基于C-Mount热沉封装不同激光器芯片尺寸热分析

论文摘要

随着半导体激光器工艺技术的不断提高,输出功率的不断增加,热效应成为制约大功率半导体激光器发展主要障碍。其半导体激光器的散热能力常用热阻表示。本文制作了条宽为150μm,腔长为1000μm的半导体激光器,并用In焊料烧结在C-Mount热沉上,并进行TO-3封装。用波长漂移法对基于C-Mount封装类型的多只3W激光器的热阻进行了测量,得出其热阻为5-3℃/W.5.9℃/W之间。并用ANSYS有限元热分析软件在理想条件下对其进行了模拟,从其实测和模拟结果的差异引入了由于焊料层空洞增加的接触热阻。并用ANSYS有限元热分析软件模拟引入接触热阻后的热阻,其值和实测的结果基本吻合,所以我们用同样的方法对C-Mount热沉封装的不同芯片尺寸进行了模拟。本文又对3W激光器在不同的占空比下测量了其温升值,结果发现其在不同的占空比下的温升是不同的,其中在0.5%占空比条件下其温升情况为连续条件的19.6%。并用ANSYS有限元热分析软件对100%占空比下的温升情况进行了模拟,从模拟结果中可以看出脉冲的特点是激光器在1ms内温升就能达到稳态时候的36%,激光器在0.1s就能达到稳态温度的95%以上。所以即便激光器在0.5%占空比条件下工作时,其温升也是不能忽略的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体激光器的历史回顾
• 1.3 半导体激光器的发展趋势
• 1.4 半导体激光器热特性分析研究意义
• 1.5 半导体激光器热特性的国内外研究现状
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第二章 半导体激光器原理和激光器结构
• 2.1 半导体激光器的基本原理
• 2.2 量子阱激光器
• 2.3 应变量子阱激光器
• 第三章 分子束外延（MBE）和808nm激光器结构设计
• 3.1 分子束外延（MBE）
• 3.2 MBE的优缺点
• 3.3 808nm半导体激光器结构设计
• 第四章 制作808nm半导体激光器工艺
• 4.1 光刻
• 4.2 刻蚀
• 4.3 电极制作
• 4.4 激光器烧结工艺
• 4.5 半导体激光器封装工艺
• 第五章 激光器热分析的理论基础
• 5.1 瞬态和稳态定义
• 5.2 温度梯度
• 5.3 温度场的边界条件
• 5.4 热阻的测量方法
• 第六章 C-Mount封装不同激光器芯片尺寸热阻分析
• 6.1 激光器热阻的测量
• 6.2 ANSYS模拟激光器的热阻
• 6.3 激光器在不同占空比下的热分析
• 结论
• 致谢
• 附录
• 参考文献