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905nm半导体激光器高频封装技术研究

刘远海  
【摘要】:当激光器工作速率的逐渐提高时,封装所带来的寄生参数对于激光器输出特性影响难以忽略不计。本文以905nm脉冲半导体激光器为研究对象,通过建立包含封装网络与本征网络的等效电路模型,利用ADS软件进行仿真分析封装参数对于激光器高频特性的影响。首先,本文从发展历程、特点与分类三方面对半导体激光器进行概述,再对半导体激光器等效电路模型的研究历程加以介绍,本文借鉴了其中的模型建立方法。围绕论文主题介绍了905nm脉冲半导体激光器在国内、外的研究现状,总结了部分具有代表性的激光参数性能。其次从能级结构和能级跃迁理论阐述了半导体激光器发光原理,紧接着介绍了半导体激光器几种常见的封装方式及其各自结构特点,以TO封装方式为例对其重要的工艺流程进行详细叙述,具体内容包括热沉与焊料的选择、封装材料的清洗、烧结工艺与键合工艺。然后从单模速率方程出发,对其方程进行稳态分析与交流信号分析推导出本征等效电路,再根据封装结构分析出封装寄生电路,将本征等效电路与封装寄生电路结合就建立了半导体激光器的等效电路模型。以此模型作为905nm半导体激光器的等效电路模型,采用S参数拟合提取法进行等效电路参数提取,设计并制作出合适的共面波导并将激光器焊接完成用于测试S参数。采用ADS软件建立电路图拟合测试而来的S参数曲线,完成对激光器等效电路参数值的提取。紧接着采用ADS软件对封装寄生电路分别进行S参数仿真与频率响应仿真,由仿真结果分析封装寄生参数对于半导体激光器高频特性的影响。最终分析得出结论为:引线引入的寄生电阻Rp与电感Lp及芯片两电极与有源区形成的并联电容Cc对于频率响应影响比较大,而由载体引入的并联电容Cp与芯片电极与有源区欧姆接触电阻Rc影响比较小。最后分别对金锡焊料、铟焊料与导电胶焊接的样品进行高频特性对比。本文分别采用真空蒸镀法与磁控溅射法制备铟焊料与金锡焊料,并借助SEM与XRD对制备的焊料进行表面形貌表征与成分分析。随后,采用S参数拟合提取法进行封装寄生参数提取,并借助ADS软件进行封装寄生参数高频仿真。最终得出结论:金锡焊料与铟焊料高频特性明显优于导电胶,而金锡焊料的高频特性要略优于铟焊料。


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