Laserchip

Laserchip, ook wel niet-gemonteerde diodelaserbalk genoemd, is een laserchip met één emitter of laserchip met één staaf, die niet op een koellichaam is gemonteerd en geen buitenverpakking heeft. Kies uit GaAs-, InP- en GaSb-halfgeleidermaterialen voor een golflengte van 450 nm tot 2 µm, wat uitzonderlijke betrouwbaarheid en prestaties oplevert.

Een laserchip is een geminiaturiseerde chip die lasers en andere opto-elektronische componenten integreert. De kerncomponent van een laserchip is een halfgeleiderlaser, die het recombinatieproces van elektronen en gaten in halfgeleidermaterialen gebruikt om lasers te genereren. Laserchips zijn kleiner en lichter dan traditionele gaslasers of vastestoflasers, waardoor ze geschikt zijn voor integratie in verschillende draagbare en ingebedde apparaten.

Enkele zender

Enkele balk

VCSEL-chip

EEL-chip met enkele zender

EEL-chip met enkele staaf

Het belangrijkste verschil tussen laserchip met enkele emitter en laserchip met enkele staaf is hun structuur en toepassing. Laserchip met enkele emitter verwijst meestal naar een enkele laserchip, terwijl laserchip met enkele staaf strookvormige structuren zijn die zijn samengesteld uit meerdere laserchips.

Laserchip met enkele emitter is samengesteld uit een enkele laserchip en heeft meestal een kleiner formaat en een lager vermogen. Ze worden meestal gebruikt in toepassingen die nauwkeurige controle van de straal vereisen, zoals glasvezelcommunicatie en laserpointers. De kenmerken van een laserchip met enkele emitter zijn de hoge straalkwaliteit en zijn geschikt voor toepassingen die een hoge directiviteit en hoge helderheid vereisen.

Laserchips met één staaf zijn strookvormige structuren die zijn samengesteld uit meerdere laserchips en hebben meestal een groter formaat en een hoger vermogen. Laserchips met één staaf zijn geschikt voor toepassingen die een hoog uitgangsvermogen vereisen, zoals materiaalverwerking, medische apparatuur en wetenschappelijke onderzoeksinstrumenten. De kenmerken van een laserchip met één staaf zijn hun hoge uitgangsvermogen en zijn geschikt voor toepassingen die bestraling met een groot oppervlak of hoge energie vereisen.

Qua technische details en toepassingen verschillen de single-emitter-laserchip en de single-bar-laserchip ook qua voorbereidingsmethoden en materiaalkeuze. Laserchips met één emitter worden meestal vervaardigd met behulp van metaal-organische chemische dampafzettingstechnologie en hebben een hoge straalkwaliteit en efficiëntie. De laserchip met enkele staaf vermijdt zijdelingse laserstraling door het ontwerp van de epitaxiale laag en isolatiegroef, en verbetert de betrouwbaarheid en duurzaamheid van het apparaat.

Niet-gemonteerde laserstaven kunnen in laserchips met één zender worden gesneden, inclusief de volgende stappen:

Schrijven: Op elke niet-gemonteerde laserbalk die moet worden gekliefd, wordt tussen twee aangrenzende chips gekrast.

Folie-expansie: De zelfklevende folie met de eraan bevestigde laserbalk wordt voor de eerste folie-expansie overgebracht naar de folie-expansiemachine. Nadat de filmuitzetting is voltooid, bevindt de kleeffilm zich in de eerste uitzettingstoestand en blijft in deze toestand.

Splitsen: De zelfklevende film in de eerste uitzettingstoestand wordt overgebracht naar de splitsmachine en de laserbalk wordt langs de kraslijn gespleten om de chips op de laserbalk van elkaar te scheiden. Door de zelfklevende film die aan de laserbalk is bevestigd vóór het splijten uit te zetten, wordt aan beide zijden van de kraslijn voorspanning op de spanen aangebracht, zodat de spanen tijdens het splijten op natuurlijke wijze langs de krasrichting kunnen worden gescheiden, waardoor wordt vermeden dat de spanen met elkaar in botsing komen. andere tijdens het splijten en beschadigd raken.

De sleutel tot deze methode is het verschaffen van voorspanning door filmexpansie om ervoor te zorgen dat de spanen tijdens het splijten op natuurlijke wijze langs de krasrichting kunnen worden gescheiden, waardoor de opbrengst en kwaliteit van de spanen wordt verbeterd.

‌De afstand tussen de zenders van de niet-gemonteerde laserbalk heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties. Een uniforme afstand tussen de zenders kan een beter warmteafvoereffect van de niet-gemonteerde laserbalk garanderen, waardoor de levensduur en stabiliteit van de niet-gemonteerde laserbalk wordt verbeterd.

