[发明专利]半导体激光器的封装方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电器件的制造技术，涉及对850nm VCSEL半导体激光器进行封装型的半导体激光器封装方法。 

背景技术

由于850nm VCSEL激光器芯片的激光模式具有正面发光的特点，使得850nm VCSEL激光器芯片的应用长期局限于同轴激光器件的封装型式。由于此特点使得在单模光纤耦合的光功率小，为提高器件的出纤功率便成为技术难点之一。 

影响器件出纤功率的因素有以下几个方面: 

1、将激光器芯片贴在同轴管座上，给芯片加电流使其发光。随时间的增加，芯片产生的热量也随着增加使得芯片的工作温度变高。芯片工作温度变高后发光的效率就会减小，从而芯片的光强减弱。由于同轴管座的体积小.导热性能差，所以芯片的热量不能及时散发降低芯片工作温度。如果芯片长期在高温下工作，并将影响芯片发光的稳定性和使用寿命。

2、将激光器芯片贴在同轴管座上，由贴片精度的影响会造成芯片的发光会随轴线方向发生偏移。目前自动贴片机可以将精度控制在±5um以内，人工贴片的精度可以控制在±25um以内。当芯片发光随轴线方向发生偏移后，再进行透镜的封装时就会发生有些光被透镜挡住，这样芯片的发光就会损失一部分使得芯片的出光功率变小。 

3、在进行透镜封装时，带透镜的管帽与管座不是绝对的垂直也会在轴线上偏移，再累加贴片的偏移影响，最后芯片的出光光迹就会发生较大的偏移。目前使用人工贴片的方法，每批次都会出现5%左右的不良比例。当这些不良的器件进行光纤耦合时，出纤功率就很小。有的即使是能耦合大，但由于轴线的偏移使得器件在进行焊接时会出现虚焊，这样器件所受的应力不均匀导致光功率不稳定。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够保证850nm VCSEL激光器在单模光纤的耦合出光功率，同时保证器件长时间工作的稳定性和提高产品在生产过程中的直通率的半导体激光器封装方法。 

为实现上述目的，本发明的半导体激光器封装方法是： 

a.将VCSEL芯片贴在表面镀金的热沉上，用金丝键合的工艺将芯片正负极引出，再把芯片翻转90°固定；

b.利用制冷器工作原理，使激光器芯片工作的温度始终保持在24℃±1℃的范围；

c.使用负温度系数的热敏电阻对制冷器的工作电流进行时时监控，保障激光器芯片出光稳定；

d.用金属化光纤直接与芯片耦合，减少激光器芯片发光的衰减和损失，大大提高耦合效率；

e.用激光焊接工艺将光纤固定；

f.将耦合器件先进行8小时高温存储，再进行24小时高低温循环确保激光焊接应力的释放；

g.用平行封焊机将器件进行密封。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点： 

1、将VCSEL芯片贴在导热性很好的热沉上做衬底，再将衬底贴在制冷器上，同时加上热敏电阻对芯片的工作温度进行监控。这样制冷器通过热敏电阻的反馈使芯片工作温度在最佳的范围，从而达到芯片发光效率最高而且稳定。

2、直接采用金属化光纤与芯片进行耦合，再用激光焊接工艺将光纤固定。省去芯片通过带透镜的管帽封装带来的光效率的损耗，这样的方法不仅提高了器件的出纤功率，同时也解决了生产过程中因芯片贴片精度带来的不良比例，使生产工艺的窗口变大从而提高了生产直通率。 

3、将激光器组件所有的元器件集成在一个壳体里面，再用抽真空烘烤将壳体里面的水汽含量降到最低，最后利用平行封焊将壳体密封。这样的方法可以使芯片在一个很好的环境中工作，保证的芯片工作的稳定性和延长芯片的使用寿命。 

具体实施方式

本发明的具体实施步骤如下: 

1、先将制冷器2放入管壳1内，再将管壳放在加热平台上加热使制冷器上下表面的焊料溶化。然后将金属热沉6放在制冷器上表面，用金属镊子轻轻拨动热沉使焊料均匀吹氮气，将管壳从加热台取下使制冷器和热沉与管壳固定，最后将制冷器管脚与管壳的管脚相连。

2、将VCSEL芯片4贴在表面镀金的芯片热沉9上，用金丝键合的工艺将芯片正负极引出，再把芯片翻转90°固定在金属热沉上。 

3、将热敏电阻7贴在热敏电阻的热沉8上，一起烧结在金属热沉6上，然后参照电路图用金丝键合的工艺完成各元件的连接。