CN107134713A - 一种用于大功率vcsel芯片的散热基板 - Google Patents
一种用于大功率vcsel芯片的散热基板 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107134713A CN107134713A CN201710442818.2A CN201710442818A CN107134713A CN 107134713 A CN107134713 A CN 107134713A CN 201710442818 A CN201710442818 A CN 201710442818A CN 107134713 A CN107134713 A CN 107134713A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- heat
- power
- chip
- chips
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 4
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 14
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000007648 laser printing Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于大功率VCSEL芯片的散热基板，包括用来安装VCSEL芯片本体的电极A和电极B，VCSEL芯片本体安装在电极A上，VCSEL芯片本体上的芯片引线节点通过电流引线与电极B的表面连接。相比现有的技术，引线条数增加，电流分布的均匀较好，可通入的电流增大，并使得芯片的散热均匀，可以解决现有技术中的引线不均匀而导致的电流不均匀的问题并使得芯片的散热能力增强。
Description
技术领域
本发明属于半导体设备技术领域，涉及一种用于大功率VCSEL芯片的散热基板。
背景技术
半导体激光器以其波长选择范围广、体积小、功耗小、效率高、继承性好、成本低等优点成为最重要的半导体光电子器件之一。特别是对于大功率半导体激光器不仅在激光存储、激光显示、激光打印、材料加工、生物医学、医疗器械、空间光通信等领域有着广泛应用，同时在军事领域它也可应用于激光打靶、激光制导、激光夜视、激光雷达、激光引信、激光武器、战争模拟等，大功率半导体激光器技术涵盖了几乎所有的光电子应用领域。
在激光器的结构方面，垂直腔面发射激光器(VCSEL)被誉为最有发展前景和实用价值的器件。不同于传统边发射半导体激光器的F-P腔结构，VCSEL器件采用了腔长只有微米量级的垂直微腔结构，易于实现低阈值电流，具有高微分量子效率。该器件具有独特的空间层结构及微小尺寸，结构上的不同使得VCSEL突出表现为以下几方面的优点：具有良好的动态单纵模和空间发射模特性；高电光转换效率、低阈值电流、低功耗；圆形输出光束、发散角小、与光纤耦合效率高、高调制速率；容易制造面积较大、具有准确单一波长的单片VCSEL阵列；这些优点使VCSEL相比于传统的边发射激光器具有更大的市场应用潜力。
随着材料生长技术和器件制备工艺的发展和进步，许多先进的半导体工艺相继出现，例如MBE，MOCVD等超薄层大面积外延技术，普遍采用的量子阱结构，先进的制冷散热技术以及特殊的封装技术，使激光器的输出功率越来越高，而且其他性能也同时不断得到改进。大功率半导体激光器研制过程可分为两个重要环节，一是半导体芯片的生产，二是激光器列阵的封装，而封装技术的好坏会直接影响到器件的总体性能。在封装过程中，最为关键的技术则是低热阻技术、低欧姆接触技术和高效冷却技术。由于随着注入电流的增加，功率增大，热耗散功率也随之增大。如果不及时消除因耗散功率所转化的热量，必将造成结温升高，从而使激光器的阈值电流升高，效率降低，激光中心波长发生漂移，以致激光器的寿命下降。
VCSEL器件的阈值电流及输出功率对温度很敏感，阈值电流随有源区温度的升高呈现指数增长，电光转换效率随有源区温度上升呈现指数下降；且有源区温度升高，激光器的平均和最大输出功率都会减少，其激射波长一般随着有源区温度的升高而出现红移等现象，并伴随着跳模；有源区内部温度的不均匀性，使能级间出现能量差异，导致输出谱线展宽，更容易出现多模激射情况。其次，由于温度的影响，各层材料之间热膨胀系数的差别会在内部产生应力，各层之间扩散加剧，使器件退化，缩短激光器的使用寿命。
因而解决激光器的散热，降低激光器的工作温度，对于提高激光器的工作特性和延长使用寿命有着很大的帮助。尤其是对于长波长器件，为了实现高工作温度、低阈值电流、高功率，必须经过优化设计将每一个影响因素减到最低。为了增加器件工作时的散热，除了选用导热系数较高的材料，散热基板结构的设计则显得尤为重要，合理的散热基板结构设计不仅可以使得电流引线更加均匀，电流注入均匀，可通入的电流增加，提高大功率VCSEL的输出特性，且使得器件散热能力增强。
现有的散热基板结构呈“凹”型的四边形，只有三边可以引线，电流具有一定的不均匀性。本发明提供了一种新型的散热基板结构，使得四周均可以引线。与现有的散热基板结构相比，该散热基板结构使得电流的引线条数增加，可通入的电流增大，电流分布的均匀性较好，输出功率得到了相应的提高，更加易于散热，有效提高半导体激光器的输出特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于大功率VCSEL芯片的散热基板，相比现有的技术，四边均可以引线，引线数目增加，可注入的电流增大，电流注入均匀，能够使得器件的输出功率增加，并且使得散热均匀，散热能力增强。
本发明所采用的技术方案是，一种用于大功率VCSEL芯片的散热基板，其特征在于，包括用来安装VCSEL芯片本体的电极A和电极B，VCSEL芯片本体安装在电极A上，VCSEL芯片本体上的芯片引线节点通过电流引线与电极B的表面连接。
本发明的特点还在于，
电极A和电极B均位于散热基板材料层上面，且电极A和电极B相邻设置但并不接触，在阴极和阳极之间有沟槽。
