Chip láser

El chip láser, también llamado barra láser de diodo no montada, es un chip láser de un solo emisor o un chip láser de una sola barra, que no está montado en un disipador de calor y carece de embalaje exterior. Seleccione entre materiales semiconductores GaAs, InP y GaSb para obtener longitudes de onda de 450 nm a 2 µm, que ofrecen confiabilidad y rendimiento excepcionales.

Un chip láser es un chip miniaturizado que integra láseres y otros componentes optoelectrónicos. El componente central de un chip láser es un láser semiconductor, que utiliza el proceso de recombinación de electrones y huecos en materiales semiconductores para generar láseres. Los chips láser son más pequeños y livianos que los láseres de gas tradicionales o los láseres de estado sólido, lo que los hace adecuados para su integración en diversos dispositivos portátiles e integrados.

Emisor único

Barra única

Chip VCSEL

Chip EEL de emisor único

Chip de anguila de barra única

La principal diferencia entre el chip láser de emisor único y el chip láser de barra única es su estructura y aplicación. El chip láser de un solo emisor generalmente se refiere a un solo chip láser, mientras que el chip láser de una sola barra son estructuras en forma de tira compuestas por múltiples chips láser.

El chip láser de emisor único se compone de un solo chip láser y suele tener un tamaño más pequeño y una potencia de salida más baja. Suelen utilizarse en aplicaciones que requieren un control preciso del haz, como comunicaciones de fibra óptica y punteros láser. Las características del chip láser de emisor único son su alta calidad de haz y son adecuados para aplicaciones que requieren alta directividad y alto brillo.

Los chips láser de barra única son estructuras en forma de tira compuestas por múltiples chips láser y, por lo general, tienen un tamaño mayor y una mayor potencia de salida. Los chips láser de barra única son adecuados para aplicaciones que requieren una alta potencia de salida, como procesamiento de materiales, equipos médicos e instrumentos de investigación científica. Las características del chip láser de barra única son su alta potencia de salida y son adecuados para aplicaciones que requieren irradiación de área grande o alta energía.

En términos de detalles técnicos y aplicaciones, el chip láser de emisor único y el chip láser de barra única también difieren en los métodos de preparación y selección de materiales. Los chips láser de emisor único generalmente se preparan utilizando tecnología de deposición química de vapor orgánico metálico y tienen una alta calidad y eficiencia del haz. El chip láser de una sola barra evita el láser lateral mediante el diseño de la capa epitaxial y la ranura de aislamiento, y mejora la confiabilidad y durabilidad del dispositivo.

Las barras láser desmontadas se pueden cortar en chips láser de un solo emisor, incluidos los siguientes pasos:

Trazado: En cada barra láser desmontada que se va a cortar, se realiza un trazado entre dos chips adyacentes.

Expansión de película: La película adhesiva con la barra láser adjunta se transfiere a la máquina de expansión de película para la primera expansión de película. Una vez completada la expansión de la película, la película adhesiva se encuentra en el primer estado de expansión y permanece en este estado.

División: la película adhesiva en el primer estado de expansión se transfiere a la máquina cortadora y la barra láser se divide a lo largo de la línea de trazado para separar las virutas de la barra láser entre sí. Al expandir la película adhesiva unida a la barra láser antes de dividirla, se proporciona tensión previa a las virutas en ambos lados de la línea de trazado, de modo que las virutas se puedan separar limpiamente de forma natural a lo largo de la dirección de trazado durante la división, evitando que las virutas choquen entre sí. otros durante la división y el daño.

La clave de este método es proporcionar tensión previa mediante expansión de la película para garantizar que las virutas se puedan separar naturalmente a lo largo de la dirección de trazado durante la división, mejorando así el rendimiento y la calidad de las virutas.

‌El espacio entre los emisores de la barra láser desmontada tiene un impacto significativo en el rendimiento. El espaciado uniforme entre emisores puede garantizar un mejor efecto de disipación de calor de la barra láser desmontada, mejorando así la vida útil y la estabilidad de la barra láser desmontada.

