[发明专利]一种可实现波长稳定的高功率半导体激光器封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现高功率半导体激光器波长稳定的装置。

背景技术

在高功率半导体激光器的泵浦应用中，激光波长的稳定性是非常重要的参数指标。半导体激光器的波长受激光芯片结温影响，结温温度变化会导致波长漂移。因此控制激光芯片的结温温度是实现半导体激光波长稳定的重要方法。目前普遍采用TEC双向温度控制的方法，来调节激光芯片的温度，以达到稳定波长的效果，但是此方法需要复杂的温度测量和控制电路。

此外，也曾有人提出一种单向温度控制的理论，即通过加热元件对激光芯片加热，使其工作在高温区，并保证高温区工作波长为所需要的波长，由于不需要额外的制冷装置，因此控制电路相对简单。例如：

中国专利文献CN200780033774.2提出了在DFB半导体激光器上设置微加热元件来进行热补偿的方法，该方案是采用在芯片有源区的两侧设置微加热元件，对有源区两侧的低温区域进行热补偿，降低有源区两侧与中心区域的温差，虽然在也能产生调节波长的技术效果，但是仅仅限于在DFB激光器等小功率单发光点芯片的应用，对于单bar条这种多发光点的芯片，目前无法实现对每个发光点的有源区进行热补偿，因此无法应用至高功率半导体激光器。

中国专利文献CN201610229356.1提出一种利用在基板内设置钨丝对DFB半导体激光器进行加热实现波长调节的方法，该结构将加热基板设置于DFB半导体激光器的全发射面上(与激光芯片P面和N面所垂直的后端面，也是与发光面对立的面)，这种加热方法易损伤激光芯片的后腔面，严重影响半导体激光器的可靠性，此外，这种方法加热效率低，也难以应用于多发光点的单bar芯片上。并且此方案钨丝进行蛇形布线，仍难以避免其散热不均匀，影响对激光芯片的加热效果。该方案中钨丝设置于基板内部，这必然需要复杂的工艺实现，因此难以得到推广应用。

并且，上述两篇文献都是基于DFB半导体激光器，众所周知，DFB半导体激光器是应用于通信领域的小功率半导体激光器(一般为毫瓦级)，而高功率半导体激光器(一般为5W以上，高至万瓦级)对封装技术的要求更高，因此，现有的这些加热方案并不适用于高功率半导体激光器泵浦。高功率半导体激光器的波长调节仍是本领域研究的热点和难点。

发明内容

本发明提出一种高功率半导体激光器封装结构，可实现高功率半导体激光器波长稳定，使其可以在全温度范围下工作。

本发明的解决方案如下：

一种可实现波长稳定的高功率半导体激光器封装结构，包括激光芯片和加热装置，有别于现有技术的是：还包括第一导热衬底和第二导热衬底，分别与激光芯片的N面和P面键合，并在键合面形成电连接；所述加热装置采用通过薄膜工艺或厚膜工艺生成的平面加热元件，位于其中一个导热衬底的外侧表面并与该导热衬底保持绝缘。

在以上方案的基础上，本发明还进一步作了以下重要优化设计：

上述平面加热元件优选薄膜电阻或厚膜电阻。厚膜电阻的膜厚一般大于或等于10μm，薄膜电阻的膜厚小于10μm，通常小于1μm。

上述平面加热元件在激光芯片腔长方向和宽度方向的尺寸均小于其安装平面，对应于激光芯片的正上方；用于对平面加热元件加电的正、负电极为金属镀层，分别位于安装平面在激光芯片宽度方向的两端区域，并延及平面加热元件相应两端的下方区域(即平面加热元件截面呈T型)。

所述平面加热元件与相应导热衬底的安装结构形式可分为以下两类：

第一类结构：

第一导热衬底和第二导热衬底均为导电导热衬底，平面加热元件与相应的导电导热衬底之间设置有绝缘导热基板。

进一步的考虑，绝缘导热基板在激光芯片腔长和/或宽度方向上的尺寸小于相应的导电导热衬底，设置在该导电导热衬底上，对应于激光芯片的正上方，留出的空间便于实现激光芯片电连接。

绝缘导热基板可以为AlN陶瓷、BeO陶瓷、金刚石等。

第二类结构：

所述其中一个导热衬底为绝缘导热衬底，直接与平面加热元件接触，另一个导热衬底为导电导热衬底。

绝缘导热衬底优选DBC或者DPC结构，通过覆铜结构实现与激光芯片的电连接。

优选的电连接结构形式为：所述其中一个导热衬底的外侧覆铜层有一部分区域与平面加热元件及正、负电极所覆盖区域绝缘隔离，该部分区域具有从平面加热元件到激光芯片方向贯通的导电通道，将外侧覆铜层与内侧覆铜层连通，使激光芯片与平面加热元件在同侧分别实现电连接。