半导体激光器的热特性及封装技术研究.pdf

中国科学院上海微系统与信息技术研究所
硕士学位论文
半导体激光器的热特性及封装技术研究
姓名:何友军
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:张永刚
20030401
要摘以黑═口半导体激光器的热特性及封装技术研究注入脉冲占空比的增加而减小,并趋近于稳态热阻。我们还模拟了置,并据此装置制定了详细工艺流程,采用此工艺对¨痌脊波导多量子阱激光器进行了脉冲琁—匦圆馐裕ü齀特性测试,确认了烧结工艺的散热效果及对激光器输出功率的改善。通过獀疘脊波导多量子す馄骱虸疘痩中红外量予级联激光器为研究对象,针对半导体激光器材料和结构特点,通过模拟和实验分析解决激光器的散热。其主要内容如下:谏逃糜邢拊H砑∩希芯亢涂7⒘思す馄魅忍匦缘哪D夥治龇法。采用这方法,对疘脊波导多量子阱激光和疘,中红外量子级联激光器外延层朝下和衬底层朝下两种烧结乃式进行了热分析,得到了其热分布和热阻参数。通过获得的模拟结果的对比,判断得到外延层朝下的烧结方式可以更好改善激光器的散热效果。我们首次对量予级联激光器在脉冲激劓条件下的热阻进行了模拟分析。通过分析,得到在脉冲激射下,激光器的表观热阻跟输入的脉冲周期和脉宽有关,表观热阻值随不同腔长,脊波导宽度,焊料层厚度和热导率等对激光器热特性的影响进行了模拟,得到了激光器热阻跟这些参数的关系,并在模拟计算的基础上讨论了结构空蒸发镀膜方法,按照实验所获得的优化二詹问ê噶暇日舳频桨仔猩杓加工的镀金铜热沉上;为将激光器管芯烧结在铜热沉上,白行设计制作了烧结装导多量子阱激光器管芯进行了烧结,满足了实验要求。,确认了我们开发的烧结工艺的有效性,并对不同的管芯烧结方式的散热效果及其与模拟结果的差别进行了比较和讨论。本学位论文鹤髦饕8匀瓢氲继寮す馄鞯娜忍匦约胺庾凹际趿椒矫嬲关ⅲ疘脊波导多量子阱半导体激光器在脉冲激射条件下的热特性,/‘
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致谢致谢本论文是在导师张永刚研究员的悉心指导和始终如一的关也、和帮助卜完成的。张老师精湛的实验技能、渊博的学识和严谨的治学态度给我留下了非常深我的实验技能、理论水平及每一篇呛文都进行了悉心的指导,使我从一个马虎、我要向他致以内心最真挚的感谢我还要感谢李爱珍研究员,她在生活和学习上都给予我悉心的帮助与指导。更重要的是,在她身上我看到了作为一名科学家所应具备的高尚品质。李老师严谨的工作作风、博大精深的专业知识以及她时刻表现出来的敬业精神常常深深地触动了我,这些感触将在我未来的工作中时刻给予我鼓励与鞭策。在论文的完成过程中,我得到了信息功能材荆国家重点实验室学生与工作人员的热情帮助。所在的信息功能材料国家重点实验室∽榱己玫目蒲环境与氛围也使我获益良多,李存才、胡键、胡雨生、郑燕兰、朱芙英、钟金权、徐刚毅、吴根柱、赵智彪、张雄、南矿军、俞谦荣、高少文、孟兆祥、陈雷东等老师和同学都堪称我的良师益友。在此表示我由衷的感谢源泉。我在此将我的这篇毕业论文献给这些时刻关心和爱护着我的人。刻的印象。在这两年里,张老师在我身上倾注了大量的心血和无数的精力,对轻率、缺乏实验经验的学生变成了一个具有科学研究素养的研究工作者。谨此感嘲研究生部的夏老师、忻老师、余老师在工作和生活上的帮助。最后我要感谢我的父母,他们是我任何时候工作和学习的坚强后盾和力量
第一章:引言问题,就要对激光器的热场进行模拟分析。有限元法是求解数理方程的一种数第一章引言当扇死嗾诮胄畔⒑椭悄芑氖贝馐俏⒌缱蛹际酢⒐獾缱蛹际酢通信技术、计算机技术以及自动化、精密机械等科学技术综合发展的结果。其中光电子技术起着十分重要的作用,并已经成为世界各国竞相发展的高新技术的重要组成部分。半导体激光器与其他类型的激光器相比,具有体积小、重量轻、转换效率高、省电等优点,在光电子领域中占有重要的地位。自从年问世卧来,经过多年的发展,半导体激光器已由早期的同质结、单异质结、双异质结发展到量子阱、应变量子阱及分布式结构和垂直腔结构等,今天的自组装量子点和单极型量子级联结构也正在蓬勃发展。半导体激光器已经是光纤激光器泵浦、光纤放大器泵浦等应用中不可替代的光源。此外在光学测量、医半导体工艺发展至今,其制造工艺已日趋成熟,其:阂罩饕0ㄍ庋由ぁ掺杂扩散、化学腐蚀和欧姆接触等前道工艺以及烧结、键合、耦合和封装等后道工艺。近年来,中科院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点子阱激光器和转换效率低,发热量大,致使激光器在室温下连续激射很困难,因此解决激光器的散热也