新一代高功率半导体激光器技术
大功率半导体激光器热沉技术研究
大功率半导体激光器热沉技术研究作者：芦鹏，刘国军来源：《无线互联科技》2019年第23期摘要：文章选取AuSn过渡热沉替代原来的In焊料，克服了In焊料引起的器件寿命使用偏低、针对激光器结温影响大等缺点，并对过渡热沉的结构设计和焊接工艺做了进一步研究，设计出新型AuSn过渡热沉的焊装结构。
经过结温—漏电流测试可以得到更为优良的散热效果，外推寿命从6 134 h提高到20 363 h，提高了器件的可靠性。
关键词：大功率半导体激光器;AuSn;过渡热沉;结温现如今，大功率半导体激光器获得迅速发展，在各种占空比下，其峰值功率越来越高，连续工作时功率越来越大。
改善大功率半导体激光器的散热是提升半导体激光器大功率可靠性与寿命的关键因素之一，并一直是人们关注的焦点之一[1]。
激光器的工作寿命强烈依赖于激光器的工作温度及热阻。
在大功率半导体激光器的商业应用过程中，始终伴随着各种热阻的改善。
本文针对管芯焊接工艺中散热不良的问题，对原有的热沉结构进行改良，设计制备了新型AuSn材料作为过渡热沉结构。
1 半导体激光器芯片热沉技术芯片焊接是关系半导体激光器电阻特性与热特性的关键工艺，直接影响器件的可靠性和工作寿命。
半导体激光器的散热直接关系到制作半导体激光器性能的好坏和成败。
目前，半导体激光器最主要的散热方式是通过热沉散热。
随着半导体激光器功率的逐渐提高，处于长时间工作状态的激光器对于芯片与热沉之间的热膨胀系数匹配性、导热性、导电性等性能有了进一步要求，激光器芯片与热沉的粘结工艺成为热沉技术的关键。
采用激光器硬焊料成为将来的发展趋势，新型的AuSn（80%Au +20%Sn）焊料是目前大功率激光器应用的热点，而AuSn焊料作为过渡热沉，使用时的焊层结构是AuSn焊料研究中的难点[2]。
现在焊装大功率半导体激光器时采用金锡预成型片（过渡热沉片），预成型片能够确保焊料的精确用量和准确位置，以达到在最低成本情况下获得最佳质量[3]。
半导体激光器的工作原理及应用
半导体激光器的工作原理及应用摘要：半导体激光器产生激光的机理，即必须建立特定激光能态间的粒子数反转，并有合适的光学谐振腔。
由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。
从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。
关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；大功率半导体激光器The working principle of semiconductor lasers and applications ABSTRACT: The machanism of lasing by semiconductor laser,which requires set up specially designated reverse of beam of particles among energy stages,and appropriate optical syntonic coelenteronAs the specificity of structure from semiconductor and moving electrons.something interesting happens.On the one hand,the specific process in producing lase,on the other hand,the beam of light has unique advantages。
As the reasons above,we can easily found it all quartersof the society.From homojunction to heterojunction,from informatics to power,the advantages of laser are in evidence,the wide spectrum,the semiconductor open the epoch in the process of laser. Key worlds: stimulated radiation; optical field; homojunction; heterojunction; high-power semiconductor laser 0 前言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。
《高功率980nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文
《高功率980 nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着科技的进步，高功率半导体激光器在科研、工业、医疗等领域的应用越来越广泛。
其中，980 nm波段的半导体激光器因其独特的光学特性和应用价值，受到了广泛的关注。
