Laserchip

Laserchips, auch unmontierte Diodenlaserbarren genannt, sind Einzelemitter-Laserchips oder Einzelbarren-Laserchips, die nicht auf einem Kühlkörper montiert sind und keine Außenverpackung aufweisen. Wählen Sie aus GaAs-, InP- und GaSb-Halbleitermaterialien, um Wellenlängen von 450 nm bis 2 µm zu erhalten, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit und Leistung bieten.

Ein Laserchip ist ein miniaturisierter Chip, der Laser und andere optoelektronische Komponenten integriert. Der Kernbestandteil eines Laserchips ist ein Halbleiterlaser, der den Rekombinationsprozess von Elektronen und Löchern in Halbleitermaterialien zur Erzeugung von Lasern nutzt. Laserchips sind kleiner und leichter als herkömmliche Gaslaser oder Festkörperlaser und eignen sich daher für die Integration in verschiedene tragbare und eingebettete Geräte.

Einzelner Emitter

Einzelner Balken

VCSEL-Chip

Single-Emitter-EEL-Chip

Single-Bar-EEL-Chip

Der Hauptunterschied zwischen Einzelemitter-Laserchips und Einzelbarren-Laserchips besteht in ihrer Struktur und Anwendung. Als Single-Emitter-Laserchip wird üblicherweise ein einzelner Laserchip bezeichnet, während es sich bei Single-Bar-Laserchip um streifenförmige Strukturen handelt, die aus mehreren Laserchips bestehen.

Single-Emitter-Laserchips bestehen aus einem einzelnen Laserchip und sind normalerweise kleiner und haben eine geringere Ausgangsleistung. Sie werden normalerweise in Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Steuerung des Strahls erfordern, wie z. B. Glasfaserkommunikation und Laserpointer. Die Merkmale von Einzelemitter-Laserchips sind ihre hohe Strahlqualität und sie eignen sich für Anwendungen, die eine hohe Richtwirkung und hohe Helligkeit erfordern.

Single-Bar-Laserchips sind streifenförmige Strukturen, die aus mehreren Laserchips bestehen und normalerweise eine größere Größe und eine höhere Leistungsabgabe aufweisen. Einzelbarren-Laserchips eignen sich für Anwendungen, die eine hohe Ausgangsleistung erfordern, wie z. B. Materialbearbeitung, medizinische Geräte und wissenschaftliche Forschungsinstrumente. Die Eigenschaften von Single-Bar-Laserchips liegen in ihrer hohen Ausgangsleistung und eignen sich für Anwendungen, die eine großflächige Bestrahlung oder hohe Energie erfordern.

Hinsichtlich technischer Details und Anwendungen unterscheiden sich Single-Emitter-Laserchips und Single-Bar-Laserchips auch in den Vorbereitungsmethoden und der Materialauswahl. Einzelemitter-Laserchips werden normalerweise mithilfe der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidungstechnologie hergestellt und weisen eine hohe Strahlqualität und Effizienz auf. Der Einzelbarren-Laserchip vermeidet seitliches Lasern durch das Design der Epitaxieschicht und der Isolationsrille und verbessert die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Geräts.

Unmontierte Laserbarren können in Einzelemitter-Laserchips geschnitten werden, einschließlich der folgenden Schritte:

Ritzen: An jedem zu spaltenden unmontierten Laserbarren wird zwischen zwei benachbarten Chips ein Ritzen durchgeführt.

Folienexpansion: Für die erste Folienexpansion wird die Klebefolie mit angebrachtem Laserbarren an die Folienexpansionsmaschine übergeben. Nach Abschluss der Folienexpansion befindet sich die Klebefolie im ersten Expansionszustand und verbleibt in diesem Zustand.

