Puce laser

La puce laser, également appelée barre laser à diode non montée, est une puce laser à émetteur unique ou une puce laser à barre unique, qui ne sont pas montées sur un dissipateur thermique et ne disposent d'aucun emballage extérieur. Choisissez parmi les matériaux semi-conducteurs GaAs, InP et GaSb pour obtenir une longueur d'onde de 450 nm à 2 µm, qui offrent une fiabilité et des performances exceptionnelles.

Une puce laser est une puce miniaturisée qui intègre des lasers et d'autres composants optoélectroniques. Le composant central d'une puce laser est un laser semi-conducteur, qui utilise le processus de recombinaison des électrons et des trous dans les matériaux semi-conducteurs pour générer des lasers. Les puces laser sont plus petites et plus légères que les lasers à gaz ou les lasers à solide traditionnels, ce qui les rend adaptées à l'intégration dans divers appareils portables et embarqués.

Émetteur unique

Barre simple

Puce VCSEL

Puce EEL à émetteur unique

Puce d'anguille à barre unique

La principale différence entre la puce laser à émetteur unique et la puce laser à barre unique réside dans leur structure et leur application. Les puces laser à émetteur unique font généralement référence à une seule puce laser, tandis que les puces laser à barre unique sont des structures en forme de bande composées de plusieurs puces laser.

La puce laser à émetteur unique est composée d'une seule puce laser et a généralement une taille plus petite et une puissance de sortie inférieure. Ils sont généralement utilisés dans des applications nécessitant un contrôle précis du faisceau, telles que les communications par fibre optique et les pointeurs laser. Les caractéristiques des puces laser à émetteur unique sont leur qualité de faisceau élevée et conviennent aux applications nécessitant une directivité et une luminosité élevées.

Les puces laser à barre unique sont des structures en forme de bande composées de plusieurs puces laser et ont généralement une taille plus grande et une puissance de sortie plus élevée. Les puces laser à barre unique conviennent aux applications nécessitant une puissance de sortie élevée, telles que le traitement des matériaux, les équipements médicaux et les instruments de recherche scientifique. Les caractéristiques de la puce laser à barre unique sont leur puissance de sortie élevée et conviennent aux applications nécessitant une irradiation de grandes surfaces ou une énergie élevée.

En termes de détails techniques et d'applications, la puce laser à émetteur unique et la puce laser à barre unique diffèrent également par les méthodes de préparation et la sélection des matériaux. Les puces laser à émetteur unique sont généralement préparées à l'aide d'une technologie de dépôt chimique en phase vapeur de métaux organiques et ont une qualité et une efficacité de faisceau élevées. La puce laser à barre unique évite l'effet laser latéral grâce à la conception de la couche épitaxiale et de la rainure d'isolation, et améliore la fiabilité et la durabilité du dispositif.

Les barres laser non montées peuvent être découpées en puces laser à émetteur unique, en suivant les étapes suivantes :

Traçage : Sur chaque barre laser non montée à cliver, un traçage est effectué entre deux puces adjacentes.

Expansion du film : Le film adhésif avec la barre laser fixée est transféré vers la machine d'expansion du film pour la première expansion du film. Une fois l'expansion du film terminée, le film adhésif est dans le premier état d'expansion et reste dans cet état.

Fractionnement : le film adhésif dans le premier état d'expansion est transféré à la machine de fendage et la barre laser est divisée le long de la ligne de traçage pour séparer les puces de la barre laser les unes des autres. En élargissant le film adhésif fixé à la barre laser avant le fractionnement, une précontrainte est exercée sur les copeaux des deux côtés de la ligne de traçage, de sorte que les copeaux puissent être naturellement séparés proprement le long de la direction de traçage pendant le fractionnement, évitant ainsi que les copeaux n'entrent en collision les uns avec les autres. l'autre pendant le fendage et l'endommagement.

La clé de cette méthode est de fournir une précontrainte par expansion du film pour garantir que les copeaux puissent être naturellement séparés dans la direction du rainurage pendant la division, améliorant ainsi le rendement et la qualité des copeaux.

‌L'espacement entre les émetteurs de la barre laser non montée a un impact significatif sur les performances. Un espacement uniforme des émetteurs peut garantir un meilleur effet de dissipation thermique de la barre laser non montée, améliorant ainsi la durée de vie et la stabilité de la barre laser non montée.

