随着半导体激光器的广泛应用，其热 问题一直是人们关注的焦点之一 。特别是 对于大功率半导体激光器来说，如何提高 光输山效率、减小热量 产生，更是伴随着整 个研究发展历程。对半导体激光器热特性产生影响的因素主要是激光器芯片的外延结构和封装方 式和结构。封装属于半导体激 光器的后工 艺，在芯片确定的情况下，封装效果直接影 响半导体激光器的热特性 。

1.封装设计

首先封装一个激光器的封装中，In焊料或AuSn焊料采用真空蒸镀的方 法预置在Mount热沉上。为半导体激光 器热特性分析作准备，采用808nm2W芯片，封装的类型为TO型,如图1所示。采用芯片倒装方式(芯 片P面与焊料层结合)。

图1

2、封装结构的模拟与分析

2.1 热阻的计算与分析 对于In/AuSn焊料封装和AIN过渡热沉封装 半导体激光器，可以根据半导体激光 器激射波长变化与有源区温升的关系来计 算出有源区温度，从而计算出器件的热阻。

有源区温度的变化影响其激射波长的 主要原因是有源区温度变化引起 了有源区 半导体激光物质的禁带宽度Eg的变化。计 算激光器激射波长随有 源区温度变化的关 系 ：

式中h为普朗克常量，c为光波在真空 中的传播速度，Eg为半导体激光器有 源区所用半导体材料的禁带宽度，在室温附近，我们可以近似地将认为 是一常量。808nm半导体激光器的激光物质主要是GaAs，所以。将其带入式计算出808nm半导体激光器激射波长随温度的变化率为：。

对这激光器分别做了脉冲和稳定连 续工作的参数测试。其中脉冲测试条件是50us@200Hz，其占空比为1％，此时的激光物质还没有温升，有源区温度等于环 境温度(25℃)，在脉冲条件下测得激 光器的激射波长分别805.4nm；连续测试的条件是稳定连续工作5分钟后种激光器的激射波长为813.2nm，所以其波长漂移分别为7.8nm。进一步得到In/AuSn焊料半导 体激光器和AlN过渡热沉封装激光器的有源区温升为35.6K，对应的激光器在连续工 作时有源区最高温度为60.6℃ 。

根据激光器的热阻是指有源区温升与 激光器所承受的发热功率(之间的比值可 以计算出这种激光器的发热功率为1.52W。将发热功率和激光器有源温升的结果根据公式计算得到In/AuSn焊料到AlN过渡热沉的热阻为25.7K／W。

2.2 有限元软件分析

由于半导体激光器和ALN过渡热沉封装实现 了脉冲激射，采用瞬态模拟。采用环境温度为300K，将热源看 成由有源区单一产生热量。生热率为1.1E15W/m³,脉冲信号为50us@200Hz，占空比1%。通过软件分析得知该模型在该时刻的 瞬态热阻为l00K/W。可以从图2看出模型的中分布在有 源区的最高温度为60℃，此时模型的瞬态热阻为68.9K／W。我们可以得出 结论：随着模拟时间的增长，半导体激光器 的瞬态热阻逐渐减小。ALN过渡热沉封装LD热特性的有限元 软件模拟与分析，对于AlN过渡热沉封装激光器，我们从 图2可以看到，激光器有源区传出的90％以 上的热量都堆积 在了AlN过渡热沉内，这是 由于ALN过渡热沉的低热导率所造成的，这 些热 量很难散失到环境中，这在激光器的 脉冲激射条件下可能是无关紧要的，但如 果对其进行连续激射，由于ALN中热量不能 及时散去，很容易导致激 光器的有源区温 度过高从而导致激光器芯片腔面烧毁等失 效现象 。

图2

3 结语

ALN过渡热沉封装激光器解决了芯片与 铜热沉热膨胀系数不匹配的问题，但其低 热导率直接导致了器件的高热阻，有进一 步改进和完善的必要 。可 以根据待封装激光器的不同要求、不同用途选择相应的封装类型 。