CN117595064A - 激光芯片制作方法及激光芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散热性能高的激光芯片制作方法及激光芯片，包括：在衬底上沉积第一金刚石膜；在第一金刚石膜上沉积激光外延层，将沉积有激光外延层的衬底解理成巴条，在出光面上沉积第二金刚石膜以将第二金刚石作为腔面透射膜，在背光面上沉积第三金刚石膜，第一金刚石膜和第二金刚石膜连通，第三金刚石膜与第一金刚石膜连通，以使第一金刚石膜、第二金刚石膜和第三金刚石膜连通成一体以形成散热通路；在第三金刚石膜外交替沉积高折射率材料和低折射率材料以形成DBR反射层。与现有技术相比，本发明使用金刚石膜在衬底、激光外延层之间以及出光面上形成连通成一体的散热通路，有效增加了激光的散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及半导体激光芯片的结构。
背景技术
半导体激光装置是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件，具有体积小、重量轻、驱动功率和电流低、效率高、工作寿命长且易于与各种光电子器件实现光电子集成等优点，因而获得了广泛的应用。其中，半导体激光芯片(半导体激光器)是半导体激光装置的重要部件，半导体激光装置一般包括半导体激光芯片驱动电路、温控、光控电路和热沉等，半导体激光芯片位于热沉上。
现有的半导体激光芯片一般包括衬底、激光外延层、钝化层以及电极等，激光外延层一般包括具有有源层，用于发光，该半导体激光芯片的两侧的端面均可以射出射线，但为了提高输出功率，仅需要半导体激光芯片的一个端面出光，用于出射光线的端面为出光面，与出光面相对的端面需要对光线实现反射，减少出光，该端面为背光面。为了增加输出功率输出效果，并且防止端面氧化，通常需要在半导体激光芯片两个端面镀膜，其中，出光面镀低反射膜(AR)，提高透光率，减小对出射光线的削弱，而后端面则镀高反射膜(HR)，减少漏光，以提高输出功率。
然而，端面的镀膜虽然提高了出光的效率，但也同样降低了激光芯片的散热性能。故，急需一种可解决上述问题的新型结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种散热性能高的激光芯片制作方法以及激光芯片，使用金刚石膜在衬底、激光外延层之间、出光面、背光面上形成连通成一体的散热通路，有效增加了激光的散热性能。
为了实现上述目的，本发明公开了一种散热性能高的激光芯片制作方法，包括：在衬底上沉积第一金刚石膜；在所述第一金刚石膜上沉积激光外延层，将沉积有激光外延层的衬底解理成巴条(Bar条)，在所述衬底和所述激光外延层的第一侧形成所述激光芯片的出光面，在所述衬底和所述激光外延层与所述出光面相背的第二侧形成背光面；在所述出光面上沉积第二金刚石膜以将所述第二金刚石作为腔面透射膜，所述第一金刚石膜和第二金刚石膜连通成一体形成散热通路；在所述背光面上沉积第三金刚石膜，所述第三金刚石膜与所述第一金刚石膜连通，以使所述第一金刚石膜、第二金刚石膜和第三金刚石膜连通成一体以形成所述散热通路；在所述第三金刚石膜外交替沉积高折射率材料和低折射率材料以形成DBR反射层。该方案使得激光外延层的三个方向、衬底的三个方向均被连成一体的金刚石膜包裹，防止激光芯片的局部过热，使得激光外延层的热量可以快速传递到第一、第二、第三金刚石膜并散发出去。
较佳地，所述DBR反射层中的高折射材料为金刚石，且所述第三金刚石膜构成所述DBR反射层的第一层。
具体地，所述DBR反射层包括高折射率材料沉积而成的第一材料层和低折射率材料沉积而成的第二材料层。所述DBR反射层中的高折射材料为金刚石，第一材料层为金刚石膜，且所述DBR反射层上还沉积有连通部，所述连通部与所述第三金刚石膜导热连通且连通所述DBR反射层中每一层第一材料层。
更佳者，所述DBR反射层最外层为第一材料层。
其中，低折射率材料为二氧化硅层。当然，高折射率材料和低折射率材料也不限于此。
较佳地，所述第一金刚石膜的厚度小于等于100μm，可以防止激光芯片过厚以及防止光传递损耗过大。
较佳地，所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底，所述激光外延层由MOCVD沉积而成。
