[發(fā)明專利]半導體激光器及半導體激光器的制備方法

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• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114552370A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 賴錦鋒;張利斌
• 申請（專利權）人: 桂林市啄木鳥醫(yī)療器械有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李薈萃

本發(fā)明提供了一種半導體激光器及半導體激光器的制備方法。半導體激光器包括：激光器組件包括激光芯片；石墨結構，位于激光芯片的一側；熱沉結構，包括用于防止激光芯片和石墨結構之間產生熱應力的過渡熱沉，過渡熱沉位于石墨結構和激光芯片之間，且激光芯片通過過渡熱沉與石墨結構連接。本發(fā)明的技術方案解決了現有技術中的半導體激光器熱應力過大的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及激光器技術領域，具體而言，涉及一種半導體激光器及半導體激光器的制備方法。

背景技術

半導體激光器具有體積小、壽命長、電光轉換效率高、波長可調范圍廣和可靠性好等優(yōu)點，目前已廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、軍事等領域。但隨著人們在國防、制造和空間探測等應用領域對高功率激光器需求的不斷增加，實現全固態(tài)、光纖以及半導體激光器的高功率高性能輸出已成為迫切的需求。相比于固體激光器、光纖激光器等技術，半導體激光器的電光轉換效率可高達50％左右，即便如此仍會有一半的電能轉換為熱能，如果散熱效果不佳，會造成芯片溫度升高，這會直接影響半導體激光器的閾值電流密度、輸出功率、微分量子效率等一系列性能，并導致半導體激光器壽命和可靠性下降，甚至會損毀芯片。例如，一般情況下，半導體激光器的發(fā)光波長隨溫度變化為0.2mm-0.3nm/℃，在室溫附近，半導體激光器溫度每升高1℃，其發(fā)光強度會相應地減少1％左右。因此，解決激光芯片的散熱問題成為進一步提高半導體激光器功率和光束質量的關鍵因素。激光芯片的冷卻和封裝是制造大功率半導體激光器的重要環(huán)節(jié)。

由于大功率半導體激光器的輸出功率高、發(fā)光面積小，其工作時產生的熱量密度很高，這對封裝結構和工藝提出了更高要求。目前，半導體激光器常見的散熱途徑是通過激光芯片和熱沉之間的溫差形成對流傳熱，使激光芯片中的廢熱傳入熱沉中，熱沉與水、空氣、液氨等冷卻介質直接接觸將激光芯片所產生的廢熱經冷卻介質帶走，完成半導體激光器的散熱。而提高激光芯片器件散熱途徑的方法主要有兩種:一是采用散熱性能更好的散熱結構；二是研發(fā)出熱導率更高的散熱材料。近年來，石墨膜材料由于體積小、重量輕，以及超高導熱特性(橫向熱導率為銅、銀金屬的3-5倍)，被認為是電子和光子器件熱管理的理想材料，目前在電子器件中已經有了廣泛的應用。

現有技術中，采用高導熱石墨烯或石墨膜材料作為導熱層，可以增強半導體激光器的散熱控溫效果，但是，由于石墨膜材料的熱膨脹系數與半導體激光器材料砷化鎵(GaAs)的熱膨脹系數不匹配，而且一般石墨膜材料與激光芯片是直接接觸的，這樣會導致熱應力過大的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導體激光器及半導體激光器的制備方法，以解決現有技術中的半導體激光器熱應力過大的問題。

為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種半導體激光器，包括：激光器組件，包括激光芯片；石墨結構，位于激光芯片的一側；熱沉結構，包括用于防止激光芯片和石墨結構之間產生熱應力的過渡熱沉，過渡熱沉位于石墨結構和激光芯片之間，且激光芯片通過過渡熱沉與石墨結構連接。

進一步地，熱沉結構位于激光器組件和石墨結構之間，熱沉結構在石墨結構上的投影面積大于或等于石墨結構的面積，以阻隔石墨結構和激光器組件。

進一步地，熱沉結構還包括用于散熱且與石墨結構連接的第一熱沉，過渡熱沉的至少一側設有第一熱沉。

進一步地，半導體激光器還包括用于散熱的第二熱沉，第二熱沉位于石墨結構的背離激光芯片的一側。

進一步地，半導體激光器還包括導熱膠層，石墨結構的至少一側設有導熱膠層；或者，激光芯片與過渡熱沉之間設有焊接層。

進一步地，半導體激光器還包括設置在第一熱沉和過渡熱沉之間的密封膠層。

進一步地，過渡熱沉的熱膨脹系數與激光芯片的熱膨脹系數相一致；或者，過渡熱沉由銅鎢材料制成。