Chip laser

Il chip laser, chiamato anche barra laser a diodi non montata, è un chip laser a emettitore singolo o un chip laser a barra singola, che non sono montati su un dissipatore di calore e sono privi di imballaggio esterno. Scegli tra i materiali semiconduttori GaAs, InP e GaSb per ottenere lunghezze d'onda da 450 nm a 2 µm, che offrono affidabilità e prestazioni eccezionali.

Un chip laser è un chip miniaturizzato che integra laser e altri componenti optoelettronici. Il componente principale di un chip laser è un laser a semiconduttore, che utilizza il processo di ricombinazione di elettroni e lacune nei materiali semiconduttori per generare laser. I chip laser sono più piccoli e leggeri dei tradizionali laser a gas o dei laser a stato solido, il che li rende adatti all'integrazione in vari dispositivi portatili e integrati.

Emettitore singolo

Barra singola

Chip VCSEL

Chip EEL a emettitore singolo

Chip Anguilla a barra singola

La differenza principale tra il chip laser a emettitore singolo e il chip laser a barra singola è la loro struttura e applicazione. Il chip laser a emettitore singolo di solito si riferisce a un singolo chip laser, mentre i chip laser a barra singola sono strutture a forma di striscia composte da più chip laser.

Il chip laser a emettitore singolo è composto da un singolo chip laser e solitamente ha dimensioni più piccole e una potenza di uscita inferiore. Solitamente vengono utilizzati in applicazioni che richiedono un controllo preciso del raggio, come comunicazioni in fibra ottica e puntatori laser. Le caratteristiche del chip laser a emettitore singolo sono la qualità del fascio abbagliante e sono adatti per applicazioni che richiedono elevata direttività e elevata luminosità.

I chip laser a barra singola sono strutture a forma di striscia composte da più chip laser e solitamente hanno dimensioni maggiori e potenza in uscita maggiore. I chip laser a barra singola sono adatti per applicazioni che richiedono un'elevata potenza, come la lavorazione dei materiali, apparecchiature mediche e strumenti di ricerca scientifica. Le caratteristiche del chip laser a barra singola sono l'elevata potenza di uscita e sono adatti per applicazioni che richiedono irradiazione su vasta area o elevata energia.

In termini di dettagli tecnici e applicazioni, il chip laser a emettitore singolo e il chip laser a barra singola differiscono anche nei metodi di preparazione e nella scelta dei materiali. I chip laser a emettitore singolo sono generalmente preparati utilizzando la tecnologia di deposizione di vapori chimici organici metallici e hanno un'elevata qualità ed efficienza del raggio. Il chip laser a barra singola evita l'effetto laser laterale grazie alla progettazione dello strato epitassiale e della scanalatura di isolamento e migliora l'affidabilità e la durata del dispositivo.

Le barre laser non montate possono essere tagliate in chip laser a emettitore singolo, compresi i seguenti passaggi:

Incisione: su ciascuna barra laser non montata da tagliare, viene eseguita l'incisione tra due chip adiacenti.

Espansione della pellicola: La pellicola adesiva con attaccata la barra laser viene trasferita all'espansione della pellicola per la prima espansione della pellicola. Una volta completata l'espansione della pellicola, la pellicola adesiva si trova nel primo stato di espansione e rimane in questo stato.

Divisione: la pellicola adesiva nel primo stato di espansione viene trasferita alla macchina di divisione e la barra laser viene divisa lungo la linea di incisione per separare i chip sulla barra laser gli uni dagli altri. Espandendo la pellicola adesiva attaccata alla barra laser prima della divisione, viene fornita una pretensione ai trucioli su entrambi i lati della linea di incisione, in modo che i trucioli possano essere separati naturalmente e in modo pulito lungo la direzione di incisione durante la divisione, evitando che i trucioli entrino in collisione tra loro. altro durante la divisione e il danneggiamento.

La chiave di questo metodo è fornire una precompressione mediante espansione della pellicola per garantire che i trucioli possano essere separati naturalmente lungo la direzione di incisione durante la divisione, migliorando così la resa e la qualità dei trucioli.

‌La distanza tra gli emettitori della barra laser non montata ha un impatto significativo sulle prestazioni. La spaziatura uniforme degli emettitori può garantire un migliore effetto di dissipazione del calore della barra laser non montata, migliorando così la durata e la stabilità della barra laser non montata.

