具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术提供了一种具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构及其封装方法，封装结构包括热沉、设于热沉顶部的导电层及设于导电层上的过渡电极和半导体激光器，所述热沉包括DBC结构层和设于DBC结构层上的DPC结构层，所述半导体激光器及过渡电极均与导电层电性连接，所述半导体激光器包括基板、设于基板上的金属层、填充于相邻金属之间的硅氧化合物、依次设于金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上的ALD膜层、绝缘介质层、PMMA层和有源层，所述半导体激光器内形成有贯穿ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层的环形孔腔，所述环形孔腔内设有反射膜层。本发明专利技术极大提高了散热效果，并且提高激光器的性能。

【技术实现步骤摘要】
具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构及其封装方法
本专利技术涉及半导体光电
，尤其涉及一种具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构及其封装方法。
技术介绍
半导体激光器具有效率高、体积小、重量轻、寿命长、制作简单、成本低等特点；其在激光打印、激光测距、激光雷达、光纤通信、红外照明、大气监视和化学光谱等方面获得了广泛的应用。早期，半导体激光器通常采用光子晶体微腔或在有源层两端镀上多层高反介质膜形成的介质腔作为光学谐振腔。2007年，A.V.Maslov和C.Z.Ning的理论研究结果表明金属腔比介质腔对电磁波模式的局域能力更强，因此他们认为在半导体纳米线上包覆一层金属膜可以减小纳米线激光器的尺寸。另外，金属反射镜所占的体积比多层高反介质膜和光子晶体反射镜所占的体积更小，也有利于半导体激光器尺寸的减小。因此，基于金属微腔的半导体激光器成为了近年来的研究热点。目前在半导体材料上制作金属腔的最简单的方法是在半导体材料表面覆盖一层金属膜，从而形成金属反射镜。金属反射镜和半导体材料表面上的金属膜共同组成了金属腔，作为激光器的光学谐振腔。这种制作方法虽然简单，但是金属反射镜的高度受限于半导体材料的厚度，导致金属腔的损耗较大，使得激光器的振荡阈值较高。再者，由于光从各个角度发出，光线会扩散，从而导致混光、发光不均、亮度低等影响效果的现象发生。对于传统的单模激光器而言，尤其是大功率的，其正常工作需要配备单独的制冷器来为激光器降温散热。而散热器目前最常用的有三类：循环冷却水降温，风冷降温和半导体制冷器降温。现有方式制成的激光器体积巨大，在很多场合都无法很好的发挥和体现半导体激光器的性能和特点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构及其封装方法，目的是便于对防混光的半导体激光器进行封装，且便于散热及降低激光的振荡阈值。基于上述目的，本专利技术提供了一种具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构，包括热沉、设于热沉顶部的导电层及设于导电层上的过渡电极和半导体激光器，所述热沉包括DBC结构层和设于DBC结构层上的DPC结构层，所述半导体激光器及过渡电极均与导电层电性连接，所述半导体激光器包括基板、设于基板上的金属层、填充于相邻金属之间的硅氧化合物、依次设于金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上的ALD膜层、绝缘介质层、PMMA层和有源层，所述半导体激光器内形成有贯穿ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层的环形孔腔，所述环形孔腔内设有反射膜层。所述DBC结构层和DPC结构层内设有通风结构或通水结构。所述通水结构为蛇形水冷通道，且DBC结构层和DPC结构层内的蛇形水冷通道相连通。所述封装结构还包括设于热沉底部的风扇。所述热沉与风扇之间设有翅片组。所述过渡电极上设有与过渡电极电连接的过流保护装置。所过流保护装置为保险丝。所述绝缘介质层为二氟化镁、三氧化二铝、二氧化硅或氟化锂，绝缘介质层的厚度为5-100nm。所述封装结构还包括外壳，所述半导体激光器设置于所述外壳的内部，所述外壳上开设有与半导体激光器对应的发射窗口。所述具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构的封装方法，包括如下步骤：步骤一、在DBC结构层上键合DPC结构层以形成热沉，在热沉顶部的导电层上电连接半导体激光器和过渡电极；步骤二、将过流保护装置安装于过渡电极上，且使过流保护装置与过渡电极电连接；步骤三、在热沉底部安装翅片及风扇；步骤四、将步骤三得到的集成散热结构的防混光半导体激光器封装于外壳内，且使风扇贯穿设置在外壳底部并向外延伸。所述反射层是采用磁控溅射形成银膜层。所述绝缘介质层为二氟化镁、三氧化二铝、二氧化硅或氟化锂，绝缘介质层的厚度为5-100nm。所述有源层为半导体纳米片或半导体纳米线。所述半导体纳米片或半导体纳米线由硒化镉、硫化镉、氧化锌、砷化镓、铟镓氮和铟镓砷磷中的一种制成；所述半导体纳米片或半导体纳米线的厚度为50-300nm。所述金属层的厚度为50-200nm，金属层采用金属材料制成。所述基板为硅衬底。