[发明专利]金刚石微通道热沉、制备方法和应用以及半导体激光器

说明书

本发明公开了一种金刚石微通道热沉、制备方法和应用以及半导体激光器，金刚石微通道热沉的制备方法包括以下步骤：步骤1，抛光Si片清洗并干燥；步骤2，将带有微通道栅孔的掩模版覆盖于Si片上，通过M‑RF‑PECVD设备在微通道栅孔内沉积类金刚石薄膜，取下掩模版，得到DLC/Si片；步骤3，利用湿法刻蚀对DLC/Si片进行刻蚀，使其表面形成微通道沟槽；步骤4，进行等离子体刻蚀处理，以去除Si片表面的DLC薄膜层和氧化层；步骤5，通过EACVD方法制备金刚石厚膜，得到Si/金刚石厚膜；步骤6，对金刚石厚膜进行抛光；步骤7，利用湿法刻蚀去除作为衬底的Si片，清洗干燥，得到金刚石微通道热沉。本发明的金刚石微通道热沉可增加与冷却液接触的比表面积，可有效提高半导体激光器的散热性能。

技术领域

本发明涉及半导体激光器热沉制备工艺技术领域，特别是涉及一种半导体激光器微通道热沉制备方法。

背景技术

随着半导体激光器制造工艺的日趋成熟，已广泛用于泵浦固体激光器、工业加工、医疗美容和军事科技等领域。在对半导体激光器的大功率和小体积的应用需求驱动下，特别是对于固体激光器泵浦模块的改进具有重要意义。然而，半导体激光器的电光转换效率约50％～60％，对于腔长1mm，19管芯的线阵，在输出40W光功率的同时也会等量的热功率，造成有源区小的面积内产生极大的热通量，特别在连续波的模式下工作，会在短时间内造成极大的热积累，导致电光转换效率下降，使工作结温进一步升高，从而引发腔面灾变性光学损伤，严重抑制输出功率和使用寿命。因此，研制导热率高，比表面积大的热沉，可有效提高散热效率，降低工作结温度，有助于提高半导体激光器的可靠性。

选择微通道结构的热沉，有助于增加与冷却液体接触的比表面积，提高对工作器件的散热性能。目前的半导体激光器封装多采用Si或Cu作为微通道热沉材料，虽然Si容易加工成为通道结构，然而其导热率为83Wm^-1K^-1，难以将器件产生的热量导出。虽然Cu的导热率较高，然而其导体特性，使其在工作中与冷却液接触发生电化学反应，导致管路发生腐蚀堵塞，使热沉寿命下降，无法正常为器件提供冷却。

CVD(化学气相沉积)金刚石具有极高的导热率(可高达1800Wm^-1K^-1)，可迅速将半导体激光器工作中产生的热量导出，而且还具有良好的绝缘性和物理化学稳定性，可实现持久的使用寿命。目前的金刚石热沉主要是通过CVD技术沉积出金刚石厚膜，再经过抛光，切割成合适的尺寸制作的板状结构。将金刚石热沉加工为微通道结构，可大大增加比表面积，更有效的控制半导体激光器的工作温度。然而，金刚石具有极高的硬度和耐腐蚀性，难以采用机械或化学工艺加工成微通道结构。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的金刚石的硬度和耐腐蚀性高，难以用机械或化学方法加工成通道结构的问题，而提供一种金刚石微通道热沉的制备方法，通过改进CVD金刚石的制备工艺，研制出适用于高功率半导体激光器的微通道热沉。

本发明的另一方面是提供利用所述方法制备得到的金刚石微通道热沉，其具有较大的比表面积。

本发明的另一方面是提供所述金刚石微通道热沉在半导体激光器中的应用，尤其适用于高功率的半导体激光器，有助于提高微通道热沉对半导体激光器的热管理技术，从而提高半导体激光器线阵工作的可靠性。

本发明的另一方面是提供一种半导体激光器，其芯片上焊接有所述金刚石微通道热沉，提高芯片的散热速度，稳定性高。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种金刚石微通道热沉的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，抛光Si片，清洗并干燥；