[發明專利]一種用于大功率VCSEL芯片的散熱基板

有效

• 申請號: 201710442818.2
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107134713B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 林濤;張天杰
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/024
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王珂瑜

本發明公開了一種用于大功率VCSEL芯片的散熱基板，包括用來安裝VCSEL芯片本體的電極A和電極B，VCSEL芯片本體安裝在電極A上，VCSEL芯片本體上的芯片引線節點通過電流引線與電極B的表面連接。相比現有的技術，引線條數增加，電流分布的均勻較好，可通入的電流增大，并使得芯片的散熱均勻，可以解決現有技術中的引線不均勻而導致的電流不均勻的問題并使得芯片的散熱能力增強。

技術領域

本發明屬于半導體設備技術領域，涉及一種用于大功率VCSEL芯片的散熱基板。

背景技術

半導體激光器以其波長選擇范圍廣、體積小、功耗小、效率高、繼承性好、成本低等優點成為最重要的半導體光電子器件之一。特別是對于大功率半導體激光器不僅在激光存儲、激光顯示、激光打印、材料加工、生物醫學、醫療器械、空間光通信等領域有著廣泛應用，同時在軍事領域它也可應用于激光打靶、激光制導、激光夜視、激光雷達、激光引信、激光武器、戰爭模擬等，大功率半導體激光器技術涵蓋了幾乎所有的光電子應用領域。

在激光器的結構方面，垂直腔面發射激光器(VCSEL)被譽為最有發展前景和實用價值的器件。不同于傳統邊發射半導體激光器的F-P腔結構，VCSEL器件采用了腔長只有微米量級的垂直微腔結構，易于實現低閾值電流，具有高微分量子效率。該器件具有獨特的空間層結構及微小尺寸，結構上的不同使得VCSEL突出表現為以下幾方面的優點：具有良好的動態單縱模和空間發射模特性；高電光轉換效率、低閾值電流、低功耗；圓形輸出光束、發散角小、與光纖耦合效率高、高調制速率；容易制造面積較大、具有準確單一波長的單片VCSEL陣列；這些優點使VCSEL相比于傳統的邊發射激光器具有更大的市場應用潛力。

隨著材料生長技術和器件制備工藝的發展和進步，許多先進的半導體工藝相繼出現，例如MBE，MOCVD等超薄層大面積外延技術，普遍采用的量子阱結構，先進的制冷散熱技術以及特殊的封裝技術，使激光器的輸出功率越來越高，而且其他性能也同時不斷得到改進。大功率半導體激光器研制過程可分為兩個重要環節，一是半導體芯片的生產，二是激光器列陣的封裝，而封裝技術的好壞會直接影響到器件的總體性能。在封裝過程中，最為關鍵的技術則是低熱阻技術、低歐姆接觸技術和高效冷卻技術。由于隨著注入電流的增加，功率增大，熱耗散功率也隨之增大。如果不及時消除因耗散功率所轉化的熱量，必將造成結溫升高，從而使激光器的閾值電流升高，效率降低，激光中心波長發生漂移，以致激光器的壽命下降。

VCSEL器件的閾值電流及輸出功率對溫度很敏感，閾值電流隨有源區溫度的升高呈現指數增長，電光轉換效率隨有源區溫度上升呈現指數下降；且有源區溫度升高，激光器的平均和最大輸出功率都會減少，其激射波長一般隨著有源區溫度的升高而出現紅移等現象，并伴隨著跳模；有源區內部溫度的不均勻性，使能級間出現能量差異，導致輸出譜線展寬，更容易出現多模激射情況。其次，由于溫度的影響，各層材料之間熱膨脹系數的差別會在內部產生應力，各層之間擴散加劇，使器件退化，縮短激光器的使用壽命。

因而解決激光器的散熱，降低激光器的工作溫度，對于提高激光器的工作特性和延長使用壽命有著很大的幫助。尤其是對于長波長器件，為了實現高工作溫度、低閾值電流、高功率，必須經過優化設計將每一個影響因素減到最低。為了增加器件工作時的散熱，除了選用導熱系數較高的材料，散熱基板結構的設計則顯得尤為重要，合理的散熱基板結構設計不僅可以使得電流引線更加均勻，電流注入均勻，可通入的電流增加，提高大功率VCSEL的輸出特性，且使得器件散熱能力增強。

現有的散熱基板結構呈“凹”型的四邊形，只有三邊可以引線，電流具有一定的不均勻性。本發明提供了一種新型的散熱基板結構，使得四周均可以引線。與現有的散熱基板結構相比，該散熱基板結構使得電流的引線條數增加，可通入的電流增大，電流分布的均勻性較好，輸出功率得到了相應的提高，更加易于散熱，有效提高半導體激光器的輸出特性。

發明內容