CN114498285B - 一种半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种半导体激光器，包括：过渡热沉；散热结构，设置于过渡热沉的上表面，散热结构的横截面为梯形，梯形的下底与过渡热沉的上表面相接触；半导体激光器管芯，包括有源区，半导体激光器管芯设置于散热结构的上表面，半导体激光器管芯的下表面的尺寸和散热结构的下表面的尺寸相同；有源区的下表面的尺寸和散热结构的上表面的尺寸相同，有源区与散热结构的上表面对齐。将散热结构的横截面设置为梯形，起到促进半导体激光器工作时中心区域散热及抑制两侧散热的作用，进而增加半导体激光器管芯内部温度分布均匀性，抑制热透镜效应影响，提高光束质量，提升半导体激光器光电性能、可靠性和寿命。
Description
技术领域
本公开涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种半导体激光器。
背景技术
半导体激光器具有电光效率高、体积小、寿命长、可靠性高等优点，已被广泛应用于材料加工、通信、医疗美容等领域。为了进一步扩展半导体激光器在各大领域的应用，在高功率输出条件下，提高器件光束质量，成为关注的重点。普通COS封装结构中，半导体激光器正常工作时会产生大量废热，在横向方向上温度分布呈现中心温度高，两侧温度低的较高的温度梯度，这将导致横向折射率分布趋于不均匀，进而出现热透镜效应，慢轴远场发散角增加，光束质量降低。相关技术中，在半导体激光器管芯和过渡热沉之间引入截面为矩形的热路径结构，虽然能够通过抑制管芯两侧散热效果，从而提高管芯内部整体温度均匀性，降低热透镜效应影响，得到较高的光束质量，但是半导体激光器管芯内部整体温度会随之升高，在较大工作电流时温度上升更为明显，这将会严重影响器件光电性能、可靠性及寿命。
发明内容
鉴于上述问题，本公开提供了一种半导体激光器。
根据本公开的一个方面，提供了一种半导体激光器，包括：
过渡热沉；
散热结构，设置于过渡热沉的上表面，散热结构的横截面为梯形，梯形的下底与过渡热沉的上表面相接触；
半导体激光器管芯，包括有源区，半导体激光器管芯设置于散热结构的上表面，半导体激光器管芯的下表面的尺寸和散热结构的下表面的尺寸相同；
有源区的下表面的尺寸和散热结构的上表面的尺寸相同，有源区与散热结构的上表面对齐。
可选地，散热结构的横截面为等腰梯形，等腰梯形的上底的尺寸小于等腰梯形的下底的尺寸。
可选地，半导体激光器还包括：
金属热沉，金属热沉的上表面设置有过渡热沉。
可选地，金属热沉的第一侧面、过渡热沉的第二侧面、散热结构的第三侧面和半导体激光器管芯的第四侧面均位于同一平面内，且上述平面与横截面相平行；
第三侧面垂直于散热结构的上表面和下表面。
可选地，半导体激光器管芯和散热结构的连接方式包括焊接。
可选地，在与横截面相垂直的方向上，散热结构的下表面和半导体激光器管芯的下表面对齐。
可选地，有源区靠近散热结构的上表面。
可选地，散热结构的材料包括金或铜中任意一种。
可选地，散热结构的高度为30～50um。
可选地，在与散热结构的横截面相垂直的方向上，半导体激光器管芯的下表面的尺寸与有源区的下表面的尺寸相同。
本公开提供的半导体激光器包括：过渡热沉；散热结构，设置于过渡热沉的上表面，散热结构的横截面为梯形，梯形的下底与过渡热沉的上表面相接触；半导体激光器管芯，包括有源区，半导体激光器管芯设置于散热结构的上表面，半导体激光器管芯的下表面的尺寸和散热结构的下表面的尺寸相同；有源区的下表面的尺寸和散热结构的上表面的尺寸相同，有源区与散热结构的上表面对齐。本公开提供的散热结构可以减弱半导体激光器有源区横向温度分布梯度，增加半导体激光器管芯内部温度均匀性，从而降低热透镜效应影响，减小慢轴远场发散角，保证较高的光束质量，同时，本公开提供的散热结构相较于传统散热结构，具有更好的散热性，可以提升半导体激光器光电性能、可靠性和寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种半导体激光器的结构示意图；
图2示意性示出了本公开一实施例提供的一种半导体激光器的三视图；以及
图3示意性示出了本公开一实施例提供的又一种半导体激光器的结构示意图。
附图标记说明：
1金属热沉；2过渡热沉；3散热结构；4半导体激光器管芯；5有源区；101第一侧面；201第二侧面；301第三侧面；401第四侧面。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开。
