基于横向热流抑制的半导体激光芯片封装实验研究.pdf

半导体激光器（LD）在现代科技领域应用广泛，包括但不限于材料加工、军事国防、通讯、医疗、美容等。其主要优点在于电光转换效率高、寿命长、可靠性高等特点。然而，在高功率输出条件下，半导体激光器的光束质量会随着工作电流的增加而下降，这限制了它们的应用范围。为了提高半导体激光器在高功率状态下的光束质量，研究人员致力于对半导体激光芯片进行有效的封装，以此来优化其热管理。 在半导体激光芯片的封装中，热管理是保证激光器性能稳定、提高可靠性的重要环节。半导体激光器在工作时会产生大量热量，这些热量如果不能及时有效传导出去，就会在芯片内部形成热积累，引起温度梯度，进一步导致热透镜效应。热透镜效应会使得激光束在慢轴方向上发散角增大，从而降低激光的光束质量。 本次研究的核心内容是在半导体激光芯片的封装中引入了横向热流抑制结构，以此来降低慢轴方向上的温度梯度，从而降低慢轴方向的远场发散角。为了实现这一点，研究人员利用了空气与热沉在热导率上的差异，通过物理隔离的方式设计了具有横向热流抑制的封装结构。通过有限元分析软件对不同封装结构下的温度分布进行模拟，研究人员能够评估热流抑制封装结构对半导体激光芯片热管理的影响。 实验部分选择了波长为915nm的窄条宽半导体激光芯片进行封装。在工作电流为15A的情况下，采用了隔离槽长4mm，脊宽120μm的刻槽热沉。封装后，芯片的慢轴远场发散角由12.25°降低至10.49°，光参量积（BPP）由5.344mm·mrad降低至4.5763mm·mrad，慢轴方向亮度提升了约5.5%。 上述结果表明，采用横向热流抑制的封装结构能够有效地削弱半导体激光芯片慢轴方向上由热透镜效应引起的高阶模激射，从而降低其慢轴远场发散角。这一封装技术对于提高半导体激光器在高功率输出条件下的光束质量和应用范围具有重要意义。 通过此次实验研究，研究人员不仅提高了半导体激光器的光束质量，也为后续高功率激光器件的研发提供了重要的参考。这项研究的进一步推广和应用，能够推动半导体激光器在更多领域的应用，如提高其在工业加工中的精度，以及在医疗和美容行业中的效果。 这项研究涉及了半导体激光芯片封装的关键技术，包括热分析、物理隔离、横向热流抑制设计等多个方面。通过优化这些技术，研究人员有效地提升了半导体激光器的性能，尤其是光束质量。这对于推动半导体激光技术的进步，增强其在各领域的应用前景，具有不可估量的价值。同时，该研究也为相关领域的工程师和技术人员提供了专业指导和实践参考。