浅谈大功率半导体激光器列阵封装技术

摘要：现如今，科学和信息技术高速发展，大功率

半导体激光器列阵在工业、军事、医疗等诸多领域都有重要的应用。大功率半导体激光器阵列可广泛用于激光加工、激光测距、激光存储、激光显示、激光照明、激光医疗等。半导体激光芯片外延生长技术大功率半导体激光器的发展与

其外延芯片结构的研究设计紧密相关。近年来，美、德等国家在此方面投入巨大，并取得了重大进展。对大功率半导体激光器阵列封装技术的研究，可以增大器件性能和转换效率，具有重大意义。

关键字：“大功率”；“半导体激光器”；“列阵”；“激光”；“芯片”

1 管芯（bar）封装

在半导体激光器列阵的封装过程中，管芯封装管芯封装的好坏直接关系到管芯的导电、导热、焊接强度等。这个封装过程对半导体激光器列阵寿命和可靠性有巨大影响。在封装过程中，焊料与其它金属层生成的金属间化合物、焊料烧结过程中产生的空洞等对焊料性能有很大影响，焊料是管芯的导电导热通道，焊料性能的好坏直接影响到管芯的工作，影响半导体激光器列阵的寿命和可靠性。

在半导体激光器列阵的制作过程中，管芯上要制作

Ti/Pt/Au、Au/Ge/Ni等欧姆接触层，无氧铜上要镀Ni和Au。金属之间会生成复杂的金属间化合物（IMC），对bar的封装有较大影响。半导体激光器列阵在工作时，热沉提供良好的散热条件。但大功率半导体激光器列阵产生的热量很大，管芯温度仍然很高。这种情况下合金焊料各成分之间、焊料和芯片上的金属层之间存在扩散现象，产生IMC，由于IMC在列阵存放和工作时的过度生长和热疲劳，会对焊料结的可靠性产生不利的影响。由于IMC易碎的特性会使焊料焊接处机械强度变弱或导致界面的分层。它们对激光器的寿命和可靠性会产生影响。

2 焊料空洞

半导体激光器列阵的封装中，用于管芯（bar）焊接的焊料的选取与制备过程是极其关键的问题。因为焊料直接和管芯接触，是管芯和热沉之间的导电和导热通道。半导体激光器列阵工作时电流可高达100A。这些电流通过焊料流入管芯，而通过的横截面只有1mm×10mm。焊料要承受很高的电流密度，要求焊料有好的导电性、抗电迁移性。半导体激光器列阵热能散出的通道也是焊料，所以焊料要有良好的导热性和抗热迁移性。热量不能及时地传导出去，就会积聚在焊料附近，产生大的温度梯度而发生热迁移，在焊料中产生空洞，严重影响了焊料的导热性和导电性，使列阵管芯温度升高。

如果使用低温焊料，热量过多地聚集在焊料上会导致焊料熔化，使管芯脱离热沉而损毁激光器。所以，焊料要有好的导电性、导热性、抗电迁移、抗热迁移能力，在焊料制备过程中要尽量减少空洞和裂隙的产生，空洞和裂隙会影响管芯焊接强度，影响焊料的导电导热。

焊料在烧结过程中产生的空洞对列阵的寿命和可靠性有很大影响。空洞影响焊料的导电性和导热性，热量会在空洞附近聚集，影响列阵的散热，使管芯的温度升高。在烧结的过程中，当焊料变成液体时，这些物质就会在焊料表面形成一层固体膜，会阻止焊料和管芯的键合。所以，在大功率半导体激光器列阵封装过程中，研究空洞和列阵寿命及可靠性的关系是一项有意义的工作。

3 半导体激光器的封装

在半导体激光器列阵的封装过程中，bar的封装是最关键的封装步骤，bar封装的好坏关系到整个封装的成败。bar 的封装质量直接关系到列阵的寿命。在这个过程中，封装直接影响bar的散热、导电、焊接强度等。焊料的选择、制作过程、封装过程都是值得研究的问题。在半导体激光器列阵的封装中，用于封装的焊料与管芯、热沉会生成复杂的IMC。金锡焊料各成分之间也会生成IMC。在封装过程中形成的IMC及焊料本身的一些其它问题，会在焊料中产生空洞和裂隙。

研究bar封装时焊料中空洞和裂隙的形成原因与发展变化过程，研究焊料中的空洞与列阵寿命和可靠性的关系。观察空洞的发展变化情况，分析空洞周围成分与其它部位成分的差异，研究空洞的成因。通过对空洞引起的电流大小及分布的变化、导热性、浸润性、焊接强度的变化等的分析，研究空洞对焊料性能的影响。寻找合适的方法抑制空洞和裂隙的形成，减少对列阵的危害，提高列阵的可靠性。

4 结束语

在科学技术高速发展的今天，研究大功率半导体阵列封装技术具有切实可行的意义。大功率半导体激光器列阵可直接用于军事领域，如激光引信、激光测距、激光通信、激光照明等。大功率半导体激光器列阵可以取代传统的加工手段，直接应用于材料的微区热处理、精密焊接。大功率半导体激光器列阵在高速印刷领域可以取代传统的卤素灯光源，寿命会更高、可靠性更好，并且有利于环境保护和适用于现代的高分辨率图像的印刷。

