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基于光學(xué)灌封工藝的vcsel陣列封裝結(jié)構(gòu)及其高功率vcsel激光器的制造方法

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基于光學(xué)灌封工藝的vcsel陣列封裝結(jié)構(gòu)及其高功率vcsel激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于光學(xué)灌封工藝的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu),本實(shí)用新型同時(shí)涉及一種使用該封裝結(jié)構(gòu)的高功率VCSEL激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域,根據(jù)發(fā)光方向與激光芯片所在外延片平面的關(guān)系,激光器可劃分為垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,簡(jiǎn)稱VCSEL)與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器(Edge Emitting Laser D1de)兩類。
[0003]其中,垂直腔面發(fā)射激光器是一種出光方向垂直于外延片的半導(dǎo)體激光器,垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)可參見圖1所示的示意圖。高功率VCSEL激光器,是由成百上千個(gè)沿著外延片表面分布的VCSEL發(fā)光點(diǎn)構(gòu)成的二維陣列,因而具有很高的光學(xué)輸出功率。這種高功率VCSEL激光器有著諸多優(yōu)異的特性,包括極高的可靠性、高溫工作穩(wěn)定性、光學(xué)均勻分布、波長(zhǎng)溫漂小等,從而正在逐漸成為未來(lái)高功率半導(dǎo)體激光器發(fā)展的重要方向。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中,VCSEL陣列的封裝結(jié)構(gòu)如圖2a和圖2b所示,通常將單個(gè)VCSEL芯片直接焊接于一個(gè)具有高導(dǎo)熱率的散熱襯底上,然后將散熱襯底的下表面焊接在熱沉上,散熱襯底具有良好的導(dǎo)熱性,并通過熱沉將VCSEL的熱量及時(shí)散發(fā)出去,實(shí)現(xiàn)VCSEL的散熱冷卻。
[0005]在VCSEL的實(shí)際應(yīng)用中,為了避免VCSEL芯片表面受到凝露、濕度、灰塵等影響,一般需要將VCSEL激光器做一定的密封處理,并通過光學(xué)窗口進(jìn)行輸出和應(yīng)用。常規(guī)的方法,一般使用O型圈或者密封膠,將光學(xué)窗口、包覆殼體、VCSEL激光器芯片以及激光器熱沉之間的縫隙進(jìn)行密封,進(jìn)而將VCSEL芯片前的空隙與外部空氣隔離開來(lái)。這種密封方法,往往非常復(fù)雜繁瑣且影響整體的外觀結(jié)構(gòu)。為此,需要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、隔離效果好的VCSEL陣列的封裝結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于光學(xué)灌封工藝的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型所要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種使用上述封裝結(jié)構(gòu)的高功率VCSEL激光器。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0009]一種基于光學(xué)灌封工藝的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu),包括VCSEL陣列和激光器熱沉,VCSEL陣列封裝在激光器熱沉上,在所述VCSEL陣列的表面覆蓋有一層光學(xué)灌封膠,并且,所述光學(xué)灌封膠完全覆蓋所述VCSEL陣列。
[0010]其中較優(yōu)地,所述光學(xué)灌封膠使用軟體膠或硬質(zhì)膠。
[0011]其中較優(yōu)地,所述光學(xué)灌封膠中添加有用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的熒光粉。
[0012]其中較優(yōu)地,所述光學(xué)灌封膠固化形成光學(xué)窗口。
[0013]其中較優(yōu)地,所述光學(xué)灌封膠固化形成錐形的梯臺(tái)。
[0014]其中較優(yōu)地,所述光學(xué)灌封膠填充在所述VCSEL陣列和設(shè)置在所述VCSEL陣列前方的光學(xué)窗口之間的縫隙中。
[0015]—種高功率VCSEL激光器,包括上述VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)。