De afstand tussen de zenders van de niet-gemonteerde laserbalk heeft invloed op het warmteafvoereffect. Als de afstand tussen de emitters ongelijk is, kan dit ertoe leiden dat de temperatuur van sommige emitters te hoog wordt, waardoor de prestaties en levensduur van de laser worden beïnvloed. Door de breedte van elke zender van de staaf aan te passen, kan de warmtedissipatie van de gehele staaf uniformer worden gemaakt en kan worden vermeden dat de temperatuur van de middelste zender aanzienlijk hoger is dan de temperatuur van de randzender, waardoor de problemen worden verminderd van golflengteverschuiving en pulsbreedtereductie.

De afstand tussen de zenders heeft ook invloed op de helderheid van de niet-gemonteerde laserbalk. Als de afstand tussen de zenders te groot is, kan dit een ongelijkmatige helderheid veroorzaken en het weergave-effect beïnvloeden. De juiste afstand tussen de zenders kan het weergave-effect en de prestaties van de niet-gemonteerde laserbalk in verschillende toepassingsscenario's garanderen.

Er zijn meerdere vereisten voor koellichamen die worden gebruikt bij het verpakken van laserchips, voornamelijk met betrekking tot thermische geleidbaarheid, aanpassing van de thermische uitzettingscoëfficiënt, vermogen om thermische spanning op te heffen en oppervlaktebehandeling. ‌

Ten eerste is thermische geleidbaarheid een van de belangrijke parameters van materialen voor koellichamen. Laserchips genereren tijdens het gebruik veel warmte. Als de warmte niet op tijd kan worden afgevoerd, heeft dit invloed op de prestaties en levensduur van de laser. Daarom moet het warmteafvoermateriaal een hoge thermische geleidbaarheid hebben om de warmte effectief af te voeren. Gebruikelijke koellichaammaterialen zoals aluminiumnitride, siliciumcarbide, diamant, enz. hebben een hoge thermische geleidbaarheid.

Ten tweede is het afstemmen van de thermische uitzettingscoëfficiënt ook erg belangrijk. De thermische uitzettingscoëfficiënten van laserchips en warmteafvoermaterialen moeten op elkaar zijn afgestemd om spanningen veroorzaakt door temperatuurveranderingen te verminderen en scheuren of vervorming tussen materialen te voorkomen. De thermische uitzettingscoëfficiënt van aluminiumnitride is bijvoorbeeld 4,6×10^-6/K, wat dicht bij de thermische uitzettingscoëfficiënt van laserchips ligt, dus wordt het vaak gebruikt als overgangsmateriaal voor koellichamen.

Bovendien is het vermogen om thermische spanning op te heffen ook een sleutelfactor. De warmte die tijdens bedrijf door de laser wordt gegenereerd, veroorzaakt thermische spanning tussen de chip en het koellichaam. Als het materiaal van het koellichaam deze spanningen niet effectief kan wegnemen, kan dit ertoe leiden dat de laserprestaties verslechteren of falen. Daarom moet het materiaal van het koellichaam goede thermische spanningsvrijgavemogelijkheden hebben.

Ten slotte heeft de oppervlaktebehandeling ook invloed op de prestaties van het koellichaam. De oppervlaktebehandeling van het koellichaammateriaal moet voldoen aan bepaalde uiterlijke en fysieke en chemische testvereisten om de betrouwbaarheid en duurzaamheid ervan in praktische toepassingen te garanderen.

Samenvattend moet het koellichaam dat wordt gebruikt voor verpakte laserchips een hoge thermische geleidbaarheid hebben, overeenkomen met de thermische uitzettingscoëfficiënt van de chip, goede mogelijkheden voor het opheffen van thermische spanningen en een geschikte oppervlaktebehandeling om de stabiliteit en betrouwbaarheid van de laser op lange termijn te garanderen.

De kernstappen bij het verpakken van niet-gemonteerde laserchipstaven zijn onder meer: ​​het selecteren van geschikte verpakkingsmaterialen, het ontwerpen van de verpakkingsstructuur, het uitvoeren van lassen en lijmen, en het optimaliseren van het thermisch beheer.

Allereerst is het kiezen van het juiste verpakkingsmateriaal de sleutel tot het garanderen van de prestaties van de niet-gemonteerde laserchipbar. Goud-tin-hardsoldeer kan bijvoorbeeld worden gebruikt om hoogvermogen galliumnitride (GaN) blauwe halfgeleiderlasers te verpakken, en een koper-wolfraam overgangskoellichaam kan worden gebruikt als bufferlaag om restspanning van de verpakking te onderdrukken. Bovendien kan het epitaxiale materiaalsysteem InGaAs/AlGaAs ook worden gebruikt voor het ontwerpen van taps toelopende halfgeleiderlaserstaafarrays met hoog vermogen.