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作者简介

徐萌萌（1997-），女，汉族，郑州大学物理工程学院电子科学与技术2014级学生。

尉洁（1996-），女，汉族，郑州大学物理工程学院测控技术与仪器2014级学生。

大功率半导体激光器件最新发展现状分析

大功率半导体激光器件最新发展现状分析 1 引言半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，诞生伊始一直是激光领域的关注焦点，广泛应用于工业、军事、医疗、通信等众多领域。但是由于自身量子阱波导结构的限制，半导体激光器的输出光束质量与固体激光器、CO2激光器等传统激光器相比较差，阻碍了其应用领域的拓展。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有大功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展，为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。 2 大功率半导体激光器件最新进展作为半导体激光系统集成的基本单元，不同结构与种类的半导体激光器件的性能提升直接推动了半导体激光器系统的发展，其中最为主要的是半导体激光器件输出光束发散角的降低以及输出功率的不断增加。 2.1 大功率半导体激光器件远场发散角控制根据光束质量的定义，以激光光束的光参数乘积（BPP）作为光束质量的衡量指标，激光光束的远场发散角与BPP成正比，因此半导体激光器高功率输出条件下远场发散角控制直接决定器件的光束质量。从整体上看，半导体激光器波导结构导致其远场光束严重不对称。快轴方向可认为是基模输出，光束质量好，但发散角大，快轴发散角的压缩可有效降低快轴准直镜的孔径要求。慢轴方向为多模输出，光束质量差，该方向发散角的减小直接提高器件光束质量，是高光束半导体激光器研究领域关注的焦点。在快轴发散角控制方面，如何兼顾快轴发散角和电光效率的问题一直是该领域研究热点，尽管多家研究机构相续获得快轴发散角仅为3o，甚至1o的器件，但是基于功率、光电效率及制备成本考虑，短期内难以推广实用。2010年初，德国费迪南德-伯恩研究所(Ferdinand-Braun-Inst itu te)的P. Crump等通过采用大光腔、低限制因子的方法获得了30o快轴发散角（95%能量范围），光电转换效率为55%，基本达到实用化器件标准。而目前商用高功率半导体激光器件的快轴发散角也由原来的80o左右（95%能量范围）降低到50o以下，大幅度降低了对快轴准直镜的数值孔径要求。在慢轴发散角控制方面，最近研究表明，除器件自身结构外，驱动电流密度与热效应共同影响半导体激光器慢轴发散角的大小，即长腔长单元器件的慢轴发散角最易控制，而在阵列器件中，随着填充因子的增大，发光单元之间热串扰的加剧会导致慢轴发散角的增大。2009年，瑞士Bookham公司制备获得的5 mm腔长，9XX nm波段10 W商用器件，成功将慢轴发散角（95%能量范围）由原来的10o～12o降低到7o左右；同年，德国Osram公司、美国相干公司制备阵列器件慢轴发散角（95%能量范围）也达7o水平。 2.2 半导体激光标准厘米阵列发展现状标准厘米阵列是为了获得高功率输出而在慢轴方向尺度为1 cm的衬底上横向并联集成多个半导体激光单元器件而获得的半导体激光器件，长期以来一直是大功率半导体激光器中最常用的高功率器件形式。伴随着高质量、低缺陷半导体材料外延生长技术及腔面钝化技术的提高，现有CM Bar的腔长由原来的0.6～1.0 mm增大到2.0～5.0mm，使得CM Bar输出功率大幅度提高。2008年初，美国光谱物理公司Hanxuan Li等制备的5 mm腔长，填充因子为83%的半导体激光阵列，利用双面微通道热沉冷却，在中心波长分别为808 nm，940 nm，980 nm处获得800 W/bar，1010W/bar，950 W/bar的当前实验室最高CM Bar连续功率输出水平。此外，德国的JENOPTIK公司、瑞士的Oclaro公司等多家半导体激光供应商也相续制备获得千瓦级半导体激光阵列，其中Oclaro公司的J. Müller等更是明确指出，在现有技术