Spalten: Der Klebefilm im ersten Expansionszustand wird an die Spaltmaschine übergeben und der Laserbarren wird entlang der Ritzlinie gespalten, um die Chips auf dem Laserbarren voneinander zu trennen. Durch das Ausdehnen des am Laserstab angebrachten Klebefilms vor dem Trennen wird eine Vorspannung auf die Chips auf beiden Seiten der Ritzlinie ausgeübt, so dass die Späne beim Trennen auf natürliche Weise sauber entlang der Ritzrichtung getrennt werden können, ohne dass die Späne miteinander kollidieren andere während der Spaltung und Beschädigung.

Der Schlüssel zu dieser Methode besteht darin, durch Filmausdehnung eine Vorspannung bereitzustellen, um sicherzustellen, dass die Späne beim Spalten auf natürliche Weise entlang der Ritzrichtung getrennt werden können, wodurch die Ausbeute und Qualität der Späne verbessert wird.

‌Der Abstand zwischen den Emittern des unmontierten Laserbarrens hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung. Ein gleichmäßiger Emitterabstand kann eine bessere Wärmeableitung des unmontierten Laserbarrens gewährleisten und so die Lebensdauer und Stabilität des unmontierten Laserbarrens verbessern.

Der Abstand zwischen den Emittern des nicht montierten Laserbarrens beeinflusst den Wärmeableitungseffekt. Wenn der Abstand der Emitter ungleichmäßig ist, kann dies dazu führen, dass die Temperatur einiger Emitter zu hoch ist und dadurch die Leistung und Lebensdauer des Lasers beeinträchtigt wird. Durch Anpassen der Breite jedes einzelnen Emitters des Balkens kann die Wärmeableitung des gesamten Balkens gleichmäßiger gestaltet werden, und es kann vermieden werden, dass die Temperatur des mittleren Emitters deutlich höher ist als die Temperatur des Randemitters, wodurch die Probleme verringert werden von Wellenlängenverschiebung und Pulsbreitenreduzierung.

Auch der Abstand zwischen den Emittern beeinflusst die Helligkeit des unmontierten Laserbarrens. Wenn der Abstand zwischen den Strahlern zu groß ist, kann dies zu ungleichmäßiger Helligkeit führen und den Anzeigeeffekt beeinträchtigen. Der geeignete Abstand zwischen den Emittern kann den Anzeigeeffekt und die Leistung des unmontierten Laserbarrens in verschiedenen Anwendungsszenarien gewährleisten.

An Kühlkörper, die beim Verpacken von Laserchips verwendet werden, werden vielfältige Anforderungen gestellt, vor allem einschließlich der Wärmeleitfähigkeit, der Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten, der Fähigkeit zum Abbau thermischer Spannungen und der Oberflächenbehandlung. ‌

Erstens ist die Wärmeleitfähigkeit einer der wichtigen Parameter von Kühlkörpermaterialien. Laserchips erzeugen im Betrieb viel Wärme. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt werden kann, beeinträchtigt dies die Leistung und Lebensdauer des Lasers. Daher muss das Kühlkörpermaterial eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die Wärme effektiv abzuleiten. Gängige Kühlkörpermaterialien wie Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Diamant usw. weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf.

Zweitens ist auch die Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten sehr wichtig. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Laserchips und Kühlkörpermaterialien müssen übereinstimmen, um durch Temperaturänderungen verursachte Spannungen zu reduzieren und Risse oder Verformungen zwischen Materialien zu verhindern. Beispielsweise beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumnitrid 4,6×10^-6/K, was nahe am Wärmeausdehnungskoeffizienten von Laserchips liegt, weshalb es häufig als Übergangskühlkörpermaterial verwendet wird.

Darüber hinaus ist auch die Fähigkeit zum Abbau thermischer Spannungen ein Schlüsselfaktor. Die vom Laser während des Betriebs erzeugte Wärme führt zu thermischen Spannungen zwischen dem Chip und dem Kühlkörper. Wenn das Kühlkörpermaterial diese Spannungen nicht effektiv abbauen kann, kann dies zu einer Verschlechterung oder einem Ausfall der Laserleistung führen. Daher muss das Kühlkörpermaterial über gute Fähigkeiten zum Abbau thermischer Spannungen verfügen.