La distancia entre los emisores de la barra láser desmontada afectará el efecto de disipación de calor. Si el espaciado de los emisores es desigual, puede provocar que la temperatura de algunos emisores sea demasiado alta, afectando así el rendimiento y la vida útil del láser. Al ajustar el ancho de cada emisor de la barra, la disipación de calor de toda la barra se puede hacer más uniforme y se puede evitar que la temperatura del emisor central sea significativamente más alta que la temperatura del emisor del borde, reduciendo así los problemas. del cambio de longitud de onda y la reducción del ancho del pulso.

La distancia entre los emisores también influye en el brillo de la barra láser desmontada. Si la distancia entre los emisores es demasiado grande, puede provocar un brillo desigual y afectar el efecto de visualización. El espacio adecuado entre los emisores puede garantizar el efecto de visualización y el rendimiento de la barra láser desmontada en diferentes escenarios de aplicación.

Existen múltiples requisitos para los disipadores de calor utilizados en el embalaje de chips láser, entre los que se incluyen principalmente la conductividad térmica, la coincidencia del coeficiente de expansión térmica, la capacidad de liberación de tensión térmica y el tratamiento de la superficie. ‌

Primero, la conductividad térmica es uno de los parámetros importantes de los materiales del disipador de calor. Los chips láser generan mucho calor durante el funcionamiento. Si el calor no se puede disipar a tiempo, afectará el rendimiento y la vida útil del láser. Por lo tanto, el material del disipador de calor debe tener una alta conductividad térmica para poder conducir el calor de manera efectiva. Los materiales comunes de disipador de calor, como el nitruro de aluminio, el carburo de silicio, el diamante, etc., tienen una alta conductividad térmica.

En segundo lugar, la coincidencia del coeficiente de expansión térmica también es muy importante. Los coeficientes de expansión térmica de los chips láser y los materiales del disipador de calor deben coincidir para reducir la tensión causada por los cambios de temperatura y evitar grietas o deformaciones entre los materiales. Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica del nitruro de aluminio es 4,6×10^-6/K, que está cerca del coeficiente de expansión térmica de los chips láser, por lo que a menudo se utiliza como material de disipador de calor de transición.

Además, la capacidad de liberación de estrés térmico también es un factor clave. El calor generado por el láser durante el funcionamiento provocará tensión térmica entre el chip y el disipador de calor. Si el material del disipador de calor no puede liberar eficazmente estas tensiones, puede provocar que el rendimiento del láser se degrade o falle. Por lo tanto, el material del disipador de calor debe tener una buena capacidad de liberación de tensión térmica.

Finalmente, el tratamiento superficial también afecta al rendimiento del disipador de calor. El tratamiento superficial del material del disipador de calor debe cumplir ciertos requisitos de apariencia y pruebas físicas y químicas para garantizar su confiabilidad y durabilidad en aplicaciones prácticas.

En resumen, el disipador de calor utilizado para los chips láser empaquetados debe tener una alta conductividad térmica, igualar el coeficiente de expansión térmica del chip, buenas capacidades de liberación de tensión térmica y un tratamiento superficial adecuado para garantizar la estabilidad y confiabilidad a largo plazo del láser.

‌Los pasos principales del embalaje de barras de chips láser no montadas incluyen: seleccionar los materiales de embalaje adecuados, diseñar la estructura del embalaje, realizar soldadura y unión y optimizar la gestión térmica.

En primer lugar, elegir el material de embalaje adecuado es la clave para garantizar el rendimiento de la barra de chip láser desmontada. Por ejemplo, se puede usar soldadura dura de oro y estaño para empaquetar barras láser semiconductoras azules de nitruro de galio (GaN) de alta potencia, y se puede usar un disipador de calor de transición de cobre-tungsteno como capa amortiguadora para suprimir la tensión residual del empaque. Además, el sistema de material epitaxial InGaAs/AlGaAs también se puede utilizar para diseñar conjuntos de barras láser semiconductoras cónicas de alta potencia.