高功率半导体激光器

光机电信息Ｓｅｐ．２００８钛蓝宝石激光器反射镜新加坡ＥｄｍｏｕｎｄＯｐｔｉｃｓ公司拥有一系列用于超快激光系统的钛蓝宝石激光反射镜。钛蓝宝石激光反射镜可以使激光脉冲保持平坦的群速度色散曲线，中心波长为８００ｎｍ，在７００～９００ｎｍ范围内曲线都可以保持平坦。反射镜的直径在１２．７～２５．４ｍｍ之间，厚度为６．３５ｍｍ，表面质量为１０－５，表面精度为１／１０波长。镜子的强度很高，对于脉冲长度为１５０ｆｓ的激光脉冲或１００ｋＷ／ｃｍ２的连续激光，镜子可以承受高达０．５Ｊ／ｃｍ２的激光能量。对于７３０～９００ｎｍ波长的偏振光ｓ和ｐ偏振光，反射镜都可以做到１００％的有效反射。这些反射镜加工精细，平行度优于５ａｒｃｍｉｎ．，通光口径达到８５％，直径公差为＋０．０／－０．２ｍｍ，厚度公差为±０．２ｍｍ。入射光角度设计为４５°，用于超快激光光束的转向。ｗｗｗ．ｅｄｍｏｕｎｄｏｐｔｉｃｓ．ｃｏｍ高功率半导体激光器德国ＬＩＭＯ公司发布了一种高功率半导体激光器－ＬＩＭＯ５０－Ｌ２８ｘ２８－ＤＬ７９５－ＥＸ４７３。该激光器可以形成２８ｍｍ×２８ｍｍ×８０ｍｍ的均匀光场，输出功率达到了５０Ｗ，中心波长为７９４．８ｎｍ±０．２ｎｍ，波长稳定性极高，光谱宽度只有０．７ｎｍ。该激光器可靠性高，经济实用。采用热电致冷或自来水冷却的方式。结构紧凑的激光头外形尺寸为４４５ｍｍ×１１０ｍｍ×６６ｍｍ，非常适用于便携式测量仪器。ｗｗｗ．ｌｉｍｏ．ｄｅ平顶光束生成器ＳｔｏｃｋｅｒＹａｌｅ公司的平顶光束生成器是一种光束整形模块，它可以把高斯光束转化为聚焦、准直或发散成平顶能量分布的光束，即使经过较长距离也可以保持光束能量和强度的高度均匀。ＳｔｏｃｋｅｒＹａｌｅ公司的平顶光束生成器适用于紫外、可见光以及近红外波段的激光器，易于与ＳｔｏｃｋｅｒＹａｌｅ公司的Ｌａｓｉｒｉｓ或其它类型的激光器相集成。ｗｗｗ．ｓｔｏｃｋｅｒｙａｌｅ．ｃｏｍ４８５ｎｍ皮秒脉冲二极管激光器德国ＰｉｃｏＱｕａｎｔ公司对外发布了其４８５ｎｍ波长的皮秒脉冲二极管激光头。该激光头可应用于生物名企名品ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ＆Ｐｒｏｄｕｃｔｓ６４

大功率半导体激光器的发展介绍

大功率半导体激光器的发展介绍激光打标机、激光切割机、激光焊接机等等激光设备中激光器起着举足轻重的地位，在激光器的发展历程中，半导体激光器的发展尤为重要，材料加工用激光器主要要满足高功率和高光束质量，所以为了提高大功率半导体激光器的输出功率，可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条，将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵，激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加，其光束质量将会下降。

另外，半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致：快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质

量。因此，现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。大功率半导体激光器的关键技术包括半导体激光芯片外延生长技术、半导体激光芯片的封装和光学准直、激光光束整形技术和激光器集成技术。（1）半导体激光芯片外延生长技术大功率半导体激光器的发展与其外延芯片结构的研究设计紧密相关。近年来，美、德等国家在此方面投入巨大，并取得了重大进展，处于世界领先地位。首先，应变量子阱结构的采用，提高了大功率半导体激光器的光电性能，降低了器件的阈值电流密度，并扩展了GaAs基材料系的发射波长覆盖范围。其次，采用无铝有源区提高了激光芯片端面光学灾变损伤光功率密度，从而提高了器件的输出功率，并增加了器件的使用寿命。再者，采用宽波导大光腔结构增加了光束近场模式的尺寸，减小了输出光功率密度，从而增加了输出功率，并延长了器件寿命。目前，商品化的半导体激光芯片的电光转换效率已达到60%，实验室中的电光转换效率已超过70%，预计在不久的将来，半导体激光器芯片的电光转换效率能达到85%以上。（2）半导体激光芯片的封装和光学准直激光芯片的冷却和封装是制造大功率半导体激光器的重要环节，由于大功率半导体激光器的输出功率高、发光面积小，其工作时产生的热量密度很高，这对芯片的封装结构和工艺提出了更高要求。目前，国际上多采用铜热沉、主动冷却方式、硬钎焊技术来实现大功率半导体激光器阵列的封装，根据封装结构的不同，又可分为微通道热沉封装和传导热沉封装。

44瓦超高功率808nm半导体激光器设计和制作

44瓦超高功率808 nm半导体激光器设计与制作仇伯仓，胡海，何晋国深圳清华大学研究院深圳瑞波光电子有限公司 1. 引言半导体激光器采用III-V化合物为其有源介质，通常通过电注入，在有源区通过电子与空穴复合将注入的电能量转换为光子能量。与固态或气体激光相比，半导体激光具有十分显著的特点：1）能量转换效率高，比如典型的808 nm高功率激光的最高电光转换效率可以高达65%以上 [1]，与之成为鲜明对照的是，CO2气体激光的能量转换效率仅有10%，而采用传统灯光泵浦的固态激光的能量转换效率更低, 只有1%左右；2）体积小。一个出射功率超过10 W 的半导体激光芯片尺寸大约为0.3 mm3, 而一台固态激光更有可能占据实验室的整整一张工作台；3）可靠性高，平均寿命估计可以长达数十万小时[2]；4）价格低廉。半导体激光也同样遵从集成电路工业中的摩尔定律，即性能指标随时间以指数上升的趋势改善，而价格则随时间以指数形式下降。正是因为半导体激光的上述优点，使其愈来愈广泛地应用到国计民生的各个方面，诸如工业应用、信息技术、激光显示、激光医疗以及科学研究与国防应用。随着激光芯片性能的不断提高与其价格的持续下降，以808 nm 以及9xx nm为代表的高功率激光器件已经成为激光加工系统的最核心的关键部件。高功率激光芯片有若干重要技术指标，包括能量转换效率以及器件运行可靠性等。器件的能量转换效率主要取决于芯片的外延结构与器件结构设计，而运行可靠性主要与芯片的腔面处理工艺有关。本文首先简要综述高功率激光的设计思想以及腔面处理方法，随后展示深圳清华大学研究院和深圳瑞波光电子有限公司在研发808nm高功率单管激光芯片方面所取得的主要进展。 2.高功率激光结构设计图1. 半导体激光外延结构示意图

