Лазерний чіп

Лазерний чіп, також званий немонтованою діодною лазерною панеллю, — це лазерна мікросхема з одним випромінювачем або лазерна мікросхема з одним смугою, яка не встановлена ​​на радіаторі та не має жодної зовнішньої упаковки. Виберіть із напівпровідникових матеріалів GaAs, InP і GaSb, щоб отримати довжину хвилі від 450 нм до 2 мкм, що забезпечує виняткову надійність і продуктивність.

Лазерний чіп — це мініатюрний чіп, який об’єднує лазери та інші оптоелектронні компоненти. Основним компонентом лазерного чіпа є напівпровідниковий лазер, який використовує процес рекомбінації електронів і дірок у напівпровідникових матеріалах для створення лазерів. Лазерні чіпи менші та легші, ніж традиційні газові лазери або твердотільні лазери, що робить їх придатними для інтеграції в різні портативні та вбудовані пристрої.

Один випромінювач

Один бар

Чіп VCSEL

Чіп EEL з одним випромінювачем

Одинарний чіп EEL

Основна відмінність між лазерним чіпом з одним емітером і лазерним чіпом з одним смугою полягає в їх структурі та застосуванні. Лазерний чіп з одним випромінювачем зазвичай відноситься до одного лазерного чіпа, тоді як одноштриховий лазерний чіп є структурою у формі смуги, що складається з кількох лазерних чіпів.

Лазерний чіп з одним випромінювачем складається з одного лазерного чіпа та зазвичай має менший розмір і меншу вихідну потужність. Зазвичай вони використовуються в програмах, які вимагають точного керування променем, таких як волоконно-оптичний зв’язок і лазерні покажчики. Характеристиками лазерного чіпа з одним випромінювачем є його висока якість променя та придатність для застосувань, які потребують високої спрямованості та високої яскравості.

Лазерний чіп з одним стрижнем — це смугоподібні структури, що складаються з кількох лазерних чіпів і зазвичай мають більший розмір і вищу вихідну потужність. Лазерний чіп з одним штрихом підходить для застосувань, які потребують високої вихідної потужності, таких як обробка матеріалів, медичне обладнання та інструменти для наукових досліджень. Характеристики лазерного чіпа з одним штрихом полягають у його високій вихідній потужності та підходять для застосувань, які вимагають опромінення великої площі або високої енергії.

З точки зору технічних деталей і застосувань, лазерний чіп з одним випромінювачем і одинарний лазерний чіп також відрізняються методами підготовки та вибором матеріалу. Лазерний чіп з одним випромінювачем зазвичай виготовляється з використанням технології хімічного осадження з парової фази органічних металів і має високу якість і ефективність променя. Лазерний чіп з одним штрихом дозволяє уникнути бокового лазерного випромінювання завдяки конструкції епітаксійного шару та ізоляційної канавки та покращує надійність і довговічність пристрою.

Незмонтовані лазерні смуги можна розрізати на лазерні мікросхеми з одним випромінювачем, включаючи наступні кроки:

Скрайбування: на кожній немонтованій лазерній смузі, яку потрібно розколювати, скрайбування виконується між двома сусідніми мікросхемами.

Розширення плівки: клейка плівка з прикріпленою лазерною стрічкою передається на машину для розширення плівки для першого розширення плівки. Після завершення розширення плівки клейка плівка знаходиться в першому стані розширення і залишається в цьому стані.

Розщеплення: клейка плівка в першому стані розширення передається на машину для розщеплення, а лазерна смуга розділяється уздовж лінії скрайбування, щоб відокремити чіпи на лазерній смузі одна від одної. Завдяки розширенню клейкої плівки, прикріпленої до лазерної планки перед розщепленням, забезпечується попереднє напруження для стружки з обох боків лінії скрайбування, так що чіпи можуть бути природним чином чітко відокремлені вздовж напрямку скрайбування під час розколювання, уникаючи зіткнення стружки з кожним інші під час розколювання та пошкодження.

Ключ до цього методу полягає в тому, щоб забезпечити попереднє напруження шляхом розширення плівки, щоб гарантувати, що стружка може бути природним чином розділена вздовж напрямку скрайбування під час розщеплення, тим самим покращуючи врожайність і якість стружки.

