[实用新型]一种热沉绝缘型半导体激光器及其叠阵

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种热沉绝缘型的半导体激光器及其叠阵。

背景技术

目前，高功率半导体激光器的封装结构主要可以分为：液体制冷型和传导冷却型。传导冷却型由于散热原理的限制，在功率的实现上受到了制约，很难实现大功率器件；液体制冷型的封装结构是目前实现高功率半导体激光器的主要封装形式。

液体制冷型的封装结构目前主要包括：微通道液体制冷、宏通道液体制冷。

对于微通道液体制冷方式来说，巴条直接键合到微通道热沉（液体制冷器）上。这种封装方式中，热沉不仅需要作为散热介质，还需要作为激光芯片的电极（一般为正极）使用。

微通道液体制冷的封装方式有如下缺点：

第一，微通道容易由于水通道狭窄而造成堵塞；

第二，微通道热沉本身带电，所以必须采用去离子水进行冷却，对离子浓度有很高的要求；

第三，带电的微通道热沉在使用过程中很容易造成电化学腐蚀，破坏微通道结构，造成堵塞，导致产品失效；

第四，微通道热沉的整体强度与刚度缺乏，容易在组装和制造过程中发生折弯、变形，影响封装质量。

另外，巴条可以先键合在热膨胀系数相匹配的导电衬底上，再与微通道热沉进行封装，但是却增加了散热路径，降低了散热能力。

对于宏通道液体制冷方式来说，其优点是通道较大，不易产生通道堵塞，液体的流速相对较低，可以减少通道的侵蚀。同时，这也造成了宏通道封装器件的散热能力差、通道内温度不均匀的问题，并且其热沉也是带电的；这种封装一般适合在功率较低的应用场合。

根据上述分析可知，由于热沉带电，直接或间接地限制了半导体激光器的散热能力和封装质量，因此，迫切需要一种热沉绝缘的、具有高散热能力的半导体激光器。

发明内容

本实用新型实施例的主要目的在于提供一种热沉绝缘型半导体激光器及其叠阵，在实现热沉绝缘的情况下，能够有效地提高半导体激光器的散热能力，并且模块化的设计，为进一步实现功率成倍扩展奠定了基础。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型实施例提供一种热沉绝缘型半导体激光器，包括：激光芯片、导电衬底、液体制冷器、绝缘间隔层、第一导电层；其中，所述激光芯片键合于所述导电衬底上，形成激光芯片模块；所述激光芯片模块经绝缘间隔层键合在所述液体制冷器的侧端面；所述第一导电层设置于所述液体制冷器的上表面，与所述液体制冷器彼此绝缘，并与所述激光芯片实现电连接。

上述方案中，所述半导体激光器还包括：第二导电层；所述第二导电层设置于所述液体制冷器的下表面，与所述液体制冷器彼此绝缘，第二导电层与所述导电衬底的下表面相接触，并经所述导电衬底与所述激光芯片实现电连接。

上述方案中，所述激光芯片的正极键合于所述导电衬底上，所述第一导电层与所述激光芯片的负极实现电连接，所述第二导电层经所述导电衬底与所述激光芯片的正极实现电连接。

上述方案中，所述半导体激光器还包括：第一绝缘层、第二绝缘层；所述第一绝缘层设置于所述第一导电层与液体制冷器之间，用于实现第一导电层与液体制冷器之间的绝缘；所述第二绝缘层设置于所述第二导电层与液体制冷器之间，用于实现第二导电层与液体制冷器之间的绝缘。

上述方案中，所述导电衬底为热膨胀系数与激光芯片相匹配的导热导电材料，所述导电导热材料为：铜金刚石、和/或铜钨、和/或石墨铜、和/或石墨铝、和/或石墨烯。

上述方案中，所述绝缘间隔层的材料为：金刚石、和/或氮化铝、和/或氧化铝、和/或氧化铍。

本实用新型实施例还提供一种热沉绝缘型半导体激光器叠阵，所述叠阵由多个上述的半导体激光器作为单元叠加而成。

上述方案中，在构成所述叠阵的多个半导体激光器单元中，各半导体激光器单元的激光芯片上还设置有辅助衬底，或者，除首端的半导体激光器单元之外，每个半导体激光器单元的激光芯片上表面还设置有辅助衬底；其中，所述辅助衬底为热膨胀系数与激光芯片相匹配的导电材料，所述导电材料为：铜钨、和/或铜金刚石、和/或石墨铜、和/或石墨铝、和/或石墨烯，用于在传导电流的同时，保护激光芯片。

上述方案中，在构成所述叠阵的多个半导体激光器单元中，末端的半导体激光器单元还包括：第二导电层；所述第二导电层设置于所述液体制冷器的下表面，与所述液体制冷器彼此绝缘，第二导电层与所述导电衬底的下表面相接触，并经所述导电衬底与所述激光芯片实现电连接。

本实用新型的有益效果如下：