电极A和电极B位置呈镶嵌状设置。
电极A的前端为固定芯片区域，该芯片固定区域的前端为V型区域，且V型区域相邻的两边的夹角为θ，且，30°≤θ≤150°。
电极B与电极A的V型区域对应设置有一个凹型的V型部分，该凹型的V型区域的两边之间的夹角为θ，且，30°≤θ≤150°。
芯片本体通过焊料被压结在电极A表面。
在芯片本体的四边均可以引线。
芯片本体的中间为出光区域。
本发明的有益效果是，本发明提供的新型VCSEL散热基板因其各边均可引线，而现有的技术仅仅是三边可以引线，引线节点处有电流流过，无引线的边沿处无电流流过，这样就使得电流在散热基板面上的分布不均匀，散热也不均衡。而本发明散热基板结构各边均可引线，使得可通入的电流增大，器件的输出功率增加，电流在各个引线节点处均匀分布。此外，本发明提供的新型VCSEL散热基板结构中“V”形结构的角度可以变化，故可以根据芯片本体结构的实际需要，对散热基板结构中“V”形结构的角度做相应的改变，使得设计更加灵活。有源区温度的控制是制约大功率半导体激光器应用的核心问题，散热基板结构的优化设计能够提高器件的散热能力。
附图说明
图1是本发明用于大功率VCSEL芯片的散热基板的示意图；
图2是本发明用于大功率VCSEL芯片的散热基板的平面示意图。
图中，1.电流引线，2.芯片的引线节点，3.电极A，4.散热基板材料层，5.电极B，6.VCSEL芯片本体，7.沟槽，8.出光区域。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种用于大功率VCSEL芯片的散热基板结构，如图1所示，包括用来安装VCSEL芯片本体6的电极A3和电极B5，VCSEL芯片本体6安装在电极A3上，
VCSEL芯片本体6上的芯片引线节点通过电流引线1与电极B5的表面连接，
电极A3和电极B5均位于散热基板材料层4上面，且电极A和电极B相邻设置但是并不接触，在电极A3和电极B5之间有沟槽7，电极A3和电极B5位置镶嵌状设置，
电极A3的前端为固定芯片区域，该芯片固定区域的前端为V型区域，且V型区域相邻的两边的夹角为θ，且，30°≤θ≤150°。
电极B5与电极A3的v型区域对应设置有一个凹型的V型部分，该凹型的V型区域的两边之间的夹角为θ，且，30°≤θ≤150°
VCSEL芯片本体6的一个角正好位于V型区域，VCSEL芯片本体6的两直角边与V型区域的两直角边平行。
芯片本体6通过焊料被压结在电极A3表面。
如图2所示，在芯片本体6的四边均可以引线，使得电流引线的两端分别被压结在电极A3和电极B5上。
“V”型结构的大小根据需要可以改变，即“V”型结构的角度可以依据不同的使用条件而变化。
散热基板结构能够使得芯片的四边均可以引线。
散热基板结构在芯片边缘引线，芯片本体6的中间为出光区域8。
散热基板结构在制作过程如下：首先在散热基板材料层4上镀一层金属薄膜，散热基板材料层4为氮化铝层，然后通过刻蚀形成两个电极，电极A3和电极B5，刻蚀后得到的电极结构如图1所示，即将电极A3刻蚀成一个凸起的“V”型结构，将电极B5刻蚀成为一个凹型的“V”型结构，然后将芯片通过焊料压结在电极A3上，最后在芯片的周围进行电流引线，其引线的方式如图2所示，芯片上面两条边引线保持水平，芯片下面两条边引线保持与两边的“V”边垂直。
对于散热基板中电极A3和电极B5的设置，如果是制作顶发射VCSEL器件，则电极A3作为阴极，电极B5作为阳极；
如果是制作低发射VCSEL器件，则电极A3为阳极，电极B5为阴极。
Claims (8)
1.一种用于大功率VCSEL芯片的散热基板，其特征在于，包括用来安装VCSEL芯片本体(6)的电极A(3)和电极B(5)，所述的VCSEL芯片本体(6)安装在电极A(3)上，所述的VCSEL芯片本体(6)上的芯片引线节点通过电流引线(1)与电极B(5)的表面连接。
2.根据权利要求1所述的用于大功率VCSEL芯片的散热基板，其特征在于，所述的电极A(3)和电极B(5)均位于散热基板材料层(4)上面，且电极A和电极B相邻设置但是并不接触，在阴极和阳极之间有沟槽(7)。
3.根据权利要求1所述的用于大功率VCSEL芯片的散热基板结构，其特征在于，所述的电极A(3)和电极B(5)位置呈镶嵌状设置。
4.根据权利要求1所述的用于大功率VCSEL芯片的散热基板，其特征在于，所述的电极A的前端为固定芯片区域，该芯片固定区域的前端为V型区域，且V型区域相邻的两边的夹角为θ，且，30°≤θ≤150°。
5.根据权利要求1所述的用于大功率VCSEL芯片的散热基板，其特征在于，所述的电极B与电极A的v型区域对应设置有一个凹型的V型部分，该凹型的V型区域的两边之间的夹角为θ，且，30°≤θ≤150°。
6.根据权利要求1所述的用于大功率VCSEL芯片的散热基板，其特征在于，所述的芯片本体(6)通过焊料被压结在电极A表面。
7.根据权利要求1所述的用于大功率VCSEL芯片的散热基板，其特征在于，在所述的芯片本体(6)的四边均可以引线。
8.根据权利要求1所述的用于大功率VCSEL芯片的散热基板，其特征在于，所述的芯片本体(6)的中间为出光区域(8)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710442818.2A CN107134713B (zh) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | 一种用于大功率vcsel芯片的散热基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710442818.2A CN107134713B (zh) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | 一种用于大功率vcsel芯片的散热基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107134713A true CN107134713A (zh) | 2017-09-05 |
| CN107134713B CN107134713B (zh) | 2019-03-26 |