图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种半导体激光器的结构示意图，图2示意性示出了本公开一实施例提供的一种半导体激光器的三视图。
如图1和图2所示，在本公开一实施例中，上述半导体激光器包括：过渡热沉2；散热结构3，设置于过渡热沉2的上表面，散热结构3的横截面为梯形，梯形的下底与过渡热沉2的上表面相接触；半导体激光器管芯4，包括有源区5，半导体激光器管芯4设置于散热结构3的上表面，半导体激光器管芯4的下表面的尺寸和散热结构3的下表面的尺寸相同；有源区5的下表面的尺寸和散热结构3的上表面的尺寸相同，有源区5与散热结构3的上表面对齐。
结合图1和图2，半导体激光器管芯4和过渡热沉2之间设置有散热结构3，在本实施例中，半导体激光器管芯4可以通过焊接的方式和散热结构3相连接，也可以根据实际需求选择其他的连接方式，本公开对半导体激光器管芯4和散热结构3之间的连接方式不做限制。散热结构3的横截面为梯形，散热结构3的上表面为梯形的上底所在的平面，散热结构3的下表面为梯形下底所在的平面，且散热结构3的下表面和过渡热沉2相接触，散热结构3的上表面和半导体激光器管芯4相接触(如图2所示)，在本实施例中，为了保证散热效果，散热结构3的材料可以选择热导率较高的材料，例如金或铜，也可以是其他热导率较高的非金属材料，具体地材料可以根据实际需求进行选择，本公开对散热结构3的材料不做限制。此外，在本实施例中，散热结构3的高度(即散热结构3的横截面的高度)为30～50um，若散热结构3的高度过低，会使得半导体激光器管芯4两侧与中心温度梯度较大，对热透镜效应的抑制作用较小，若散热结构3的高度过高，则半导体激光器管芯4整体散热效果将会下降，从而使得半导体激光器管芯4结温上升，影响器件性能。
同时参考图1和图2，半导体激光器管芯4的下表面的尺寸和散热结构3的下表面的尺寸相同，半导体激光器管芯4还包括有源区5，有源区5的下表面的尺寸和散热结构3的上表面的尺寸相同且位置对齐，在本实施例中，在与散热结构3的横截面相垂直的方向上，半导体激光器管芯4的下表面的尺寸与有源区5的下表面的尺寸相同(如图2所示)，而半导体激光器管芯4的下表面的尺寸又和散热结构3的下表面的尺寸相同，有源区5的下表面的尺寸和散热结构3的上表面的尺寸相同，即在与散热结构3的横截面相垂直的方向上，散热结构3、半导体激光器4和有源区5的尺寸相同，也就是说半导体激光器管芯4的下表面中只有与有源区5相对应的部分和散热结构3的上表面相接触(如图1所示)，这样设置散热结构3，可以促进半导体激光器工作时中心区域的散热效果，同时抑制两侧散热，进而增加半导体激光器管芯4的内部温度分布均匀性，且可以使有源区5靠近散热结构3的上表面，可以进一步的促进半导体激光器工作时中心区域的散热效果，在本实施例中，还可以使在与散热结构3的横截面相垂直的方向上，散热结构3的下表面和半导体激光器管芯4的下表面对齐(如图2所示)，即保证半导体激光器管芯4在散热结构3的两侧的非接触部分尺寸相同，进一步抑制半导体激光器两侧的散热。同时，由于半导体激光器管芯4的内温度分布与折射率分布成正相关，因此，当半导体激光器管芯4内的折射率分布趋于均匀时，可以降低热透镜效应，增加光束质量，达到抑制热透镜效应的影响，提高光束质量的目的。另外，由于散热结构3的上表面和半导体激光器管芯4的下表面部分接触，降低了低导热区域的面积，从而减少了散热结构3对半导体激光器管芯4的整体散热的影响，有利于保证半导体激光器管芯4的散热性能，降低半导体激光器管芯4整体温度，从而提升半导体激光器的光电性能，以及提高半导体激光器的可靠性和寿命。
在本公开一实施例中，散热结构3的横截面为等腰梯形，等腰梯形的上底的尺寸小于等腰梯形的下底的尺寸。
在本实施例中，将散热结构3设置为等腰梯形，可以使半导体激光器管芯4两侧散热效果趋于一致，增加半导体激光器管芯4内部均匀性，进而降低热透镜效应影响，提高光束质量。此外，由于半导体激光器工作时废热产生区域主要集中在电流注入区相对应的有源区5部分，在普通封装方式下常显示出半导体激光器中心温度高，两侧温度低的现象，其中中心温度主要就集中在电流注入区所对应的有源区5部分，因此，将散热结构3设置为横截面为等腰梯形的结构，使散热结构3的上表面的尺寸与电流注入区域相关有源区5的下表面的尺寸相同，从而增加半导体激光器中心处散热，降低两侧散热效果，抑制热流从中心向两侧流动进而抑制热透镜效应，同时，横截面为等腰梯形的散热结构3的下表面的尺寸与半导体激光器管芯4的下表面的尺寸相同，有利于减小空气隙的范围，增加半导体激光器管芯4的整体散热效果。
