本實(shí)用新型涉及一種高功率的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

因半導(dǎo)體激光器具有體積小、功率大、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。隨著半導(dǎo)體激光器輸出功率越來(lái)越高，半導(dǎo)體激光器在激光焊接、激光切割、激光打孔、激光醫(yī)療等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也飛速發(fā)展。同樣的對(duì)激光器的性能要求也越來(lái)越高。激光器的性能除跟外延材料有關(guān)以外，還跟激光器的散熱、封裝有關(guān)。

目前常用的傳導(dǎo)冷卻的高功率半導(dǎo)體激光器的封裝工藝主要有圖1和圖2所示的兩種。圖1所示方案是將多個(gè)芯片和多個(gè)導(dǎo)電導(dǎo)熱的過(guò)渡熱沉(如銅、銅鎢等)同時(shí)焊接后，再整體焊接在絕緣導(dǎo)熱基片上，然后將該模塊鍵合在底座上，固定電極，完成激光器的制備?；蛘咧苯右淮螌⑺械慕M件按需求放置到特定夾具中一次鍵合完成。

圖2為目前主流的高功率半導(dǎo)體激光器制作方法。將單個(gè)激光器芯片、導(dǎo)電導(dǎo)熱過(guò)渡熱沉及絕緣導(dǎo)熱片同時(shí)焊接，制成半導(dǎo)體激光器發(fā)光單元，對(duì)激光器單元進(jìn)行測(cè)試，然后將合格的激光器單元鍵合在底座上，制成高功率半導(dǎo)體激光器。

但是上述工藝都存在如下缺點(diǎn)：

(1)圖1方案的工藝過(guò)程中芯片、熱沉、絕緣層及底座可以同時(shí)鍵合或者先后兩次鍵合成型，一旦芯片的一致性差將會(huì)造成整個(gè)器件無(wú)法使用，器件合格率低，造成巨大材料及人工浪費(fèi)；

(2)圖2方案中，雖然避免了圖1方案中的篩選問(wèn)題，但是同樣存在工藝要求高合格率低問(wèn)題。兩種方案中因?yàn)槿舾蓚€(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)光單元鍵合時(shí)，需要精密夾具并對(duì)位，同時(shí)激光器芯片的厚度只有0.1mm左右，過(guò)渡熱沉的厚度一般也只有1mm左右。兩個(gè)相鄰的發(fā)光單元通過(guò)焊料鍵合時(shí)存在短路的極大風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)發(fā)光單元鍵合到絕緣層上時(shí)也因?yàn)槌叽缧〈嬖诤附涌斩椿蛘吆附硬焕蔚碾[患，導(dǎo)致器件散熱差，可靠性及壽命降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有高功率半導(dǎo)體激光器封裝技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提出一種高功率半導(dǎo)體激光器，可以有效解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)方案中激光器合格率低、鍵合質(zhì)量差以及可靠性不高等問(wèn)題，推進(jìn)高功率半導(dǎo)體激光器的快速發(fā)展。

本實(shí)用新型的高功率半導(dǎo)體激光器，技術(shù)方案如下：

該半導(dǎo)體激光器，包括底座、絕緣層和激光器模塊；底座上設(shè)置有絕緣層；絕緣層上面設(shè)置有正電極、激光器模塊和負(fù)電極，激光器模塊處于正電極和負(fù)電極之間，正電極和負(fù)電極分別與激光器模塊連接；激光器模塊包括至少一個(gè)激光器發(fā)光單元，各激光器發(fā)光單元在絕緣層上水平排列；激光器發(fā)光單元由激光器芯片及設(shè)置在激光器芯片兩側(cè)的過(guò)渡熱沉構(gòu)成，其中一側(cè)的過(guò)渡熱沉為帶有臺(tái)階的L型過(guò)渡熱沉，激光器芯片與另一過(guò)渡熱沉置于L型過(guò)渡熱沉的臺(tái)階之上，L型過(guò)渡熱沉的底邊寬度小于激光器發(fā)光單元的寬度。

所述底座內(nèi)設(shè)置有冷卻水腔。

所述L型過(guò)渡熱沉的底邊寬度比激光器發(fā)光單元的寬度小0.2mm-0.6mm，以防止鍵合時(shí)短路。

所述正電極設(shè)置在L型過(guò)渡熱沉一側(cè)。

所述絕緣層與激光器模塊結(jié)合的區(qū)域帶有周期性刻槽，刻槽的周期與激光器模塊中激光器發(fā)光單元的寬度一致。所述刻槽的寬度為L(zhǎng)型過(guò)渡熱沉的底邊寬度與激光器發(fā)光單元的寬度之差。

所述絕緣層與激光器模塊接觸的區(qū)域設(shè)置有帶有周期性隔離槽的焊料層，隔離槽的周期與激光器發(fā)光單元的寬度一致，隔離槽寬度為L(zhǎng)型過(guò)渡熱沉底邊寬度與激光器發(fā)光單元的寬度之差。

所述底座、正電極、負(fù)電極和過(guò)渡熱沉的表面設(shè)置有鍍金層。

本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)設(shè)計(jì)帶有臺(tái)階的L型過(guò)渡熱沉，增加了激光器發(fā)光單元與絕緣層的的接觸面積，便于鍵合，減少了鍵合空洞及因?yàn)榻佑|面積小鍵合不牢的問(wèn)題。同時(shí)增加了激光器單元正負(fù)電極的距離，減小了短路的概率。通過(guò)該實(shí)用新型的實(shí)施，能夠總體上提升高功率激光器模塊的成品率并提高一致性。

