[发明专利]一种提高散热效率的GaAs基大功率激光器芯片封装方法

说明书

本发明涉及一种提高散热效率的GaAs基大功率激光器芯片封装方法。所述方法包括步骤如下：在GaAs基大功率激光器芯片的P面粘附一层石墨烯薄膜，然后采用石墨烯‑In52Sn48合金混合焊料，通过低温焊接的方法封装至基础热沉上。本发明在芯片P面覆盖一层石墨烯薄膜，再通过石墨烯‑In52Sn48合金混合焊料焊接至基础热沉上，增大了芯片与热沉的接触面积，石墨烯材料的高热导率可以快速的将有源区所产生的废热进行传递到热沉中，降低了芯片的热梯度，极大地加强了封装模块的散热效果，相较于传统方法封装的GaAs基大功率激光器可靠性、稳定性和散热效果得到了明显的增强，同时提高了激光器使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种提高散热效率的GaAs基大功率激光器芯片封装方法，属于光电子技术领域。

背景技术

半导体激光器近年来发展迅速,其中GaAs基大功率激光器因为其制作工艺简单、体积小、功率密度高、电转换效率较高等优点在众多半导体激光器种脱颖而出，并应用于许多工业领域。伴随着工业的发展，GaAs基大功率激光器对功率、光束质量、转换效率的要求愈发严苛，由于半导体激光器的光电转换效率在40％-60％左右，因此激光功率的增加也伴随着废热产量的增加，激光器工作过程中所产生的废热会引起应力的不均匀分布导致半导体激光器输出波长红移、输出功率降低、光电转换效率降低、阈值电流增加导致可靠性降低，因此解决半导体激光器封装应力和散热问题，提高半导体激光器的可靠性和稳定性具有现实的意义。

高功率激光器封装形式按照芯片朝向可以分为上封装和下封装两种形式，其中下封装避免了衬底所带来的高热阻问题，具有更好的散热效果成为目前普遍采用的封装形式。但是下封装形式由于芯片与热沉的热膨胀系数(CTE)不一致，导致焊料冷却至室温的过程中产生较大的应力，石墨烯是一种二维晶体，有6个极性声子，不仅具有优良的光学、电学和力学性能，也具有很高的导热性，声子传递过程是石墨烯热传导过程，单层石墨烯热导率可以达到5300Wm^-1K^-1，高于目前使用的导热材料，越来越多的研究者开始研究石墨烯材料在散热中的应用。

目前，利用石墨烯封装激光器的方法主要有两种：一是利用石墨烯将激光器芯片键合在热沉上，但是石墨烯材料不具有强粘附性，因此石墨烯直接与芯片和热沉链接不够牢靠，另外由于石墨烯多孔结构的特性随有利于散热，单是也会在与芯片和热沉界面处引入空洞，导致芯片烧毁，影响使用寿命。二是通过常用的In焊料、金锡焊料等传统焊料焊接，但是石墨烯材料在有氧环境中350℃将开始氧化，而传统焊料在焊接过程中均会产生高温或在高温的环境中进行焊接，这将导致石墨烯在焊接过程中极易发生氧化失效，导致激光器的寿命降低。

为了解决以上问题，需要提出一种新的激光器封装方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种提高散热效率的GaAs基大功率激光器芯片封装方法。

本发明的技术方案如下：

一种提高散热效率的GaAs基大功率激光器芯片封装方法，包括步骤如下：

在GaAs基大功率激光器芯片的P面粘附一层石墨烯薄膜，然后采用石墨烯-In52Sn48合金混合焊料，通过低温焊接的方法封装至基础热沉上。

根据本发明优选的，所述GaAs基大功率激光器芯片由下自上依次包括N面金属电极接触层、GaAs衬底、N限制层、第一波导层、量子阱结构的有源层、第二波导层、P限制层、表层、SiO₂电流注入阻隔层、P面金属电极接触层。

根据本发明优选的，所述石墨烯薄膜的厚度为0.5～1.5μm。

根据本发明优选的，所述石墨烯-In52Sn48合金混合焊料按照如下方法制备：