本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

圖1為現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，由于激光芯片（巴條）1與熱沉5（制冷器）的熱膨脹系數(shù)（CTE，Coefficient of thermal expansion）不匹配，因此需要采用襯底3作為過渡熱沉，來平衡激光芯片1和熱沉5之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，但即使這樣，激光芯片1與襯底3鍵合的P面仍會受到由于熱沉5收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，此應(yīng)力會導(dǎo)致激光芯片（巴條）向上彎曲（如圖2所示），這樣不僅使得激光光束質(zhì)量降低，還嚴(yán)重影響后續(xù)準(zhǔn)直和耦合的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種高功率半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，能夠在改善散熱的情況下，有效地平衡激光芯片P面受到的熱應(yīng)力，大大降低激光器的近場非線性效應(yīng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實施例提供一種高功率半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)，包括：制冷器、以及半導(dǎo)體激光器單元；其中，所述半導(dǎo)體激光器單元由激光芯片、以及與所述激光芯片鍵合的起導(dǎo)電散熱作用的襯底組成；所述襯底為具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底，通過焊料鍵合到所述制冷器上，所述襯底各層的熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端呈增大趨勢。

上述方案中，所述具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底，為：熱膨脹系數(shù)呈離散型分布，且自激光芯片端到制冷器端突變增大的一體式襯底。

上述方案中，所述一體式多層復(fù)合襯底由至少三層熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端突變增大的高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成。

上述方案中，所述具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底，為：熱膨脹系數(shù)呈線性分布，且自激光芯片端到制冷器端漸變增大的一體式襯底。

上述方案中，所述一體式多層復(fù)合襯底由至少三層熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端均勻漸變增大的高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成。

上述方案中，所述制冷器為液體制冷型制冷器、和/或傳導(dǎo)冷卻型制冷器。

本發(fā)明實施例還提供一種高功率半導(dǎo)體激光器的制備方法，所述方法包括：利用焊料將激光芯片鍵合到具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底上，形成半導(dǎo)體激光器單元；將所述半導(dǎo)體激光器單元通過焊料鍵合到制冷器上，并安裝絕緣層和電極；其中，所述襯底各層的熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端呈增大趨勢。

上述方案中，所述具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底，為：熱膨脹系數(shù)呈離散型分布，且自激光芯片端到制冷器端突變增大的一體式襯底。

上述方案中，所述具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底，為：熱膨脹系數(shù)呈線性分布，且自激光芯片端到制冷器端漸變增大的一體式襯底。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器芯片彎曲示意圖；

圖3為本發(fā)明襯底的組成結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖4為本發(fā)明襯底的組成結(jié)構(gòu)示意圖二。

附圖標(biāo)號說明：1為激光芯片，2為用于鍵合激光芯片與襯底的焊料，3襯底，4為用于鍵合襯底與制冷器的焊料，5為制冷器，31為襯底的第一層，32為襯底的第二層，33為襯底的第三層。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供一種高功率半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述封裝結(jié)構(gòu)的特點在于，采用具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底來平衡激光芯片與制冷器之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，這里所說的具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底，指的是所述一體式襯底由多層高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成，各層之間的熱膨脹系數(shù)互不相同，并且具有一定的變化規(guī)律。

上述一體式多層復(fù)合襯底的熱膨脹系數(shù)可以呈離散型分布，并由激光芯片端到制冷器端突變增大，具體可以由至少三層熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端突變增大的高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成，突變具體指的是：這種襯底各層的熱膨脹系數(shù)呈離散型分布，也即各層之間的熱膨脹系數(shù)呈階梯式變化。

進(jìn)一步的，上述一體式多層復(fù)合襯底的熱膨脹系數(shù)還可以呈線性分布（各層的熱膨脹系數(shù)以一定的規(guī)律呈線性變化趨勢），并由激光芯片端到制冷器端漸變增大，具體可以由至少三層熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端均勻漸變增大的高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成，這里所說的漸變可以理解為以非常微小的變化率漸變的一種情況，由于這種情況下各層之間的變化程度較小，因此相應(yīng)的高導(dǎo)熱材料的復(fù)合層數(shù)也較多。

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明實施例提供一種高功率半導(dǎo)體激光器的封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)包括：制冷器5、以及半導(dǎo)體激光器單元；其中，