Family
ID=59734695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710442818.2A Active CN107134713B (zh) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | 一种用于大功率vcsel芯片的散热基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107134713B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020093275A1 (en) * | 2018-11-07 | 2020-05-14 | Shenzhen Raysees Technology Co., Ltd. | System and Method for Preventing Thermal Induced Failures in Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) Array |
| CN112652945A (zh) * | 2019-10-12 | 2021-04-13 | 三赢科技（深圳）有限公司 | 散热基板及具有所述散热基板的发光装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020065096A (ko) * | 2001-02-05 | 2002-08-13 | 주식회사 아이텍 테크널러지 | 표면 실장 소자 형태의 수직 공동 표면 방출 레이저디바이스 패키징 모듈 |
| US20030026303A1 (en) * | 1998-07-22 | 2003-02-06 | Toshihiko Ouchi | Apparatus with an optical functional device having a special wiring electrode and method for fabricating the same |
| CN101447647A (zh) * | 2008-12-22 | 2009-06-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 垂直腔面发射激光器列阵的串接结构 |
| CN102104036A (zh) * | 2009-12-03 | 2011-06-22 | 丰田合成株式会社 | Led发光装置和使用该装置的车前灯 |
| CN102856790A (zh) * | 2012-08-29 | 2013-01-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 垂直腔面发射激光器侧面泵浦源及其制作方法 |
| CN103427333A (zh) * | 2012-05-23 | 2013-12-04 | 光环科技股份有限公司 | 激光二极管阵列晶粒结构及其封装装置 |
| US20150069113A1 (en) * | 2013-09-11 | 2015-03-12 | Princeton Optronics Inc. | VCSEL Packaging |
-
2017
- 2017-06-13 CN CN201710442818.2A patent/CN107134713B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030026303A1 (en) * | 1998-07-22 | 2003-02-06 | Toshihiko Ouchi | Apparatus with an optical functional device having a special wiring electrode and method for fabricating the same |
| KR20020065096A (ko) * | 2001-02-05 | 2002-08-13 | 주식회사 아이텍 테크널러지 | 표면 실장 소자 형태의 수직 공동 표면 방출 레이저디바이스 패키징 모듈 |
| CN101447647A (zh) * | 2008-12-22 | 2009-06-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 垂直腔面发射激光器列阵的串接结构 |
| CN102104036A (zh) * | 2009-12-03 | 2011-06-22 | 丰田合成株式会社 | Led发光装置和使用该装置的车前灯 |
| CN103427333A (zh) * | 2012-05-23 | 2013-12-04 | 光环科技股份有限公司 | 激光二极管阵列晶粒结构及其封装装置 |
| CN102856790A (zh) * | 2012-08-29 | 2013-01-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 垂直腔面发射激光器侧面泵浦源及其制作方法 |
| US20150069113A1 (en) * | 2013-09-11 | 2015-03-12 | Princeton Optronics Inc. | VCSEL Packaging |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020093275A1 (en) * | 2018-11-07 | 2020-05-14 | Shenzhen Raysees Technology Co., Ltd. | System and Method for Preventing Thermal Induced Failures in Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) Array |