‌Відстань між випромінювачами немонтованої лазерної панелі має значний вплив на продуктивність. Рівномірний відстань між випромінювачами може забезпечити кращий ефект розсіювання тепла немонтованої лазерної панелі, таким чином покращуючи термін служби та стабільність немонтованої лазерної панелі.

Відстань між випромінювачами немонтованої лазерної панелі впливатиме на ефект розсіювання тепла. Якщо відстань між випромінювачами нерівномірна, температура деяких випромінювачів може бути занадто високою, що вплине на продуктивність і термін служби лазера. Регулюючи ширину кожного випромінювача смуги, розсіювання тепла всієї смуги можна зробити більш рівномірним, і можна уникнути того, щоб температура середнього випромінювача була значно вищою за температуру крайового випромінювача, тим самим зменшуючи проблеми зміщення довжини хвилі та зменшення ширини імпульсу.

Відстань між випромінювачами також впливає на яскравість немонтованої лазерної панелі. Якщо відстань між випромінювачами занадто велика, це може призвести до нерівномірної яскравості та вплинути на ефект відображення. Відповідна відстань між випромінювачами може забезпечити ефект відображення та продуктивність немонтованої лазерної панелі в різних сценаріях застосування.

Існує кілька вимог до радіаторів, які використовуються в упаковці лазерних чіпів, в основному включаючи теплопровідність, відповідність коефіцієнта теплового розширення, здатність знімати термічні напруги та обробку поверхні. ‌

По-перше, теплопровідність є одним із важливих параметрів тепловідвідних матеріалів. Під час роботи лазерні чіпи виділяють багато тепла. Якщо тепло не вдається вчасно розсіяти, це вплине на продуктивність і термін служби лазера. Тому матеріал радіатора повинен мати високу теплопровідність, щоб ефективно відводити тепло. Звичайні матеріали радіатора, такі як нітрид алюмінію, карбід кремнію, алмаз тощо, мають високу теплопровідність‌.

По-друге, відповідність коефіцієнта теплового розширення‌ також дуже важлива. Коефіцієнти теплового розширення лазерних чіпів і матеріалів радіатора повинні відповідати, щоб зменшити напругу, спричинену змінами температури, і запобігти тріщинам або деформації між матеріалами. Наприклад, коефіцієнт теплового розширення нітриду алюмінію становить 4,6×10^-6/K, що близько до коефіцієнта теплового розширення лазерних мікросхем, тому його часто використовують як перехідний матеріал для радіатора.

Крім того, ключовим фактором також є здатність знімати термічну напругу‌. Тепло, що виділяється лазером під час роботи, спричинить теплову напругу між чіпом і радіатором. Якщо матеріал радіатора не може ефективно знімати ці напруги, це може призвести до погіршення або виходу з ладу лазера. Тому матеріал радіатора повинен мати хорошу здатність знімати термічні навантаження‌.

Нарешті, обробка поверхні також впливає на продуктивність радіатора. Поверхнева обробка матеріалу радіатора повинна відповідати певним вимогам зовнішнього вигляду та фізичних і хімічних випробувань, щоб забезпечити його надійність і довговічність у практичних застосуваннях.

Таким чином, радіатор, який використовується для упакованих лазерних чіпів, повинен мати високу теплопровідність, відповідати коефіцієнту теплового розширення чіпа, хорошу здатність знімати термічну напругу та відповідну обробку поверхні, щоб забезпечити стабільність і тривалу надійність лазера.

‌Основні етапи пакування немонтованих лазерних чіп-барів включають: вибір відповідних пакувальних матеріалів, проектування структури пакування, виконання зварювання та склеювання, а також оптимізацію керування температурою.

Перш за все, вибір відповідного пакувального матеріалу є ключем до забезпечення продуктивності немонтованої лазерної чіп-бари. Наприклад, золото-олов’яний твердий припій можна використовувати для упаковки потужних синіх напівпровідникових лазерних пластин із нітриду галію (GaN), а перехідний радіатор мідь-вольфрам можна використовувати як буферний шар для придушення залишкової напруги упаковки. Крім того, система епітаксіальних матеріалів InGaAs/AlGaAs також може бути використана для розробки потужних конічних напівпровідникових лазерних масивів.