在本公开一实施例中，半导体激光器还包括：金属热沉1，金属热沉1的上表面设置有过渡热沉2。金属热沉1的第一侧面101、过渡热沉2的第二侧面201、散热结构3的第三侧面301和半导体激光器管芯4的第四侧面401均位于同一平面内，该平面与散热结构3的横截面相平行；第三侧面301垂直于散热结构3的上表面和下表面。
结合图1-图3，过渡热沉2设置在金属热沉1上，因为半导体激光器是边缘发光，因此，在本实施例中，使金属热沉1、过渡热沉2、散热结构3和半导体激光器管芯4的一端对齐(如图2所示)，可以保证半导体激光器的发光效果。
本公开提供了一种半导体激光器，包括：过渡热沉；散热结构，设置于过渡热沉的上表面，散热结构的横截面为梯形，梯形的下底与过渡热沉的上表面相接触；半导体激光器管芯，包括有源区，半导体激光器管芯设置于散热结构的上表面，半导体激光器管芯的下表面的尺寸和散热结构的下表面的尺寸相同；有源区的下表面的尺寸和散热结构的上表面的尺寸相同，有源区与散热结构的上表面对齐。将散热结构的横截面设置为梯形，起到促进半导体激光器工作时中心区域散热及抑制两侧散热的作用，进而增加半导体激光器管芯内部温度分布均匀性，抑制热透镜效应影响，提高光束质量，提升半导体激光器光电性能、可靠性和寿命。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (8)
1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：
金属热沉（1）；
过渡热沉（2），设置在所述金属热沉（1）的上表面；
散热结构（3），设置于所述过渡热沉（2）的上表面，所述散热结构（3）的横截面为梯形，所述梯形的下底与所述过渡热沉（2）的上表面相接触；
半导体激光器管芯（4），包括有源区（5），所述半导体激光器管芯（4）设置于所述散热结构（3）的上表面，所述半导体激光器管芯（4）的下表面的尺寸和所述散热结构（3）的下表面的尺寸相同；
所述有源区（5）的下表面的尺寸和所述散热结构（3）的上表面的尺寸相同，所述有源区（5）与所述散热结构（3）的上表面对齐；
所述金属热沉（1）的第一侧面（101）、所述过渡热沉（2）的第二侧面（201）、所述散热结构（3）的第三侧面（301）和所述半导体激光器管芯（4）的第四侧面（401）均位于同一平面内，且所述平面与所述横截面相平行；所述第三侧面（301）垂直于所述散热结构（3）的上表面和下表面；
所述半导体激光器为边缘发光。
2.根据权利要求1所述半导体激光器，其特征在于，所述散热结构（3）的横截面为等腰梯形，所述等腰梯形的上底的尺寸小于所述等腰梯形的下底的尺寸。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器管芯（4）和所述散热结构（3）的连接方式包括焊接。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，在与所述横截面相垂直的方向上，所述散热结构（3）的下表面和所述半导体激光器管芯（4）的下表面对齐。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述有源区（5）靠近所述散热结构（3）的上表面。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述散热结构（3）的材料包括金或铜中任意一种。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述散热结构（3）的高度为30~50um。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，在与所述散热结构（3）的横截面相垂直的方向上，所述半导体激光器管芯（4）的下表面的尺寸与所述有源区（5）的下表面的尺寸相同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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