La distance entre les émetteurs de la barre laser non montée affectera l'effet de dissipation thermique. Si l'espacement des émetteurs est inégal, la température de certains émetteurs peut être trop élevée, affectant ainsi les performances et la durée de vie du laser. En ajustant la largeur de chaque émetteur de la barre, la dissipation thermique de la barre entière peut être rendue plus uniforme, et la température de l'émetteur central peut être évitée pour être considérablement plus élevée que la température de l'émetteur de bord, réduisant ainsi les problèmes. de décalage de longueur d'onde et de réduction de largeur d'impulsion.

L'espacement entre les émetteurs affecte également la luminosité de la barre laser non montée. Si la distance entre les émetteurs est trop grande, cela peut provoquer une luminosité inégale et affecter l'effet d'affichage. L'espacement approprié entre les émetteurs peut garantir l'effet d'affichage et les performances de la barre laser non montée dans différents scénarios d'application.

Il existe de multiples exigences pour les dissipateurs thermiques utilisés dans l'emballage des puces laser, notamment la conductivité thermique, l'adaptation du coefficient de dilatation thermique, la capacité de libération des contraintes thermiques et le traitement de surface. ‌

Premièrement, la conductivité thermique est l’un des paramètres importants des matériaux de dissipateur thermique. Les puces laser génèrent beaucoup de chaleur pendant leur fonctionnement. Si la chaleur ne peut pas être dissipée à temps, cela affectera les performances et la durée de vie du laser. Par conséquent, le matériau du dissipateur thermique doit avoir une conductivité thermique élevée afin d’évacuer efficacement la chaleur. Les matériaux de dissipateur thermique courants tels que le nitrure d'aluminium, le carbure de silicium, le diamant, etc. ont une conductivité thermique élevée.

Deuxièmement, la correspondance du coefficient de dilatation thermique‌ est également très importante. Les coefficients de dilatation thermique des puces laser et des matériaux du dissipateur thermique doivent correspondre pour réduire les contraintes causées par les changements de température et éviter les fissures ou les déformations entre les matériaux. Par exemple, le coefficient de dilatation thermique du nitrure d'aluminium est de 4,6 × 10^-6/K, ce qui est proche du coefficient de dilatation thermique des puces laser, il est donc souvent utilisé comme matériau de dissipateur thermique de transition.

De plus, la capacité de libération des contraintes thermiques‌ est également un facteur clé. La chaleur générée par le laser pendant le fonctionnement provoquera une contrainte thermique entre la puce et le dissipateur thermique. Si le matériau du dissipateur thermique ne peut pas libérer efficacement ces contraintes, les performances du laser peuvent se dégrader ou échouer. Par conséquent, le matériau du dissipateur thermique doit avoir de bonnes capacités de libération des contraintes thermiques‌.

Enfin, le traitement de surface affecte également les performances du dissipateur thermique. Le traitement de surface du matériau du dissipateur thermique doit répondre à certaines exigences d'apparence et de tests physiques et chimiques pour garantir sa fiabilité et sa durabilité dans les applications pratiques.

En résumé, le dissipateur thermique utilisé pour les puces laser emballées doit avoir une conductivité thermique élevée, correspondre au coefficient de dilatation thermique de la puce, de bonnes capacités de libération des contraintes thermiques et un traitement de surface approprié pour garantir la stabilité et la fiabilité à long terme du laser.

‌Les principales étapes de l'emballage des barres de puces laser non montées comprennent : la sélection des matériaux d'emballage appropriés, la conception de la structure de l'emballage, la réalisation du soudage et du collage et l'optimisation de la gestion thermique.

Tout d’abord, le choix du matériau d’emballage approprié est la clé pour garantir les performances de la barre à puce laser non montée. Par exemple, une soudure dure or-étain peut être utilisée pour emballer des barres laser à semi-conducteur bleu en nitrure de gallium (GaN) haute puissance, et un dissipateur thermique de transition cuivre-tungstène peut être utilisé comme couche tampon pour supprimer les contraintes résiduelles d'emballage. De plus, le système de matériaux épitaxiaux InGaAs/AlGaAs peut également être utilisé pour concevoir des réseaux de barres laser à semi-conducteurs coniques de haute puissance.