По-друге, належним чином спроектована структура упаковки має вирішальне значення для покращення продуктивності немонтованих лазерних чіпів. Наприклад, структуру упаковки можна побудувати з використанням таких компонентів, як мікроканальні радіатори, ізоляційні плівки та мідні стрічки для досягнення хорошого керування температурою та розподілу струму.

Далі йде процес пайки і склеювання. Для евтектичного з’єднання мікросхеми з радіатором переходу мідь-вольфрам використовується машина високої точності розміщення, а температура, тиск і час зварювання суворо контролюються для забезпечення якості зварювання. Експерименти показують, що відповідні параметри зварювання можуть значно зменшити термічний опір і пороговий струм, тим самим покращуючи вихідну оптичну потужність і ефективність фотоелектричного перетворення.

Нарешті, оптимізація теплового керування є важливим заходом для забезпечення тривалої стабільної роботи немонтованих лазерних стрижнів. Раціонально проектуючи структуру радіатора та вибираючи відповідні матеріали, можна ефективно зменшити термічний опір, покращити ефективність розсіювання тепла та продовжити термін служби немонтованих пластин лазерних мікросхем.

1. Запобігайте забрудненню: немонтований лазерний стрижень потрібно упаковувати в стерильне середовище без пилу, щоб запобігти проникненню часток і мікроорганізмів. Ці забруднення можуть вплинути на продуктивність і термін служби немонтованої лазерної панелі та навіть спричинити пошкодження упаковки.

2. Покращення якості упаковки: контроль навколишнього середовища в чистій кімнаті може гарантувати, що температура, вологість і повітряний потік під час процесу пакування знаходяться в найкращому стані, тим самим покращуючи якість і консистенцію упаковки. Це допомагає зменшити кількість дефектів упаковки та підвищити якість продукції.

3. Подовження терміну служби: упаковка в чистому середовищі може зменшити пошкодження немонтованої лазерної панелі зовнішніми факторами, тим самим продовживши термін її служби. Чисте приміщення зменшує проблеми забруднення, які можуть виникнути під час процесу пакування, суворо контролюючи умови навколишнього середовища, а також захищає стабільність і надійність немонтованої лазерної планки.

4. Підвищення ефективності виробництва: ефективна система фільтрації та суворо контрольовані умови навколишнього середовища чистої кімнати можуть зменшити перерви у виробництві та повторні роботи, спричинені забрудненням, тим самим підвищуючи загальну ефективність виробництва. Крім того, чисте приміщення також може забезпечити безперервність і стабільність виробничого процесу, ще більше підвищуючи ефективність виробництва.

Структурні відмінності:

‌EEL (Edge Emitting Laser): EEL використовує випромінювання вздовж напрямку осі, тобто світло випромінюється вздовж плоского напрямку пристрою, зазвичай має циліндричну структуру, і світло випромінює лазерний промінь збоку.

‌VCSEL (поверхнево-випромінюючий лазер з вертикальною порожниною): структура VCSEL є вертикальною, тобто світло перпендикулярно пристрою, і світло в основному випромінюється зверху, утворюючи круглу пляму.

Режим викиду‌:

‌EEL: лазерний промінь випромінюється збоку через циліндричну структуру.

‌VCSEL: лазер, що випромінює поверхню, світло в основному випромінюється зверху.

Форма плями:

‌EEL: випромінювана пляма еліптична.

‌VCSEL: випромінювана пляма є круглою.

Відмінності в продуктивності:

‌EEL: він має вищу вихідну потужність і енергію, ніж один лазер, підходить для застосувань з високими вимогами до енергії.

‌VCSEL‌: він має високу внутрішню квантову ефективність і кращу термічну стабільність, а також може досягати високої швидкості, низького енергоспоживання та широкого діапазону температур‌.

Сфери застосування:

‌EEL‌: здебільшого використовується для високошвидкісного зв’язку, такого як волоконно-оптичний зв’язок, лазерний друк, оптичні диски, а також оптичні вимірювання та виявлення‌.

‌VCSEL‌: він зазвичай використовується в оптичному з’єднанні центрів обробки даних, лідарі, розпізнаванні обличчя, 3D-скануванні та інших програмах‌.