半导体激光器封装技术及封装形式

半导体激光器封装技术及封装形式半导体激光器的概念半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的工作原理半导体激光器是依靠注入载流子工作的，发射激光必须具备三个基本条件：（1）要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；（2）有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。半导体激光器优点：体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。半导体激光器的封装技术一般情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1%左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。但是，半导体激光器的光输出会随电流的增大而增加，很多功率型半导体激光器的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构，全新的半导体激光器封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导

半导体封装前沿技术

最新封装技术与发展芯片制作流程封装大致经过了如下发展进程：结构方面：DIP 封装(70 年代)->SMT 工艺(80 年代LCCC/PLCC/SOP/QFP)->BGA 封装(90 年代)->面向未来的工艺(CSP/MCM) 材料方面：金属、陶瓷－>陶瓷、塑料－>塑料；引脚形状：长引线直插－>短引线或无引线贴装－>球状凸点；装配方式：通孔插装－>表面组装－>直接安装封装技术各种类型一．TO 晶体管外形封装 TO （Transistor Out-line）的中文意思是“晶体管外形”。这是早期的封装规格，例如TO-92，TO-92L，TO-220，TO-252 等等都是插入式封装设计。近年来表面贴装市场需求量增大，TO 封装也进展到表面贴装式封装。 TO252 和TO263 就是表面贴装封装。其中TO-252 又称之为D-PAK，TO-263 又称之为D2PAK。D-PAK 封装的MOSFET 有3 个电极，栅极（G）、漏极（D）、源极（S）。其中漏极（D）的引脚被剪断不用，而是使用背面的散热板作漏极（D），直接焊接在PCB 上，一方面用于输出大电流，一方面通过PCB 散热。所以PCB 的D-PAK 焊盘有三处，漏极（D）焊盘较大。

二．DIP 双列直插式封装 DIP(DualIn－line Package)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100 个。封装材料有塑料和陶瓷两种。采用DIP 封装的CPU 芯片有两排引脚，使用时，需要插入到具有DIP 结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP 封装结构形式有：多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP （含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式）等。 DIP 封装具有以下特点： 1.适合在PCB (印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。 2. 比TO 型封装易于对PCB 布线。 3.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。以采用40 根I/O 引脚塑料双列直插式封装(PDIP)的CPU 为例，其芯片面积/封装面积=(3×3)/(15.24×50)=1:86，离1 相差很远。（PS:衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1 越好。如果封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。）用途：DIP 是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC，存贮器LSI，微机电路等。Intel 公司早期CPU，如8086、80286 就采用这种封装形式，缓存(Cache )和早期的内存芯片也是这种封装形式。三．QFP 方型扁平式封装 QFP(Plastic Quad Flat Pockage)技术实现的CPU 芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100 以上。基材有陶瓷、金属和塑料三种。引脚中心距有1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm 等多种规格。其特点是： 1.用SMT 表面安装技术在PCB 上安装布线。 2.封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用。以0.5mm 焊区中心距、208 根I/O 引脚QFP 封装的CPU 为例，如果外形尺寸为28mm×28mm，芯片尺寸为10mm×10mm，则芯片面积/封装面积=(10×10)/(28×28)=1:7.8，由此可见QFP 封装比DIP 封装的尺寸大大减小。 3.封装CPU 操作方便、可靠性高。 QFP 的缺点是：当引脚中心距小于0.65mm 时，引脚容易弯曲。为了防止引脚变形，现已出现了几种改进的QFP 品种。如封装的四个角带有树指缓冲垫的BQFP(见右图)；带树脂保护环覆盖引脚前端的GQFP；在封装本体里设置测试凸点、放在防止引脚变形的专用夹具里就可进行测试的TPQFP 。用途：QFP 不仅用于微处理器（Intel 公司的80386 处理器就采用塑料四边引出扁平封装），门陈列等数字逻辑LSI 电路，而且也用于VTR 信号处理、音响信号处理等模拟LSI 电路。四．SOP 小尺寸封装 SOP 器件又称为SOIC(Small Outline Integrated Circuit)，是DIP 的缩小形式，引线中心距为1.27mm，材料有塑料和陶瓷两种。SOP 也叫SOL 和DFP。SOP 封装标准有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28 等等，SOP 后面的数字表示引脚数，业界往往把“P”省略，叫SO （Small Out-Line ）。还派生出SOJ （J 型引脚小外形封装）、TSOP （薄小外形封装）、VSOP （甚小外形封装）、SSOP （缩小型SOP ）、TSSOP （薄的缩小型SOP ）及SOT （小外形晶