所述防混光的半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：步骤一、在基板上制备金属层；步骤二、在金属层的间隙空间填充硅氧化合物；步骤三、在金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上制备ALD膜层；步骤四、在ALD膜层上蒸镀绝缘介质层；步骤五、在绝缘介质层上喷墨打印PMMA层；步骤六、在PMMA层上涂胶，之后经曝光、显影、从PMMA层依次向下刻蚀至ALD膜层为止而形成环形孔腔；步骤七、在环形孔腔上方采用磁控溅射的方式溅射形成填满环形孔腔的银膜层，再将表面银膜层刻蚀掉，形成银膜层环形孔腔；步骤八、利用微操作系统将有源层转移到PMMA层背离绝缘介质层的那一面上，并使有源层与PMMA层紧密贴合。所述金属层包括多个相间隔设置的金属段，相邻金属段之间的间距小于10000A且大于5000A。所述步骤七中将表面银膜层刻蚀掉的方法是经涂胶、曝光、显影后，将表面银膜层全部刻蚀掉，仅留下环形孔腔内银膜层，银膜层环形孔腔的厚度为5000A。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过热沉、风扇、翅片组以及水冷通道对防混光半导体激光器进行多重散热，极大提高了散热效果、提升了半导体激光器的性能。其中热沉通过在DBC结构层上键合DPC结构层形成，散热效果更佳。2、本专利技术过流保护装置可以很好的对半导体激光器进行保护，避免了电流过大而损坏半导体激光器。3、本专利技术环形孔腔内的银膜作为激光器的光学谐振腔，由于银膜层反射率很高，当光线扩散时，由于银的存在会将光线反射回去，从而控制光线不往相邻外部空间扩散而导致混光、发光不均、亮度低等现象。该环形孔腔的高度设置合理，减少环形孔腔中光波导模式在腔镜处的损耗，降低激光的振荡阈值。4、本专利技术位于有源层和金属层之间的绝缘介质层可以降低环形孔腔中光波导模式的传播损耗，并且通过增加绝缘介质层的厚度可以进一步降低光波导模式的传播损耗，同样有利于激光的形成。5、本专利技术的半导体激光器及其制作方法因半导体纳米片或半导体纳米线的增益大以及环形孔腔的损耗小可以在室温下工作。附图说明为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术半导体激光器的结构示意图；图3为本专利技术在金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上制备ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层后的结构示意图；图4为本专利技术在PMMA层上涂胶后的结构示意图；图5为本专利技术刻蚀形成环形空腔后的结构示意图。图中标记为：1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构，其特征在于，包括热沉、设于热沉顶部的导电层及设于导电层上的过渡电极和半导体激光器，所述热沉包括DBC结构层和设于DBC结构层上的DPC结构层，所述半导体激光器及过渡电极均与导电层电性连接，所述半导体激光器包括基板、设于基板上的金属层、填充于相邻金属之间的硅氧化合物、依次设于金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上的ALD膜层、绝缘介质层、PMMA层和有源层，所述半导体激光器内形成有贯穿ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层的环形孔腔，所述环形孔腔内设有反射膜层。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构，其特征在于，包括热沉、设于热沉顶部的导电层及设于导电层上的过渡电极和半导体激光器，所述热沉包括DBC结构层和设于DBC结构层上的DPC结构层，所述半导体激光器及过渡电极均与导电层电性连接，所述半导体激光器包括基板、设于基板上的金属层、填充于相邻金属之间的硅氧化合物、依次设于金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上的ALD膜层、绝缘介质层、PMMA层和有源层，所述半导体激光器内形成有贯穿ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层的环形孔腔，所述环形孔腔内设有反射膜层。


2.根据权利要求1所述具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构，其特征在于，所述DBC结构层和DPC结构层内设有通风结构或通水结构。


3.根据权利要求2所述具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构，其特征在于，所述通水结构为蛇形水冷通道，且DBC结构层和DPC结构层内的蛇形水冷通道相连通。


4.根据权利要求1所述具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构，其特征在于，所述封装结构还包括设于热沉底部的风扇。


5.根据权利要求4所述具有谐振腔半导体激光器的散热封装结构，其特征在于，所述热沉与风扇之间设有翅片组。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛虎，邱智贤，毛森，焦英豪，
申请(专利权)人：勒威半导体技术嘉兴有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33