体激光器阵列封装结构，其特殊之处在于：

包括基础热沉，所述基础热沉上设置辅助热沉，所述辅助热沉上设置过渡热沉，所述过渡热沉上设置半导体激光器阵列。

进一步地，上述辅助热沉为石墨-铜复合热沉。

进一步地，上述基础热沉为铜热沉；所述过渡热沉为氮化铝热沉。

进一步地，上述石墨-铜复合热沉包括上层、中间层和下层，所述中间层为石墨片，上层和下层为铜，所述石墨片上设有通孔，通孔的数量为多个，通孔内均设有铜柱，铜柱分别与上层、下层连接。

进一步地，上述基础热沉与辅助热沉间通过金锡焊料焊接；所述辅助热沉与过渡热沉间通过金锡焊料焊接。

进一步地，上述基础热沉、辅助热沉后表面置于冷却面；所述基础热沉的下表面置于冷却面。

另外，本发明还提出一种上述高效散热的半导体激光器阵列封装结构的制作方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)制作石墨-铜复合热沉