Таким чином, EEL і VCSEL мають значні відмінності в структурі, режимі випромінювання, формі плями, продуктивності та сферах застосування. Користувачі можуть вибрати відповідний лазерний чіп відповідно до конкретних потреб.

Робота мікросхеми EEL Edge Emitting Laser в основному включає наступні етапи:

1. Інжекція носіїв: застосовуючи пряме зміщення, електрони інжектуються з області N-типу в активний шар, а дірки інжектуються з області P-типу в активний шар. В активному шарі електрони та дірки рекомбінуються, створюючи фотони. Цей процес схожий на світловипромінюючий діод (LED), але EEL призначений для отримання лазерів замість звичайного світла.

2. Стимульоване випромінювання та посилення світла: фотони, що утворюються в активному шарі, взаємодіють з іншими збудженими електронами, змушуючи ці електрони переходити в стан з низькою енергією та випромінювати більше фотонів із тією ж фазою, частотою та напрямком, що й початкові фотони. Це стимульоване випромінювання. Коли фотони відбиваються вперед і назад між цими дзеркалами, в активному шарі генерується більше стимульованих фотонів випромінювання, утворюючи механізм посилення світла в резонансній порожнині.

3. Резонансна порожнина та посилення світла: оскільки активний шар EEL вбудовано між двома паралельними дзеркалами (торцевими гранями), ці дзеркала відображатимуть деякі фотони назад до активного шару. Коли фотони відбиваються вперед і назад між двома дзеркалами, в активному шарі генерується більше стимульованих фотонів випромінювання. Цей повторюваний процес посилення світла формує механізм посилення світла в резонансній порожнині.

‌4. Лазерний вихід‌: коли кількість фотонів у резонансній порожнині досягає певного порогу, деякі фотони будуть випромінюватися через торцеву поверхню з нижчою відбивною здатністю для формування лазерного виходу. Напрямок лазерного променя EEL паралельний поверхні чіпа, тому його називають лазером крайового випромінювання.

Чотири методи охолодження

Охолодження радіатора природною конвекцією‌: у цьому методі використовуються матеріали з високою теплопровідністю для видалення виробленого тепла та розсіювання тепла за допомогою природної конвекції. Крім того, ребра також можуть допомогти розсіювати тепло та покращувати швидкість теплопередачі системи охолодження‌.

‌Матеріали з теплопровідністю‌: використовуйте матеріали з високою теплопровідністю, щоб знизити температуру лазера. Ці матеріали можуть ефективно відводити тепло, забезпечуючи таким чином стабільну роботу лазера‌.

Базуючись на провідних у галузі напівпровідникових технологіях, BrandNew пропонує широкий спектр варіантів лазерних мікросхем. Деякі з цих опцій включають довжину хвилі від 450 нм до 2100 нм, лазерний чіп з одним випромінювачем із вихідною потужністю до 20 Вт і однополюсний лазерний чіп із вихідною потужністю до 600 Вт, а також безперервну хвилю (CW) і квазібезперервну хвилю (QCW). ) параметри. Лазерний чіп і стрижень доступні з різними коефіцієнтами заповнення, шириною смуги, шириною стрижня та довжиною порожнини, і можна розробити індивідуальні варіанти відповідно до ваших унікальних вимог.

Лазерні чіпи виробляються під найсуворішим контролем якості. Ми працюємо лише з використанням найсучасніших технологій епітаксії, обробки та нанесення фасетних покриттів. Для складання лазерного чіпа використовуються стандартні методи пайки. Матеріал підтримує як м’який припій (індій), так і твердий припій (золото/олово). Стандартна конфігурація лазерного чіпа являє собою емітерну структуру, розділену на p-стороні. За запитом доступні лазерні чіпи з безперервною металізацією p-сторони та адаптованими фасетними покриттями з використанням покриттів із низьким AR для складання зовнішніх резонаторів.

Brandnew Technology, один із провідних виробників та постачальників діодних лазерів у Китаї, має професійну фабрику, яка виробляє високоякісні лазерні мікросхеми та продає їх за конкурентоспроможною ціною. Ласкаво просимо до гуртового продажу нашої продукції, виготовленої в Китаї.