CN111064073A - 一种激光器及其制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种激光器及其制备方法及其应用，属于半导体技术领域。本发明的激光器包括：基板；激光器芯片，其设置在所述基板上，且与所述基板电连接；封装体，形成于所述基板上，并包覆所述激光器芯片；第一光学结构，形成于所述封装体中背离所述基板的一侧，其中所述第一光学结构是一体成型于所述封装体上。本发明解决了发射器结构中通过胶粘剂连接支架和扩散器而导致的制程不良的问题。

Description

一种激光器及其制备方法及其应用
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种激光器及其制备方法及其应用。
背景技术
飞行时间法(Time OfFlight，TOF)通过测量测量仪器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔t(常被称为脉冲测距法)或激光往返被测物体一次所产生的相位(相位差测距法)来实现对被测物体(或被测物体检测区域)的三维结构或三维轮廓的测量。基于TOF方法的激光器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。
当前激光器的结构中支架和扩散器是两个独立的器件，需要通过胶粘剂将两者进行连接，这不仅在激光器结构制程中增加了一道制程工序，而且在使用胶粘剂黏附过程中很容易存在黏附质量不好，从而导致接触不良，同时也会影响器件的气密性，导致器件应用的可靠性差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光器及其制备方法及其应用，解决了激光器中通过胶粘剂连接支架和扩散器而导致的制程不良的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种激光器，其包括：
基板；
激光器芯片，其设置在所述基板上，且与所述基板电连接；
封装体，其形成于所述基板上，并包覆所述激光器芯片；
第一光学结构，其形成于所述封装体中背离所述基板的一侧，其中所述第一光学结构是一体成型于所述封装体上。
在本发明的一个实施例中，所述封装体的厚度为0.4-0.6mm。
在本发明的一个实施例中，所述第一光学结构呈起伏状结构。
在本发明的一个实施例中，所述第一光学结构的厚度为0.05-0.2mm。
在本发明的一个实施例中，所述第一光学结构的相邻起伏状结构的间距为0.04mm-0.15mm。
在本发明的一个实施例中，所述起伏状结构为圆弧型结构。
本发明还提供一种激光器的制备方法，其至少包括以下步骤：
提供一基板；
在所述基板上设置激光器芯片，所述激光器芯片与所述基板电连接；
在所述基板上形成封装体，使所述封装体包覆所述激光器芯片；
在所述封装体上形成第一光学结构，且使所述第一光学结构一体成型于所述封装体上。
在本发明的一个实施例中，在所述基板上通过注塑的方法形成包覆所述激光器芯片的所述封装体。
在本发明的一个实施例中，采用纳米压印的方法获得所述第一光学结构。
本发明还提供一种三维感测装置，其包括：
激光器，用于向目标物体发射激光光线，所述激光器包括：
基板；
激光器芯片，其设置在所述基板上，且与所述基板电连接；
封装体，其形成于所述基板上，并包覆所述激光器芯片；
第一光学结构，其形成于所述封装体中背离所述基板的一侧，其中所述第一光学结构是一体成型于所述封装体上；
图像传感器，其根据接收到的目标物体反射回来的激光光线，测量每个像素点光线从所述激光器芯片到所述目标物体再反射回所述图像传感器的时间；
滤光片，其设置在所述图像传感器上，所述滤光片用于收集反射回的激光光线，且只允许对应波长的激光光线通过。
本发明通过将原有的支架和扩散器两个独立结构合并为一个结构，且通过工艺方法进行一体成型，不仅在制程程序上节省了一道工序，又可以消除胶粘剂造成的黏附不良，从而导致的器件密封性的问题。另外，在一体成型工序中可以将电极引线包裹在其中，减少激光器在X/Y方向的空间，使器件尺寸更小。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种激光器结构的示意图；
图2为本发明一实施例激光器结构的示意图；
图3为本发明另一实施例激光器结构的示意图；
图4为图1激光器结构的制备方法流程图；
图5为图1中一个实施例中激光器芯片结构的示意图；
图6为图5中激光器芯片结构的制备方法流程图；
图7为本发明三维感测装置的结构示意图；
图8-图13为图1中另一实施例中激光器芯片结构的工艺流程图；
图14为图13中激光器芯片结构的制备方法流程图；
图15-图19为图13中制备第一散热层的工艺流程图；
图20为图1中另一实施例中部分激光器结构的示意图；
图21为图1中另一实施例中部分激光器结构的示意图；
图22为图20-图21中部分激光器结构的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3所示，本发明提供了一种激光器40，其包括：基板100、激光器芯片200、封装体300和第一光学结构400。