半导体激光器工艺知识详解

半导体激光器工艺知识详解半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD），是20世纪60年代发展起来的一种激光器。半导体激光器的工作物质有几十种，例如砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）等，激励方式主要有电注入式、光泵式和高能电子束激励式三种。半导体激光器从最初的低温（77K）下运转发展到室温下连续工作；从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等多种形式。半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的光纤导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展。半导体激光器的体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用遍布临床、加工制造、军事，其中尤以大功率半导体激光器方面取得的进展最为突出。半导体激光器的工作原理激光产生原理半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件：（1）增益条件：建立起激射媒质（有源区）内载流子的反转分布，在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能带区域之间，处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多，这靠给同质结或异质结加正向偏压，向有源层内注人必要的载流子来实现。将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。（2）要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜，而出光面镀上减反膜。对F—p腔（法布里一珀罗腔）半导体激光器可以很方便地利用晶体的与P—n结平面相垂直的自然解理面一面构成F—P 腔。（3）为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗，不断增加腔内的光场。这就必须要有足够强的电流

工业用大功率半导体激光器发展状况激光材料加工、信息与通信、(精)

工业用大功率半导体激光器发展状况激光材料加工、信息与通信、医疗保健与生命科学以及国防是世界范围内激光技术的四个最主要的应用领域，其中激光材料加工所占比例最大，同时也是发展最快、对一个国家国民经济影响最大的激光技术应用领域。激光材料加工技术在工业领域应用的广泛程度，已经成为衡量一个国家工业水平高低的重要标志。激光材料加工用大功率激光器经历了大功率CO2激光器、大功率固体YAG激光器后，目前正在朝着以半导体激光器为基础的直接半导体激光器和光纤激光器的方向发展。在材料加工应用中，以大功率半导体激光器为基础的直接半导体激光器和光纤激光器，不仅具备以往其他激光器的优势，而且还克服了其他激光器效率低、体积大等缺点，将会在材料加工领域带来一场新的技术革命，就如同上世纪中叶晶体管取代电子管、为微电子技术带来的革命一样。因此，直接半导体激光器和光纤激光器是未来材料加工用激光器的发展方向之一。下面将介绍近年来大功率半导体激光器的发展现状，以及目前提高半导体激光器输出功率和改善光束质量的方法和最新进展，同时介绍大功率半导体激光器在材料加工中的应用现状、分析展望大功率半导体激光器的发展趋势。图1：半导体激光器多光束合成技术示意图高功率和高光束质量是材料加工用激光器的两个基本要求。为了提高大功率半导体激光器的输出功率，可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条，将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵，激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加，其光束质量将会下降。另外，半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致：快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质量。因此，现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。

全球十大半导体激光器产品进展

内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广。由于以上诸多优势，半导体激光器在工业应用、照明、投影、通信、医疗以及科研等领域已经应用相当普遍。新型太赫兹半导体激光器加州大学洛杉矶分校科研人员利用新方法制造出太赫兹频率下工作的半导体激光器。这一突破或将带来可用于太空探索、军事和执法等领域的新型强大激光器。在电磁波谱中，太赫兹的频率范围位于微波和红外线之间。太赫兹波可以在不损伤被检测物质的前提下对塑料、服装、半导体和艺术品等进行材料分析，还可以用于分析星体的形成和行星大气的组成。目前使用可见光的垂直外腔表面发射激光器（VECSEL）已经被广泛用于生成高能束，但是这种技术此前并不适用于太赫兹频率范围。加州大学洛杉矶分校的电气工程副教授本杰明·威廉姆斯带领团队研制了首个可以在太赫兹频率范围使用的VECSEL。为了使VECSEL在太赫兹频率范围发出高能束，威廉姆斯团队研制出带有一个叫做“反射阵超材料表面镜”装置的VECSEL。这种装置之所以如此命名，是因为它包含一个由大量微小天线耦合激光腔组成的阵列，这样当太赫兹波经过这个阵列时就“看”不到激光腔，反而会被反射回去，就像被普通的镜子反射回去一样。 “把超材料表面和激光器结合起来还是第一次。”威廉姆斯表示，这一方法既可以使激光器在太赫兹频率范围输出更大的功率，还可以形成高质量的激光束，而且超材料的使用可以让科研人员对激光束进行进一步的设计，以生成理想的极化度、形

TO封装半导体激光器的结构设计

TO封装半导体激光器结构设计摘要 TO封装技术,其实就是指Transistor Outline 或者Through-hole封装技术,也就是全封闭式封装技术。是现在在应用中上比较常用的微电子器件的封装方式。TO封装的相对于其他的封装技术,他的长处在于在于寄生参数比较小,而且成本很低,工艺也相对来说简单,使用起来更加的灵活方便,所以这种封装器经常用于低频率以下LD,还有LED以及光接收器件和组件的封装。而且其内部容量很小,只有四根引线,是不能安装半导体致冷器的。这些年来,随着激光器阈值的降低,对于许多的类似迎用,例如短距离通信以及背板之间的连接,以致冷TO封装激光器获得了及其全面的应用。在封装成本上拥有着极大优势的由于TO封装,以及人们对封装技术的大量研究,TO封装激光器的速率已经高达10Gb/s,近年来高速TO形式封装激光器越来越受到人们的青睐。在TO 封装半导体激光器中，采用高热导率过渡热沉与热沉组合的结构，可有效增强 TO 封装半导体激光器的散热特性，尤其是采用双热沉结构，更可将激光器芯片工作产生的热量通过N 边和P 边同时导向基座，进而更为有效地增强TO 封装的半导体激光器的散热能力，大幅度地去降低激光器有源区的节温，尽量减小激光器的热阻，从而延长半导体激光器的使用寿命。关键词：TO封装，半导体激光器，光电子器件 The Structure Design of TO Packaging the Semiconductor Laser ABSTRACT TO packaging technology, is refers TO the Transistor Outline or Through - hole encapsulation technology, which is fully enclosed packaging technology. Is now in the application of microelectronic devices that are widely used in the packaging. TO encapsulate the relative TO other packaging technology, his

