專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)合熱沉半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及到新型復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣結(jié)構(gòu)及其制備方法。
二
背景技術(shù)：
目前，高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣普遍采用高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料熱沉焊接在表面有對(duì)應(yīng)金屬化圖形的高導(dǎo)熱絕緣層上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)要求兩個(gè)或多個(gè)熱沉與激光器芯片條間隔排列焊接成高功率半導(dǎo)體激光器列陣或疊陣后，熱沉底面與高導(dǎo)熱絕緣層上的金屬化圖形完全對(duì)準(zhǔn)，否則器件熱傳導(dǎo)性能和機(jī)械強(qiáng)度下降，直接導(dǎo)致器件整體性能下降。如果列陣或疊陣焊接過(guò)程中尺寸累計(jì)誤差超過(guò)一個(gè)激光器芯片條的厚度(約為120μm)則器件短路。這種結(jié)構(gòu)對(duì)熱沉、金屬化圖形的尺寸以及焊料厚度的控制要求很高的精度，增加了高功率半導(dǎo)體激光器列陣及疊陣組裝的難度和制作成本。
三

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中熱沉底面與高導(dǎo)熱絕緣層上的金屬化圖形精確對(duì)準(zhǔn)焊接工藝難度大，以及相應(yīng)帶來(lái)的器件熱阻大，機(jī)械強(qiáng)度差制作成本高的問(wèn)題，為此，本發(fā)明提供一種復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)及制備方法在降低高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣制作難度和制作成本的同時(shí)并提高器件整體性能和機(jī)械強(qiáng)度。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)步驟是(如圖a，b，c，d，e所示)A.選取高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料加工成所需尺寸的矩形(如圖a)并將其表面拋光清洗干凈；B.選取高導(dǎo)熱絕緣材料加工成所需尺寸的矩形(如圖b)，使高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料矩形與高導(dǎo)熱絕緣材料矩形的長(zhǎng)和寬分別相同，厚度不同；C.將步驟B的表面拋光并清洗干凈，然后對(duì)其上下表面進(jìn)行金屬化處理；D.將步驟A和步驟B的金屬化表面用高導(dǎo)熱材料緊密連接在一起(如圖c)；E.將步驟D沿垂直于連接面方向按設(shè)計(jì)尺寸切割成所需的熱沉形狀，形成高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料和高導(dǎo)熱絕緣材料共同組成的復(fù)合熱沉(如圖d)，然后對(duì)復(fù)合熱沉切面進(jìn)行拋光并清洗干凈；F.再將激光芯片條與上述復(fù)合熱沉間隔排列并焊接在一起(如圖e)，從而完成復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣的制作。
本發(fā)明復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)包括激光芯片條、高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料、高導(dǎo)熱絕緣材料，其特征在于高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料與高導(dǎo)熱絕緣材料長(zhǎng)和寬分別相同，厚度不同，并且將兩種材料面積相同的兩個(gè)面固定連接組成復(fù)合材料的一體結(jié)構(gòu)；在兩片高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料之間固定焊接激光芯片條，并且激光芯片條位于高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料側(cè)面的頂端。高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣結(jié)構(gòu)中每個(gè)熱沉是由高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料和高導(dǎo)熱絕緣材料所組成復(fù)合材料的一體結(jié)構(gòu)。
為了改善現(xiàn)有的高功率半導(dǎo)體列陣/疊陣的組裝結(jié)構(gòu)工藝難度大，成本高等不利現(xiàn)狀，本發(fā)明利用高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料和高導(dǎo)熱絕緣材料制成復(fù)合熱沉，然后組裝成高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣的結(jié)構(gòu)。這種復(fù)合熱沉半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)及制備方法適用于當(dāng)前任何半導(dǎo)體激光列陣和疊陣的制備。
本發(fā)明與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及制造方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1).省去了對(duì)高導(dǎo)熱絕緣材料金屬化表面精確刻蝕圖形的步驟，避免了高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料和高導(dǎo)熱絕緣材料表面金屬化圖形在120μm量級(jí)范圍內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，簡(jiǎn)化了工藝，降低了制作成本；(2).由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)沒(méi)有傳統(tǒng)工藝中連接處的對(duì)準(zhǔn)誤差，所以制作出的熱沉一致性好，提高了激光器整體性能；同時(shí)高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料和高導(dǎo)熱絕緣材料之間連接質(zhì)量更好有效降低了器件熱阻，提高了結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度。
