1、上节课回顾：半导体激光器的制备流程；半导体激光器的结构要求n 机械稳定性；n 电连接；n 散热问题；以 50%电光转换效率计算，一个典型的中等功率 50W/bar，腔长为 1mm，热流密度为 500W/cm2，电流密度 1000A/cm2以每个发光单元 2W，有源区尺寸1um100um计算，体发热密度 21010W/m3。典型的封装形式n Bar p面朝下焊接到热沉上，热沉充当正极；n 热沉根据散热量不同分为有源、无源热沉；n N面电连接采用 Cu箔或金丝引线。发光方向电流方向热 散出方向上 电极下 电极Bar焊接焊料的选择n 软焊料纯 In材料具有非常好的延展性，抗疲劳性以及抗裂纹传播率 .
2、适用于 CTE与 GaAs差别较大的热沉材料与激光 bar之间的焊接，例如： CVD金刚石、无氧铜和 AlN等材料。 n 硬焊料AuSn合金为激光 bar焊接的首选硬焊料。 适用于热沉材料热膨胀系数 (CTE)与 GaAs差别非常小的情况，例如： BeO热沉和 CuW合金热沉。In 焊料的缺点n 极限寿命为 104小时左右；n 光束质量随工作时间增加而降低（ In蠕变加剧 Smile效应）；n 不利于更高功率工作（连续输出功率 120W/bar）；n 工业用低占空比完全调制硬脉冲条件下工作寿命几百小时；n 控制激光 bar结温 55 。Bar 焊接的 “Smile”效应Bar 封装时的应力特性
3、n 由于 bar 的 GaAs衬底的热膨胀系数与热沉热膨胀系数不一致引入应力。半导体激光器的工作状态n 按电流的持续时间分：1、连续（ CW）2、准连续（ QCW）3、脉冲（ pulse）n 按电流的变化程度分：1、连续（ CW）2、软脉冲（ Soft pulse）3、硬脉冲（ Hard pulse）不同脉宽情况下的热效应低占空比硬脉冲工作状态AuSn焊料的特点 高温、高电流密度条件下稳定性好； 激光 bar结温可允许达 80 ； 寿命高达 3-4万小 时 ； 工 业 用低占空比完全 调 制硬脉冲条件下寿命与普通工作状 态 寿命差 别 不大。AuSn焊料的使用新一代 CTE热沉材料Bar 内应
4、力分布Cu heat sinkbarfacet半导体激光器的热特性n 阈值电流随有源区温度的指数增长；n 电光转换效率随有源区温度的指数下降；n 有源区温度增加器件寿命下降；n 腔面温度升高非辐射复合导致问题。有源区温度控制大功率半导体激光器应用的核心问题。热量传递的基本方式n 导热：物体各部分之间不发生相对位移 时依靠微观粒子热运动而产生的热量传递。n 对流：由于流体之间相对位移、冷热流 体相互掺混引起的热量传递。n 热辐射：通过电磁波来传递能量的方式 称为辐射几个基本公式n 傅立叶定律（热传导）q= -(dt/dx) ：热导率n 牛顿冷却公式（对流散热）q=ht h: 表面传热系数n 斯泰
5、藩 -波尔兹曼定律（热辐射）q=A（ T1- T2）固体中的热传导n 核心：目标物体温度场函数 t（ x.y.z)的 确定。稳态无内热源情况下的 Laplace方程求解方法 解析函数法n 解析函数法：利用合理的数学语言把实际工况变换成导热微分方程，然后利用数学物理方法解之，得到温度场函数。n 适用领域：整体结构简单、理想化的情况。求解方法 数值解法n 数值解法：利用有限个离散点值的集合表征物理场（量）的连续变化情况。n 适用领域：外形结构比较复杂、很难获得解析解的情况下。热阻概念的引入n 热量的传递同自然界中的其它转移过程，如电量的转移、质量的转移有着共同的规律，可归结为：过程中的转移量 =
6、过程中的动力 /过程中的阻力n 电学中这种规律性就是欧姆定律：n 传热学中此规律演变为：半导体激光器的热阻n 为有源区产生的热量： =IV-Poptn t 是有源区与冷却介质之间的温度差n 为有源区与冷却介质之间的热阻，单位降低有源区到冷却介质之间的热阻是半导体激光热控制的核心。半导体激光单元器件依靠自然对流散热，热阻较高，热阻约为左右阵列器件热沉的分类n 无源热沉（ passive heatsinks) ：n 有源热沉（ active heatsinks)：无源热沉的热结构(x=0,x=a) (y=0,y=b); t=0 (z=c)(z=0) 计算结果利用傅立叶 变换 法求解以上方程 组 得到温度 场 t（ x,y,z） ：计算结果热沉尺寸：25 257.5mm3热流密度：4 106W/m2=398W/mK热阻与热沉长、宽的关系 热阻与热沉厚度与长度的关系半导体制冷n 半导体致冷也叫温差电致冷是利用半导体材料的温差电效应 即珀尔帖效应来实现致冷。把不同极性的两种半导体材料（ P型、 N型），联成电偶对，电流由 N型元件流向 P型元件时便吸收热量，这个端面为冷面，电流由 P型元件流向 N型元件时便放出热量，这个端面为热面。 体积小重量轻，具有致冷和加热两种功能：改变直流电源的极性，同一致冷器可实现加热和致冷两种功能。 无源热沉的热结构普通水冷热沉