Schließlich hat auch die Oberflächenbehandlung Einfluss auf die Leistung des Kühlkörpers. Die Oberflächenbehandlung des Kühlkörpermaterials muss bestimmte Anforderungen an das Aussehen sowie physikalische und chemische Tests erfüllen, um seine Zuverlässigkeit und Haltbarkeit in praktischen Anwendungen sicherzustellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der für verpackte Laserchips verwendete Kühlkörper eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Chips entsprechen, gute Fähigkeiten zum Abbau thermischer Spannungen und eine geeignete Oberflächenbehandlung aufweisen muss, um die Stabilität und langfristige Zuverlässigkeit des Lasers sicherzustellen.

‌Zu den Kernschritten beim Verpacken unmontierter Laserchip-Stäbe gehören: Auswahl geeigneter Verpackungsmaterialien, Entwurf der Verpackungsstruktur, Durchführung von Schweiß- und Klebevorgängen sowie Optimierung des Wärmemanagements.

Um die Leistung des unmontierten Laserchipbarrens sicherzustellen, ist zunächst die Wahl des geeigneten Verpackungsmaterials entscheidend. Beispielsweise kann Gold-Zinn-Hartlot zum Verpacken von blauen Halbleiterlaserstäben aus Galliumnitrid (GaN) mit hoher Leistung verwendet werden, und ein Kupfer-Wolfram-Übergangskühlkörper kann als Pufferschicht verwendet werden, um die Eigenspannung des Gehäuses zu unterdrücken. Darüber hinaus kann das epitaktische Materialsystem InGaAs/AlGaAs auch zum Entwurf konischer Hochleistungs-Halbleiterlaserbarren-Arrays verwendet werden.

Zweitens ist eine richtig gestaltete Verpackungsstruktur entscheidend für die Verbesserung der Leistung unmontierter Laserchipbarren. Beispielsweise kann die Gehäusestruktur mithilfe von Komponenten wie Mikrokanal-Kühlkörpern, Isolierfolien und Kupferbändern aufgebaut werden, um ein gutes Wärmemanagement und eine gute Stromverteilung zu erreichen.

Als nächstes folgt der Löt- und Klebeprozess. Eine hochpräzise Platzierungsmaschine wird verwendet, um den Chip eutektisch mit dem Kupfer-Wolfram-Übergangskühlkörper zu verbinden, und die Schweißtemperatur, der Druck und die Zeit werden streng kontrolliert, um die Schweißqualität sicherzustellen. Experimente zeigen, dass geeignete Schweißparameter den Wärmewiderstand und den Schwellenstrom erheblich reduzieren und dadurch die optische Ausgangsleistung und die Effizienz der photoelektrischen Umwandlung verbessern können.

Schließlich ist die Optimierung des Wärmemanagements eine wichtige Maßnahme, um einen langfristig stabilen Betrieb unmontierter Laserchipbarren sicherzustellen. Durch eine rationelle Gestaltung der Kühlkörperstruktur und die Auswahl geeigneter Materialien kann der Wärmewiderstand effektiv reduziert, die Wärmeableitungseffizienz verbessert und die Lebensdauer der unmontierten Laserchipbarren verlängert werden.

1. Kontamination verhindern: Der unmontierte Laserbarren muss in einer staubfreien und sterilen Umgebung verpackt werden, um das Eindringen von Partikeln und Mikroorganismen zu verhindern. Diese Verunreinigungen können die Leistung und Lebensdauer des nicht montierten Laserbarrens beeinträchtigen und sogar zu Verpackungsfehlern führen.

2. Verpackungsqualität verbessern: Durch die Umweltkontrolle im Reinraum kann sichergestellt werden, dass Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftstrom während des Verpackungsprozesses im besten Zustand sind, wodurch die Verpackungsqualität und -konsistenz verbessert wird. Dies trägt dazu bei, Verpackungsfehler zu reduzieren und die Qualifizierungsrate der Produkte zu verbessern.

