半导体激光器封装应力研究
发布时间：2021-08-03 09:46
随着半导体激光器的日益发展,人们对高功率半导体激光器的器件性能及可靠性的要求日益增高。高功率半导体激光器芯片的制作工艺较为复杂且成本较高,由于封装工艺、结构造成的封装应力严重制约着器件的成品率以及可靠性,限制了HPLD（High Power Laser Diode高功率半导体激光器）的大规模生产。本文研究了半导体激光器封装应力的产生原因,以及利用能带理论推导并说明了封装应力对半导体激光器巴条的激射波长和偏振特性的影响。利用ANSYSY软件模拟了不同封装参数下封装应力的大小及分布。为了快捷而有效的检测半导体激光器的封装应力,设计了一种通过检测激光器巴条各个单元偏振度、阈值电流、激射波长揭示出其封装应力分布的实验方法。实验表明,巴条个别发光单元的偏振度较低、阈值电流较高是由于封装应力较大。通过计算,最大封装应力为141.92MPa,偏振等效应力为26.73MPa。实验器件在阈值以下的偏振度较好的反映了封装应力的分布趋势,说明利用阈值电流以下测量器件偏振度可以为选择热沉及焊料材料,焊接工艺参数的改进等方面提供一个较为快捷而有效的检测方法。
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：44 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LD单芯片或阵列应力分布
4图1.2 不同冷却速度下AuSn合金的扫描电镜组织（a）和（b）冷速为1K/min的合金，（c）和（d）炉冷合金，（e）和（f）水冷合金[7]Pittriff W[8]指出，AuSn焊料在烧结合金反应中生成物相为在SEM中显浅色的Au Sn相和显深色的AuSn相。前者导热性能好，强度高，抗冲击，但不利于释放热应力；后者弹性高，利于释放封装应力。YOON J W[9]指出在快速冷却的情况下，更易生成Au Sn相，在较慢冷速的情况下，生成AuSn成分更多。杨扬[10]通过观察不同焊接温度下AuSn焊料的XRED谱图
量子阱层中存在张应变，LH会上升，HH会下降。并且张应变足够大时，LH会取代HH成为主要跃迁带隙。此时，器件的激射光模式为TM模。图1.3 应力对半导体能带的影响2015 年北京科技大学的朱辉[26]等人利用金刚对顶砧，通过对 AlInGaAs 单量子阱半导体激光器芯片施加水平张应力与压应力，模拟激光器芯片由于封装过程中产生的形变应力。通过理论分析与实验得出随着随着张应力的增大芯片激发波长会呈现线性红移，其斜率约为 5.3nmGPa ，张应力的增大芯片激发波长会呈现线性蓝移；芯片的阈值电流也随着压应力的减小，随着张应力而增大。2016 年 E V Bogdanov[27]等人对GaAs.P.量子阱激光器施加水平张/压应力，通过光致发光光谱的测量，得出随着压应变的增大，TE 模式逐渐增大；随着张应力的增大
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率激光器及其发展[J]. 王狮凌,房丰洲. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[2]温度对高功率半导体激光器阵列“smile”的影响[J]. 王淑娜,张普,熊玲玲,聂志强,吴的海,刘兴胜. 光子学报. 2016(05)
[3]烧结温度对AuSn焊料薄膜及封装激光器性能的影响[J]. 杨扬,孙素娟,李沛旭,夏伟,徐现刚. 半导体技术. 2015(11)
[4]大功率半导体激光器研究进展[J]. 王立军,宁永强,秦莉,佟存柱,陈泳屹. 发光学报. 2015(01)
[5]高功率二极管激光器失效特性研究[J]. 高松信,魏彬,吕文强,武德勇,邵冬竹,左蔚. 强激光与粒子束. 2005(S1)
硕士论文
[1]初始应力对垂直结构GaN基LED光电性能影响的研究[D]. 黄基锋.南昌大学 2015
[2]应变锗应变张量模型及导带能级结构的研究[D]. 李金龙.西安电子科技大学 2014
[3]Au-20Sn合金组织形成及性能的研究[D]. 黎丽.天津大学 2012
本文编号：3319400
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：44 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LD单芯片或阵列应力分布
4图1.2 不同冷却速度下AuSn合金的扫描电镜组织（a）和（b）冷速为1K/min的合金，（c）和（d）炉冷合金，（e）和（f）水冷合金[7]Pittriff W[8]指出，AuSn焊料在烧结合金反应中生成物相为在SEM中显浅色的Au Sn相和显深色的AuSn相。前者导热性能好，强度高，抗冲击，但不利于释放热应力；后者弹性高，利于释放封装应力。YOON J W[9]指出在快速冷却的情况下，更易生成Au Sn相，在较慢冷速的情况下，生成AuSn成分更多。杨扬[10]通过观察不同焊接温度下AuSn焊料的XRED谱图
量子阱层中存在张应变，LH会上升，HH会下降。并且张应变足够大时，LH会取代HH成为主要跃迁带隙。此时，器件的激射光模式为TM模。图1.3 应力对半导体能带的影响2015 年北京科技大学的朱辉[26]等人利用金刚对顶砧，通过对 AlInGaAs 单量子阱半导体激光器芯片施加水平张应力与压应力，模拟激光器芯片由于封装过程中产生的形变应力。通过理论分析与实验得出随着随着张应力的增大芯片激发波长会呈现线性红移，其斜率约为 5.3nmGPa ，张应力的增大芯片激发波长会呈现线性蓝移；芯片的阈值电流也随着压应力的减小，随着张应力而增大。2016 年 E V Bogdanov[27]等人对GaAs.P.量子阱激光器施加水平张/压应力，通过光致发光光谱的测量，得出随着压应变的增大，TE 模式逐渐增大；随着张应力的增大
【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率激光器及其发展[J]. 王狮凌,房丰洲. 激光与光电子学进展. 2017(09)
[2]温度对高功率半导体激光器阵列“smile”的影响[J]. 王淑娜,张普,熊玲玲,聂志强,吴的海,刘兴胜. 光子学报. 2016(05)
[3]烧结温度对AuSn焊料薄膜及封装激光器性能的影响[J]. 杨扬,孙素娟,李沛旭,夏伟,徐现刚. 半导体技术. 2015(11)
[4]大功率半导体激光器研究进展[J]. 王立军,宁永强,秦莉,佟存柱,陈泳屹. 发光学报. 2015(01)
[5]高功率二极管激光器失效特性研究[J]. 高松信,魏彬,吕文强,武德勇,邵冬竹,左蔚. 强激光与粒子束. 2005(S1)
硕士论文
[1]初始应力对垂直结构GaN基LED光电性能影响的研究[D]. 黄基锋.南昌大学 2015
[2]应变锗应变张量模型及导带能级结构的研究[D]. 李金龙.西安电子科技大学 2014
[3]Au-20Sn合金组织形成及性能的研究[D]. 黎丽.天津大学 2012
本文编号：3319400
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