基于ANSYS的半导体激光器热特性研究
发布时间：2021-11-12 04:42
随着半导体激光器被广泛应用,对激光功率的需求越来越高,产生的废热问题也愈发严重,导致有源区温度升高、电光转换效率降低和激射波长红移等负面效应,与此同时激光器的阈值电流快速增加,外微分量子效率快速减小,进一步导致输出功率快速的变小。因此改善散热问题,研究半导体激光器的热特性显得尤为重要。本文用基本传热学理论,结合半导体激光器器件物理理论,经合理近似与假设处理,建立传导冷却型大功率半导体激光器热特性理论分析模型,把因半导体激光器工作温升引起的阈值电流、工作波长、输出功率、转换效率等特性变化与模拟、优化有机的结合起来。为了降低单管半导体激光器的结温、提高器件的散热效果以及提高输出功率,设计了一种台阶结构的C-mount热沉激光器封装结构和一种竖直芯片封装的新型封装结构。又分析模拟了半导体激光器贴片层空洞热效应,结论证明了对空洞率控制的重要性。最后对阵列巴条激光器热特性进行了分析,依据分析结论提出经过优化的巴条封装结构,大大提高了散热效果,对于提升器件的性能具有重要的现实意义。
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
受激辐射能带图
2图 1.2 双异质结激光器芯片结构示意图产生受激辐射时，非平衡载流子自发的复合，引起自发辐但自发辐射的光子，相位都不同且向各方向传播，大多数数光子在 pn 结平面内传播，造成其他电子-空穴对的受，受激辐射产生的光强度逐渐增大，此时产生的辐射虽然是杂乱的，还不是相干光。构上，半导体激光器还需要有一个沿着光的输出方向的共入半导体内部并建立一定的强度。共振腔由两个相互平行成，其中一面为反射镜面，出光面为半透半反镜面。只有
图 1.3 不同注入电流条件下有源区温度横向分布David Schleuning 等人[3]用 AuSn 焊料焊装的器件同用更优良。这代表用 AuSn 焊装可良好的减小贴片层热效性。dows 等人[4]发现器件有源区内部一直存在高的峰值温度有源区局部的高温与热循环导致二极管渐渐退化和突形式的激光器阵列热特性，以及不同活化能二极管的示，对优化器件散热与提高器件寿命有很大意义。
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对InP激光器波长蓝移影响的分析[J]. 薛正群,王凌华,苏辉. 光子学报. 2018(01)
[2]C-mount封装激光器热特性分析与热沉结构优化研究[J]. 张晓磊,薄报学,张哲铭,顾华欣,刘力宁,徐雨萌,乔忠良,高欣. 发光学报. 2017(07)
[3]高功率半导体激光器陶瓷封装散热性能研究[J]. 倪羽茜,井红旗,孔金霞,祁琼,刘素平,马骁宇. 发光学报. 2016(05)
[4]一体化半导体激光器的ANSYS热仿真及结构设计[J]. 全伟,李光慧,陈熙,刘峰. 光学精密工程. 2016(05)
[5]电注入椭圆微腔半导体激光器热特性分析[J]. 陆日,许留洋,高欣,黄永箴,肖金龙,薄报学. 中国激光. 2016(04)
[6]高功率密度激光二极管叠层散热结构的热分析[J]. 井红旗,仲莉,倪羽茜,张俊杰,刘素平,马骁宇. 发光学报. 2016(01)
[7]半导体激光器结温的测试及分析（英文）[J]. 杨扬,于果蕾,李沛旭,夏伟,徐现刚. 激光与光电子学进展. 2016(01)
[8]Design and simulation of a novel high-efficiency cooling heat-sink structure using fluid-thermodynamics[J]. 井红旗,仲莉,倪羽茜,张俊杰,刘素平,马晓宇. Journal of Semiconductors. 2015(10)
[9]Thermal simulation of flexible LED package enhanced with copper pillars[J]. 刘洋,梁润园,黄洁莹,袁长安,张国旗,孙凤莲. Journal of Semiconductors. 2015(06)
[10]基于腔面非注入区的半导体激光器的热特性分析[J]. 王胜楠,薄报学,许留洋,杜洋,乔忠良,高欣. 发光学报. 2014(08)
博士论文
[1]InGaAs/InAlAs量子级联激光器物理、材料及器件[D]. 杨全魁.中国科学院上海冶金研究所 2000
硕士论文
