一种半导体激光器的散热封装结构的制作方法

本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种半导体激光器的散热封装结构。

背景技术：

半导体激光器又称为激光二极管(laserdiode，简称为ld)，是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器，被誉为二十世纪人类最伟大的发明之一。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制及价格低廉等众多优点，使得它目前在众多领域中得到非常广泛地应用，它作为一种很有潜力的光源，已受到各国的高度重视。

半导体激光器从最初的低温(77k)下运转发展到可在室温下连续工作，由小功率型向高功率型转变，输出功率由几毫瓦提高到几千瓦级(阵列器件)。半导体激光器以激光条为最小单位，其输出功率大，工作电流大，损耗热大，一直是制约和影响着激光器向小型化，低功耗，高性能方向发展的瓶颈问题。对于传统的单模激光器而言，尤其是大功率的，其正常工作需要配备单独的制冷器来为激光器降温散热。而散热器目前最常用的有三类：循环冷却水降温，风冷降温和半导体制冷器降温。其中采用半导体制冷器降温时，是在封装完成的激光器上再封装半导体制冷器，达到降温的目的。采用这种方式制成的激光器体积巨大，在很多场合都无法很好的发挥和体现半导体激光器的性能和特点。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中需要单独为半导体激光器配备半导体制冷器，导致半导体激光器体积较大的缺陷，从而提供一种半导体激光器的散热封装结构。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种半导体激光器的散热封装结构，包括：

半导体制冷器以及金属层；其中，所述金属层设置在所述半导体制冷器与所述半导体激光器之间，所述半导体制冷器与所述半导体激光器通过所述金属层整体封装于一颗芯片中，所述半导体激光器堆叠在所述半导体制冷器上方的所述金属层上；

所述半导体制冷器包括：硅衬底、金属电极、半导体热电材料、p-n结构；其中，所述金属电极蒸镀于所述硅衬底上，所述半导体热电材料沉积于所述金属电极上，所述p-n结构刻蚀于所述半导体热电材料上。

进一步地，半导体激光器的电极通过金属层引出，连接至电源。

进一步地，每组p-n结构包括一个p型电极和一个n型电极；p-n结构中的p型电极和n型电极交替设置。

进一步地，相邻的p-n结构之间通过顶部或者底部金属材料相互连接。

进一步地，p-n结构最外层的p型电极或者n型电极通过金属引线向外延伸，作为接触电极。

进一步地，半导体激光器与半导体制冷器通过导热材料进行贴合。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供一种半导体激光器的散热封装结构，包括半导体制冷器以及金属层；其中，金属层设置在半导体制冷器与半导体激光器之间，半导体制冷器与半导体激光器通过金属层整体封装于一颗芯片中，半导体激光器堆叠在半导体制冷器上方的金属层上。在封装半导体激光器的过程中，把半导体制冷器一并封装一体，半导体激光器产生的热量通过金属层传递到半导体制冷器向外界吸热的冷端，相较于现有技术中单独为半导体激光器配备半导体制冷器，最终使封装的半导体激光器体积减小，提高激光器的性能，半导体激光器封装在半导体制冷器的上方，相较于在半导体激光器上方或下方再制作半导体制冷器继而封装，工艺难度小。半导体制冷器包括硅衬底、金属电极、半导体热电材料、p－n结构；其中，金属电极蒸镀于硅衬底上，半导体热电材料沉积于金属电极上，p－n结构刻蚀于半导体热电材料上。在封装半导体激光器的过程中加入半导体制冷器的制作，来主动实现对半导体激光器的冷却散热功能。

2.本发明实施例提供一种半导体激光器的散热封装结构，半导体激光器的电极通过金属层引出，连接至电源。半导体激光器的电极引脚由金属层引出，外接电源，电源供电时产生的热量也由金属层传递至半导体制冷器。

3.本发明实施例提供一种半导体激光器的散热封装结构，每组p－n结构包括一个p型电极和一个n型电极；p－n结构中的p型电极和n型电极交替设置。掺杂五价杂质元素和三价杂质元素形成p型电极和n型电极，形成具有珀耳帖效应的半导体结构。

4.本发明实施例提供一种半导体激光器的散热封装结构，相邻的p－n结构之间通过顶部或者底部金属材料相互连接。p－n结构中p型电极和n型电极彼此间形成交互形式的连接结构，确保整个p－n结构中直流电通入的方向相同，使p－n结构的顶部结点处都产生吸热现象，底部结点处产生放热现象。

5.本发明实施例提供一种半导体激光器的散热封装结构，p-n结构最外层的p型电极或者n型电极通过金属引线向外延伸，作为接触电极。半导体制冷器的电极通过金属引线向外延伸，由外接电源对半导体制冷器进行供电，使半导体制冷器和半导体激光器能同时工作。

6.本发明实施例提供一种半导体激光器的散热封装结构，半导体激光器与半导体制冷器通过导热材料进行贴合。半导体激光器和半导体制冷器之间通过绝缘导热材料间隔，可有效的防止干扰及相互影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种半导体激光器的散热封装结构的结构示意图。