| US12068585B2 (en) | 2018-11-07 | 2024-08-20 | Shenzhen Raysees Ai Technology Co. Ltd. | System and method for preventing thermal induced failures in vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) array |
| CN112652945A (zh) * | 2019-10-12 | 2021-04-13 | 三赢科技（深圳）有限公司 | 散热基板及具有所述散热基板的发光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107134713B (zh) | 2019-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10454241B2 (en) | VCSEL structure with embedded heat sink | |
| CN107069423B (zh) | 一种垂直腔面发射半导体激光器制备方法 | |
| CN102694341A (zh) | 一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器 | |
| CN104868359B (zh) | 基于耦合腔的单模高速调制法布里‑珀罗半导体激光器 | |
| US20060176924A1 (en) | Semiconductor light emitting device having effective cooling structure and method of manufacturing the same | |
| CN101931163A (zh) | 一种衬底侧出光窗口型垂直腔面发射激光器 | |
| US20200243736A1 (en) | Semiconductor device and fabrication method for the same | |
| CN107134713B (zh) | 一种用于大功率vcsel芯片的散热基板 | |
| US20220247147A1 (en) | Semiconductor laser and fabrication method therefor | |
| CN103311798A (zh) | 一种大功率线阵激光器的封装结构及封装方法 | |
| US8537874B2 (en) | High fill-factor efficient vertical-cavity surface emitting laser arrays | |
| CN103401142B (zh) | 高功率高稳定性单模垂直腔面发射半导体激光器 | |
| CN113437637A (zh) | 激光器及其制备方法 | |
| CN109326958A (zh) | 金属网格大功率垂直腔面发射激光器 | |
| CN102064465A (zh) | 一种双向制冷式半导体激光器及其制备方法 | |
| US20220059986A1 (en) | Semiconductor laser chip and preperation method therefor | |
| CN104104010B (zh) | 具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器 | |
| CN109461753B (zh) | 一种大注入倒装微米led芯片及其制备方法 | |
| CN110797370B (zh) | 一种集成单元二极管芯片 | |
| CN105490165A (zh) | 一种光斑稳定的大功率半导体激光器 | |
| CN220585710U (zh) | 一种激光芯片器件 | |
| CN114142346A (zh) | 单片集成式vcsel芯片 | |
| Fortuna et al. | Electrically injected nanoLED with enhanced spontaneous emission from a cavity backed optical slot antenna | |
| CN111900621A (zh) | 一种vcsel芯片及其制作方法 | |
| CN214754670U (zh) | 激光器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240507 Address after: Room 11834, Unit 1, Building 3, No. 11 Tangyan South Road, High tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710061 Patentee after: HUATECH SEMICONDUCTOR, Inc. Country or region after: China Address before: 710048 No. 5 Jinhua South Road, Shaanxi, Xi'an Patentee before: XI'AN University OF TECHNOLOGY Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A heat dissipation substrate for high-power VCSEL chips Granted publication date: 20190326 Pledgee: Xi'an spaceflight base financing Company limited by guarantee Pledgor: HUATECH SEMICONDUCTOR, Inc. Registration number: Y2024610000095 |