请参阅图1至图3所示，在本实施例中，基板100为电路板，其用于控制激光器芯片200发出光线。在其他的一些实施例中，基板100还可以是仅用于起支撑作用的支撑板。对基板100的材料没有限制，例如可以选用陶瓷基板100、树脂基板100、铜基板100中的一种。
请参阅图1至图3所示，激光器芯片200设置在基板100上，且所述激光器芯片200上还可以设有电极引线500，通过所述电极引线500与基板100电连接，激光器芯片200用于发射光线。在本实施例中，激光器芯片200例如可以是垂直腔面发射激光器芯片200(VerticalCavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，激光器芯片200可用于发射激光，激光的波长例如可以是650nm、808nm、850nm、940nm等其中之一，激光可以具备均匀的光斑图案。本实施例中激光器芯片200发射的激光例如为激光脉冲，即间断的发射激光脉冲，以避免持续向外界发射激光而伤害到用户，另外，激光器芯片200发射的激光强度也不能超过预定的安全阈值。
请一并参阅图1至图5及图13所示，激光器芯片200自下而上可以包括第一电极层205、衬底201、第一半导体层202、有源层203、第二半导体层204和第二电极层206。
请一并参阅图1至图5及图13所示，第一电极层205例如为n型掺杂的电极层，所用材料例如可以为Cr/Al/Ti/Au、Cr/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Ag/Pt/Au、Ti/Au或Ti/Pt/Au，本发明实施例不做限定。
请一并参阅图1至图5及图13所示，衬底201例如为砷化镓(GaAs)衬底201、硅衬底201或蓝宝石衬底201。
请一并参阅图1至图5及图13所示，第一半导体层202例如为一组N型掺杂的分布式布拉格反射镜，一组N型掺杂的分布式布拉格反射镜中包括至少两层N型掺杂的分布式布拉格反射镜，每层N型掺杂的分布式布拉格反射镜由金属组分值不同的相同材料构成，例如本实施例中选用材料铝镓砷(AlGaAs)。
请一并参阅图1至图5及图13所示，有源层203可以包括多量子阱型有源层203或应变多量子阱型有源层203等，本发明实施例不做限定。本发明实施例中，有源层203可以是组成材料为砷化镓(GaAs)/铝镓砷(AlGaAs)的多量子阱型有源层203，也可以是组成材料为铟镓砷(InxGa1-xAs)/铝镓砷(AlyGa1-yAs)的应变多量子阱型有源层203，本发明实施例不做限定。
请一并参阅图1至图5及图13所示，第二半导体层204例如为一组P型掺杂的分布式布拉格反射镜，一组P型掺杂的分布式布拉格反射镜中包括至少两层P型掺杂的分布式布拉格反射镜，每层P型掺杂的分布式布拉格反射镜由金属组分值不同的相同材料构成，例如本实施例中选用材料铝镓砷(AlGaAs)。请一并参阅图1至图5及图13所示，分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)的原理是依靠两种高低折射率相间的材料层构成很多对的周期结构以使分布式布拉格反射镜的反射率达到99.5％以上，且一组P型掺杂的分布式布拉格反射镜中P型掺杂的分布式布拉格反射镜的层数以及一组N型掺杂的分布式布拉格反射镜中N型掺杂的分布式布拉格反射镜的层数是分别是由高低折射率相间的不同金属组分值的两种同类材料的折射率之差决定的，不同金属组分值的两种同类材料的折射率之差越高，分布式布拉格反射镜的反射率达到99.5％以上所需的层数就越少。
请一并参阅图1至图5及图13所示，第二电极层206，所用材料例如可以为Cr/Al/Ti/Au、Cr/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Ag/Pt/Au、Ti/Au或Ti/Pt/Au。
请一并参阅图1至图5及图13所示，在一些实施例中，可在有源层203上表面的一侧或两侧形成电子阻挡层207，电子阻挡层207例如可以为氮化镓铝(AlGaN)材料，可进行P型掺杂，掺杂剂例如为二茂镁。其一方面可以起到限制载流子的作用，另一方面可以调节由第一半导体层202和第二半导体层204构成的谐振腔的长度，使其谐振波长正好是所需的激光波长。
请一并参阅图1至图5及图13所示，在一些实施例中，第二半导体层204上还可以设有电流接触层208，电流接触层208选用的材料可以包括掺铟氧化锡ITO，石墨烯、氧化锌薄膜、透明金属或纳米银线，或以上复合薄膜材料。
请一并参阅图1至图5及图13所示，在一些实施例中，在所述电流接触层208、第二半导体层204和有源层203的外围向下刻蚀直至第一半导体层202，从而形成台面。激光器芯片200结构还可以包括电流限制层216，电流限制层216覆盖台面的侧壁及其部分上表面而达到覆盖电子接触层及有源层203、电子阻挡层207、第二半导体层204的目的，以实现侧壁钝化，减小器件的漏电通道，其中电流限制层216为绝缘介质，选用的材料例如可以为SiO2、SiNx、HfO2或Al2O3。