所述半導(dǎo)體激光器單元由激光芯片1、以及與所述激光芯片1鍵合的起導(dǎo)電散熱作用的襯底3組成；所述襯底3為具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底，通過焊料4鍵合到所述制冷器5上，所述襯底各層的熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端呈增大趨勢。需說明的是，這里所說的多個熱膨脹系數(shù)是相對于現(xiàn)有襯底的熱膨脹系數(shù)為唯一確定值而言的，也即本發(fā)明所述的一體式襯底的熱膨脹系數(shù)并非是單一數(shù)值，而是呈一定規(guī)律變化的一系列數(shù)值。

具體的，圖3為本發(fā)明襯底的組成結(jié)構(gòu)示意圖一，如圖3所示，所述具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底可以為：熱膨脹系數(shù)呈離散型分布，且自激光芯片1端到制冷器5端突變增大的一體式襯底。所述一體式襯底由至少三層熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端突變增大的高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成。

這里，以圖3中所述襯底由三層高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成為例，圖3中的橫軸表示各層的熱膨脹系數(shù)（CTE），Y軸表示各層的堆疊方向。具體的，所述襯底在靠近激光芯片端的第一層31可以為熱膨脹系數(shù)與激光芯片1相匹配的高導(dǎo)熱材料，所述高導(dǎo)熱材料具體可以為某一種單一成分，也可以為兩種及以上組分構(gòu)成的混合物（比如，配比為1比9的銅、鎢）。

類似的，所述襯底的第二層32可以為熱膨脹系數(shù)適中的高導(dǎo)熱材料，這里所說的“適中”可以理解為其熱膨脹系數(shù)位于所述激光芯片與制冷器兩者之間。所述高導(dǎo)熱材料具體可以為某一種單一成分，也可以為兩種及以上組分構(gòu)成的混合物（比如，配比為1比1的銅、鎢）；所述襯底的第三層33可以為熱膨脹系數(shù)與制冷器相匹配的高導(dǎo)熱材料，同樣，所述高導(dǎo)熱材料具體可以為某一種單一成分，也可以為兩種及以上組分構(gòu)成的混合物（比如，配比為9比1的銅、鎢）

進(jìn)一步的，圖4為本發(fā)明襯底的組成結(jié)構(gòu)示意圖二，如圖4所示，圖4中的橫軸表示各層的熱膨脹系數(shù)（CTE），Y軸表示各層的堆疊方向。具體的，所述具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式襯底可以為：熱膨脹系數(shù)呈線性分布，且自激光芯片1端到制冷器5端均勻漸變增大的一體式襯底。所述一體式襯底由至少三層熱膨脹系數(shù)自激光芯片1端到制冷器5端均勻漸變增大的高導(dǎo)熱材料復(fù)合而成。

通過上述技術(shù)方案可知，所述襯底中高導(dǎo)熱材料的比例增加，因此本發(fā)明所提供的技術(shù)方案還增強(qiáng)了半導(dǎo)體激光器的散熱能力。

上述方案中，所述制冷器可以根據(jù)實際需要選擇液體制冷型制冷器、和/或傳導(dǎo)冷卻型制冷器。

本發(fā)明實施例還提供一種高功率半導(dǎo)體激光器的制備方法，所述方法包括：利用焊料將激光芯片鍵合到具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底上，形成半導(dǎo)體激光器單元，所述焊料可以為金錫焊料；將所述半導(dǎo)體激光器單元通過焊料鍵合到制冷器上，這里所述焊料可以為錫，錫銅、錫銀銅或錫銀焊料，所述襯底各層的熱膨脹系數(shù)自激光芯片端到制冷器端呈增大趨勢。

進(jìn)一步的，所述方法還可以包括：安裝絕緣層以及電極，具體可以通過引入金線或銅箔等方式安裝電極。

所述具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底可以為：熱膨脹系數(shù)呈離散型分布，且自激光芯片端到制冷器端突變增大的一體式襯底。

所述具有多個熱膨脹系數(shù)的一體式多層復(fù)合襯底可以為：熱膨脹系數(shù)呈線性分布，且自激光芯片端到制冷器端漸變增大的一體式襯底。

在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求，將利用上述封裝結(jié)構(gòu)制成的半導(dǎo)體激光器在水平和/或垂直方向的疊層，形成水平或垂直陣列類的高功率半導(dǎo)體激光器。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。