[1]TO-CAN封装的半导体激光器的热分析及温控研究[D]. 韩文志.山东大学 2015
[2]大功率半导体激光器阵列热行为研究[D]. 张志勇.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[3]半导体激光器热特性分析研究[D]. 汪瑜.长春理工大学 2009
[4]连续大功率半导体激光器的研制[D]. 王辉.西安电子科技大学 2007
本文编号：3490189
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
受激辐射能带图
2图 1.2 双异质结激光器芯片结构示意图产生受激辐射时，非平衡载流子自发的复合，引起自发辐但自发辐射的光子，相位都不同且向各方向传播，大多数数光子在 pn 结平面内传播，造成其他电子-空穴对的受，受激辐射产生的光强度逐渐增大，此时产生的辐射虽然是杂乱的，还不是相干光。构上，半导体激光器还需要有一个沿着光的输出方向的共入半导体内部并建立一定的强度。共振腔由两个相互平行成，其中一面为反射镜面，出光面为半透半反镜面。只有
图 1.3 不同注入电流条件下有源区温度横向分布David Schleuning 等人[3]用 AuSn 焊料焊装的器件同用更优良。这代表用 AuSn 焊装可良好的减小贴片层热效性。dows 等人[4]发现器件有源区内部一直存在高的峰值温度有源区局部的高温与热循环导致二极管渐渐退化和突形式的激光器阵列热特性，以及不同活化能二极管的示，对优化器件散热与提高器件寿命有很大意义。
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对InP激光器波长蓝移影响的分析[J]. 薛正群,王凌华,苏辉. 光子学报. 2018(01)
[2]C-mount封装激光器热特性分析与热沉结构优化研究[J]. 张晓磊,薄报学,张哲铭,顾华欣,刘力宁,徐雨萌,乔忠良,高欣. 发光学报. 2017(07)
[3]高功率半导体激光器陶瓷封装散热性能研究[J]. 倪羽茜,井红旗,孔金霞,祁琼,刘素平,马骁宇. 发光学报. 2016(05)
[4]一体化半导体激光器的ANSYS热仿真及结构设计[J]. 全伟,李光慧,陈熙,刘峰. 光学精密工程. 2016(05)
[5]电注入椭圆微腔半导体激光器热特性分析[J]. 陆日,许留洋,高欣,黄永箴,肖金龙,薄报学. 中国激光. 2016(04)
[6]高功率密度激光二极管叠层散热结构的热分析[J]. 井红旗,仲莉,倪羽茜,张俊杰,刘素平,马骁宇. 发光学报. 2016(01)
[7]半导体激光器结温的测试及分析（英文）[J]. 杨扬,于果蕾,李沛旭,夏伟,徐现刚. 激光与光电子学进展. 2016(01)
[8]Design and simulation of a novel high-efficiency cooling heat-sink structure using fluid-thermodynamics[J]. 井红旗,仲莉,倪羽茜,张俊杰,刘素平,马晓宇. Journal of Semiconductors. 2015(10)
[9]Thermal simulation of flexible LED package enhanced with copper pillars[J]. 刘洋,梁润园,黄洁莹,袁长安,张国旗,孙凤莲. Journal of Semiconductors. 2015(06)
[10]基于腔面非注入区的半导体激光器的热特性分析[J]. 王胜楠,薄报学,许留洋,杜洋,乔忠良,高欣. 发光学报. 2014(08)
博士论文
[1]InGaAs/InAlAs量子级联激光器物理、材料及器件[D]. 杨全魁.中国科学院上海冶金研究所 2000
硕士论文
[1]TO-CAN封装的半导体激光器的热分析及温控研究[D]. 韩文志.山东大学 2015
[2]大功率半导体激光器阵列热行为研究[D]. 张志勇.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[3]半导体激光器热特性分析研究[D]. 汪瑜.长春理工大学 2009
[4]连续大功率半导体激光器的研制[D]. 王辉.西安电子科技大学 2007
本文编号：3490189
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