本文将重点研究高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、外延结构设计1. 材料选择外延结构的设计首先需要选择合适的外延材料。
考虑到高功率、高效率及稳定性等要求，我们选择了一种高电子迁移率和高热导率的材料作为基底，以保证激光器的稳定运行。
此外，还通过选择适当的掺杂元素来提高内量子效率和减少电流散溢。
2. 结构分层设计针对高功率输出和良好光束质量的需求，我们将外延结构分为多层结构。
主要包括以下部分：基底层、反射镜层、多量子阱（MQW）结构层、欧姆接触层等。
其中，多量子阱结构层是关键部分，其设计直接影响到激光器的性能。
3. 特殊结构设计为了进一步提高激光器的性能，我们设计了一些特殊结构。
例如，采用渐变折射率层以减少光在传输过程中的损耗；在多量子阱结构中引入应力层以提高内量子效率；以及在欧姆接触层中优化电极设计以提高电流注入效率等。
三、性能研究1. 实验方法我们通过分子束外延技术（MBE）和金属有机气相沉积（MOCVD）等工艺进行外延生长，并利用光刻、干湿法刻蚀等工艺制备出激光器芯片。
然后通过测试其阈值电流、斜率效率、光束质量等参数来评估其性能。
2. 实验结果及分析实验结果显示，高功率980 nm半导体激光器具有良好的光束质量和低阈值电流等特点。
与传统的半导体激光器相比，其在光功率、效率和寿命等方面都有显著的优势。
同时，我们也观察到通过引入特殊结构的设计，激光器的性能得到了进一步的提升。
例如，渐变折射率层的设计显著降低了光在传输过程中的损耗；而优化电极设计则提高了电流注入效率，从而提高了激光器的输出功率。
四、结论本文研究了高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。
半导体激光器的原理及其应用PPT
高功率半导体激光器的可靠性是关键问题之一，需要解决长 时间运行下的热效应、光束质量变化和器件失效等问题。研 究和发展高效散热技术、光束控制技术和寿命预测技术是提 高可靠性的重要途径。
多波长与调谐技术
多波长
多波长半导体激光器在通信、光谱分析和传感等领域具有重要应用。实现多波长输出的关键在于利用 增益耦合或波导耦合等技术，将不同波长的光场限制在相同的谐振腔内，以实现波长的稳定和可控。
跃迁过程
在半导体中，电子从价带跃迁到导带是通过吸收或释放光子的方 式实现的。当电子从导带回到价带时，会释放出能量，这个能量 以光子的形式辐射出来。
载流子输运与动态过程
载流子输运
在半导体中，电子和空穴的输运受到 散射和扩散机制的影响。散射机制包 括声学散射和光学散射等，扩散机制 则是由浓度梯度引起的。
80%
表面处理
利用半导体激光器的热效应，对 金属、塑料等材料表面进行硬化 、熔融、刻蚀等处理，提高材料 性能和外观质量。
生物医疗与科学仪器
医学诊断
半导体激光器在光谱分析、荧 光检测等领域有广泛应用，可 用于医学诊断和药物分析。
生物成像
利用半导体激光器的相干性和 单色性，实现光学成像和干涉 测量，在生物学、医学、物理 学等领域有广泛应用。
详细描述
在光纤通信中，半导体激光器 作为信号源，通过调制产生的 光信号在光纤中传输，实现信 息的快速、远距离传输。
应用优势
半导体激光器具有体积小、功 耗低、调制速度快、可靠性高 等优点，适用于大规模、高容 量的光纤通信系统。
发展趋势
随着5G、物联网等技术的发展 ，光纤通信的需求不断增加， 半导体激光器的性能和可靠性 也在不断提升。
光谱分析
半导体激光器作为光源，可用 于光谱分析技术，检测物质成 分和结构，广泛应用于环境监 测、化学分析等领域。
高能量半导体激光技术参数
高能量半导体激光技术参数
1、激光器分类：4类
2、产品类别：医疗器械分类目录09类（物理治疗器械）
3、适应症：设备适用于促进局部组织的血液循环（必需提供注册证证明）
4、光纤长度≥2m
5、工作方式：连续模式、脉冲模式
6、治疗激光波长：980nm±10nm,单波长最大连续输出功率215M功率调节范围，0-15W,步进0.1W
7、指示光波长：650nm÷20nm,指示光功率：V5mW,
指示光亮度可调节
8、输出方式：手持式手柄按钮开关操作
9、光斑直径：32mm-40mm
10、脉冲模式脉宽：Ims-999ms
11、脉冲模式频率：IHZ-500Hz
12、定时器：0-3600s
13、治疗导引：可播放教学视频，人体图谱（视频）屏幕：≥10∙1寸1080P
以上智能高清触控大屏，屏幕亮度可调整，中文显示和输入法
14、治疗方案：可储存针对患者的精准定制化治疗方案15、储存空间：患者库数据大于IOOOo个
16、激光防护眼镜：防护镜对激光输出波长的光密度
N4,可见光透射比N30%
17、端口：USB接口数据升级
18、重量：≤6KG净重
19、质保三年以上。
大功率半导体激光器的制作方法
大功率半导体激光器的制作方法大功率半导体激光器是一种能够发出高强度、高方向性、高单色性激光光束的光电子器件。
它的制造需要多个步骤和技术，下面将会详细介绍一下大功率半导体激光器的制造方法。
一、制造材料的准备1. 晶体生长：晶体是大功率半导体激光器中最关键的材料，因此要选用高纯度的物质来制备。
