[發明專利]一種熱沉絕緣型半導體激光器及其疊陣

在審

• 申請號: 201710459332.X
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107196186A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 段磊;陶春華;張宏友;劉興勝
• 申請（專利權）人: 西安炬光科技股份有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/40;H01S5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及半導體激光器領域，尤其涉及一種熱沉絕緣型的半導體激光器及其疊陣。

背景技術

目前，高功率半導體激光器的封裝結構主要可以分為：液體制冷型和傳導冷卻型。傳導冷卻型由于散熱原理的限制，在功率的實現上受到了制約，很難實現大功率器件；液體制冷型的封裝結構是目前實現高功率半導體激光器的主要封裝形式。

液體制冷型的封裝結構目前主要包括：微通道液體制冷、宏通道液體制冷。

對于微通道液體制冷方式來說，巴條直接鍵合到微通道熱沉（液體制冷器）上。這種封裝方式中，熱沉不僅需要作為散熱介質，還需要作為激光芯片的電極（一般為正極）使用。

微通道液體制冷的封裝方式有如下缺點：

第一，微通道容易由于水通道狹窄而造成堵塞；

第二，微通道熱沉本身帶電，所以必須采用去離子水進行冷卻，對離子濃度有很高的要求；

第三，帶電的微通道熱沉在使用過程中很容易造成電化學腐蝕，破壞微通道結構，造成堵塞，導致產品失效；

第四，微通道熱沉的整體強度與剛度缺乏，容易在組裝和制造過程中發生折彎、變形，影響封裝質量。

另外，巴條可以先鍵合在熱膨脹系數相匹配的導電襯底上，再與微通道熱沉進行封裝，但是卻增加了散熱路徑，降低了散熱能力。

對于宏通道液體制冷方式來說，其優點是通道較大，不易產生通道堵塞，液體的流速相對較低，可以減少通道的侵蝕。同時，這也造成了宏通道封裝器件的散熱能力差、通道內溫度不均勻的問題，并且其熱沉也是帶電的；這種封裝一般適合在功率較低的應用場合。

根據上述分析可知，由于熱沉帶電，直接或間接地限制了半導體激光器的散熱能力和封裝質量，因此，迫切需要一種熱沉絕緣的、具有高散熱能力的半導體激光器。

發明內容

本發明實施例的主要目的在于提供一種熱沉絕緣型半導體激光器及其疊陣，在實現熱沉絕緣的情況下，能夠有效地提高半導體激光器的散熱能力，并且模塊化的設計，為進一步實現功率成倍擴展奠定了基礎。

本發明的技術方案如下：

本發明實施例提供一種熱沉絕緣型半導體激光器，包括：激光芯片、導電襯底、液體制冷器、絕緣間隔層、第一導電層；其中，所述激光芯片鍵合于所述導電襯底上，形成激光芯片模塊；所述激光芯片模塊經絕緣間隔層鍵合在所述液體制冷器的側端面；所述第一導電層設置于所述液體制冷器的上表面，與所述液體制冷器彼此絕緣，并與所述激光芯片實現電連接。

上述方案中，所述半導體激光器還包括：第二導電層；所述第二導電層設置于所述液體制冷器的下表面，與所述液體制冷器彼此絕緣，第二導電層與所述導電襯底的下表面相接觸，并經所述導電襯底與所述激光芯片實現電連接。

上述方案中，所述激光芯片的正極鍵合于所述導電襯底上，所述第一導電層與所述激光芯片的負極實現電連接，所述第二導電層經所述導電襯底與所述激光芯片的正極實現電連接。

上述方案中，所述半導體激光器還包括：第一絕緣層、第二絕緣層；所述第一絕緣層設置于所述第一導電層與液體制冷器之間，用于實現第一導電層與液體制冷器之間的絕緣；所述第二絕緣層設置于所述第二導電層與液體制冷器之間，用于實現第二導電層與液體制冷器之間的絕緣。

上述方案中，所述導電襯底為熱膨脹系數與激光芯片相匹配的導熱導電材料，所述導電導熱材料為：銅金剛石、和/或銅鎢、和/或石墨銅、和/或石墨鋁、和/或石墨烯。

上述方案中，所述絕緣間隔層的材料為：金剛石、和/或氮化鋁、和/或氧化鋁、和/或氧化鈹。

本發明實施例還提供一種熱沉絕緣型半導體激光器疊陣，所述疊陣由多個上述的半導體激光器作為單元疊加而成。

上述方案中，在構成所述疊陣的多個半導體激光器單元中，各半導體激光器單元的激光芯片上還設置有輔助襯底，或者，除首端的半導體激光器單元之外，每個半導體激光器單元的激光芯片上表面還設置有輔助襯底；其中，所述輔助襯底為熱膨脹系數與激光芯片相匹配的導電材料，所述導電材料為：銅鎢、和/或銅金剛石、和/或石墨銅、和/或石墨鋁、和/或石墨烯，用于在傳導電流的同時，保護激光芯片。

上述方案中，在構成所述疊陣的多個半導體激光器單元中，末端的半導體激光器單元還包括：第二導電層；所述第二導電層設置于所述液體制冷器的下表面，與所述液體制冷器彼此絕緣，第二導電層與所述導電襯底的下表面相接觸，并經所述導電襯底與所述激光芯片實現電連接。

本發明的有益效果如下：