附圖說(shuō)明

圖1是第一種現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器制備工藝的過(guò)程示意圖。

圖2是第二種現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器制備工藝的過(guò)程示意圖。

圖3是本實(shí)用新型高功率半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、底座；2、負(fù)電極；3、L型過(guò)渡熱沉；4、普通過(guò)渡熱沉；5、激光器芯片；6、正電極；7、絕緣層；8、刻槽；A、激光器發(fā)光單元的寬度；B、L型過(guò)渡熱沉3的底邊寬度。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)用新型的高功率半導(dǎo)體激光器，如圖3所示，包括底座1、絕緣層7和激光器模塊。底座1上設(shè)置有絕緣層7。底座1采用銅等高熱導(dǎo)率材料，其內(nèi)設(shè)置有冷卻水腔，帶有通水冷卻孔。絕緣層7的上方設(shè)置有激光器模塊，絕緣層7的兩側(cè)在激光器模塊之間設(shè)置有正電極6和負(fù)電極2。激光器模塊、絕緣層7和底座1通過(guò)焊料鍵合成完整的半導(dǎo)體激光器。激光器模塊包括至少一個(gè)激光器發(fā)光單元(圖3中有三個(gè)激光器發(fā)光單元)，各激光器發(fā)光單元在絕緣層7的上方水平排列在一起。激光器發(fā)光單元由激光器芯片5及設(shè)置在激光器芯片5兩側(cè)的過(guò)渡熱沉構(gòu)成，激光器芯片5與兩側(cè)的過(guò)渡熱沉通過(guò)焊料鍵合在一起。其中一側(cè)的過(guò)渡熱沉為帶臺(tái)階的L型過(guò)渡熱沉3，一側(cè)為普通過(guò)渡熱沉4(長(zhǎng)方塊形)。激光器芯片5與普通過(guò)渡熱沉4置于L型過(guò)渡熱沉3的臺(tái)階之上，且兩者不與L型過(guò)渡熱沉3的臺(tái)階面接觸。L型過(guò)渡熱沉3的底邊寬度B小于激光器發(fā)光單元的寬度A 0.2mm-0.6mm，以防止鍵合時(shí)短路。

正電極6設(shè)置在L型過(guò)渡熱沉3一側(cè)，負(fù)電極2設(shè)置在普通過(guò)渡熱沉4一側(cè)。正電極6和負(fù)電極2為銅、銀等高導(dǎo)電導(dǎo)熱的材料，可以通過(guò)焊料或者物理固定的方式與激光器模塊進(jìn)行連接。

L型過(guò)渡熱沉3和普通過(guò)渡熱沉4的材料可以是銅或者是鎢銅。兩種過(guò)渡熱沉與激光器芯片5對(duì)應(yīng)的鍵合區(qū)域采用的焊料為銦焊料、金錫焊料或者其他滿足鍵合要求的焊料。

絕緣層7為AlN陶瓷材料，表面鍍金。絕緣層7與激光器模塊結(jié)合的區(qū)域帶有周期性刻槽8，刻槽8的周期與激光器發(fā)光單元的寬度一致?？滩?的寬度為L(zhǎng)型過(guò)渡熱沉3的底邊寬度A與激光器發(fā)光單元的寬度B之差。絕緣層7的兩面除刻槽8之外的區(qū)域均帶有帶有鍵合溫度低于過(guò)渡熱沉鍵合焊料所需溫度的焊料，如銦焊料或銀錫銅焊料。

底座1、正電極6、負(fù)電極2、L型過(guò)渡熱沉3和普通過(guò)渡熱沉4的表面均鍍金。

上述高功率半導(dǎo)體激光器的制備過(guò)程如下所述：

1.將激光器芯片5置于L型過(guò)渡熱沉3和普通過(guò)渡熱沉4之間，激光器芯片5和普通過(guò)渡熱沉4置于L型過(guò)渡熱沉3的臺(tái)階上方且不與臺(tái)階面接觸，三者一起放置到燒結(jié)夾具中，通過(guò)焊料進(jìn)行一次鍵合，形成激光器發(fā)光單元。兩種過(guò)渡熱沉與激光器芯片5對(duì)應(yīng)的鍵合區(qū)域采用銦焊料、金錫焊料或者其他滿足鍵合要求的焊料。

2.對(duì)激光器發(fā)光單元進(jìn)行測(cè)試篩選，將所需數(shù)量的多個(gè)(以2-6個(gè)為佳)合格的激光器發(fā)光單元水平排列在一起形成激光器模塊，激光器發(fā)光單元之間通過(guò)銦焊料進(jìn)行連接。激光器發(fā)光單元之間的焊料鍵合溫度低于過(guò)渡熱沉與激光器芯片之間焊料的鍵合溫度。

3.按照?qǐng)D3設(shè)計(jì)的位置，將絕緣層7、底座1、正電極6、負(fù)電極2以及激光器模塊組裝固定到夾具中。正電極6與激光器模塊之間以及負(fù)電極2與激光器模塊之間采用銦焊料進(jìn)行連接，正電極6、負(fù)電極2和激光器模塊三者與絕緣層7之間采用焊料進(jìn)行連接。激光器模塊中相鄰激光器發(fā)光單元之間的接縫處于絕緣層7的刻槽8上。將夾具放入回流燒結(jié)爐中根據(jù)焊料的鍵合溫度進(jìn)行鍵合成型。

正負(fù)電極與激光器發(fā)光單元之間以及正負(fù)電極與絕緣層之間的焊料鍵合溫度低于過(guò)渡熱沉與激光器芯片之間焊料的鍵合溫度。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，絕緣層7與激光器模塊接觸的一面上的焊料帶有周期性的隔離槽。隔離槽的周期與激光器發(fā)光單元的寬度A一致，隔離槽寬度為L(zhǎng)型過(guò)渡熱沉3底邊寬度A與激光器發(fā)光單元的寬度A之差。