3. Lebensdauer verlängern: Durch die Verpackung in einer sauberen Umgebung kann die Beschädigung des nicht montierten Laserbarrens durch äußere Faktoren verringert und so dessen Lebensdauer verlängert werden. Der Reinraum reduziert die Verschmutzungsprobleme, die während des Verpackungsprozesses auftreten können, indem er die Umgebungsbedingungen streng kontrolliert und die Stabilität und Zuverlässigkeit des unmontierten Laserbarrens schützt.

4. Produktionseffizienz verbessern: Das effiziente Filtersystem und die streng kontrollierten Umgebungsbedingungen des Reinraums können Produktionsunterbrechungen und Nacharbeiten aufgrund von Umweltverschmutzung reduzieren und so die Gesamtproduktionseffizienz verbessern. Darüber hinaus kann der Reinraum auch die Kontinuität und Stabilität des Produktionsprozesses gewährleisten und so die Produktionseffizienz weiter verbessern.

‌Strukturelle Unterschiede‌:

‌EEL (Kantenemittierender Laser): EEL nutzt die Strahlungsemission entlang der Achsenrichtung, d. h. das Licht wird entlang der Ebenenrichtung des Geräts emittiert, normalerweise mit einer zylindrischen Struktur, und das Licht sendet einen Laserstrahl von der Seite aus.

‌VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser): Die Struktur von VCSEL ist vertikal, das heißt, das Licht ist senkrecht zum Gerät und das Licht wird hauptsächlich von oben emittiert und bildet einen kreisförmigen Punkt.

Emissionsmodus‌:

‌EEL: Der Laserstrahl wird seitlich durch eine zylindrische Struktur abgestrahlt.

‌VCSEL: Oberflächenemittierender Laser, das Licht wird hauptsächlich von oben emittiert.

‌Spotform‌:

‌Aal: Der emittierte Fleck ist elliptisch.

‌VCSEL: Der emittierte Punkt ist kreisförmig.

‌Leistungsunterschiede‌:

‌EEL: Er verfügt über eine höhere Ausgangsleistung und Energie als ein einzelner Laser und eignet sich für Anwendungen mit hohem Energiebedarf.

„VCSEL“: Es verfügt über eine hohe interne Quanteneffizienz und eine bessere thermische Stabilität und kann eine hohe Geschwindigkeit, einen geringen Stromverbrauch und einen großen Temperaturbereich erreichen.

‌Anwendungsgebiete‌:

‌EEL‌: Es wird hauptsächlich für Hochgeschwindigkeitskommunikation wie Glasfaserkommunikation, Laserdruck, optische Datenträger sowie optische Messung und Erkennung‌ verwendet.

‌VCSEL‌: Es wird häufig in der optischen Verbindung von Rechenzentren, Lidar, Gesichtserkennung, 3D-Scannen und anderen Anwendungen‌ verwendet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass EEL und VCSEL erhebliche Unterschiede in Struktur, Emissionsmodus, Punktform, Leistung und Anwendungsbereichen aufweisen. Benutzer können je nach Bedarf den passenden Laserchip auswählen.

Die Arbeit des EEL Edge Emitting Laser Chips umfasst hauptsächlich die folgenden Schritte:

1. Ladungsträgerinjektion: Durch Anlegen einer Vorspannung in Vorwärtsrichtung werden Elektronen aus der N-Typ-Region in die aktive Schicht injiziert und Löcher werden aus der P-Typ-Region in die aktive Schicht injiziert. In der aktiven Schicht rekombinieren Elektronen und Löcher und erzeugen Photonen. Dieser Prozess ähnelt einer Leuchtdiode (LED), bei EEL werden jedoch Laser anstelle von gewöhnlichem Licht eingesetzt.