以GaAs为例，可以采用分子束外延法、金属有机化学气相沉积法（MOCVD）等方法来生长GaAs单晶。
2. 金属材料制备：制造半导体激光器需要使用到金属材料，需要选择纯度高、物理性质稳定的材料进行制备。
例如，我们通常用的电极是金属钨或铂金微线，需要通过热拔拉的方式来制备。
二、晶体制作1.切割晶片：将单晶加工成具有特定尺寸和形状的晶片，这些晶片将用来生长半导体激光管。
2.表面处理：表面处理技术可以帮助晶片提高表面粗糙度和清洁度，从而增加后续工艺的精度和效率，避免晶片表面存在物质导致其性能不良。
3.外延生长：通过晶体外延生长技术，可以在晶片表面生长一层与晶体结构相同、晶格常数相同的单晶膜。
外延膜由多个纳米级的层堆叠组成，每一层都有着精确的厚度和浓度，从而形成高质量的半导体晶膜。
三、半导体激光器管的制备1.清洗准备: 将晶片通过去除表面的杂质物质、氧化物和污染物质的清洗处理，保证晶片与基板之间的黏附质量，使其更加均匀和平整。
2. 蚀刻：通过蚀刻工艺将外延膜裁剪成具有特定形状、厚度和尺寸的样品。
3. 电极制作: 通过在样片上刻蚀出一定形状的电极，并利用金属电极连接器将电极与外部电路相连。
4.放电：将样片在一定的工艺条件下进行放电，以激发半导体材料中的多种的电子激发态并将它们转移到激光介质，从而实现激光的产生。
五、大功率半导体激光器的封装将激光器管和光学部件封装在一个设备中，通过控制电流、温度以及运行状态，实现激光的稳定和高效发射。
封装过程不仅要保证激光器的工作性能稳定，还要提高封装的可靠性和可重复性。
六、测试将大功率半导体激光器装入专门的测试系统中，对输出功率、波长、光束模式、谐振腔模式等进行测试。
半导体激光器最新进展
半导体激光器最新进展自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展。
近些年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。
半导体激光器变化：1.温度：低温下运转发展到室温下连续工作2.功率：由小功率型向高功率型转变3.输出功率：几mW提高到kW级4.结构: 从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱(单、多量子阱) 等270余种形式5.制作方法：从扩散法发展到液相外延(LPE) 、气相外延(VPE) 、分子束外延(MBE) 、金属有机化合物气相淀积(MOCVD) 、化学束外延(CBE) 以及它们的各种结合型等多种工艺。
从当今半导体激光器发展的方向来看,总的趋势是就波段而言,现在发展的重点依然放在980、1310、1550nm这三个光通信窗口光源的激光器,致力在解决其大功率,宽调制、窄谱宽,温敏性、稳定单模、实用化封装等问题,使其进入广泛应用的阶段,为光通信的普及应用提供稳定可靠的光源。
而可见光半导体激光器当前发展的重点仍然是第一、二代(波长分别在7800A和7000A附近),使其在激光视频声频唱片、激光印刷、信息存储等方面得到广泛的普及应用。
但从研制的角度来看,半导体激光器却是朝超长波长(>2um)和超短波长(<0.6um)的方向发展,即分别朝中远红外和紫外波段方向发展。
近年来国外在朝这两个方向的研究做了许多工作,但并非当前整个半导体激光器领域研制的重点，因而超长波长和超短波长半导体激光器离实用化还相差甚远,但却是研究的方向,这两个波段的激光器无疑将具有广阔的发展前景与潜在应用领域。
半导体激光器发展的另一趋势是集成化。
现已有激光器与场效应晶体管、探测器和其他电子器件单片集成的报导，随着集成光学的不断发展,这种趋势还将继续下去在半导体激光器的研制方面同国外比较,国内差距甚远。
当前仍停留在对980、1310和1550这三个光通信窗口光源的研制阶段,而对于可见光、超短波和超长波长激光器的研究迄今尚未起步。
高功率半导体激光器技术发展与研究
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月高功率半导体激光器技术发展与研究刘国军，薄报学，曲轶，辛德胜，姜会林(长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春130022)摘要：高功率半导体激光器及阵列具有可用激光波长丰富、电光转换效率高、调制特性好等许多优点，特别是作为固体激光器和光纤激光器的高效率泵浦源而获得的全固态紧凑型激光器，持续受到极大的关注，得到快速发展。
近年来在高功率阵列半导体激光器模块化技术、超高效率、高效冷却技术、半导体激光器及阵列的光束质量优化、高效电源驱动技术等方面都取得了长足的进步，促进了其广泛应用。
将结合高功率半导体激光国家重点实验室的研究工作，概述近年来国内外半导体激光器技术的研究进展状况和发展趋势。