Deuxièmement, une structure d'emballage correctement conçue est cruciale pour améliorer les performances des barres de puces laser non montées. Par exemple, la structure du boîtier peut être construite à l'aide de composants tels que des dissipateurs thermiques à microcanaux, des films isolants et des rubans de cuivre pour obtenir une bonne gestion thermique et une bonne distribution du courant.

Vient ensuite le processus de soudure et de collage. Une machine de placement de haute précision est utilisée pour lier eutectique la puce au dissipateur thermique de transition cuivre-tungstène, et la température, la pression et le temps de soudage sont strictement contrôlés pour garantir la qualité du soudage. Les expériences montrent que des paramètres de soudage appropriés peuvent réduire considérablement la résistance thermique et le courant de seuil, améliorant ainsi la puissance optique de sortie et l'efficacité de la conversion photoélectrique.

Enfin, l’optimisation de la gestion thermique est une mesure importante pour garantir un fonctionnement stable à long terme des barres de puces laser non montées. En concevant de manière rationnelle la structure du dissipateur thermique et en sélectionnant des matériaux appropriés, la résistance thermique peut être efficacement réduite, l'efficacité de dissipation thermique peut être améliorée et la durée de vie des barres de puces laser non montées peut être prolongée.

1. Prévenir la contamination : La barre laser démontée doit être emballée dans un environnement sans poussière et stérile pour empêcher l'intrusion de particules et de micro-organismes. Ces contaminants peuvent affecter les performances et la durée de vie de la barre laser non montée, et même provoquer une défaillance de l'emballage.

2. Améliorer la qualité de l'emballage : le contrôle environnemental dans la salle blanche peut garantir que la température, l'humidité et le flux d'air pendant le processus d'emballage sont dans le meilleur état, améliorant ainsi la qualité et la cohérence de l'emballage. Cela permet de réduire les défauts d’emballage et d’améliorer le taux de qualification des produits.

3. Prolonger la durée de vie : l'emballage dans un environnement propre peut réduire les dommages causés à la barre laser non montée par des facteurs externes, prolongeant ainsi sa durée de vie. La salle blanche réduit les problèmes de pollution pouvant être rencontrés lors du processus d'emballage en contrôlant strictement les conditions environnementales, et protège la stabilité et la fiabilité de la barre laser non montée.

4. Améliorer l'efficacité de la production : Le système de filtration efficace et les conditions environnementales strictement contrôlées de la salle blanche peuvent réduire les interruptions de production et les reprises causées par la pollution, améliorant ainsi l'efficacité globale de la production. De plus, la salle blanche peut également assurer la continuité et la stabilité du processus de production, améliorant ainsi encore l'efficacité de la production.

‌Différences structurelles‌ :

‌EEL (Edge Emitting Laser) : EEL utilise l'émission de rayonnement dans la direction de l'axe, c'est-à-dire que la lumière est émise dans la direction du plan de l'appareil, généralement avec une structure cylindrique, et la lumière émet un faisceau laser sur le côté.

‌VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) : La structure du VCSEL est verticale, c'est-à-dire que la lumière est perpendiculaire à l'appareil et la lumière est principalement émise par le haut, formant un point circulaire.

Mode d'émission‌ :

‌EEL : Le faisceau laser est émis latéralement à travers une structure cylindrique.

‌VCSEL : Laser à émission de surface, la lumière est principalement émise par le haut.

‌Forme du point‌ :

‌EEL : La tache émise est elliptique.

‌VCSEL : Le spot émis est circulaire.

‌Différences de performances‌ :

‌EEL : Il a une puissance de sortie et une énergie plus élevées qu’un seul laser, adapté aux applications ayant des besoins énergétiques élevés.

‌VCSEL‌ : Il a une efficacité quantique interne élevée et une meilleure stabilité thermique, et peut atteindre une vitesse élevée, une faible consommation d'énergie et une large plage de températures‌.

‌Domaines d'application‌ :

‌EEL‌ : Il est principalement utilisé pour les communications à haut débit, telles que les communications par fibre optique, l'impression laser, les disques optiques, ainsi que la mesure et la détection optiques‌.

‌VCSEL‌ : Il est couramment utilisé dans l'interconnexion optique des centres de données, le lidar, la reconnaissance faciale, la numérisation 3D et d'autres applications‌.

