[發(fā)明專利]一種針對面發(fā)射激光芯片的高功率模塊

在審

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• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110783811A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹亞運;肖巖;周德來
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市檸檬光子科技有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/026;H01S5/18
• 代理公司: 44340 深圳瑞天謹誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王昌花

本發(fā)明涉及一種針對面發(fā)射激光芯片的高功率模塊，包括多條冷板，每條冷板封裝有若干個面發(fā)射激光芯片，多條冷板堆疊形成具有堆棧式散熱結(jié)構(gòu)的高功率半導體激光器模組。本發(fā)明的高功率模塊是針對面發(fā)射激光芯片高熱密度集成的一種新的嘗試，相較傳統(tǒng)的堆棧式激光器，同樣能實現(xiàn)大功率高熱密度的解熱，因為面發(fā)射激光芯片在使用環(huán)境上的要求相對邊發(fā)射激光芯片要低，讓大功率激光器可以應(yīng)用到一些嚴苛的使用環(huán)境中去。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種針對面發(fā)射激光芯片的高功率模塊。

背景技術(shù)

過去，高功率半導體激光器領(lǐng)域，基于GaAs材料的邊發(fā)射半導體激光器一直占據(jù)統(tǒng)治地位，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)，醫(yī)療，科研等領(lǐng)域，然而，邊發(fā)射半導體激光器卻存在其致命的缺陷，雖然預期壽命長達數(shù)萬小時，但是在脈沖狀態(tài)下，光學災(zāi)變性損壞幾率極大，對壽命影響嚴重，其實際使用壽命遠遠達不到理想的預期，同時隨著功率增加，邊發(fā)射模塊二維疊陣的增加，實際效果會持續(xù)下降。因此，需要開發(fā)新的可用于工業(yè)領(lǐng)域的半導體激光器。

1980年以來，科學界大量涌現(xiàn)出半導體物理研究的新成果，如晶體外延生長技術(shù)（例如金屬有機化學氣相淀積（MOCVD)，分子束外延（MBE)和化學束外延（CBE）等，使得半導體激光器成功應(yīng)用了量子阱和應(yīng)變量子阱新結(jié)構(gòu)，同時半導體激光芯片封裝工藝，光束整形技術(shù)都得到了長足發(fā)展，取得了重大突破，讓半導體激光器的種類和波長有了大幅度的拓展，目前根據(jù)發(fā)光方向與激光芯片所在外延片平面的關(guān)系，激光器可劃分為邊發(fā)射半導體激光器（EEL-Edge Emitting Laser Diode），垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL-VerticalCacity Surface Emitting Laser）以及最新的水平腔面發(fā)射激光器（HCSEL-HorizontalCacity Surface Emitting Laser），其中VCSEL和HCSEL的發(fā)光方向垂直于外延片方向，從反應(yīng)區(qū)頂面射出，而邊發(fā)射半導體激光器的發(fā)光方向平行于外延片方向，從反應(yīng)區(qū)的邊緣射出。兩種面發(fā)射激光芯片由于結(jié)構(gòu)原因，具有表面高反射率，預期壽命較長，而且故障率低，能承受較高的工作溫度以及本體發(fā)熱均勻等優(yōu)點。同時其封裝簡單，類似于LED封裝工藝。隨著技術(shù)的發(fā)展面發(fā)射型激光器單體功率也越來越趨近于巴條，所以在高功率領(lǐng)域也越來越搶眼。

而如今高功率半導體激光器以其廣闊的應(yīng)用前景加上巨大的潛在市場，已然成為各國競相追逐的熱點，但是，其可靠性和穩(wěn)定性，一致性等問題，又很大程度上限制了這一塊的實際應(yīng)用，其中之一高功率半導體激光器所面臨的問題就是激光器的性能。即激光器的輸出光電轉(zhuǎn)換效率（即輸出光功率/輸入電功率----比值）。

而這些問題除了跟激光器外延材料和封裝有關(guān)外，很大程度上都受整體發(fā)熱密度和散熱效率影響---發(fā)熱會影響芯片損耗增益比，影響芯片發(fā)光效率，同時還對輸出波長存在一定影響。傳統(tǒng)堆棧式激光器只適用于邊發(fā)射激光芯片巴條的高熱密度集成，邊發(fā)射激光芯片狹小發(fā)光面積對使用環(huán)境的嚴苛要求，由于發(fā)光區(qū)狹小，容易因為環(huán)境干擾而損壞,邊發(fā)射集成模塊的光路整形是工裝一些微透鏡在模塊上，需要較多的微加工，后續(xù)組裝也需要大量的精密的工裝操作，這將使得不良率較高。

目前市面激光器的散熱器，內(nèi)部設(shè)置微通道散熱，然而，內(nèi)部流道水壓調(diào)試比較麻煩，部品工藝比較復雜，目前可以實現(xiàn)的廠家并不多。由于微通道內(nèi)部是微流道，在流體不凈的情況下，十分容易堵塞，而且只能更替堵塞板，相對維護成本也偏高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種針對面發(fā)射激光芯片的高功率模塊，解決現(xiàn)有高功率模塊缺乏可靠性、穩(wěn)定性、一致性等問題，使用環(huán)境的嚴苛要求等問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種針對面發(fā)射激光芯片的高功率模塊，包括多條冷板，每條冷板封裝有若干個面發(fā)射激光芯片，多條冷板堆疊形成具有堆棧式散熱結(jié)構(gòu)的高功率半導體激光器模組。