2. Stimulierte Strahlung und Lichtverstärkung: In der aktiven Schicht erzeugte Photonen interagieren mit anderen angeregten Elektronen, wodurch diese Elektronen in einen Zustand niedriger Energie übergehen und mehr Photonen mit derselben Phase, Frequenz und Richtung wie die ursprünglichen Photonen emittieren. Dabei handelt es sich um stimulierte Strahlung. Wenn Photonen zwischen diesen Spiegeln hin- und herreflektiert werden, werden in der aktiven Schicht mehr angeregte Strahlungsphotonen erzeugt, die einen Lichtverstärkungsmechanismus im Resonanzhohlraum bilden.

3. Resonanzhohlraum und Lichtverstärkung: Da die aktive Schicht des EEL zwischen zwei parallelen Spiegeln (Endflächen) eingebettet ist, reflektieren diese Spiegel einige Photonen zurück zur aktiven Schicht. Wenn Photonen zwischen den beiden Spiegeln hin und her reflektiert werden, werden in der aktiven Schicht mehr angeregte Strahlungsphotonen erzeugt. Dieser wiederholte Lichtverstärkungsprozess bildet den Lichtverstärkungsmechanismus im Resonanzhohlraum.

‌4. Laserleistung‌: Wenn die Anzahl der Photonen im Resonanzhohlraum einen bestimmten Schwellenwert erreicht, werden einige Photonen durch die Endfläche mit geringerem Reflexionsvermögen emittiert, um eine Laserleistung zu erzeugen. Die Richtung des Laserstrahls von EEL verläuft parallel zur Oberfläche des Chips, daher spricht man von einem kantenemittierenden Laser.

Vier Kühlmethoden

Kühlung des Kühlkörpers durch natürliche Konvektion: Bei dieser Methode werden Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet, um die erzeugte Wärme abzuleiten und die Wärme durch natürliche Konvektion abzuleiten. Darüber hinaus können Lamellen auch dazu beitragen, Wärme abzuleiten und die Wärmeübertragungsrate des Kühlsystems zu verbessern.

„Wärmeleitfähige Materialien“: Verwenden Sie Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, um die Temperatur des Lasers zu senken. Diese Materialien können Wärme effektiv ableiten und so den stabilen Betrieb des Lasers aufrechterhalten.

Basierend auf branchenführender Halbleitertechnologie bietet BrandNew eine breite Palette an Laserchip-Optionen. Einige dieser Optionen umfassen Wellenlängen von 450 nm bis 2100 nm, Einzelemitter-Laserchips mit bis zu 20 W Ausgangsleistung und Einzelbarren-Laserchips mit bis zu 600 W Ausgangsleistung sowie kontinuierliche Welle (CW) und quasi-kontinuierliche Welle (QCW). ) Optionen. Laserchips und -stäbe sind in verschiedenen Füllfaktoren, Streifenbreiten, Stabbreiten und Hohlraumlängen erhältlich und es können kundenspezifische Optionen entwickelt werden, um Ihren individuellen Anforderungen gerecht zu werden.

Laserchips werden unter strengsten Qualitätskontrollen hergestellt. Wir arbeiten ausschließlich mit modernster Epitaxie-, Bearbeitungs- und Facettenbeschichtungstechnologie. Für die Montage des Laserchips werden Standard-Lötmethoden verwendet. Das Material unterstützt sowohl Weichlot (Indium) als auch Hartlot (Gold/Zinn). Der Standardaufbau des Laserchips ist eine auf der p-Seite getrennte Emitterstruktur. Auf Anfrage sind Laserchips mit durchgehender p-seitiger Metallisierung und angepassten Facettenbeschichtungen erhältlich, wobei Low AR-Beschichtungen für den Aufbau externer Resonatoren verwendet werden.

Brandnew Technology, einer der führenden Hersteller und Lieferanten von Diodenlasern in China, verfügt über eine professionelle Fabrik, die hochwertige Laserchips herstellt und zu wettbewerbsfähigen Preisen verkauft. Willkommen beim Großhandel mit unseren in China hergestellten Produkten.