请一并参阅图1至图5及图13所示，本发明实施例中的激光器芯片200的发光原理为，将第二电极层206连接供电电源正极以及将第一电极层205连接供电电源负极后，在有源层203内存在粒子数反转，在激光媒质提供的增益足够超过损耗的情况下，当有电流注入时，光强将持续增加，处于高能态导带底的电子跃迁到处于低能态价带时，随着特定波长的光在有源层203上下两个半导体层来回反射，放大过程不断重复，便形成了激光，在有源层203产生的激光中选择一定频率且方向一致的激光并优先放大选择的激光，对于其它频率以及方向的激光加以抑制，经过选择后的激光通过第一出光口214射出。第一出光口214的直径例如可以为6-30μm的圆孔图形，但本发明并不限于此，第一出光口214的形状可以实际需求选择椭圆、矩形、多边形等图形。
请一并参阅图1至图5及图13所示，封装体300形成于基板100上并包覆激光器芯片200，封装体300可选用的材料为液晶聚合物、硅酸凝胶、透明亚克力等透过率大于90％的透明材料。将这些透明材料熔化后使用注塑的方式覆盖到激光器芯片200表面，待成型冷却后，封装体300则将激光器芯片200及电极引线500封装在其中，对激光器芯片200进行密封，本实施例中封装体300的厚度例如可以为0.4-0.6mm。
请一并参阅图1至图5及图13所示，在封装体300表面例如0.05-0.2mm的厚度范围内形成第一光学结构400，其中第一光学结构400是一体成型于封装体300中。本实施例中可以通过刻蚀的方法在封装体300上形成第一光学结构400，所述刻蚀方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者干法湿法相结合的刻蚀工艺。在其他实施例中，还可以采用纳米压印的方式获得所述第一光学结构400。第一光学结构400可以设置在本实施例中激光的光路上，激光器芯片200发射的激光经过第一光学结构400后进入外界环境。可以理解，在一个实施例中，激光穿过第一光学结构400时，激光可以发生衍射、散射等光学现象，以使激光的图案、传播方向等发生改变。在另一个实施例中，激光穿过第一光学结构400时，激光也可以仅穿过第一光学结构400而不改变激光的图案、传播方向。具体地，本申请实施例以第一光学结构400是光扩散(diffuser)结构为例进行说明，光扩散(diffuser)结构设置在激光的光路上，激光器芯片200发射的激光经光扩散(diffuser)结构扩散，以更均匀地向外界空间中发射。光扩散(diffuser)结构还可以扩大激光器40的辐射范围，能探测获取更广角度的目标物体的景深信息，另外，光扩散(diffuser)结构还可能会反射部分激光。
请参阅图1至图4所示，在图4中，本发明还提供一种激光器40的制备方法，其至少包括以下步骤：
S1.提供一基板100；
S2.在所述基板100上设置激光器芯片200，所述激光器芯片200与所述基板100电连接；
S3.在所述基板100上形成封装体300，使所述封装体300包覆所述激光器芯片200；
S4.在所述封装体300中背离基板100的一侧形成光学结构，且使所述光学结构一体成型于所述封装体300上。
以下结合图1至图5及图13所示，对激光器40的制备方法进行更详细的说明。
请一并参阅图1至图5及图13所示，在步骤S1中，首先提供一基板100，在本实施例中，基板100为电路板，其用于控制激光器芯片200发出光线。在其他的一些实施例中，基板100还可以是仅用于起支撑作用的支撑板。本实施例中对基板100的材料没有限制，例如可以选用陶瓷基板100、树脂基板100、铜基板100中的一种。
请一并参阅图1至图5及图13所示，在步骤S2中，在所述基板100上设置激光器芯片200，激光器芯片200与基板100通过电极引线500连接，激光器芯片200用于发射光线。在本实施例中，激光器芯片200例如可以是垂直腔面发射激光器芯片200(Vertical CavitySurfaceEmitting Laser,VCSEL)，激光器芯片200可用于发射激光，激光的波长例如可以是650nm、808nm、850nm、940nm等其中之一，激光可以具备均匀的光斑图案。本实施例中激光器芯片200发射的激光例如为激光脉冲，即间断的发射激光脉冲，以避免持续向外界发射激光而伤害到用户，另外，激光器芯片200发射的激光强度也不能超过预定的安全阈值。
请一并参阅图1至图5及图13所示，所述的激光器芯片200自下而上可以包括第一电极层205、衬底201、第一半导体层202、有源层203、第二半导体层204和第二电极层206，
请一并参阅图1至图6及图13所示，本实施例中，激光器芯片200的制备方法包括：
S5.在衬底201上形成第一电极层205；
S6.在所述衬底201上背离所述第一电极层205的一侧形成第一半导体层202；
S7.在所述第一半导体层202上背离所述衬底201的一侧形成有源层203；
S8.在所述有源层203上背离所述第一半导体层202的一侧形成第二半导体层204；
S9.在第二半导体层204上形成第二电极层206。
请一并参阅图1至图6及图13所示，激光器芯片200各层结构之间可以通过分子束外延或者金属有机气相沉积的方法形成。本实施例中，还可以在第二半导体层204和有源层203两侧形成台面结构，所述台面结构可以通过刻蚀法获得，刻蚀所述第二半导体层204和有源层203直至第一半导体层202，在其他实施例中也可以通过离子注入法及特殊氧化法等方式获得台面结构。在其他实施例中，在激光器芯片200结构中还可以包括电流限制层216，电流限制层216覆盖台面的侧壁及其部分上表面而达到覆盖电子接触层及有源层203、电子阻挡层207、第二半导体层204的目的以实现侧壁钝化，减小器件的漏电通道，其中电流限制层216为绝缘介质，选用的材料例如可以为SiO2、SiNx、HfO2或Al2O3，也可以通过分子束外延或者金属有机气相沉积的方法形成。。
