[发明专利]一种高功率半导体激光器及其制备方法

说明书

一种高功率半导体激光器及其制备方法。该半导体激光器，包括底座、绝缘层和激光器模块；底座上设置有绝缘层；绝缘层上面设置有正电极、激光器模块和负电极，激光器模块包括至少一个激光器发光单元，激光器发光单元由激光器芯片及其两侧的过渡热沉构成，其中一侧的过渡热沉为带有台阶的L型过渡热沉。其制备方法包括以下步骤：（1）形成激光器发光单元；（2）将所需数量的激光器发光单元通过焊料进行连接，形成激光器模块；（3）将绝缘层、底座、正电极、负电极以及激光器模块键合成型。本发明增加了激光器发光单元与绝缘层的接触面积，便于键合，减少了键合空洞，键合牢固，同时增加了激光器单元正负电极的距离，减小了短路概率。

技术领域

本发明涉及一种高功率的半导体激光器的结构及其制备方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

因半导体激光器具有体积小、功率大、性能稳定等优点，其应用范围也越来越广泛。随着半导体激光器输出功率越来越高，半导体激光器在激光焊接、激光切割、激光打孔、激光医疗等工业领域的应用也飞速发展。同样的对激光器的性能要求也越来越高。激光器的性能除跟外延材料有关以外，还跟激光器的散热、封装有关。

目前常用的传导冷却的高功率半导体激光器的封装工艺主要有图1和图2所示的两种。图1所示方案是将多个芯片和多个导电导热的过渡热沉(如铜、铜钨等)同时焊接后，再整体焊接在绝缘导热基片上，然后将该模块键合在底座上，固定电极，完成激光器的制备。或者直接一次将所有的组件按需求放置到特定夹具中一次键合完成。

图2为目前主流的高功率半导体激光器制作方法。将单个激光器芯片、导电导热过渡热沉及绝缘导热片同时焊接，制成半导体激光器发光单元，对激光器单元进行测试，然后将合格的激光器单元键合在底座上，制成高功率半导体激光器。

但是上述工艺都存在如下缺点：

(1)图1方案的工艺过程中芯片、热沉、绝缘层及底座可以同时键合或者先后两次键合成型，一旦芯片的一致性差将会造成整个器件无法使用，器件合格率低，造成巨大材料及人工浪费；

(2)图2方案中，虽然避免了图1方案中的筛选问题，但是同样存在工艺要求高合格率低问题。两种方案中因为若干个半导体激光器发光单元键合时，需要精密夹具并对位，同时激光器芯片的厚度只有0.1mm左右，过渡热沉的厚度一般也只有1mm左右。两个相邻的发光单元通过焊料键合时存在短路的极大风险，同时发光单元键合到绝缘层上时也因为尺寸小存在焊接空洞或者焊接不牢的隐患，导致器件散热差，可靠性及寿命降低。

发明内容

为了克服现有高功率半导体激光器封装技术存在的不足，本发明提出一种高功率半导体激光器及制备方法，可以有效解决现有结构方案中激光器合格率低、键合质量差以及可靠性不高等问题，推进高功率半导体激光器的快速发展。

本发明的高功率半导体激光器，技术方案如下：

该半导体激光器，包括底座、绝缘层和激光器模块；底座上设置有绝缘层；绝缘层上面设置有正电极、激光器模块和负电极，激光器模块处于正电极和负电极之间，正电极和负电极分别与激光器模块连接；激光器模块包括至少一个激光器发光单元，各激光器发光单元在绝缘层上水平排列；激光器发光单元由激光器芯片及设置在激光器芯片两侧的过渡热沉构成，其中一侧的过渡热沉为带有台阶的L型过渡热沉，激光器芯片与另一过渡热沉置于L型过渡热沉的台阶之上，L型过渡热沉的底边宽度小于激光器发光单元的宽度。

所述底座内设置有冷却水腔。

所述L型过渡热沉的底边宽度比激光器发光单元的宽度小0.2mm-0.6mm，以防止键合时短路。

所述正电极设置在L型过渡热沉一侧。

所述绝缘层与激光器模块结合的区域带有周期性刻槽，刻槽的周期与激光器模块中激光器发光单元的宽度一致。所述刻槽的宽度为L型过渡热沉的底边宽度与激光器发光单元的宽度之差。