半导体集成电路封装技术试题汇总(李可为版)

半导体集成电路封装技术试题汇总第一章集成电路芯片封装技术 1.(P1)封装概念：狭义：集成电路芯片封装是利用（膜技术）及（微细加工技术），将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体结构的工艺。广义：将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。 2.集成电路封装的目的：在于保护芯片不受或者少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。 3.芯片封装所实现的功能：①传递电能，②传递电路信号，③提供散热途径，④结构保护与支持。 4．在选择具体的封装形式时主要考虑四种主要设计参数：性能，尺寸，重量，可靠性和成本目标。 5.封装工程的技术的技术层次？第一层次，又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次的组装进行连接的模块元件。第二层次，将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电子卡的工艺。第三层次，将数个第二层次完成的封装组成的电路卡组合成在一个主电路版上使之成为一个部件或子系统的工艺。第四层次，将数个子系统组装成为一个完整电子厂品的工艺过程。6.封装的分类？按照封装中组合集成电路芯片的数目，芯片封装可分为：单芯片封装与多芯片封装两大类，按照密封的材料区分，可分为高分子材料和陶瓷为主的种类，按照器件与电路板互连方式，封装可区分为引脚插入型和表面贴装型两大类。依据引脚分布形态区分，封装元器件有单边引脚，双边引脚，四边引脚，底部引脚四种。常见的单边引脚有单列式封装与交叉引脚式封装，双边引脚元器件有双列式封装小型化封装，四边引脚有四边扁平封装，底部引脚有金属罐式与点阵列式封装。 7.芯片封装所使用的材料有金属陶瓷玻璃高分子 8.集成电路的发展主要表现在以下几个方面？ 1芯片尺寸变得越来越大2工作频率越来越高3发热量日趋增大4引脚越来越多对封装的要求：1小型化2适应高发热3集成度提高，同时适应大芯片要求4高密度化5适应多引脚6适应高温环境7适应高可靠性 9.有关名词： SIP：单列式封装SQP：小型化封装MCP：金属鑵式封装 DIP：双列式封装CSP：芯片尺寸封装QFP：四边扁平封装 PGA：点阵式封装BGA：球栅阵列式封装LCCC：无引线陶瓷芯片载体第二章封装工艺流程 1.封装工艺流程一般可以分为两个部分，用塑料封装之前的工艺步骤成为前段操作，在成型之后的工艺步骤成为后段操作 2.芯片封装技术的基本工艺流程硅片减薄硅片切割芯片贴装，芯片互联成型技术去飞边毛刺切筋成型上焊锡打码等工序 3.硅片的背面减薄技术主要有磨削，研磨，化学机械抛光，干式抛光，电化学腐蚀，湿法腐蚀，等离子增强化学腐蚀，常压等离子腐蚀等

大功率半导体激光器高效率设计

河北工业大学硕士学位论文大功率半导体激光器高效率设计姓名：杜伟华申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：陈国鹰;杨红伟 20081101

河北工业大学硕士学位论文大功率半导体激光器高效率设计摘要由于具有较高的输出功率和功率转换效率，大功率半导体激光器被广泛应用于泵浦固体激光器、激光加工、打印、光存储、光通讯及激光医疗等领域。功率、效率和可靠性是衡量半导体激光器性能的三个关键性指标。提高激光器的功率转换效率可以使激光器输入相同电流时输出更大的光功率，同时对于降低散热系统能耗、提高激光器光电特性、延长激光器寿命、提高可靠性以及节约运转费用有着非常重要的意义。效率的提高依赖于材料结构及其质量、芯片设计与器件制作工艺。本课题基于器件的设计及其工艺的优化提高808nm大功率半导体激光器的功率转换效率。本文首先从理论上详细分析影响808nm大功率激光器效率的各个因素，然后以理论分析和计算机模拟为基础进行材料选择，波导层和包层使用AlGaAs材料，并且波导层采用大光腔结构，量子阱层使用AlGaInAs材料；在芯片制作方面，通过进行激光器的腔面反射率的设计，得出了最大的功率转换效率与腔长、腔面反射率的关系，选用了合适的腔面反射率进行腔面镀膜；在封装方面，鉴于微通道载体是目前解决连续工作大功率半导体激光器阵列散热问题的主要手段，因而采用微通道载体解决散热问题，通过计算机模拟，进行了微通道载体设计，同时对烧结工艺进行了优化。通过对808nm大功率激光器进行深入研究，最终研制的808nm大功率半导体激光器微通道阵列，连续工作状态下，最高功率超过100W，功率转换效率达到56.7%，实现了项目指标。关键词：功率转换效率，大光腔，应变量子阱，腔面反射率，烧结，微通道载体 i

大功率半导体激光器的寿命与可靠性研究(1)