请一并参阅图1至图6及图13所示，在步骤S3中，在基板100上形成封装体300，并使封装体300包覆所述激光器芯片200，封装体300可选用液晶聚合物、硅酸凝胶、透明亚克力等透过率大于90％的透明材料。将这些透明材料熔化后使用注塑的方式覆盖到激光器芯片200表面，待成型冷却后，封装体300则将激光器芯片200及电极引线500封装在其中，对激光器芯片200进行密封。本实施例中封装体300的厚度例如可以为0.4-0.6mm。
请一并参阅图1至图6及图13所示，在步骤S4中，在封装体300表面例如0.05-0.2mm的厚度范围内形成第一光学结构400，其中第一光学结构400是一体成型于封装体300上，本实施例中可以通过刻蚀的方法在已获得封装体300上形成第一光学结构400，所述刻蚀方法可以包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者干法湿法相结合的刻蚀工艺。具体的例如可以采用激光刻蚀法或者单点金刚石雕刻的方式在已成型的封装体300表面加工形成预设的微结构图形，例如具有起伏状结构的微结构图形，具体的，其中起伏结构例如可以为但不限于圆弧状结构或齿状结构，本实施例中相邻起伏状结构之间的距离为0.04mm-0.15mm，并依设计需要可做成随机图案起伏状结构的水平方向的曲率半径为10-150um，垂直方向的曲率半径为10-150um。通过控制激光能量的强度与光束大小和金刚石的雕刻角度来决定微结构面的图形变化，获得所需的第一光学结构400。在其他实施例中，还可以采用纳米压印的方式获得所述第一光学结构400，具体的例如使用模具在已成型的封装体300表面形成可扩散光的微结构，其表面形貌可分为随机形貌、规则形貌。第一光学结构400可以设置在本实施例中激光的光路上，激光器芯片200发射的激光经过第一光学结构400后进入外界环境。可以理解，在一个实施例中，激光穿过第一光学结构400时，激光可以发生衍射、散射等光学现象，以使激光的图案、传播方向等发生改变。在另一个实施例中，激光穿过第一光学结构400时，激光也可以仅穿过第一光学结构400而不改变激光的图案、传播方向。具体地，本申请实施例以第一光学结构400是光扩散(diffuser)结构为例进行说明，光扩散(diffuser)结构设置在激光的光路上，激光器芯片200发射的激光经光扩散(diffuser)结构扩散，以更均匀地向外界空间中发射。光扩散(diffuser)结构还可以扩大激光器40的辐射范围，能探测获取更广角度的目标物体的景深信息。
请一并参阅图1至图6及图13所示，更具体的，本实施例中激光器40的制备方法流程包括：首先将已制备好的激光器芯片200固定在基板100上，进行烘烤，然后将激光器芯片200与基板100进行引线键合，具体的方法例如可以采用热压焊接、超声波焊接或热超声焊接中的一种。然后再经过等离子体清洗，离心水洗后对激光器芯片200与基板100进行注塑封装，通过注塑的过程获得封装体300，注塑后经过烘烤使封装体300固化。在已固化的封装体300表面例如通过纳米压印的方式获得光扩散(diffuser)结构，即获得本实施例的激光器40。
请参阅图7所示，本发明还提供一种三维感测装置1，其包括：壳体10、显示装置20、飞行时间模组30，所述三维感测装置1可以为但不限于为手机、平板电脑、智能手表等电子装置。
请参阅图7所示，三维感测装置1可以包括壳体10以及设置于壳体10上的显示装置20，本实施例中，显示装置20通常包括显示面板以及盖板，也可包括用于响应对显示面板进行触控操作的电路等。显示面板可以为一个液晶显示面板，在一些实施例中，显示面板可以同时为触摸显示屏。
请参阅图7所示，三维感测装置1还可以包括飞行时间模组30，飞行时间模组30设置于壳体10内，并用于发射以及接收能够穿过显示装置20的光线，以根据光线发射和接收的时间差或相位差获取目标物体的距离。在本实施例中，飞行时间模组30例如可以为飞行摄像模组，其通过发射光线并接收被目标物体反射的光线，获取目标物体与三维感测装置1之间的距离，从而获取具有目标物体的景深信息的图像。相应地，显示装置20可以设置有对应于飞行时间模组30的透光区域，透光区域用于允许飞行时间模组30发射或者接收光线。
请参阅图7所示，飞行时间模组30可以包括激光器40、图像传感器50和拍照控制模块60，当激光器40启动时，拍照控制模块60控制图像传感器50采集与目标物体对应的光学图像，该光学图像是基于激光器40发出的光线经过目标物体的表面反射至图像传感器50所形成的图像。进一步地，图像传感器50可以为具有互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,CMOS)传感器，拍照控制模块60包括模拟前端(Analog FrontEnd,AFE)和脉冲发生器，该脉冲发生器发送相应的时序控制激光器40和图像传感器50，且激光器40和图像传感器50的时序同步，激光器40发出的光线射出后，遇到不同距离的目标物体，光线被反射到图像传感器50的时间不同，飞行时间模组30的拍照控制模块60能够通过时间或者信号相位差，计算出目标物体表面到图像传感器50的距离。
