专利名称：一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体激光器领域，涉及一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器。
背景技术：
垂直腔面发射激光器作为一种新型半导体激光器是当前光电子激光技术领域最活跃的研究课题之一。与边发射半导体激光器相比，垂直腔面发射激光器以其圆形对称光束、远场发散角小和易于形成平面二维列阵的特点在激光通信、激光显示、材料加工、医疗及国防工程等领域具有广泛的应用前景。特别是其易于形成平面二维阵列激光器，在并行激光通信、并行激光数据处理等领域有着非常大的研发前景。与此同时，高功率垂直腔面发射激光器及阵列器件在激光泵浦技术，非线性效应及激光加工等也显现出了很好的发展潜力。垂直腔面发射激光器器件结构主要包括出光窗口、出光窗口增透膜、上电极、上分布布拉格反射镜、氧化限制层、有源增益区、下分布布拉格反射镜、衬底、下电极等；激光器封装焊接时，下电极通过焊料焊接到热沉上，为了进一步提高器件的散热效果，可以在下电极 与热沉之间加入散热片，通常为金属化的金刚石散热片。激光器在电注入泵浦激励方式下工作，在有源增益区形成受激光放大，在上下分布布拉格反射镜形成的谐振腔内产生振荡，并从上分布布拉格反射镜经过出光窗口出射，为了增加出射效果，增镀增透膜。垂直腔面发射激光器在电注入泵浦激励方式下工作时有源增益区产生的热需要经过下分布布拉格反射镜及衬底，再由散热片到热沉把热量散出去；由于有源增益区与散热片或热沉之间有比较厚的衬底相隔，降低了激光器件的散热能力，减小了激光器的出光边室，也降低了激光器的工作稳定性，立了减少这些不利影响，通常衬底将被减薄处理，不过还会有150-200微米的衬底。(参考文献(I) Journal of materials science !materials inelectronics,15(2004)pp. 115-117, (2)Journal of vacuum science&technology B,23 (4) (2005)，pp. 1428-1433, (3) Journal of crystal growth, 272 (1-4) (2004), pp. 549-554)因此需要一种更理想的垂直腔面发射激光器结构，增强激光器件的散热能力，提高激光器的电光转换效率，增强激光器的工作稳定性。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，本发明提出一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激 光器。本发明的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器包括顺次连接的增透膜、上电极、上分布布拉格反射镜、氧化限制层、有源增益区和下分布布拉格反射镜；而且，增透膜还与上分布布拉格反射镜连接；上分布布拉格反射镜还与有源增益区连接；所述的上电极中间的增透膜是出光窗口 ；氧化限制层的形状与上电极的形状相同，中央部分形成电流注入窗口 ；其特征在于，所述的衬底的中央采用湿法腐蚀或干法刻蚀方法去掉相应的衬底从而形成衬底沟槽，该衬底沟槽的上表面与下分布布拉格反射镜的下表面的相对应的部分接触，沿着衬底的下表面及所述的衬底沟槽表面制作下电极，在已制作了下电极的衬底沟槽中填充高导热焊料，以便更好的散热；下电极焊接到散热片，散热片焊接到热沉上；有源增益区与散热片、热沉实现近距离接触，有源增益区产生的热会经过下分布布拉格反射镜直接向散热片、热沉进行很好的扩散，增强了散热效果；所述的下分布布拉格反射镜的周期对数比上分布布拉格反射镜的周期对数多3至50对,保证激光从上分布布拉格反射镜的垂直腔面的出光窗口出射。该结构可应用于III-V和II-VI族半导体激光器或者探测器结构设计中，还可应用于有机发光器件结构设计中。本发明的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器工作时激光器以电注入泵浦激励方式工作，电流从上电极和下电极注入，注入的电子和空穴在有源增益区中进行复合，产生受激光放大，并经过由上分布布拉格反射镜和下分布布拉格反射镜构成的谐振腔选模振荡，激射光从上分布布拉格反射镜和增透膜形成的垂直腔面的出光窗口出射。
有益效果本发明的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器，在衬底的中央采用湿法腐蚀或干法刻蚀方法去掉相应的衬底形成衬底沟槽，形成的衬底沟槽由高导热焊料填充，减少衬底对有源区产生的热向热沉扩散的阻隔，使有源增益区与散热片或热沉实现近距离接触，实现对有源增益区产生的热量进行很好的散热作用，实现增强散热效果；与此同时还可以减少部分衬底对激光器串联电阻的贡献。与传统的垂直腔面发射激光器衬底与散热片或热沉直接焊接相比，这种结构设计的激光器增强散热能力在30%以上，提高激光器件的光输出功率在20 %以上，提高器件电光转换效率在20 %以上，克服了现有结构的不足。
图I是实施例I的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器主视图的剖面图。图2是实施例3的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器3X3平面二维阵列器件主视图的剖面图。
具体实施例方式实施例I图I是实施例I的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器主视图的剖面图。本发明的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器的构成包括增透膜I、上电极
