本實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，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。隨著半導(dǎo)體激光器輸出功率越來越高，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。同樣的對激光器的性能要求也越來越高。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所示方案是將多個芯片和多個導(dǎo)電導(dǎo)熱的過渡熱沉(如銅、銅鎢等)同時焊接后，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。或者直接一次將所有的組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。將單個激光器芯片、導(dǎo)電導(dǎo)熱過渡熱沉及絕緣導(dǎo)熱片同時焊接，制成半導(dǎo)體激光器發(fā)光單元，對激光器單元進行測試，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：

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

(2)圖2方案中，雖然避免了圖1方案中的篩選問題，但是同樣存在工藝要求高合格率低問題。兩種方案中因為若干個半導(dǎo)體激光器發(fā)光單元鍵合時，需要精密夾具并對位，同時激光器芯片的厚度只有0.1mm左右，過渡熱沉的厚度一般也只有1mm左右。兩個相鄰的發(fā)光單元通過焊料鍵合時存在短路的極大風(fēng)險，同時發(fā)光單元鍵合到絕緣層上時也因為尺寸小存在焊接空洞或者焊接不牢的隱患，導(dǎo)致器件散熱差，可靠性及壽命降低。

技術(shù)實現(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題，推進高功率半導(dǎo)體激光器的快速發(fā)展。

本實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、激光器模塊和負電極，激光器模塊處于正電極和負電極之間，正電極和負電極分別與激光器模塊連接；激光器模塊包括至少一個激光器發(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)的過渡熱沉構(gòu)成，其中一側(cè)的過渡熱沉為帶有臺階的L型過渡熱沉，激光器芯片與另一過渡熱沉置于L型過渡熱沉的臺階之上，L型過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，以防止鍵合時短路。

所述正電極設(shè)置在L型過渡熱沉一側(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型過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型過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、負電極和過渡熱沉的表面設(shè)置有鍍金層。

本實用新型的優(yōu)勢在于通過設(shè)計帶有臺階的L型過渡熱沉，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為接觸面積小鍵合不牢的問題。同時增加了激光器單元正負電極的距離，減小了短路的概率。通過該實用新型的實施，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。

附圖說明

圖1是第一種現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器制備工藝的過程示意圖。

圖2是第二種現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器制備工藝的過程示意圖。

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

圖中：1、底座；2、負電極；3、L型過渡熱沉；4、普通過渡熱沉；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型過渡熱沉3的底邊寬度。

具體實施方式

實施例1

本實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和負電極2。激光器模塊、絕緣層7和底座1通過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激光器發(fā)光單元(圖3中有三個激光器發(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)的過渡熱沉構(gòu)成，激光器芯片5與兩側(cè)的過渡熱沉通過焊料鍵合在一起。其中一側(cè)的過渡熱沉為帶臺階的L型過渡熱沉3，一側(cè)為普通過渡熱沉4(長方塊形)。激光器芯片5與普通過渡熱沉4置于L型過渡熱沉3的臺階之上，且兩者不與L型過渡熱沉3的臺階面接觸。L型過渡熱沉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，以防止鍵合時短路。

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

L型過渡熱沉3和普通過渡熱沉4的材料可以是銅或者是鎢銅。兩種過渡熱沉與激光器芯片5對應(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。刻槽8的寬度為L型過渡熱沉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、負電極2、L型過渡熱沉3和普通過渡熱沉4的表面均鍍金。

上述高功率半導(dǎo)體激光器的制備過程如下所述：

1.將激光器芯片5置于L型過渡熱沉3和普通過渡熱沉4之間，激光器芯片5和普通過渡熱沉4置于L型過渡熱沉3的臺階上方且不與臺階面接觸，三者一起放置到燒結(jié)夾具中，通過焊料進行一次鍵合，形成激光器發(fā)光單元。兩種過渡熱沉與激光器芯片5對應(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.對激光器發(fā)光單元進行測試篩選，將所需數(shù)量的多個(以2-6個為佳)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)光單元之間通過銦焊料進行連接。激光器發(fā)光單元之間的焊料鍵合溫度低于過渡熱沉與激光器芯片之間焊料的鍵合溫度。

3.按照圖3設(shè)計的位置，將絕緣層7、底座1、正電極6、負電極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電極2與激光器模塊之間采用銦焊料進行連接，正電極6、負電極2和激光器模塊三者與絕緣層7之間采用焊料進行連接。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)焊料的鍵合溫度進行鍵合成型。

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

實施例2

本實施例與實施例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型過渡熱沉3底邊寬度A與激光器發(fā)光單元的寬度A之差。