请一并参阅图1至图7及图13所示，激光器40用于向目标物体发射激光光线，所述激光器40包括：基板100、激光器芯片200、封装体300和第一光学结构400。其中基板100为电路板，其用于控制激光器芯片200发出光线。在其他的一些实施例中，基板100还可以是仅用于起支撑作用的支撑板。对基板100的材料没有限制，例如可以选用陶瓷基板100、树脂基板100、铜基板100中的一种。激光器芯片200设置在基板100上，且所述激光器芯片200上还可以设有电极引线500，通过所述电极引线500与基板100电连接，激光器芯片200用于发射光线。所述激光器芯片200所用材料及制备方法如实施例中所述，这里不在赘述。封装体300形成于所述基板100上，并包覆所述激光器芯片200，第一光学结构400形成于所述封装体300中背离所述基板100的一侧，其中所述第一光学结构400是一体成型于所述封装体300上。
请一并参阅图1至图7及图13所示，图像传感器50根据接收到的目标物体反射回来的激光光线，测量每个像素点光线从所述激光器芯片200到所述目标物体再反射回所述图像传感器50的时间。滤光片70设置在所述图像传感器50上，所述滤光片70用于收集反射回的激光光线，且只允许对应波长的激光光线通过。
请一并参阅图8至图13及图15所示，在本发明的另一实施例中，激光器40中激光器芯片200还可以包括：第一散热层209、第一电极层205、第一半导体层202、有源层203、第二半导体层204和第二电极层206。其中第一散热层209为多层石墨烯2092结构，其他各层结构采用前述对应所述材料获得。
请一并参阅图8至图14所示，在图14中，本实施例激光器芯片200的制备方法，至少包括以下步骤：
S10.在衬底201上形成第一半导体层202，所述衬底201例如为砷化镓(GaAs)衬底201、硅衬底201或蓝宝石衬底201；
S11.在所述第一半导体层202上背离所述衬底201的一侧形成有源层203；
S12.在所述有源层203上背离所述第一半导体层202的一侧形成第二半导体层204；
S13.在第二半导体层204上形成第二电极层206；
S14.去除所述衬底201；
S15.在所述第一半导体层202上背离所述有源层203的一侧形成第一电极层205；
S16.在所述第一电极层205上形成所述第一散热层209。
请一并参阅图8至图14所示，具体的，在步骤S10至步骤S13中，可以通过分子束外延或者金属有机气相沉积的方法在衬底201上依次形成第一半导体层202、有源层203、第二半导体层204和第二电极层206，获得激光器芯片200的结构。
请一并参阅图8至图14所示，在步骤S14中，在外延片结构第二电极层206的一侧涂覆预设厚度耐高温的聚合物层，确保在之后去除衬底201的过程中，防止由于芯片过薄而导致破裂。之后再通过例如机械研磨的方式去除外延片中的衬底201，本实施例中，衬底201例如为90μm的砷化镓衬底201。
请一并参阅图8至图14所示，在步骤S15中，在第一半导体层202上背离所述有源层203的一侧例如采用电镀的方式获得第一电极层205，用于导电。
请一并参阅图5及图6所示，在步骤S16中，通过一转移方法，在第一电极层205上形成具有多层石墨烯2092结构的第一散热层209。其中所述多层石墨烯2092结构可以采用例如化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)方法生长在一暂时基底2091(例如铜基底)上的多层石墨烯2092，此转移石墨烯2092的方法具体在以下说明。
请一并参阅图15至图19所示，在一实施例中，当转移所述多层石墨烯结构时，首先，对暂时基底2091(例如铜基底)上的多层石墨烯2092进行涂胶处理，在多层石墨烯2092表面涂布(例如旋涂)例如300～400nm厚的胶层2093，例如PMMA-A3型号胶，通过胶层2093的附着力，避免后期加工过程对多层石墨烯2092结构的损伤。具体地，旋涂的胶不能过薄，这样起不到保护的作用，也不宜过厚，否则会造成后期去胶困难。涂胶的时候，将附有多层石墨烯2092结构的暂时基底2091平整的放在干净的玻璃基片上，并利用例如透明胶带，将暂时基底2091四边与玻璃基片贴紧，然后进行涂胶。
请一并参阅图15至图19所示，在涂完胶层2093后，将暂时基底2091(例如铜基底)从玻璃基片上取下，在例如180～300℃的高热板上烘烤一段时间，例如10～20min。之后，对烘烤后的暂时基底2091(例如铜或其他金属基底)的背面进行氧等离子轰击处理，去除背面可能存在的石墨烯。
