[发明专利]双通道液体制冷多量子阱半导体激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多量子阱半导体激光器及其制备方法。

背景技术

由于具有体积小、重量轻、使用电驱动、电光转换效率高等优点，半导体激光器在工业加工、军事国防、航空航天、医疗卫生等领域得到了越来越为广泛的应用。目前大多数商用半导体激光器为单量子阱结构，芯片有源区由一个量子阱层构成，而多量子阱半导体激光器芯片有源区由n个量子阱层构成（n≥2）。相对于单量子阱半导体激光器，多量子阱半导体激光器有其独特的优势：在尺寸保持不变的情况下，多量子阱半导体激光器最高输出功率可达单量子阱半导体激光器的n倍；在相同的工作电流下，多量子阱半导体激光器的最高输出功率可达单量子阱半导体激光器的n倍。因此多量子阱半导体激光器能够大大降低系统体积以及对驱动电源的需求，对降低系统成本、扩展应用范围有重要的意义。

半导体激光器的性能除了与芯片有关外，也跟激光器的散热和封装有密切的关系。为了提高激光器的可靠性和稳定性，降低生产成本，必须设计高可靠性封装结构和高效散热结构。目前，大功率半导体激光器有被动冷却型和主动冷却型两种封装形式。被动冷却主要采用热传导散热，在连续波模式下工作的大块热沉而言，由于采用被动散热方式，容易使激光器温度上升，这将导致激光器的波长漂移、寿命和可靠性下降，输出功率很难达到上百瓦。主动冷却采用液体制冷方式散热，微通道液体制冷型高功率半导体激光器现在已经商业化生产，虽然其采用主动散热，散热能力增强，使激光器的功率得到很大的提高。

对于多量子阱半导体激光器，由于其包括多个量子阱层，多个量子阱层会产生大量的热量，必须设计合理的高效的散热结构，以提高其输出功率、稳定性及可靠性。但是通常的微通道液体制冷半导体激光器采用单面散热结构：在芯片P面部分连接一微通道制冷块以进行散热，也可以作为正极引出；芯片N面连接金线或铜箔作为负极引出，不能实现散热的功能{Wang et al.,Proceedings of 11th on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging(ICEPT-HDP),P92-97,2010;Vetrovec,J.and L.L.C.Aqwest(2009).,San Jose,CA,United states,SPIE.}。因此必须开发新型的散热结构，以使多量子阱半导体激光器稳定可靠地工作。

发明内容

本发明提供了一种双通道液体制冷多量子阱半导体激光器及其制备方法，以提高多量子阱半导体激光器的散热效率，实现大功率的激光输出。

为实现以上发明目的，本发明提出以下基本技术方案：

双通道液体制冷多量子阱半导体激光器，包括分别位于多量子阱芯片上方的上液体制冷器和下方的下液体制冷器、以及与多量子阱芯片处于同一层面用于隔离上、下液体制冷器的绝缘片；多量子阱芯片的负极面和/或正极面通过应力缓冲导电层与上液体制冷器和/或下液体制冷器连接；应力缓冲导电层的厚度使得多量子阱芯片位置处的总厚度与绝缘片位置处的总厚度相等。

具体可以选择以下三种结构形式：

第一种：上述应力缓冲导电层仅为负极连接块；多量子阱芯片的负极面通过负极连接块与上液体制冷器的下端面焊接；

或者所述应力缓冲导电层还包括一个弯折的电连接片，该电连接片弯折形成有两端平行的高、低两段，其中电连接片的高段贴合在绝缘片的上端面与上液体制冷器的下端面之间，电连接片的低段贴合焊接在多量子阱芯片的负极面与所述负极连接块的下端面之间。

第二种：上述应力缓冲导电层仅为正极连接块，多量子阱芯片的正极面通过正极连接块与下液体制冷器的上端面焊接。

第三种：上述应力缓冲导电层包括负极连接块和正极连接块，多量子阱芯片的负极面和正极面分别通过负极连接块和正极连接块与上液体制冷器和下液体制冷器焊接。

对于上述的双通道液体制冷多量子阱半导体激光器，可以在竖直方向上自上液体制冷器、绝缘片至下液体制冷器，内部贯穿设置有固定螺栓。当然，也可以采用其他的公知的固定封装方式。

上述上、下液体制冷器可以采用上下连通的形式，即上液体制冷器的下端面与下液体制冷器的上端面之间设置有内部入液通孔和内部出液通孔，上液体制冷器与下液体制冷器通过所述内部入液通孔和内部出液通孔构成整体的液冷通道。当然，上、下液体制冷器也可以不必液流相通，各自采用单独的液冷回路。

上述应力缓冲导电层选用热膨胀系数与多量子阱芯片热膨胀系数接近的材料，优选铜钨合金或者铜金刚石复合材料。