本发明涉及半导体激光器，具体提供一种高散热效率的面阵vcsel。
背景技术：
1、垂直腔面发射半导体激光器，简称（vcsel），最早由日本东京工业大学iga教授于1977年提出。区别于传统的边发射半导体激光器，vcsel的外延结构主要包括上、下底部的多层布拉格反射镜（dbr）、导电限制区、有源区以及半导体衬底等，通过上下dbr反馈使腔内激光束沿着垂直于衬底方向出射。vcsel具有低阈值电流、圆形光斑、高调制带宽、单纵模激射、易于实现高密度二维阵列、制作成本较低等诸多优点。过去三十年来，垂直腔面发射激光器（vcsel）凭借其结构紧凑、响应速度快以及能量转换效率高等特点，已成为高速数据通信和传感应用的主要光源。特别是在智能手机、平板电脑以及机器人等终端中的人脸识别（face id）、红外照明、飞行时间（tof）接近传感、3d传感等应用的推动下，vcsel芯片及其模组的产量达到了前所未有的数十亿颗量级。随着探测距离的增加，点云（point cloud）密度随之降低，分辨率也会受到限制。为了实现远距离3d扫屏的重建，就需要具有更高功率密度、更低发散角的高质量激光光束。激光雷达和3d传感正扩展到消费电子、汽车和工业市场的新应用。这些新应用和新功能需要尺寸更小的器件、更高的功率和效率。与现有设备相比，单/多结的vcsel阵列能够实现更低的功耗、较高的斜率效能，以及较高的峰值光功率。这些新型多单/结vcsel阵列的峰值光功率、低热耗散和小尺寸特性，对于扩展其在高性能全固态中、远程激光雷达中的应用十分重要。由于vcsel的dbr部分是由两种能带差较大的材料交替几十个周期形成，所以vcsel结构本身的串联电阻较大（约80~100ω），导致芯片发热严重，从而降低器件的性能。特别对于大面积阵列vcsel来说，各发光点间的热串扰导致中心温度较高无法有效散热。首先，中心与外环温差较大导致芯片各区域的光电性能不同，使得阵列芯片的输出光强度不均匀，影响整体vcsel阵列的芯片性能。其次，中心温度过高导致热量集中无法有效散热，阵列vcsel芯片中心易烧毁，导致芯片提前失效。目前对于提高面阵单/多结vcsel芯片散热的主要方式是通过表面电镀较厚的金属层，利用金属较高的热导率提高中心温度区域像两侧的散热效率。电镀工艺中高热导率的金属主要为金、银、铜等高价格金属，为了提高横向散热效率一般通过增大电镀金属层的厚度。但过厚的金属层会对于芯片表面引入较大的应力，过大的应力会导致膜层间出现分裂、脱落等风险，同时过厚的膜层引起的应力失配累计不利于芯片的长时间使用，导致芯片提前失效。并且过厚的膜层会极大的提高电镀液的消耗量，使得芯片的加工成本增大。
技术实现思路
1、本发明为解决上述问题，提供了一种高散热效率的面阵vcsel，通过在阵列vcsel芯片表面生长高横向热导率的石墨烯材料，提高了阵列vcsel芯片的散热效率，降低了每个发光单元中心区的结温，从而提高了vcsel芯片的电光转化效率。
2、本发明提供的高散热效率的面阵vcsel，包括：
3、衬底以及设于衬底上的第一dbr
4、第一dbr上设有多个发光单元，发光单元包括：
5、有源层，其用于提供激光增益，有源层的上方和下方均设有间隔层；
6、电流限制层，其设于有源层内，用于限制电流路径；
7、第二dbr，其设于有源层上方的电流限制层的上表面，第二dbr的对光反射率小于第一dbr的对光反射率；
8、第一电极和第二电极，分别设于衬底的下表面和第二dbr的上表面；
9、发光单元的侧表面及相邻发光单元的底部连通平面上均设有绝缘层，并在绝缘层上设有石墨烯散热层。
10、优选的，衬底包括gaas、inp、gasb中的至少一种材料。
11、优选的，第一dbr为高低折射率半导体材料交替生长的多周期n型dbr结构，第二dbr为高低折射率半导体材料交替生长的多周期p型dbr结构。
12、优选的，有源层为多量子阱结构。
13、优选的，间隔层的带隙大于有源层的量子阱带隙。
14、优选的，第一电极为n型接触电极，第二电极为p型接触电极，第二dbr和第一电极间设有p型掺杂的欧姆接触层。
15、优选的，仿真获得所有发光单元的绝缘层的热分布区域，在热分布区域覆盖图案化的石墨烯散热层。
16、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
17、一方面，本发明通过在面阵vcsel芯片表面生长高横向热导率的石墨烯材料，提高了阵列vcsel芯片的散热性能，降低了阵列中心区的结温，从而提高芯片的电光转化效率；相比于现有的电镀金属层方式，本发明采用的石墨烯散热层具有更高的横向热导率，石墨烯的横向热导率是金属的10倍以上，因此所需的石墨烯散热层厚度也远小于电镀金属层，缩减面阵vcsel芯片表面覆膜厚度可以避免覆膜厚度过大导致芯片表面应力过大和应力失配的问题，覆膜厚度的缩减也降低了面阵vcsel芯片的制备成本。
18、另一方面，本发明的面阵vcsel芯片表面上的石墨烯可进行图案化，依据阵列芯片的单管布局和热分布情况设计石墨烯散热层，可以改善局部散热问题，减小阵列中各发光单元间的温差，保证vcsel芯片中各发光单元热分布均匀，进而提高输出光阵列的光强分布均匀性；本发明的高散热效率的面阵vcsel适用于激光雷达、3d传感等场景对单/多结高功率vcsel芯片的需求。
1.一种高散热效率的面阵vcsel，包括衬底以及设于所述衬底上的第一dbr，其特征在于，所述第一dbr上设有多个发光单元，所述发光单元包括：
2.如权利要求1所述的高散热效率的面阵vcsel，其特征在于，所述衬底包括gaas、inp、gasb中的至少一种材料。
3.如权利要求1所述的高散热效率的面阵vcsel，其特征在于，所述第一dbr为高低折射率半导体材料交替生长的多周期n型dbr结构，所述第二dbr为高低折射率半导体材料交替生长的多周期p型dbr结构。
4.如权利要求1所述的高散热效率的面阵vcsel，其特征在于，所述有源层为多量子阱结构。
5.如权利要求4所述的高散热效率的面阵vcsel，其特征在于，所述间隔层的带隙大于所述有源层的量子阱带隙。
6.如权利要求1所述的高散热效率的面阵vcsel，其特征在于，所述第一电极为n型接触电极，所述第二电极为p型接触电极，所述第二dbr和所述第一电极间设有p型掺杂的欧姆接触层。
7.如权利要求1所述的高散热效率的面阵vcsel，其特征在于，仿真获得所有发光单元的绝缘层的热分布区域，在热分布区域覆盖图案化的所述石墨烯散热层。