请一并参阅图15至图19所示，之后，利用湿刻蚀或干刻蚀来移除暂时基底2091(例如铜或其他金属基底)。具体地，配置刻蚀铜箔的溶液，例如可以选用三氯化铁、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种。其中，过硫酸钠和过硫酸铵作为刻蚀液会刻蚀的更加干净，在后续对多层石墨烯2092进行漂洗过程比较方便，但在反应过程中会在多层石墨烯2092背面产生气泡，而气泡对后续将多层石墨烯2092转移到硅片后烘烤不利，在烘烤的过程中，气泡会发生破裂，导致多层石墨烯2092出现破碎现象。而三氯化铁刻蚀液不存在气泡的问题，但是三氯化铁为黄色溶液，在后续漂洗过程中较复杂。在一实施例中，例如选用硫酸钠溶液作为刻蚀液。更具体地，可以在去离子水中，倒入过硫酸钠晶体，配制成过硫酸钠饱和溶液，在配置溶液过程中，将溶液放在例如30～50℃的热板上，可以加快晶体的溶解。溶液配置完成后，取适量大小的附有多层石墨烯2092结构的暂时基底2091，将暂时基底2091压平整，然后将暂时基底2091放到溶液中。刻蚀时间例如30～50min，多层石墨烯2092结构下的暂时基底2091可被完全刻蚀。
请一并参阅图15至图19所示，之后，再对多层石墨烯2092结构进行漂洗，具体地，可将多层石墨烯2092结构转移到干净的去离子水中进行漂洗例如3-5次，每次漂洗的时间例如为10min。漂洗后，去除多层石墨烯2092结构背面的气泡，并以物理贴附的方式，例如压附或黏附的方式将多层石墨烯2092结构贴附于第一电极层205上。
请一并参阅图15至图19所示，之后，进行烘干，例如可以采用在25～50℃的热板上烘烤例如10～30min，然后从例如25℃-60℃升温烘烤例如5～10min，最后将温度升至例如180～250℃，烘烤例如10～30min。待烘烤结束后，将多层石墨烯2092结构冷却，再用例如丙酮将多层石墨烯2092上的胶层2093去除。
请一并参阅图15至图19所示，通过上述方法在外延层结构上获得多层石墨烯2092第一散热层209，由于石墨烯的热导系数为5300W/m×K，远远大于原衬底201的热导系数，通过这一转移法，在外延层结构的底部覆盖多层石墨烯2092材料，利用石墨烯具有极高的热导系数的特性，快速的将芯片内的热量转移走，极大的提高了芯片的散热性能。同时由于去除了原来的衬底201，进一步提高了芯片的散热性能，同时减小了激光器芯片200的尺寸。另外石墨烯作为电的良导体，进一步提高了激光器芯片200的导电性能。
请参阅图20及图21所示，本发明还提供了一种激光器40，其包括：激光器芯片200、基板100。
请参阅图20及图21所示，其中激光器芯片200结构可以包括：衬底201、至少一个发光单元211、非发光区域212、第一电极层205和第二电极层206。
请参阅图20及图21所示，衬底201例如可以为砷化镓(GaAs)衬底201、硅衬底201或蓝宝石衬底201，本实施例中以砷化镓(GaAs)衬底201为例。
请参阅图20及图21所示，发光单元211设置在所述衬底201上，所述发光单元211可以包括：第一半导体层202、有源层203和第二半导体层204。第一半导体层202设置在衬底201上，第一半导体层202例如可以为一组n型掺杂的分布式布拉格反射镜，一组n型掺杂的分布式布拉格反射镜中包括至少两层n型掺杂的分布式布拉格反射镜，每层n型掺杂的分布式布拉格反射镜由金属组分值不同的相同材料构成，例如本实施例中选用材料铝镓砷(AlGaAs)。有源层203设置在第一半导体层202上背离衬底201的一侧，有源层203可以包括多量子阱型有源层203或应变多量子阱型有源层203等，本发明实施例不做限定。本发明实施例中，有源层203可以是组成材料为砷化镓(GaAs)/铝镓砷(AlGaAs)的多量子阱型有源层203，也可以是组成材料为铟镓砷(InxGa1-xAs)/铝镓砷(AlyGa1-yAs)的应变多量子阱型有源层203，本发明实施例不做限定。第二半导体层204设置在有源层203上背离第一半导体层202的一侧，第二半导体层204例如为一组P型掺杂的分布式布拉格反射镜，一组P型掺杂的分布式布拉格反射镜中包括至少两层P型掺杂的分布式布拉格反射镜，每层n型掺杂的分布式布拉格反射镜由金属组分值不同的相同材料构成，例如本实施例中选用材料铝镓砷(AlGaAs)。本实施例中，有源层203发射的激光通过第二出光口215，穿过第一半导体层202面向衬底201所在的方向发射，形成背反射激光器芯片200，其中发射激光的方向可以通过调整第一半导体层202与第二半导体层204中反射镜的数量，以增强正面的光反馈来实现，在其他实施例中，还可以在有源层203上表面的一侧或两侧形成电子阻挡层207，电子阻挡层207例如可以为氮化镓铝(AlGaN)材料，可进行P型掺杂，掺杂剂例如为二茂镁。其一方面可以起到限制载流子的作用，另一方面可以调节由第一半导体层202和第二半导体层204构成的谐振腔的长度，使其谐振波长正好是所需的激光波长。其中，第二出光口215的直径例如可以为6-30μm的圆孔图形，但本发明并不限于此，第二出光口215的形状可以实际需求选择椭圆、矩形、多边形等图形。
请参阅图20及图21所示，非发光区域212设置在所述发光单元211形成的发光区域的两侧。在非发光区域212背离衬底201的一侧设有第一电极层205，在发光单元211背离衬底201的一侧设有第二电极层206。在一些实施例中，第一电极层205与第二电极层206背离衬底201的一侧处于同一水平面。