[0016]其中較優(yōu)地,在所述VCSEL陣列的出光面前方設(shè)置有光學(xué)窗口,所述光學(xué)窗口通過包覆殼體固定在所述激光器熱沉上,并且,在所述激光器熱沉、所述包覆殼體和所述光學(xué)窗口構(gòu)成的縫隙內(nèi)填充有光學(xué)灌封膠。
[0017]其中較優(yōu)地,所述光學(xué)窗口是平面光窗、光學(xué)透鏡、光學(xué)棱鏡或?qū)Ч忮F中的任意一種。
[0018]其中較優(yōu)地,所述光學(xué)窗口的出射面鍍有增透膜。
[0019]本實(shí)用新型提供的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu),在VCSEL的密封過程中首次引入了光學(xué)灌封膠,用于覆蓋VCSEL芯片的表面,實(shí)現(xiàn)了 VCSEL激光器的防潮、防水、防塵等效果。同時(shí),固化后的光學(xué)灌封膠可以通過模具形成任意幾何形狀,對(duì)VCSEL出射的激光光束進(jìn)行光學(xué)整形。另外,光學(xué)灌封膠中也可以添加用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的熒光粉,實(shí)現(xiàn)高亮度的、不同波長(zhǎng)甚至混合波長(zhǎng)(如白光等)的光學(xué)輸出。經(jīng)過灌封的高功率VCSEL激光器,在惡劣的環(huán)境下?lián)碛懈叩目煽啃?,因而更適合實(shí)際應(yīng)用。
[0020]同時(shí),本實(shí)用新型提供了使用上述封裝結(jié)構(gòu)的高功率VCSEL激光器,通過使用光學(xué)灌封膠填充VCSEL芯片和光學(xué)窗口之間的空隙,實(shí)現(xiàn)了 VCSEL激光器的防潮、防水、防塵,并通過光學(xué)灌封膠與光學(xué)輸出窗口的折射率匹配,極大地減少了 VCSEL芯片和光學(xué)窗口之間的界面入射損耗,并進(jìn)一步提高了激光器的透過率。而且,高導(dǎo)熱性的光學(xué)灌封膠同時(shí)對(duì)光學(xué)窗口有一定的熱傳導(dǎo)和冷卻作用,避免光學(xué)窗口在高功率情況下的發(fā)熱。
【附圖說明】
[0021]圖1是垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0022]圖2a是現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)VCSEL芯片的封裝結(jié)構(gòu)的正視示意圖;
[0023]圖2b是現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)VCSEL芯片的封裝結(jié)構(gòu)的立體示意圖;
[0024]圖3是光學(xué)灌封VCSEL激光器的封裝結(jié)構(gòu)示意圖;
[0025]圖4是光學(xué)灌封的高功率VCSEL激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的技術(shù)內(nèi)容詳細(xì)描述。
[0027]如圖3所示,本實(shí)用新型提供的VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu),包括VCSEL陣列1、襯底2和激光器熱沉3,VCSEL陣列I通過襯底2封裝在激光器熱沉3上。具體來(lái)說,VCSEL芯片直接焊接于襯底2的上表面上,然后將襯底2的下表面焊接在激光器熱沉3上。襯底2具有良好的導(dǎo)熱性,通過襯底2和激光器熱沉3可以將VCSEL陣列I的熱量及時(shí)傳導(dǎo)出去,實(shí)現(xiàn)VCSEL陣列I的散熱冷卻。
[0028]在本實(shí)用新型提供的封裝結(jié)構(gòu)中首次引入了光學(xué)灌封膠4,通過在VCSEL陣列I的表面直接覆蓋、灌封和固化一層光學(xué)灌封膠4,滿足VCSEL激光器的氣密性要求。光學(xué)灌封膠4完全覆蓋VCSEL陣列1,并在整個(gè)激光器熱沉3的表面鋪展開來(lái),從而使VCSEL激光器芯片完全浸沒在密封膠體之中,實(shí)現(xiàn)了良好的氣密性。這種VCSEL陣列封裝結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的防水、防潮、防塵功能,可以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,如高溫80攝氏度以上、相對(duì)濕度100%的環(huán)境,甚至在水下都可以正常工作;這種封裝結(jié)構(gòu)能夠有效保護(hù)VCSEL芯片,避免環(huán)境破壞,具有極高的可靠性。本實(shí)用新型所提供的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧、成本低廉,并且所使用的光學(xué)灌封工藝也極其簡(jiǎn)單,易于實(shí)施。
[0029]光學(xué)灌封膠4可以直接自然覆蓋VCSEL陣列I,形成光滑的外表面;也可以通過外部模具灌封和固化,形成具有規(guī)則的任意幾何形狀的光學(xué)窗口,用于對(duì)VCSEL芯片出射
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