2、上分布布拉格反射镜3、氧化限制层4、有源增益区5和下分布布拉格反射镜6顺次连接；而且，增透膜I还与上分布布拉格反射镜3连接；上分布布拉格反射镜3还与有源增益区5连接；所述的上电极2中间的增透膜I是出光窗口 ；氧化限制层4的形状与上电极2的形状相同，中央部分形成电流注入窗口 ；其特征在于，所述的衬底7的中央采用湿法腐蚀或干法刻蚀方法去掉相应的衬底从而形成衬底沟槽11，该衬底沟槽的上表面与下分布布拉格反射镜6的下表面的相对应的部分接触，沿着衬底7的下表面及所述的衬底沟槽11的表面制作下电极8，在已制作了下电极的衬底沟槽11中填充高导热焊料，以便更好的散热；下电极8焊接到散热片9，散热片9焊接到热沉10上。有源增益区5与散热片9、热沉10实现近距离接触，有源增益区5产生的热会经过下分布布拉格反射镜6直接向散热片9、热沉10进行很好的扩散，增强了散热效果；
所述的下分布布拉格反射镜的周期对数比上分布布拉格反射镜的周期对数多3至50对,保证激光从上分布布拉格反射镜的垂直腔面的出光窗ロ出射。本发明的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器工作吋激光器以电注入泵浦激励方式工作，电流从上电极和下电极注入，注入的电子和空穴在有源増益区中进行复合，产生受激光放大，并经过由上分布布拉格反射镜和下分布布拉格反射镜构成的谐振腔选模振荡，激射光从上分布布拉格反射镜和圆形增透膜形成的垂直腔面的出光窗ロ出射。本实施例的具体的技术数据如下圆形增透膜I是对激射波长800_850nm的增透膜，出光窗ロ的圆形增透膜I的半经为50微米；上电极2是Ti-Pt-Au电极；上分布布拉格反射镜3采用P型AlGaAs/AlAs周期性结构，周期数28对；氧化限制层4为高Al组分的AlGaAs材料，Al组份的质量含量为O. 98，在高温400°C水蒸气环境下经高温湿氮被氧化形成绝缘材料，对注入电流起到限制作用，形成半径50微米的电流注入窗ロ ；有源増益区5为GaAs/AlGaAs多量子讲增益区；下分布布拉格反射镜6为η型AlGaAs/AlAs周期性结构,周期数为40对，衬底7为GaAs衬底材料；下电极8为Au-Ge-Ni电极；散热片9采用金属化的 金刚石散热片或者氮化铝，或氧化铍材料；热沉10采用纯铜或无氧铜或紫铜；焊料11采用Au-Sn合金焊料。采用微机械装配技术对激光器芯片、散热片及热沉等进行激光器的组装。实施例2本发明的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器的构成同实施例I。本实施例的具体的技术数据如下圆形增透膜I是对激射波长650_670nm的增透膜，出光窗ロ的圆形增透膜I的半经为50微米；上电极2是Au-Zn合金电极；上分布布拉格反射镜3采用P型AlGaAs/AlAs周期性结构，周期数40对；氧化限制层4为高Al组分的AlGaAs材料，Al组份的质量含量为O. 98，在高温400°C水蒸气环境下经高温湿氮被氧化形成绝缘材料，对注入电流起到限制作用，形成半径50微米的电流注入窗ロ ；有源増益区5为AlGalnP/GalnP多量子阱增益区；下分布布拉格反射镜6为η型AlGaAs/AlAs周期性结构，周期数为70对，衬底7为GaAs衬底材料；下电极8为Au-Ge-Ni电极；散热片9采用金属化的金刚石散热片或者氮化铝，或氧化铍材料；热沉10采用纯铜或无氧铜或紫铜；焊料11采用Au-Sn合金焊料。实施例3图2是实施例3的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器3X3平面ニ维阵列器件主视图的剖面图。一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器形成3X3平面ニ维阵列器件，阵列激光器件中每ー个单元激光器结构与实施例I或2相同。实施例4当垂直腔面发射激光器的电流注入区很小，即半径小于20微米时，需要开的相应的衬底侧沟道很小时，采用所开的沟道的尺寸可以比电流注入区大，增强焊料的填。
权利要求
1.一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器，其构成包括顺次连接的增透膜(I)、上电极(2)、上分布布拉格反射镜(3)、氧化限制层(4)、有源増益区(5)和下分布布拉格反射镜(6);而且，增透膜(I)还与上分布布拉格反射镜(3)连接；上分布布拉格反射镜(3)还与有源増益区(5)连接；所述的上电极(2)中间的增透膜⑴是出光窗ロ ；氧化限制层(4)的形状与上电极(2)的形状相同，其中央部分形成电流注入窗ロ ；其特征在于，所述的衬底(7)的中央采用湿法腐蚀或干法刻蚀方法去掉相应的衬底从而形成衬底沟槽，该衬底沟槽的上表面与下分布布拉格反射镜(6)的下表面的相对应的部分接触,沿着衬底(7)的下表面及所述的衬底沟槽(11)的表面制作下电极(8)，在已制作了下电极的衬底沟槽(11)中填充高导热焊料；下电极8焊接到散热片(9)，散热片(9)焊接到热沉(10)上；所述的下分布布拉格反射镜出)的周期对数比上分布布拉格反射镜(3)的周期对数多3至50对。
全文摘要
本发明的一种刻蚀散热增强型垂直腔面发射激光器，在衬底的中央采用湿法腐蚀或干法刻蚀方法去掉相应的衬底形成衬底沟槽，形成的衬底沟槽由高导热焊料填充，减少衬底对有源区产生的热向热沉扩散的阻隔，使有源增益区与散热片或热沉实现近距离接触，实现对有源增益区产生的热量进行很好的散热作用，实现增强散热效果；与此同时还可以减少部分衬底对激光器串联电阻的贡献。与传统的垂直腔面发射激光器衬底与散热片或热沉直接焊接相比，这种结构设计的激光器增强散热能力在30％以上，提高激光器件的光输出功率在20％以上，提高器件电光转换效率在20％以上，克服了现有结构的不足。
文档编号H01S5/024GK102694341SQ201110072769
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者冯源, 徐莉, 晏长岭, 李鹏, 田春雨, 贾霄, 赵英杰, 邓昀, 郝永芹 申请人:长春理工大学