请参阅图20及图21所示，基板100上设有第三电极层110和第四电极层120，第三电极层110和第四电极层120分别与第一电极层205和第二电极层206对位设置，通过将第三电极层110与第一电极层205点对点贴装，将第四电极层120与第二电极层206点对点贴装，省去现有技术中打线作业，实现激光器芯片200与基板100的直接固定连接。此处的基板100为电路板，其用于控制激光器芯片200发出光线。
请参阅图20及图21所示，当激光器芯片200与基板100电路连接后，也就同时接通了激光器芯片200的正负极，在发光单元211的有源层203内存在粒子数反转，在激光媒质提供的增益足够超过损耗的情况下，当有电流注入时，光强将持续增加，处于高能态导带底的电子跃迁到处于低能态价带时，随着特定波长的光在有源层203上下两个半导体层之间来回反射，放大过程不断重复，便形成了激光，在有源层203产生的激光中选择一定频率且方向一致的激光并优先放大选择的激光，对于其它频率以及方向的激光加以抑制，经过选择后的激光通过第二出光口215，穿过第一半导体层202面向衬底201所在的方向发射，即形成了背发射的激光器芯片200结构，在本实施例的激光器芯片200结构中，与顶发射的激光器芯片200结构不同，激光器芯片200的正负极位于同一侧，且与基板100之间通过点对点贴装的方式实现电流的输入，避免了打线的工艺程序，也避免了引线电感带来的不利影响，引线电感是制约整体时间响应的重要因素，产生引线电感不利于更高频率和更短脉冲的使用，同时提高了激光器芯片200与基板100的组装效率以及电连接的稳定性。
请参阅图20及图21所示，在一些实施例中，还可以在衬底201上背离发光单元211和非发光区域212的一侧设置第二光学结构213，第二光学结构213可以设置在本实施例中激光的光路上，激光器芯片200发射的激光经过第二出光口215后再经过第二光学结构213后进入外界环境。可以理解，在一些实施例中，激光穿过第二光学结构213时，激光可以发生衍射、散射等光学现象，以使激光的图案、传播方向等发生改变。在另一些实施例中，激光穿过第二光学结构213时，激光也可以仅穿过第二光学结构213而不改变激光的图案、传播方向。第二光学结构213可以为微透镜结构，也可以为其他可实现上述功能的光学结构，具体地，本申请实施例以第二光学结构213是光扩散(diffuser)结构为例进行说明，光扩散(diffuser)结构设置在激光的光路上，激光器芯片200发射的激光经光扩散(diffuser)结构扩散，可以更均匀地向外界空间中发射，同时光扩散(diffuser)结构还可以扩大激光器40的辐射范围，能探测获取更广角度的目标物体的景深信息。在其他实施例中，第二光学结构213还可以呈锯齿状的斜角图案，使激光经过第二光学结构213后改变光路的传播方向，呈预设的倾斜角度射出。通过在衬底201上直接形成第二光学结构213，避免了需要根据不同视场角搭配组装不同匀光片的工艺程序，这时获得的激光器40尺寸和激光器芯片200的厚度一致，会极小的降低目前激光器40模组的尺寸，便于集成化和小型化。
请参阅图20及图21所示，在其他实施例中，还可以在制作基板100时，在基板100与第三电极层110、基板100与第四电极层120之间设置第二散热层210，第二散热层210例如可以为多层石墨烯层结构，利用石墨烯具有极高的热导系数的特性，快速的将激光器芯片200内的热量转移走，极大的提高了激光器芯片200的散热性能。
请一并参阅图1、图20及图21所示，在其他实施例中，激光器40还可以在激光器芯片200和基板100外部形成一体成型的封装体300和第一光学结构400，对激光器芯片200进行封装。封装体300形成于基板100上并包覆激光器芯片200，封装体300可选用的材料为液晶聚合物、硅酸凝胶、透明亚克力等透明材料。将这些透明材料熔化后使用注塑的方式覆盖到激光器芯片200表面，待成型冷却后，封装体300则将激光器芯片200封装在其中，对激光器芯片200进行密封。第一光学结构400形成于封装体300上，其中第一光学结构400是一体成型于封装体300上，本实施例中可以通过刻蚀的方法在封装体300上形成第一光学结构400，所述刻蚀方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者干法湿法相结合的刻蚀工艺。在其他实施例中，还可以采用纳米压印的方式获得所述第一光学结构400。激光穿过第一光学结构400时，激光可以发生衍射、散射等光学现象，以使激光的图案、传播方向等发生改变或者使发射的光线更加均匀。
请一并参阅图20、图21及图22所示，本实施例中的激光器40的制备方法，至少包括以下步骤：
S17.制备激光器芯片200；
S18.制备基板100；
S19.将激光器芯片200与基板100点对点贴装，获得激光器40。
请一并参阅图20、图21及图22所示，在步骤S17中，制备激光器芯片200，制备激光器芯片200的步骤具体如下：