En résumé, EEL et VCSEL présentent des différences significatives en termes de structure, de mode d'émission, de forme du spot, de performances et de domaines d'application. Les utilisateurs peuvent choisir la puce laser appropriée en fonction de leurs besoins spécifiques.

Le travail de la puce laser à émission de bord EEL comprend principalement les étapes suivantes :

1. Injection de porteurs : en appliquant une polarisation directe, les électrons sont injectés de la région de type N dans la couche active et les trous sont injectés de la région de type P dans la couche active. Dans la couche active, les électrons et les trous se recombinent pour générer des photons. Ce processus est similaire à une diode électroluminescente (LED), mais l'EEL consiste à obtenir des lasers au lieu de la lumière ordinaire.

2. Rayonnement stimulé et amplification de la lumière : les photons générés dans la couche active interagissent avec d'autres électrons excités, provoquant la transition de ces électrons vers un état de faible énergie et émettant plus de photons avec la même phase, fréquence et direction que les photons initiaux. Il s’agit d’un rayonnement stimulé. Lorsque les photons se réfléchissent entre ces miroirs, davantage de photons de rayonnement stimulés sont générés dans la couche active, formant un mécanisme d'amplification de la lumière dans la cavité résonante.

3. Cavité résonante et amplification de la lumière : étant donné que la couche active de l'EEL est intégrée entre deux miroirs parallèles (faces d'extrémité), ces miroirs réfléchiront certains photons vers la couche active. Lorsque les photons se réfléchissent entre les deux miroirs, davantage de photons de rayonnement stimulés sont générés dans la couche active. Ce processus répété d’amplification de la lumière constitue le mécanisme d’amplification de la lumière dans la cavité résonante.

‌4. Sortie laser‌ : lorsque le nombre de photons dans la cavité résonante atteint un certain seuil, certains photons seront émis à travers la face d'extrémité avec une réflectivité inférieure pour former une sortie laser. La direction du faisceau laser de l'EEL est parallèle à la surface de la puce, c'est pourquoi on l'appelle un laser à émission de bord.

Quatre méthodes de refroidissement

Refroidissement du dissipateur thermique par convection naturelle‌ : Cette méthode utilise des matériaux à haute conductivité thermique pour éliminer la chaleur générée et dissiper la chaleur par convection naturelle. De plus, les ailettes peuvent également aider à dissiper la chaleur et à améliorer le taux de transfert de chaleur du système de refroidissement‌.

‌Matériaux à conductivité thermique‌ : utilisez des matériaux à haute conductivité thermique pour réduire la température du laser. Ces matériaux peuvent évacuer efficacement la chaleur, maintenant ainsi le fonctionnement stable du laser‌.

Basé sur une technologie de semi-conducteurs de pointe, BrandNew propose une large gamme d'options de puces laser. Certaines de ces options incluent des longueurs d'onde allant de 450 nm à 2 100 nm, une puce laser à émetteur unique avec une puissance de sortie allant jusqu'à 20 W et une puce laser à barre unique avec une puissance de sortie allant jusqu'à 600 W, ainsi qu'une onde continue (CW) et une onde quasi continue (QCW). )options. La puce et la barre laser sont disponibles dans différents facteurs de remplissage, largeurs de bande, largeurs de barre et longueurs de cavité, et des options personnalisées peuvent être développées pour répondre à vos besoins uniques.

Les puces laser sont produites sous les contrôles de qualité les plus stricts. Nous travaillons uniquement avec une technologie de pointe en matière d’épitaxie, de traitement et de revêtement de facettes. Des méthodes de soudure standard sont utilisées pour assembler la puce laser. Le matériau prend en charge à la fois la soudure tendre (indium) et la soudure dure (or/étain). La configuration standard de la puce laser est une structure d'émetteur séparée du côté p. Sur demande, des puces laser sont disponibles avec une métallisation continue côté P et des revêtements de facettes adaptés, utilisant des revêtements à faible AR pour l'assemblage de résonateurs externes.

Brandnew Technology, l'un des principaux fabricants et fournisseurs de lasers à diode en Chine, dispose d'une usine professionnelle qui fabrique des puces laser de haute qualité et les vend à des prix compétitifs. Bienvenue dans la vente en gros de nos produits fabriqués en Chine.