四


圖a是本發(fā)明的高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料示意b是本發(fā)明的雙面金屬化的高導(dǎo)熱絕緣材料示意c是本發(fā)明的復(fù)合材料示意d是本發(fā)明的由復(fù)合材料切割成的熱沉示意e是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖也是摘要附圖五具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例實(shí)施例1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖e所示，包括激光芯片條1、高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料2、高導(dǎo)熱絕緣材料3。激光芯片條1采用AlGaAs量子阱外延片或InGaAsP量子阱外延片或AlGaAsP量子阱外延片等；高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料2采用無(wú)氧銅或鋼或鋁等；高導(dǎo)熱絕緣材料3采用AlN陶瓷或BeO陶瓷或金剛石等。
實(shí)施例2本發(fā)明的制備方法如圖a，b，c，d，所示(1)、將無(wú)氧銅或鋼、鋁等按需要切割、拋光、清洗，得到體積為50×50×1.1mm3的無(wú)氧銅或鋼、鋁等矩形塊(如圖a)。
(2)、將AlN陶瓷或BeO陶瓷、金剛石等按要求切割并清洗其表面，然后進(jìn)行雙面金屬化處理，得到體積為50×50×0.2mm3的雙面金屬化AlN陶瓷或BeO陶瓷、金剛石等塊(如圖b)。
(3)、將切割好的無(wú)氧銅或鋼、鋁等塊和雙面金屬化AlN陶瓷或BeO陶瓷、金剛石等塊用Au/Sn焊膏或SnPb焊膏、導(dǎo)熱膠等緊密焊接(粘接)在一起，形成復(fù)合材料(如圖c)。
(4)、把圖c所示復(fù)合材料沿沿垂直于焊接面方向按要求切割，得到體積為10×1×1.3mm3的立方復(fù)合熱沉塊。
(5)、把型如圖d的復(fù)合熱沉塊(3塊)與激光芯片條(2片)間隔排列用In焊片焊接在一起(如圖e，激光芯片條焊接在復(fù)合熱沉無(wú)氧銅或鋼、鋁等材料側(cè)面的頂端)，制作出復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器2bar疊陣。
權(quán)利要求
1.復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于采取的技術(shù)步驟是A.選取高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料加工成所需尺寸的矩形并將其表面拋光清洗干凈；B.選取高導(dǎo)熱絕緣材料加工成所需尺寸的矩形；C.將步驟B的表面拋光并清洗干凈，然后對(duì)其上下表面進(jìn)行金屬化處理；D.將步驟A和步驟B的金屬化表面用高導(dǎo)熱材料緊密連接在一起；E.將步驟D沿垂直于連接面方向按設(shè)計(jì)尺寸切割成所需的熱沉形狀，形成高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料和高導(dǎo)熱絕緣材料共同組成的復(fù)合熱沉，然后對(duì)復(fù)合熱沉切面進(jìn)行拋光并清洗干凈；F.再將激光芯片條與上述復(fù)合熱沉間隔排列并焊接在一起，從而完成復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣的制作。
2.復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，包括激光芯片條(1)、高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料(2)、高導(dǎo)熱絕緣材料(3)，其特征在于高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料(2)與高導(dǎo)熱絕緣材料(3)長(zhǎng)和寬分別相同，厚度不同，并且將兩種材料面積相同的兩個(gè)面固定連接組成復(fù)合材料的一體結(jié)構(gòu)；在兩片高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料(2)之間固定焊接激光芯片條(1)，并且激光芯片條(1)位于高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料(2)側(cè)面的頂端。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣結(jié)構(gòu)及其制備方法。選取高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料加工成矩形并將其表面拋光、清洗；選取高導(dǎo)熱絕緣材料加工成矩形、表面拋光并清洗、金屬化處理；將金屬化表面用高導(dǎo)熱材料連接并沿垂直于連接面方向切割所需的復(fù)合熱沉形狀，然后對(duì)復(fù)合熱沉切面進(jìn)行拋光并清洗；再將激光芯片條與復(fù)合熱沉間隔排列并焊接在一起，從而完成復(fù)合熱沉高功率半導(dǎo)體激光器列陣/疊陣的制作。結(jié)構(gòu)包括激光芯片條1、高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料2、高導(dǎo)熱絕緣材料3。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)化，成本降低。熱沉一致性好，提高了激光器整體性能；同時(shí)高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料和高導(dǎo)熱絕緣材料之間連接質(zhì)量更好有效降低了器件熱阻，提高了結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度。
文檔編號(hào)H01S5/024GK1564403SQ200410010740
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者堯舜, 王立軍, 劉云, 張彪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所