附图标记说明：

1、半导体制冷器；11、硅衬底；12、金属电极；13、半导体热电材料；13、p－n结构；15、金属材料；16、接触电极；2、金属层；3、半导体激光器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种半导体激光器的散热封装结构，包括半导体制冷器1以及金属层2；其中，金属层2设置在半导体制冷器1与半导体激光器3之间，半导体制冷器1与半导体激光器3通过金属层2整体封装于一颗芯片中。在具体实施例中，如图1所示，半导体激光器3与半导体制冷器1通过金属层2连接，具体地，金属为铜。

在本实施方式中，在封装半导体激光器3的过程中，把半导体制冷器1一并封装一体，半导体激光器3产生的热量通过金属层2传递到半导体制冷器1向外界吸热的冷端，相较于现有技术中单独为半导体激光器3配备半导体制冷器1，最终使封装的半导体激光器3体积减小,提高激光器的性能。

作为可选的实施方式，半导体激光器3堆叠在半导体制冷器1上方的金属层2上。在具体实施例中，半导体激光器3堆叠设置在半导体制冷器1的上方，二者通过金属层2连接。

在本实施方式中，半导体激光器3封装在半导体制冷器1的上方，相较于在半导体激光器3上方或下方再制作半导体制冷器1继而封装，工艺难度小。

作为可选的实施方式，半导体激光器3的电极通过金属层2引出，连接至电源。在具体实施例中，半导体激光器3的引脚连接至金属层2连接，由金属层2引出电极，外接至电源。

在本实施方式中，半导体激光器3的电极引脚由金属层2引出，外接电源，电源供电时产生的热量也由金属层2传递至半导体制冷器1。

作为可选的实施方式，半导体制冷器1包括硅衬底11、金属电极12、半导体热电材料13、p-n结构14；其中，金属电极12蒸镀于硅衬底11上，半导体热电材料13沉积于金属电极12上，p-n结构14刻蚀于半导体热电材料13上。在具体实施例中，首先在硅衬底11上通过热蒸发或者电子束蒸发工艺蒸镀一层金属电极12，该金属电极12可以选用铜，铝或镍其中一者导体金属作为接触电极，在通过磁控溅射镀膜工艺沉积半导体热电材料13，例如碲化铋，再通过光刻及腐蚀工艺制作出p-n结构，形成如图1所示的结构。

在本实施方式中，在封装半导体激光器3的过程中加入半导体制冷器1的制作，来主动实现对半导体激光器3的冷却散热功能。

作为可选的实施方式，每组p-n结构14包括一个p型电极和一个n型电极；p-n结构14中的p型电极和n型电极交替设置。在具体实施例中，如图1所示，在对半导体热电材料13光刻及腐蚀工艺之后，再对半导体热电材料13进行五价杂质元素和三价杂质元素的掺杂，形成交替的p型电极和n型电极。

在本实施方式中，掺杂五价杂质元素和三价杂质元素形成p型电极和n型电极，形成具有珀耳帖效应的半导体结构。

作为可选的实施方式，相邻的p-n结构14之间通过顶部或者底部金属材料15相互连接。在具体实施例中，如图1所示，假设金属电极12在底部，则金属材料15在顶部，可以采用金属铜片连接相连的两个p型电极和n型电极，并且金属电极12和金属材料15不同时连接同一组p-n结构14，使p型电极和n型电极彼此间形成交互形式的连接结构，确保与自己相连接的是与自己不同的结构类型。

在本实施方式中，p-n结构14中p型电极和n型电极彼此间形成交互形式的连接结构，确保整个p-n结构14中直流电通入的方向相同，使p-n结构14的顶部结点处都产生吸热现象，底部结点处产生放热现象。

作为可选的实施方式，p-n结构14最外层的p型电极或者n型电极通过金属引线向外延伸，作为接触电极16。在具体实施例中，最外层的p-n结构14中的n型电极或p型电极底部金属电极12通过金属引线向外延伸，作为连接电源的接触电极16。在具体实施方式中，接触电极16与金属层2连接，外接电源同时对半导体激光器3和半导体制冷器1供电，使二者能够同时工作。

在本实施方式中，半导体制冷器1的电极通过金属引线向外延伸，由外接电源对半导体制冷器1进行供电，使半导体制冷器1和半导体激光器3能同时工作。

作为可选的实施方式，半导体激光器3与半导体制冷器1通过导热材料进行贴合。在具体实施例中，如图1所示，半导体制冷器1顶部的金属材料15上方再设置一层硅衬底11，作为导热材料将半导体制冷器1与半导体激光器3贴合连接。具体地，导热材料还能采用陶瓷片。在具体实施方式中，导热材料是绝缘体。

在本实施方式中，半导体激光器3和半导体制冷器1之间通过绝缘导热材料间隔，可有效的防止干扰及相互影响。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。