大功率半导体激光器的寿命与可靠性研究组别：11 组员：李硕 11023112 孟晓 11023106 王乐 11023121 李冉 11023111 马云霄 11023117 吴天宇 11023110

目录一、大功率激光器的应用背景 (3) 二、半导体激光器的可靠性及寿命 (4) 三、大功率半导体激光器寿命的测量方法 (5) 3.1 高功率二极管激光器的寿命测量方法 (5) 3.1.2寿命测试实验 (6) 3.1.3 结论 (7) 3.2 焊接应面力对寿命的影响 (8) 四、提高大功率半导体器件寿命的使用方法 (8) 五、总结 (9) 六、组员分工 (9)

一、大功率激光器的应用背景随着半导体激光技术的日趋成熟和应用领域的不断扩展，大功率半导体激光器的应用范围已经覆盖了光电子学的诸多领域，成为当今光电子实用器件的核心技术。由于大功率半导体激光器具有体积小、质量轻、寿命长等优点，广泛应用于民用生产和军事等领域。近年来，国外大功率半导体激光器的研究进展非常迅速，单条最大连续输出功率已经大于600 W，最高电光转换效率高达72％，单条40-120 W 已经商品化。相对而言，国内在大功率半导体激光器研究和应用方面虽然起步较晚，但也取得了很大的进展。大功率半导体激光器是一类用途非常广泛的光电子器件，输出功率可以高达百瓦、千瓦，甚至准连续输出功率达万瓦以上，而且这些器件的能量转换效率可高达50％以上。半导体激光器相对于其他类型激光器的最大特点就是波长多样性，随着应用领域的不断拓宽，大功率激光器的研究几乎包括整个650-1 700 nm波段。目前大功率半导体激光器以及大功率半导体激光器泵浦固体激光器在材料加工、激光打标、激光打印、激光扫描、激光测距、激光存储、激光显示，照明、激光医疗等民用领域，以及激光打靶、激光制导、激光夜视、激光武器等军事领域均得到广泛应用。大功率半导体激光器在材料加工方面的主要应用有：软钎焊、材料表面相变硬化、材料表面熔覆、材料连接、钛合金表面处理、工程材料表面亲润特性改进、激光清洁、辅助机械加工等。北京工业大学研制了光束整形l 000 W 大功率半导体激光器，用于U74钢轨表面淬火试验。军事方面的主要应用为： (1)半导体激光制导跟踪。从制导站激光发射系统按一定规律向空间发射经编码调制的激光束，且光束中心线对准目标；在波束中飞行的导弹，当其位置偏离波束中心时，装在导弹尾部的激光探测器接受到激光信号，经信号处理后，调整导弹的飞行方向，从而实现制导跟踪。

半导体激光器工作原理及主要参数

半导体激光器工作原理及主要参数 OFweek激光网讯：半导体激光器又称为激光二极管（LD，Laser Diode），是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。半导体激光器件，一般可分为同质结、单异质结、双异质结。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制，因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。半导体激光器工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种：电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS（砷化镓）、InAS（砷化铟）、Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶（PbS、CdS、ZhO等）作为工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶（GaAS、InAs、InSb等）作为工作物质，以其它激光器发出的激光作光泵激励。目前在半导体激光器件中，性能较好、应用较广的是：具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带，导带上面可以让电子自由运动，而价带下面可以让空穴自由运动，导带和价带之间隔着一条禁带，当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电，而带有电能的电子从导带跳回价带，又可以把电的能量变成光，这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。小功率半导体激光器（信息型激光器），主要用于信息技术领域，例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器（DFB-LD）、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器（405nm、532nm、635nm、650nm、670nm）。这些器件的特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。大功率半导体激光器（功率型激光器），主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。半导体激光器主要参数：波长nm：激光器工作波长，例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。阈值电流Ith：激光二极管开始产生激光振荡的电流，对小功率激光器而言其值约在数十毫安。

国际产业大功率半导体激光器发展现状

国际产业大功率半导体激光器发展现状国际产业大功率半导体激光器发展现状作者：王智勇秦文斌曹银花激光材料加工、信息与通讯、医疗保健与生命科学以及国防是世界范围内激光技术的四个最主要的应用领域，其中激光材料加工所占比例最大，同时也是发展最快、对一个国家国民经济影响最大的激光技术应用领域。激光材料加工技术在产业领域应用的广泛程度，已经成为衡量一个国家产业水平高低的重要标志。激光材料加工用大功率激光器经历了大功率CO2激光器、大功率固体YAG激光器后，目前正在朝着以半导体激光器为基础的直接半导体激光器和光纤激光器的方向发展。在材料加工应用中，以大功率半导体激光器为基础的直接半导体激光器和光纤激光器，不仅具备以往其他激光器的上风，而且还克服了其他激光器效率低、体积大等缺点，将会在材料加工领域带来一场新的技术革命，就如同上世纪中叶晶体管取代电子管、为微电子技术带来的革命一样。因此，直接半导体激光器和光纤激光器是未来材料加工用激光器的发展方向之一。下面将先容近年来大功率半导体激光器的发展现状，以及目前进步半导体激光器输出功率和改善光束质量的方法和最新进展，同时先容大功率半导体激光器在材料加工中的应用现状、分析展看大功率半导体激光器的发展趋势。

