高功率半导体激光器封装结构设计及热管理技术研究

发布时间：2022-12-23 06:23

　　半导体激光器自二十世纪六十年代诞生以来逐渐成为现代信息的坚强支柱和国际高技术竞争的焦点。随着科学技术的飞速发展,人们对半导体激光器的输出功率和使用寿命需求不断提高。由于半导体激光器有源区内存在各种能量损耗,导致器件产生更多的热量,严重影响半导体激光器工作可靠性。因此,对半导体激光器的封装结构进行优化设计,对半导体激光器热管理技术进行研究,在半导体激光器领域具有极其重要的现实意义。本文从半导体激光器热特性理论出发,分析了半导体激光器的各种产热机理,以及温度对半导体激光器的阈值电流、工作波长、输出功率和使用寿命等工作特性的影响。对传热学基本理论以及ANSYS有限元分析法进行分析与概述,为研究半导体激光器热特性,降低半导体激光器有源区温度,提高器件可靠性提供理论基础。本论文的主要研究内容可划分为以下几个方面:（1）为提高基于C-Mount封装类型的半导体激光器单管封装散热效率,提出一种高热导率材料石墨片作为辅助热沉的新型热沉材料,并采用台阶型热沉结构。通过ANSYS软件模拟计算可知,半导体激光器有源区温度降低约6.163K,实现降低半导体激光器有源区温度的目的,提高半导体激光器输出功率。（2... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 半导体激光器
        1.1.1 半导体激光器简介
        1.1.2 半导体激光器工作原理
    1.2 半导体激光器封装技术
        1.2.1 半导体激光器封装类型
        1.2.2 半导体激光器封装工艺
    1.3 研究的目的和意义
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 热特性分析方面研究现状
        1.4.2 封装结构与热沉材料方面研究现状
        1.4.3 石墨材料散热方面研究现状
    1.5 论文主要研究内容
第2章 高功率半导体激光器热特性理论基础
    2.1 半导体激光器产热机制
    2.2 温度对半导体激光器工作性能的影响
        2.2.1 温度对阈值电流的影响
        2.2.2 温度对波长的影响
        2.2.3 温度对输出功率的影响
        2.2.4 温度对寿命的影响
    2.3 传热学基础理论
        2.3.1 热传导
        2.3.2 热对流
        2.3.3 热辐射
    2.4 ANSYS有限元分析法
    2.5 本章小结
第3章 高功率半导体激光器单管热管理技术研究
    3.1 高功率半导体激光器单管热特性分析
    3.2 基于辅助热沉封装结构研究
        3.2.1 石墨片导热性能
        3.2.2 石墨片辅助热沉封装结构
    3.3 新型台阶热沉结构设计
    3.4 本章总结
第4章 高功率半导体激光器阵列热管理技术研究
    4.1 基于辅助热沉半导体激光器阵列热特性研究
        4.1.1 新型封装热沉结构
        4.1.2 热沉通孔位置与器件工作温度的关系
        4.1.3 热沉通孔数量与器件工作温度的关系
        4.1.4 热沉通孔半径与器件工作温度的关系
        4.1.5 优化石墨片热沉结构
    4.2 基于阶梯复合热沉半导体激光器阵列热特性研究
        4.2.1 热沉材料对半导体激光器阵列温度均匀性的影响
        4.2.2 基于AIN和铜基金刚石的阶梯复合热沉结构
    4.3 石墨片通孔散热效应研究
        4.3.1 样品制备
        4.3.2 器件封装测试
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 结论与创新点
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢



本文编号：3724895