La distanza tra gli emettitori della barra laser non montata influenzerà l'effetto di dissipazione del calore. Se la spaziatura degli emettitori non è uniforme, la temperatura di alcuni emettitori potrebbe essere troppo elevata, compromettendo così le prestazioni e la durata del laser. Regolando la larghezza di ciascun emettitore della barra, la dissipazione del calore dell'intera barra può essere resa più uniforme e si può evitare che la temperatura dell'emettitore centrale sia significativamente più alta della temperatura dell'emettitore laterale, riducendo così i problemi dello spostamento della lunghezza d’onda e della riduzione della larghezza dell’impulso.

La distanza tra gli emettitori influisce anche sulla luminosità della barra laser non montata. Se la distanza tra gli emettitori è troppo grande, potrebbe causare una luminosità non uniforme e influenzare l'effetto del display. La spaziatura appropriata tra gli emettitori può garantire l'effetto di visualizzazione e le prestazioni della barra laser non montata in diversi scenari applicativi.

Esistono molteplici requisiti per i dissipatori di calore utilizzati nel confezionamento dei chip laser, tra cui principalmente la conduttività termica, l'adattamento del coefficiente di dilatazione termica, la capacità di rilascio dello stress termico e il trattamento superficiale. ‌

Innanzitutto, la conduttività termica è uno dei parametri importanti dei materiali dei dissipatori di calore. I chip laser generano molto calore durante il funzionamento. Se il calore non può essere dissipato in tempo, ciò influenzerà le prestazioni e la durata del laser. Pertanto, il materiale del dissipatore di calore deve avere un'elevata conduttività termica per poter dissipare efficacemente il calore. I comuni materiali dei dissipatori di calore come nitruro di alluminio, carburo di silicio, diamante, ecc. hanno un'elevata conduttività termica‌.

In secondo luogo, anche la corrispondenza del coefficiente di dilatazione termica‌ è molto importante. I coefficienti di dilatazione termica dei chip laser e dei materiali del dissipatore di calore devono corrispondere per ridurre lo stress causato dai cambiamenti di temperatura e prevenire crepe o deformazioni tra i materiali. Ad esempio, il coefficiente di espansione termica del nitruro di alluminio è 4,6×10^-6/K, che è vicino al coefficiente di espansione termica dei chip laser, quindi viene spesso utilizzato come materiale di transizione del dissipatore di calore.

Inoltre, anche la capacità di rilascio dello stress termico‌ è un fattore chiave. Il calore generato dal laser durante il funzionamento causerà uno stress termico tra il chip e il dissipatore di calore. Se il materiale del dissipatore di calore non è in grado di rilasciare efficacemente queste sollecitazioni, le prestazioni del laser potrebbero peggiorare o fallire. Pertanto, il materiale del dissipatore di calore deve avere buone capacità di rilascio dello stress termico‌.

Infine, il trattamento superficiale influisce anche sulle prestazioni del dissipatore. Il trattamento superficiale del materiale del dissipatore di calore deve soddisfare determinati requisiti di aspetto e test fisici e chimici per garantirne l'affidabilità e la durata nelle applicazioni pratiche.

In sintesi, il dissipatore di calore utilizzato per i chip laser confezionati deve avere un'elevata conduttività termica, corrispondere al coefficiente di espansione termica del chip, buone capacità di rilascio dello stress termico e un trattamento superficiale appropriato per garantire la stabilità e l'affidabilità a lungo termine del laser.

‌Le fasi principali dell'imballaggio delle barre di chip laser non montate includono: la selezione dei materiali di imballaggio appropriati, la progettazione della struttura dell'imballaggio, l'esecuzione di saldature e incollaggi e l'ottimizzazione della gestione termica.

Innanzitutto, la scelta del materiale di imballaggio appropriato è la chiave per garantire le prestazioni della barra portatrucioli laser non montata. Ad esempio, la saldatura dura oro-stagno può essere utilizzata per confezionare barre laser a semiconduttore blu al nitruro di gallio (GaN) ad alta potenza e un dissipatore di calore di transizione rame-tungsteno può essere utilizzato come strato tampone per sopprimere lo stress residuo del confezionamento. Inoltre, il sistema di materiale epitassiale InGaAs/AlGaAs può essere utilizzato anche per progettare array di barre laser a semiconduttore rastremate ad alta potenza.