图1：半导体激光器多光束合成技术示意图。产业用大功率半导体激光器发展现状高功率和高光束质量是材料加工用激光器的两个基本要求。为了进步大功率半导体激光器的输出功率，可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条，将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵，激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加，其光束质量将会下降。另外，半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致：快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在产业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质量。因此，现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。图2：大功率半导体激光器的光束质量与输出功率之间的关系以及目前的应用领域

大功率半导体激光器加速寿命测试方法

大功率半导体激光器加速寿命测试方法 0 前言大功率半导体激光器的应用领域越来越广泛，其可靠性非常重要，且寿命是衡量可靠性的重要指标之一。然而，大功率激光器的工作寿命还没有一个国际标准定义，也没有标准的加速检测方法。大量长寿命的无Al激光器的高温加速老化寿命试验也是在假定了激活能的基础上进行的，这样进行试验由于不知道不确定失效的机理，得到的寿命数据也是不能令人信服的。本文基于加速寿命试验的基本概念，参考普通半导体器件寿命测试方法，通过两次高温加速老化，绘制激光器的老化曲线，计算出激活能，然后利用所求的激活能通过统计学的方法，反推出室温下器件的寿命值。 1 试验与计算分析本试验分别在40、80℃下对20只随机抽取的波长808 nm的无Al连续输出功率为1 W的单管激光器进行1.2 A恒流老化。老化前抽出10只在室温下进行P-I-Y 测试，如图1所示。加速老化试验过程分两个方面同时进行，一半器件用半导体激光器功率老化设备进行40℃(不控温)下的老化，由探测器定时自动采集光功率相对值并由电脑记录；另外一半放置于温度设定为80℃的高低温试验箱中通过探测器手工定时采集激光器的功率。两次试验电流恒定控制为1.2 A。图2和图3为老化过程中的功率退化曲线。

试验中规定相对功率下降30％为激光器失效时间。40℃下的中位寿命为3 000 h；80℃下的中位寿命为330 h。器件失效从根本上讲都是基本的物理化学过程，而温度对于许多物理化学过程来讲都是一个重要因素，温度升高以后，这些变化过程大大加快，器件失效过程被加速，试验总结出来阿列尼乌斯(Arrhenius) 经验公式式中，L为寿命，Ea为激活能，A为常数，k(8.62×10-5eV／K)为波尔兹曼常数，T为热力学温度。确定了失效模式的激活能以后，就可以得出加速系数τ。设室温T0下寿命为L0，加速试验中温度T1下寿命为L1，温度T2下的寿命为 L2(T2>T1)，则激活能的计算式为不同温度下Ea与τ的关系如图4所示，不同温度下，温度越高，曲线斜率越大，加速效果越明显；相同温度下，激活能越大，加速系数越大。由于失效机理不同，激活能也不一样。

2015大功率半导体激光器的发展情况

2015大功率半导体激光器的发展情况激光打标机、激光切割机、激光焊接机等等激光设备中激光器起着举足轻重的地位，在激光器的发展历程中，半导体激光器的发展尤为重要，材料加工用激光器主要要满足高功率和高光束质量，所以为了提高大功率半导体激光器的输出功率，可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条，将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵，激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加，其光束质量将会下降。另外，半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致：快轴的光束质量接近衍射极限，而慢轴的光束质量却比较差，这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质量。因此，现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。大功率半导体激光器的关键技术包括半导体激光芯片外延生长技术、半导体激光芯片的封装和光学准直、激光光束整形技术和激光器集成技术。（1）半导体激光芯片外延生长技术大功率半导体激光器的发展与其外延芯片结构的研究设计紧密相关。近年来，美、德等国家在此方面投入巨大，并取得了重大进展，处于世界领先地位。首先，应变量子阱结构的采用，提高了大功率半导体激光器的光电性能，降低了器件的阈值电流密度，并扩展了GaAs 基材料系的发射波长覆盖范围。其次，采用无铝有源区提高了激光芯片端面光学灾变损伤光功率密度，从而提高了器件的输出功率，并增加了器件的使用寿命。再者，采用宽波导大光腔结构增加了光束近场模式的尺寸，减小了输出光功率密度，从而增加了输出功率，并延长了器件寿命。目前，商品化的半导体激光芯片的电光转换效率已达到60%，实验室中的电光转换效率已超过70%，预计在不久的将来，半导体激光器芯片的电光转换效率能达到85%以上。（2）半导体激光芯片的封装和光学准直激光芯片的冷却和封装是制造大功率半导体激光器的重要环节，由于大功率半导体激光器的输出功率高、发光面积小，其工作时产生的热量密度很高，这对芯片的封装结构和工艺提出了更高要求。目前，国际上多采用铜热沉、主动冷却方式、硬钎焊技术来实现大功率半导体激光器阵列的封装，根据封装结构的不同，又可分为微通道热沉封装和传导热沉封装。半导体激光器的特殊结构导致其光束的快轴方向发散角非常大，接近40°，而慢轴方向的发散角只有10°左右。为了使激光长距离传输以便于后续光学处理，需要对光束进行准直。由于半导体激光器发光单元尺寸较小，目前，国际上常用的准直方法是微透镜准直。其中，快轴准直镜通常为数值孔径较大的微柱非球面镜，慢轴准直镜则是对应于各个发光单元的微柱透镜。经过快慢轴准直后，快轴方向的发散角可以达到8mrad，慢轴方向的发散角可以达到30mrad。