Ten tweede is een goed ontworpen verpakkingsstructuur cruciaal voor het verbeteren van de prestaties van niet-gemonteerde laserchipstaven. De pakketstructuur kan bijvoorbeeld worden gebouwd met behulp van componenten zoals microkanaal-koellichamen, isolatiefilms en kopertapes om een ​​goed thermisch beheer en een goede stroomverdeling te bereiken.

Vervolgens komt het soldeer- en verbindingsproces. Er wordt een zeer nauwkeurige plaatsingsmachine gebruikt om de chip eutectisch te verbinden met het koper-wolfraam overgangskoellichaam, en de lastemperatuur, druk en tijd worden strikt gecontroleerd om de laskwaliteit te garanderen. Experimenten tonen aan dat geschikte lasparameters de thermische weerstand en drempelstroom aanzienlijk kunnen verminderen, waardoor het optische uitgangsvermogen en de foto-elektrische conversie-efficiëntie worden verbeterd.

Ten slotte is het optimaliseren van het thermisch beheer een belangrijke maatregel om een ​​stabiele werking op lange termijn van niet-gemonteerde laserchipstaven te garanderen. Door de koellichaamstructuur rationeel te ontwerpen en geschikte materialen te selecteren, kan de thermische weerstand effectief worden verminderd, kan de efficiëntie van de warmtedissipatie worden verbeterd en kan de levensduur van de niet-gemonteerde laserchipstaven worden verlengd.

1. Voorkom besmetting: De niet-gemonteerde laserbar moet worden verpakt in een stofvrije en steriele omgeving om het binnendringen van deeltjes en micro-organismen te voorkomen. Deze verontreinigingen kunnen de prestaties en levensduur van de niet-gemonteerde laserbalk beïnvloeden en zelfs verpakkingsfouten veroorzaken.

2. Verbeter de verpakkingskwaliteit: Milieucontrole in de cleanroom kan ervoor zorgen dat de temperatuur, vochtigheid en luchtstroom tijdens het verpakkingsproces in de beste staat zijn, waardoor de verpakkingskwaliteit en consistentie worden verbeterd. Dit helpt verpakkingsfouten te verminderen en het gekwalificeerde aantal producten te verbeteren.

3. Verleng de levensduur: Verpakking in een schone omgeving kan de schade aan de niet-gemonteerde laserbalk door externe factoren verminderen, waardoor de levensduur wordt verlengd. De cleanroom vermindert de vervuilingsproblemen die kunnen optreden tijdens het verpakkingsproces door de omgevingsomstandigheden strikt te controleren, en beschermt de stabiliteit en betrouwbaarheid van de niet-gemonteerde laserbalk.

4. Verbetering van de productie-efficiëntie: het efficiënte filtersysteem en de strikt gecontroleerde omgevingsomstandigheden van de cleanroom kunnen productieonderbrekingen en herbewerkingen veroorzaakt door vervuiling verminderen, waardoor de algehele productie-efficiëntie wordt verbeterd. Daarnaast kan de cleanroom ook de continuïteit en stabiliteit van het productieproces garanderen, waardoor de productie-efficiëntie verder wordt verbeterd.

‌Structurele verschillen‌:

EEL (Edge Emitting Laser): EEL maakt gebruik van stralingsemissie in de asrichting, dat wil zeggen dat het licht wordt uitgezonden in de vlakke richting van het apparaat, meestal met een cilindrische structuur, en het licht zendt een laserstraal vanaf de zijkant uit.

‌VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser): De structuur van VCSEL is verticaal, dat wil zeggen dat het licht loodrecht op het apparaat staat en dat het licht voornamelijk vanaf de bovenkant wordt uitgestraald en een cirkelvormige vlek vormt.

Emissiemodus‌:

‌EEL: De laserstraal wordt vanaf de zijkant uitgezonden door een cilindrische structuur.

‌VCSEL: Surface emitting laser, het licht wordt voornamelijk van bovenaf uitgezonden.

‌Vlekvorm‌:

‌EEL: De uitgezonden vlek is elliptisch.

‌VCSEL: De uitgezonden vlek is cirkelvormig.

‌Prestatieverschillen‌:

EEL: Het heeft een hoger uitgangsvermogen en energie van een enkele laser, geschikt voor toepassingen met hoge energievereisten.

‌VCSEL‌: Het heeft een hoge interne kwantumefficiëntie en een betere thermische stabiliteit, en kan hoge snelheden, een laag stroomverbruik en een breed temperatuurbereik bereiken.

‌Toepassingsgebieden‌:

‌EEL‌: Het wordt meestal gebruikt voor hogesnelheidscommunicatie, zoals glasvezelcommunicatie, laserprinten, optische schijven en optische metingen en detectie‌.

