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半导体激光器热沉的绝佳选择:金刚石热沉片
材料来源:化合积电           录入时间:2022/2/9 23:43:23

半导体激光器属于激光器的一种,主要是借助半导体物质,完成相应的激光工作,常被称之为激光二极管,其因具有波长范围宽,制作简单、成本低、易于大量生产、体积小、重量轻、寿命长等特点,在民用、军用、医疗等领域应用比较广泛。

半导体激光器的散热直接关系到半导体激光器性能的好坏。目前,半导体激光器最主要的散热方式是通过热沉来散热。以金刚石作为热沉材料已是半导体激光器领域的重要应用之一。在高功率半导体激光器中,封装常用的热沉材料有AIN和Cu等,其中AIN由于导热率低,难以实现良好的散热效果,而Cu的导体特性会导致水冷热沉通道内的电化学腐蚀,从而造成堵塞。CVD金刚石则是绝佳的热沉材料,其热导率最高可达2000W/(K·m),远远大于AIN和Cu。

金刚石和各种散热材料的热性能

作为热沉,金刚石表现出优异的散热特性:一方面将集中于器件PN结的热量能够均匀迅速的沿热沉表面扩散;另一方面将热量沿热沉垂直方向迅速导出。

据研究表明,将金刚石热沉作为过渡热沉烧结在铜热沉上,可有效降低热阻,即使在大电流条件下,亦可明显改善半导体激光器散热问题,提高半导体激光器输出特性。

半导体激光器结构示意图

然而,需要注意的是,金刚石在作为激光器热沉时,需要解决其表面光洁度、金属化及切割等技术难题,否则因为表面粗糙而造成极高的接触电阻,将会让金刚石热沉的散热优势无法发挥。化合积电采用MPCVD制备高质量金刚石,并独创金刚石原子级表面高效精密加工方法,将金刚石热沉片表面粗糙度从数十微米级别降低至1nm以下。目前,采用化合积电金刚石热沉的大功率半导体激光器已经用于光通信,在激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等领域也有应用。

1、热导率超高:1000-2000W/m.K

2、生长面表面粗糙度低:Ra<1 nm

产品参数

参考文献:

[1] 孙芮,房玉锁,彭海涛,王媛媛.金刚石封装半导体激光器特性研究.电子制作,2020年23期, DOI:10.16589/j.cnki.cn11-3571/tn.2020.23.029

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