En segundo lugar, una estructura de embalaje diseñada adecuadamente es crucial para mejorar el rendimiento de las barras de chips láser no montadas. Por ejemplo, la estructura del paquete se puede construir utilizando componentes como disipadores de calor de microcanales, películas aislantes y cintas de cobre para lograr una buena gestión térmica y distribución de corriente.

Luego viene el proceso de soldadura y unión. Se utiliza una máquina de colocación de alta precisión para unir eutécticamente el chip al disipador de calor de transición de cobre y tungsteno, y la temperatura, la presión y el tiempo de soldadura se controlan estrictamente para garantizar la calidad de la soldadura. Los experimentos muestran que los parámetros de soldadura apropiados pueden reducir significativamente la resistencia térmica y la corriente umbral, mejorando así la potencia óptica de salida y la eficiencia de conversión fotoeléctrica.

Finalmente, optimizar la gestión térmica es una medida importante para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo de las barras de chips láser no montadas. Al diseñar racionalmente la estructura del disipador de calor y seleccionar los materiales apropiados, se puede reducir efectivamente la resistencia térmica, se puede mejorar la eficiencia de disipación de calor y se puede extender la vida útil de las barras de chip láser desmontadas.

1. Prevenir la contaminación: la barra láser desmontada debe empaquetarse en un ambiente estéril y libre de polvo para evitar la intrusión de partículas y microorganismos. Estos contaminantes pueden afectar el rendimiento y la vida útil de la barra láser desmontada e incluso provocar fallas en el embalaje.

2. Mejorar la calidad del embalaje: el control ambiental en la sala limpia puede garantizar que la temperatura, la humedad y el flujo de aire durante el proceso de embalaje estén en el mejor estado, mejorando así la calidad y consistencia del embalaje. Esto ayuda a reducir los defectos de embalaje y mejorar la tasa de calificación de los productos.

3. Prolongar la vida útil: el embalaje en un ambiente limpio puede reducir el daño a la barra láser desmontada por factores externos, extendiendo así su vida útil. La sala limpia reduce los problemas de contaminación que pueden surgir durante el proceso de embalaje al controlar estrictamente las condiciones ambientales y protege la estabilidad y confiabilidad de la barra láser desmontada.

4. Mejorar la eficiencia de la producción: el sistema de filtración eficiente y las condiciones ambientales estrictamente controladas de la sala limpia pueden reducir las interrupciones de la producción y el retrabajo causado por la contaminación, mejorando así la eficiencia general de la producción. Además, la sala limpia también puede garantizar la continuidad y estabilidad del proceso de producción, mejorando aún más la eficiencia de la producción.

‌Diferencias estructurales‌:

‌EEL (láser emisor de borde): EEL utiliza emisión de radiación a lo largo de la dirección del eje, es decir, la luz se emite a lo largo de la dirección del plano del dispositivo, generalmente con una estructura cilíndrica, y la luz emite un rayo láser desde el costado.

‌VCSEL (láser de emisión de superficie de cavidad vertical): la estructura de VCSEL es vertical, es decir, la luz es perpendicular al dispositivo y la luz se emite principalmente desde la parte superior, formando un punto circular.

Modo de emisión‌:

‌ANGUILA: El rayo láser se emite lateralmente a través de una estructura cilíndrica.

‌VCSEL: Láser de emisión superficial, la luz se emite principalmente desde la parte superior.

‌Forma del punto‌:

‌ANGUILA: El punto emitido es elíptico.

‌VCSEL: El punto emitido es circular.

‌Diferencias de rendimiento‌:

‌EEL: Tiene mayor potencia de salida y energía que un solo láser, adecuado para aplicaciones con altos requerimientos energéticos.

‌VCSEL‌: Tiene una alta eficiencia cuántica interna y una mejor estabilidad térmica, y puede alcanzar alta velocidad, bajo consumo de energía y un amplio rango de temperaturas.

‌Áreas de aplicación‌:

‌EEL‌: se utiliza principalmente para comunicaciones de alta velocidad, como comunicaciones de fibra óptica, impresión láser, discos ópticos y medición y detección ópticas.