‌VCSEL‌: Het wordt vaak gebruikt in de optische interconnectie van datacenters, lidar, gezichtsherkenning, 3D-scannen en andere toepassingen‌.

Samenvattend hebben EEL en VCSEL aanzienlijke verschillen in structuur, emissiemodus, vlekvorm, prestaties en toepassingsgebieden. Gebruikers kunnen de juiste laserchip kiezen op basis van specifieke behoeften.

Het werk van de EEL Edge Emitting Laser-chip omvat hoofdzakelijk de volgende stappen:

1. Dragerinjectie: Door een voorwaartse bias toe te passen, worden elektronen vanuit het N-type gebied in de actieve laag geïnjecteerd, en worden gaten vanuit het P-type gebied in de actieve laag geïnjecteerd. In de actieve laag recombineren elektronen en gaten om fotonen te genereren. Dit proces is vergelijkbaar met een lichtemitterende diode (LED), maar met EEL moeten lasers worden verkregen in plaats van gewoon licht.

2. Gestimuleerde straling en lichtversterking: Fotonen die in de actieve laag worden gegenereerd, interageren met andere aangeslagen elektronen, waardoor deze elektronen overgaan naar een lage energietoestand en meer fotonen uitzenden met dezelfde fase, frequentie en richting als de initiële fotonen. Dit is gestimuleerde straling. Wanneer fotonen heen en weer reflecteren tussen deze spiegels, worden meer gestimuleerde stralingsfotonen gegenereerd in de actieve laag, waardoor een lichtversterkingsmechanisme in de resonantieholte wordt gevormd.

3. Resonantieholte en lichtversterking: Omdat de actieve laag van de EEL is ingebed tussen twee parallelle spiegels (eindvlakken), zullen deze spiegels enkele fotonen terug naar de actieve laag reflecteren. Wanneer fotonen heen en weer reflecteren tussen de twee spiegels, worden er meer gestimuleerde stralingsfotonen gegenereerd in de actieve laag. Dit herhaalde lichtversterkingsproces vormt het lichtversterkingsmechanisme in de resonantieholte.

‌4. Laseruitvoer‌: Wanneer het aantal fotonen in de resonantieholte een bepaalde drempel bereikt, zullen sommige fotonen met een lagere reflectiviteit door het eindvlak worden uitgezonden om laseruitvoer te vormen. De richting van de laserstraal van EEL is evenwijdig aan het oppervlak van de chip en wordt daarom een ​​randemitterende laser genoemd.

Vier koelmethoden

Koellichaam met natuurlijke convectie‌: Deze methode maakt gebruik van materialen met een hoge thermische geleidbaarheid om de gegenereerde warmte te verwijderen en de warmte af te voeren door natuurlijke convectie. Bovendien kunnen vinnen ook helpen de warmte af te voeren en de warmteoverdrachtssnelheid van het koelsysteem‌ te verbeteren.

‌Materialen met thermische geleidbaarheid‌: Gebruik materialen met een hoge thermische geleidbaarheid om de temperatuur van de laser te verlagen. Deze materialen kunnen warmte effectief afvoeren, waardoor de stabiele werking van de laser‌ behouden blijft.

Gebaseerd op toonaangevende halfgeleidertechnologie, biedt BrandNew een breed scala aan laserchipopties. Sommige van deze opties omvatten golflengten variërend van 450 nm tot 2100 nm, een laserchip met één emitter met een uitgangsvermogen van maximaal 20 W en een laserchip met één staaf met een uitgangsvermogen van maximaal 600 W, en continue golf (CW) en quasi-continue golf (QCW). ) opties. Laserchip en staaf zijn verkrijgbaar in verschillende vulfactoren, streepbreedtes, staafbreedtes en holtelengtes, en er kunnen aangepaste opties worden ontwikkeld om aan uw unieke vereisten te voldoen.

Laserchips worden geproduceerd onder de strengste kwaliteitscontroles. Wij werken uitsluitend met de modernste epitaxie-, verwerkings- en facetcoatingtechnologie. Voor het assembleren van laserchips worden standaard soldeermethoden gebruikt. Het materiaal ondersteunt zowel zachtsoldeer (indium) als hardsoldeer (goud/tin). De standaardconfiguratie van de laserchip is een emitterstructuur die aan de p-zijde is gescheiden. Op verzoek zijn laserchips verkrijgbaar met continue p-zijde metallisatie en aangepaste facetcoatings, waarbij gebruik wordt gemaakt van lage AR-coatings voor de assemblage van externe resonatoren.

Brandnew Technology, een van de toonaangevende fabrikanten en leveranciers van diodelasers in China, heeft een professionele fabriek die laserchips van hoge kwaliteit produceert en tegen een concurrerende prijs verkoopt. Welkom bij de groothandel van onze producten gemaakt in China.