请一并参阅图20、图21及图22所示，首先提供一衬底201，然后在衬底201上形成第一半导体层202，在第一半导体层202上形成有源层203，在有源层203上形成第二半导体层204，再形成至少一个发光单元211以及设置于发光单元211形成的发光区域两侧的非发光区域212，在非发光区域212背离衬底201的一侧形成第一电极层205，在发光单元211背离衬底201的一侧形成第二电极层206。上述衬底201、第一半导体层202、有源层203和第二半导体层204所选用的材料在前面实施例中已经详细描述，这里不再赘述，在衬底201上依次形成第一半导体层202、有源层203、第二半导体层204、第一电极层205和第二电极层206的制程方法例如可以为分子束外延或者金属有机气相沉积方法。
请一并参阅图20、图21及图22所示，在步骤S18中，首先提供一带有电路板的基板100，基板100上包括与第一电极层205和第二电极层206对位设置的第三电极层110和第四电极层120，第三电极层110和第四电极层120分别与基板100电连接。在基板100上与第一电极层205相对应的位置形成第三电极层110，第三电极层110与基板100电连接，在基板100上与第二电极层206相对应的位置形成第四电极层120，第四电极层120与基板100电连接。在基板100上形成第三电极层110和第四电极层120的方法例如可以为蒸镀法、电镀法、分子束外延或者金属有机气相沉积方法。
请一并参阅图20、图21及图22所示，在步骤S19中，将第三电极层110与第一电极层205、第四电极层120与第二电极层206分别点对点贴装，获得所述激光器40。
请一并参阅图20、图21及图22所示，在其他实施例中，在步骤S18中，还可以在制作基板100时，在基板100与第三电极层110、基板100与第四电极层120之间形成第二散热层210，第二散热层210例如可以为多层石墨烯层结构，利用石墨烯具有极高的热导系数的特性，快速的将激光器芯片200内的热量转移走，极大的提高了激光器芯片200的散热性能。形成第二散热层210的方法例如可以采用一转移法，具体过程在前面的实施例中已经详述，这里不再赘述。
请一并参阅图20、图21及图22所示，在其他实施例中，在步骤S19中，还可以在衬底201上背离发光单元211和非发光区域212的一侧形成第二光学结构213，具体方法例如可以为在衬底201上涂覆预设厚度的透明材料层，透明材料层例如可选用液晶聚合物、硅酸凝胶、透明亚克力等透过率大于90％的透明材料，透明材料层的厚度例如为0.05-0.2mm。再利用具有预设图案的模板对聚合物涂层进行纳米压印，获得具有预设图案的第二光学结构213。第二光学结构213可以为微透镜或者光扩散(diffuser)结构等，只要能实现光路按照预期改变即可。
请一并结合图1所示，在其他实施例中，在步骤S19中，还可以在激光器芯片200和基板100外部形成一体成型的封装体300和第一光学结构400，对激光器芯片200进行封装。封装体300形成于基板100上并包覆激光器芯片200，封装体300可选用的材料为液晶聚合物、硅酸凝胶、透明亚克力等透明材料。将这些透明材料熔化后使用注塑的方式覆盖到激光器芯片200表面，待成型冷却后，封装体300则将激光器芯片200封装在其中，对激光器芯片200进行密封。
以上公开的本发明选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种激光器，其特征在于，其包括：
基板；
激光器芯片，其设置在所述基板上，且与所述基板电连接；
封装体，其形成于所述基板上，并包覆所述激光器芯片；
第一光学结构，其形成于所述封装体中背离所述基板的一侧，其中所述第一光学结构是一体成型于所述封装体上。
2.根据权利要求1所述一种激光器，其特征在于，所述封装体的厚度为0.4-0.6mm。
3.根据权利要求1所述一种激光器，其特征在于，所述第一光学结构呈起伏状结构。
4.根据权利要求1所述一种激光器，其特征在于，所述第一光学结构的厚度为0.05-0.2mm。
5.根据权利要求1所述一种激光器，其特征在于，所述第一光学结构的相邻起伏状结构的间距为0.04mm-0.15mm。
6.根据权利要求5所述一种激光器，其特征在于，所述起伏状结构为圆弧型结构。
7.一种激光器的制备方法，其特征在于，其至少包括以下步骤：
提供一基板；
在所述基板上设置激光器芯片，所述激光器芯片与所述基板电连接；
在所述基板上形成封装体，使所述封装体包覆所述激光器芯片；
在所述封装体上形成第一光学结构，且使所述第一光学结构一体成型于所述封装体上。
8.根据权利要求7所述一种激光器的制备方法，其特征在于，在所述基板上通过注塑的方法形成包覆所述激光器芯片的所述封装体。
9.根据权利要求7所述一种激光器的制备方法，其特征在于，采用纳米压印的方法获得所述第一光学结构。
10.一种三维感测装置，其特征在于，其包括：
激光器，用于向目标物体发射激光光线，所述激光器包括：
基板；
激光器芯片，其设置在所述基板上，且与所述基板电连接；
封装体，其形成于所述基板上，并包覆所述激光器芯片；
第一光学结构，其形成于所述封装体中背离所述基板的一侧，其中所述第一光学结构是一体成型于所述封装体上；
图像传感器，其根据接收到的目标物体反射回来的激光光线，测量每个像素点光线从所述激光器芯片到所述目标物体再反射回所述图像传感器的时间；
滤光片，其设置在所述图像传感器上，所述滤光片用于收集反射回的激光光线，且只允许对应波长的激光光线通过。
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