In secondo luogo, una struttura di imballaggio adeguatamente progettata è fondamentale per migliorare le prestazioni delle barre di chip laser non montate. Ad esempio, la struttura del contenitore può essere realizzata utilizzando componenti quali dissipatori di calore a microcanali, pellicole isolanti e nastri di rame per ottenere una buona gestione termica e distribuzione della corrente.

Poi arriva il processo di saldatura e incollaggio. Una macchina di posizionamento ad alta precisione viene utilizzata per collegare eutetticamente il chip al dissipatore di calore di transizione rame-tungsteno e la temperatura, la pressione e il tempo di saldatura sono rigorosamente controllati per garantire la qualità della saldatura. Gli esperimenti dimostrano che parametri di saldatura appropriati possono ridurre significativamente la resistenza termica e la corrente di soglia, migliorando così la potenza ottica in uscita e l'efficienza di conversione fotoelettrica.

Infine, l'ottimizzazione della gestione termica è una misura importante per garantire un funzionamento stabile a lungo termine delle barre di chip laser non montate. Progettando razionalmente la struttura del dissipatore di calore e selezionando i materiali appropriati, è possibile ridurre efficacemente la resistenza termica, migliorare l'efficienza di dissipazione del calore e prolungare la durata delle barre dei chip laser non montate.

1. Prevenire la contaminazione: la barra laser non montata deve essere imballata in un ambiente sterile e privo di polvere per impedire l'intrusione di particelle e microrganismi. Questi contaminanti possono compromettere le prestazioni e la durata della barra laser non montata e persino causare guasti all'imballaggio.

2. Migliorare la qualità dell'imballaggio: il controllo ambientale nella camera bianca può garantire che la temperatura, l'umidità e il flusso d'aria durante il processo di imballaggio siano nelle migliori condizioni, migliorando così la qualità e la consistenza dell'imballaggio. Ciò aiuta a ridurre i difetti di imballaggio e a migliorare la tariffa qualificata dei prodotti.

3. Prolungare la durata: l'imballaggio in un ambiente pulito può ridurre i danni alla barra laser non montata dovuti a fattori esterni, prolungandone così la durata. La camera bianca riduce i problemi di inquinamento che possono verificarsi durante il processo di confezionamento controllando rigorosamente le condizioni ambientali e protegge la stabilità e l'affidabilità della barra laser non montata.

4. Migliorare l'efficienza produttiva: l'efficiente sistema di filtraggio e le condizioni ambientali rigorosamente controllate della camera bianca possono ridurre le interruzioni della produzione e le rilavorazioni causate dall'inquinamento, migliorando così l'efficienza complessiva della produzione. Inoltre, la camera bianca può anche garantire la continuità e la stabilità del processo produttivo, migliorando ulteriormente l'efficienza produttiva.

‌Differenze strutturali‌:

‌EEL (Edge Educing Laser): EEL utilizza l'emissione di radiazioni lungo la direzione dell'asse, ovvero la luce viene emessa lungo la direzione del piano del dispositivo, solitamente con una struttura cilindrica, e la luce emette un raggio laser lateralmente.

‌VCSEL (Laser a emissione superficiale di cavità verticale): la struttura del VCSEL è verticale, ovvero la luce è perpendicolare al dispositivo e la luce viene emessa principalmente dall'alto, formando un punto circolare.

Modalità di emissione‌:

‌EEL: Il raggio laser viene emesso lateralmente attraverso una struttura cilindrica.

‌VCSEL: Laser a emissione superficiale, la luce viene emessa principalmente dall'alto.

‌Forma del punto‌:

‌EEL: Lo spot emesso è ellittico.

‌VCSEL: Lo spot emesso è circolare.

‌Differenze di prestazioni‌:

‌EEL: Ha una potenza di uscita e un'energia maggiori di un singolo laser, adatto per applicazioni con elevati requisiti energetici.

‌VCSEL‌: ha un'elevata efficienza quantica interna e una migliore stabilità termica e può raggiungere velocità elevate, basso consumo energetico e un ampio intervallo di temperature‌.

‌Aree di applicazione‌:

‌EEL‌: viene utilizzato principalmente per comunicazioni ad alta velocità, come comunicazioni in fibra ottica, stampa laser, dischi ottici e misurazione e rilevamento ottici‌.

‌VCSEL‌: è comunemente utilizzato nell'interconnessione ottica dei data center, lidar, riconoscimento facciale, scansione 3D e altre applicazioni‌.