关键词：高功率；半导体激光器；阵列；效率中图分类号：TN248．4文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)．0004-03T T●l●1J●t=U2n D O W er Se nU C onnU C t or I aSe瑙L脚G uo-j髓，B O B∞妯e，Q U Y l，ⅪN D e-s heng，J L悄G H ui-l i n删硐伽l al l‘ey【丑b of碰gh Pow盯ScnIi c∞du咖La∞r’a瑚gch蚰U IIi V e巧i t y o f Sci en∞锄d1幻hn ol ogy'C h柚gch眦13∞22’C蚰埝)A bs衄I ct：Hi gh pow er∞I I l i conduct or l舔er s，舔m e m ost i dea l pum pi ng s ourc e f or al l-s oⅡd com pa ctl嬲er s s uch a s sol i d s ta_te l a se r aI l d助er l as er'have gai ned e V er r叩i d de V el opm ent due t0吐l e i r w avel engt t l t I l皿abm t y，l l i gh ef!f i ci ency卸d good m odul at i on pr o叫y．hl m c ent year s，gr eat progr ess has bee n ac l l i e V e di n l l i gh pow er s el Il i conduct or l懿er m odul ar t e chIl i que，supe r-l l i gh eff i ciency，em ci ent c oohng t ecl l I l0109y’l舔e r be锄咖nsf b衄at i on aI l d hi gh ef!f i c i enc y dri V i ng t echI l ique．7m s r eporc w i l l addres s t l le i nt em at i onal 锄d dom es t i c r es ear ch act i V i t i es i n l l i gh pow er s砌conduct or l a ser s t ecb皿ol ogy and fut Il陀pros pec t s，w i t t l ourow n r e se铷_c h a s bas i c r ef色r℃nce．K e y w or ds：H i gl l pow er；Sel ni c∞duc缸l姻l r；加r ay；E伍ci饥cyO引言半导体激光器(L D)及其阵列具有高效率、结构简单、体积小、质量轻、调制效率高等优点，在国防、工业、科研、民用领域都得到了广泛的应用。
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新一代高功率半导体激光器技术随着电子信息技术的不断发展，高功率半导体激光器技术已经
成为当今世界的热点领域之一。
新一代高功率半导体激光器技术
的研究和应用已经走到了前沿，为我们带来了无限的前景和机遇。
1、高功率半导体激光器的发展历程
半导体激光器是一种重要的光电子器件，其发展历程主要经历
了三个发展阶段，即低功率激光器、中功率激光器和高功率激光器。
在过去几十年间，半导体激光器技术已经在电信通信、光存储、光制造和医学等领域发挥了不可替代的作用。
2、高功率半导体激光器的现状与发展趋势
高功率半导体激光器技术已经成为了当今领域的研究热点之一，主要应用于军事、航空航天、工业制造和大型科学装置等领域。
高功率半导体激光器具有发光效率高、面积小、重量轻、寿命长、可靠性高等优点，受到了广泛的关注。
未来的高功率半导体激光器的研究和发展，我们可以借鉴以下几个方向：
1）提高半导体激光器的发光效率。
目前，高功率半导体激光器的发光效率仍然比较低，为了提高激光器的发光效率，可以采用改进半导体材料的方法，优化激光器外围结构等手段；
2）研究高功率半导体激光器的故障机制。
对于高功率半导体激光器来说，故障率是非常重要的一个问题，需要深入研究故障机制，加强激光器的可靠性和稳定性；
3）改进高功率半导体激光器的散热效率。
高功率半导体激光器在工作时会产生大量的热量，需要有效的散热系统来保证激光器的正常工作。
因此，我们需要通过研究新的散热材料和散热结构等手段，来改进高功率半导体激光器的散热效率。
3、高功率半导体激光器在各领域的应用
高功率半导体激光器已经被广泛应用于各个领域，其应用前景非常广阔。
其中，军事领域是高功率半导体激光器应用的主要领
域，主要用于光电制导、目标指示、距离测量和导航等方面。
在
航空航天领域，高功率半导体激光器可以用于空间通信、空间探
测以及卫星遥感等领域。
在工业制造领域，高功率半导体激光器也有着广泛的应用。
激
光制造技术已经成为当今工业制造中不可或缺的一部分，主要应
用于激光切割、激光焊接、激光打标等领域。
高功率半导体激光
器在这些领域的应用，有效地提升了工业生产效率和制造质量。
4、结语
高功率半导体激光器已成为现代光电技术中不可或缺的一部分，其在光电通讯、工业制造和医学等领域的应用已经发挥着巨大的
作用。
新一代高功率半导体激光器的研究和开发，对于提升我国
光电产业的整体水平，推动我国制造业的升级优化具有非常重要
的意义。