‌VCSEL‌: se utiliza comúnmente en interconexión óptica de centros de datos, lidar, reconocimiento facial, escaneo 3D y otras aplicaciones‌.

En resumen, EEL y VCSEL tienen diferencias significativas en estructura, modo de emisión, forma del punto, rendimiento y áreas de aplicación. Los usuarios pueden elegir el chip láser adecuado según sus necesidades específicas.

El trabajo del chip láser EEL Edge Emitting incluye principalmente los siguientes pasos:

1. Inyección de portador: al aplicar una polarización directa, se inyectan electrones desde la región de tipo N a la capa activa y se inyectan huecos desde la región de tipo P a la capa activa. En la capa activa, los electrones y los huecos se recombinan para generar fotones. Este proceso es similar a un diodo emisor de luz (LED), pero EEL consiste en lograr láseres en lugar de luz ordinaria.

2. Radiación estimulada y amplificación de luz: los fotones generados en la capa activa interactúan con otros electrones excitados, lo que hace que estos electrones pasen a un estado de baja energía y emitan más fotones con la misma fase, frecuencia y dirección que los fotones iniciales. Esta es radiación estimulada. Cuando los fotones se reflejan hacia adelante y hacia atrás entre estos espejos, se generan más fotones de radiación estimulados en la capa activa, formando un mecanismo de amplificación de la luz en la cavidad resonante.

3. Cavidad resonante y amplificación de luz: dado que la capa activa de la EEL está incrustada entre dos espejos paralelos (caras de los extremos), estos espejos reflejarán algunos fotones de regreso a la capa activa. Cuando los fotones se reflejan de un lado a otro entre los dos espejos, se generan más fotones de radiación estimulados en la capa activa. Este proceso repetido de amplificación de la luz forma el mecanismo de amplificación de la luz en la cavidad resonante.

‌4. Salida láser‌: cuando la cantidad de fotones en la cavidad resonante alcanza un cierto umbral, algunos fotones se emitirán a través de la cara del extremo con menor reflectividad para formar una salida láser. La dirección del rayo láser de EEL es paralela a la superficie del chip, por lo que se le llama láser de emisión de bordes.

Cuatro métodos de enfriamiento

Enfriamiento del disipador de calor por convección natural‌: este método utiliza materiales con alta conductividad térmica para eliminar el calor generado y disipar el calor por convección natural. Además, las aletas también pueden ayudar a disipar el calor y mejorar la tasa de transferencia de calor del sistema de enfriamiento.

‌Materiales de conductividad térmica‌: utilice materiales con alta conductividad térmica para reducir la temperatura del láser. Estos materiales pueden conducir eficazmente el calor, manteniendo así el funcionamiento estable del láser.

Basado en tecnología de semiconductores líder en la industria, BrandNew ofrece una amplia gama de opciones de chips láser. Algunas de estas opciones incluyen longitudes de onda que van desde 450 nm hasta 2100 nm, chip láser de emisor único con potencia de salida de hasta 20 W y chip láser de barra única con potencia de salida de hasta 600 W, y onda continua (CW) y onda casi continua (QCW). ) opciones. Los chips y barras láser están disponibles en varios factores de relleno, anchos de franja, anchos de barra y longitudes de cavidad, y se pueden desarrollar opciones personalizadas para satisfacer sus requisitos únicos.

Los chips láser se producen bajo los más estrictos controles de calidad. Trabajamos únicamente con tecnología de epitaxia, procesamiento y recubrimiento de facetas de última generación. Se utilizan métodos de soldadura estándar para ensamblar chips láser. El material admite tanto soldadura blanda (indio) como soldadura dura (oro/estaño). La configuración estándar del chip láser es una estructura emisora ​​separada en el lado p. Bajo pedido, están disponibles chips láser con metalización continua del lado p y revestimientos facetarios adaptados, utilizando revestimientos de baja AR para el montaje de resonadores externos.

Brandnew Technology, uno de los principales fabricantes y proveedores de láseres de diodo en China, tiene una fábrica profesional que fabrica chips láser de alta calidad y los vende a precios competitivos. Bienvenido a vender al por mayor nuestros productos fabricados en China.