In sintesi, EEL e VCSEL presentano differenze significative nella struttura, nella modalità di emissione, nella forma dello spot, nelle prestazioni e nelle aree di applicazione. Gli utenti possono scegliere il chip laser appropriato in base alle esigenze specifiche.

Il lavoro del chip laser a emissione di bordi EEL comprende principalmente i seguenti passaggi:

1. Iniezione del portatore: applicando una polarizzazione diretta, gli elettroni vengono iniettati dalla regione di tipo N nello strato attivo e le lacune vengono iniettate dalla regione di tipo P nello strato attivo. Nello strato attivo, gli elettroni e le lacune si ricombinano per generare fotoni. Questo processo è simile a un diodo emettitore di luce (LED), ma EEL consiste nel realizzare laser invece della luce ordinaria.

2. Radiazione stimolata e amplificazione della luce: i fotoni generati nello strato attivo interagiscono con altri elettroni eccitati, facendo sì che questi elettroni passino a uno stato di bassa energia ed emettano più fotoni con la stessa fase, frequenza e direzione dei fotoni iniziali. Questa è la radiazione stimolata. Quando i fotoni si riflettono avanti e indietro tra questi specchi, nello strato attivo vengono generati fotoni di radiazione più stimolati, formando un meccanismo di amplificazione della luce nella cavità risonante.

3. Cavità risonante e amplificazione della luce: poiché lo strato attivo dell'EEL è incorporato tra due specchi paralleli (facce terminali), questi specchi rifletteranno alcuni fotoni sullo strato attivo. Quando i fotoni si riflettono avanti e indietro tra i due specchi, nello strato attivo vengono generati più fotoni di radiazione stimolati. Questo processo ripetuto di amplificazione della luce costituisce il meccanismo di amplificazione della luce nella cavità risonante.

‌4. Uscita laser‌: quando il numero di fotoni nella cavità risonante raggiunge una determinata soglia, alcuni fotoni verranno emessi attraverso la faccia terminale con riflettività inferiore per formare l'uscita laser. La direzione del raggio laser di EEL è parallela alla superficie del chip, quindi è chiamato laser a emissione di bordi.

Quattro metodi di raffreddamento

Raffreddamento del dissipatore di calore per convezione naturale‌: questo metodo utilizza materiali con elevata conduttività termica per rimuovere il calore generato e dissipare il calore mediante convezione naturale. Inoltre, le alette possono anche aiutare a dissipare il calore e migliorare la velocità di trasferimento del calore del sistema di raffreddamento‌.

‌Materiali a conduttività termica‌: utilizzare materiali con elevata conduttività termica per ridurre la temperatura del laser. Questi materiali possono condurre efficacemente il calore, mantenendo così il funzionamento stabile del laser‌.

Basato sulla tecnologia dei semiconduttori leader del settore, BrandNew offre un'ampia gamma di opzioni di chip laser. Alcune di queste opzioni includono lunghezze d'onda che vanno da 450 nm fino a 2100 nm, chip laser a emettitore singolo con potenza di uscita fino a 20 W e chip laser a barra singola con potenza di uscita fino a 600 W, nonché onda continua (CW) e onda quasi continua (QCW). ) opzioni. Chip e barra laser sono disponibili in vari fattori di riempimento, larghezze di striscia, larghezze di barra e lunghezze di cavità ed è possibile sviluppare opzioni personalizzate per soddisfare le vostre esigenze specifiche.

I chip laser sono prodotti secondo i più severi controlli di qualità. Lavoriamo solo con tecnologie all'avanguardia per l'epitassia, la lavorazione e il rivestimento delle sfaccettature. Per assemblare il chip laser vengono utilizzati metodi di saldatura standard. Il materiale supporta sia la saldatura dolce (indio) che la saldatura dura (oro/stagno). La configurazione standard del chip laser è una struttura di emettitore separata sul lato p. Su richiesta, i chip laser sono disponibili con metallizzazione continua del lato p e rivestimenti sfaccettati adattati, utilizzando rivestimenti a basso AR per l'assemblaggio di risonatori esterni.

Brandnew Technology, uno dei principali produttori e fornitori di laser a diodi in Cina, dispone di una fabbrica professionale che produce chip laser di alta qualità e vende a prezzi competitivi. Benvenuti nel commercio all'ingrosso dei nostri prodotti fabbricati in Cina.