[发明专利]AlN-金刚石热沉、制备方法和应用以及半导体激光器封装件

说明书

本发明公开了一种AlN‑金刚石热沉、制备方法和应用以及半导体激光器封装件，所述AlN‑金刚石热沉的制备方法包括以下步骤：步骤1，对钼片表面进行研磨处理、清洗并干燥；步骤2，通过直流电弧等离子体喷射化学气相沉积方法在钼衬底的表面沉积金刚石膜，然后降至常温，使金刚石厚膜与钼片脱离；步骤3，利用化学机械抛光方法对自支撑金刚石膜进行抛光，得到表面平坦化的金刚石片，清洗干燥；步骤4，对表面平坦化的金刚石片进行反溅射处理；步骤5，在所述反溅射处理后的金刚石片的表面通过直流溅射沉积AlN膜，沉积结束后，在N₂气氛中降至常温得到AlN‑金刚石热沉。AlN‑金刚石热沉中的金刚石片导热率高，AlN膜作为缓冲层，可降低器件的热应力。

技术领域

本发明涉及高功率半导体激光器热沉的制备工艺技术领域，特别是涉及一种AlN～金刚石热沉、制备方法和应用以及半导体激光器。

背景技术

半导体激光器具有电光转换效率高、体积小、可调节性强和使用方便等优势，广泛用于固体激光器泵浦、材料加工、医疗美容和军事等诸多领域。随着半导体激光器的输出功率不断地提高，特别是作为固体激光器的泵浦，其可靠性成为制约其发展的重要因素。

目前的半导体激光器封装多采用Cu或AlN作为热沉。虽然Cu具有良好的导热特性，然而其热膨胀系数高达17.8ppmK^～1，而GaAs半导体激光器线阵约为5.8ppmK^～1，从而导致热膨胀系数失配，造成较大的热应力。较大的热应力不仅容易造成半导体激光器线阵弯曲，还容易导致焊料层开裂。AlN热膨胀系数虽然与GaAs器件接近，然而其导热率仅为170W m^-1K^-1，难以将器件产生的热量导出，造成半导体激光器输出功率降低，而且长时间的高温条件下工作会加快器件老化失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的AlN导热率低的问题，而提供一种AlN-金刚石热沉，该热沉包括CVD金刚石层和在其表面沉积的AlN膜，CVD(化学气相淀积)金刚石具有极高的导热性(可高达1800Wm^-1K^-1)，其表面沉积AlN膜作为缓冲层。

本发明的另一个目的是提供所述AlN-金刚石热沉的制备方法，先以钼片为衬底，制备CVD金刚石层，再对金刚石层进行反溅射处理后，沉积AlN膜。

本发明的另一个目的是提供所述AlN-金刚石热沉在半导体激光器中的应用，CVD金刚石层的导热性良好，有助于将GaAs半导体激光器工作中产生的热量导出，AlN膜作为缓冲层，可有效体提高GaAs器件和金刚石热沉的热膨胀系数匹配度，从而降低器件的热应力。

本发明的另一个目的是提供一种半导体激光器封装件，与所述AlN-金刚石热沉相装配。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种AlN-金刚石热沉的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对钼片表面进行研磨处理，清洗后干燥，得到预处理的钼片，在此研磨不可用抛光替代，抛光会降低表面粗糙度，导致缺陷划痕消失。然而金刚石的沉积是以缺陷作为形核中心，研磨后的表面通常在微观上凹凸不平，存在大量缺陷，可提高形核密度，有利于提高成膜品质；

步骤2，以所述预处理的钼片作为钼衬底，通过直流电弧等离子体喷射化学气相沉积(DC Arc Plasma jet CVD)方法在所述钼衬底的表面沉积金刚石膜，沉积结束后，降至常温，使所述金刚石膜与所述钼衬底脱离，制备出自支撑金刚石膜；

步骤3，利用化学机械抛光方法对所述自支撑金刚石膜进行抛光，得到表面平坦化的金刚石片，清洗干燥后得到金刚石片；

步骤4，对所述金刚石片的表面进行反溅射处理，以去除表面氧成份并引入氮元素，得到反溅射处理后的金刚石片；