本发明还公开了一种散热性能高的激光芯片，包括衬底、沉积于所述衬底上的第一金刚石膜、沉积于所述第一金刚石膜上的激光外延层，以及第二金刚石膜，所述第二金刚石膜沉积于所述衬底和所述激光外延层的一侧的出光面上；所述衬底和所述激光外延层与所述出光面相背的第二侧形成有背光面，所述背光面上沉积有第三金刚石膜；所述第三金刚石膜外交替沉积有高折射率材料和低折射率材料以形成DBR反射层，所述第一金刚石膜和第二金刚石膜连通，所述第三金刚石膜与所述第一金刚石膜连通，以使所述第一金刚石膜、第二金刚石膜和第三金刚石膜连通成一体以形成散热通路。该方案使得激光外延层的三个方向、衬底的三个方向均被连成一体的金刚石膜包裹，防止激光芯片的局部过热，使得激光外延层的热量可以快速传递到第一、第二、第三金刚石膜并散发出去。
具体地，所述DBR反射层由高折射率材料和低折射率材料交替沉积而成，所述DBR反射层中的高折射材料为金刚石，且所述第三金刚石膜构成所述DBR反射层的第一层。
具体地，所述DBR反射层包括高折射率材料沉积而成的第一材料层和低折射率材料沉积而成的第二材料层。所述DBR反射层中的高折射材料为金刚石，第一材料层为金刚石膜，且所述DBR反射层上还设置有连通部，所述连通部与所述第三金刚石膜导热连通且连通所述DBR反射层中每一层第一材料层。
更佳者，所述DBR反射层最外层为第一材料层。
其中，低折射率材料为二氧化硅层。当然，高折射率材料和低折射率材料也不限于此。
较佳地，所述第一金刚石膜的厚度小于等于100μm，可以防止激光芯片过厚以及防止光传递损耗过大。
较佳地，所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底。
与现有技术相比，本发明的激光芯片使用金刚石膜代替了传统的钝化层，再使用金刚石膜代替传统的氮化铝或者SiC做热沉片，防止激光芯片的局部过热，使得激光外延层的热量可以快速传递并散发出去，有效提供了激光芯片和激光芯片封装后的散热性能。
附图说明
图1是本发明实施例1中激光芯片的结构图。
图2是本发明实施例2中激光芯片的结构图。
图3是本发明实施例3中激光芯片的结构图。
图4是本发明实施例4中激光芯片的结构图。
图5是图4的部分放大图。
图6是本发明实施例5中激光芯片的结构图。
图7是本发明散热性能高的激光芯片制作方法的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
实施例1：
参考图7，本发明公开了一种散热性能高的激光芯片制作方法，包括步骤S11至步骤S16。
S11，在衬底10上沉积第一金刚石膜31，从而制成复合的热沉片。其中，所述衬底10为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底。
S12，在所述第一金刚石膜31上沉积激光外延层20。
其中，所述激光外延层20由MOCVD(金属有机化学气相沉积，Metal organicchemical vapor deposition)沉积而成。较佳者，激光外延层20上还可以形成脊型波导、绝缘层、电极等激光芯片结构(图中未示)。
S13，将沉积有激光外延层20的衬底10解理成巴条(Bar条)，其中，所述衬底10和所述激光外延层20的第一侧为所述激光芯片的出光面101，与第一侧相对的第二侧为所述激光芯片背光面102。
S14，在所述出光面101上沉积第二金刚石膜32以将所述第二金刚石作为腔面透射膜，所述第一金刚石膜31和第二金刚石膜32连通成一体形成散热通路。
所述第二金刚石膜32亦起到钝化界面，充当绝缘层的作用。可通过调整所述第二金刚石膜32的厚度，使其对光起到近半透半反的作用。
S15，在所述背光面102上沉积第三金刚石膜33。所述第三金刚石膜33与所述第一金刚石膜31连通，以使所述第一金刚石膜31、第二金刚石膜32和第三金刚石膜33连通成一体以形成所述散热通路。
S16，在所述第三金刚石膜33外交替沉积高折射率材料和低折射率材料以形成DBR(Distributed Bragg Reflection，分布式布拉格反射)反射层40，
其中，第一金刚石膜31、第二金刚石膜32和第三金刚石膜33由微波等离子体化学气相沉积工艺(Microwave plasma chemical vapor deposition，MPCVD)沉积而成。
本实施例中，所述第一金刚石膜31的厚度小于等于100μm，可以防止激光芯片过厚以及防止光传递损耗过大。
其中，DBR反射层40中，沉积高折射率材料形成第一材料层41，沉积低折射率材料形成第二材料层42，所述第一材料层41的折射率高于所述第二材料层42。第一材料层41为二氧化钛层或者金刚石层等等，第二材料层42为二氧化硅层等等。当然，高折射率材料和低折射率材料也不限于此。
本实施例中，第一材料层41与第三金刚石膜33的材料可以相同也可以不同。
参考图1，本实施例中，制成的激光芯片包括衬底10、沉积于所述衬底10上的第一金刚石膜31、沉积于所述第一金刚石膜31上的激光外延层20，以及第二金刚石膜32，所述第二金刚石膜32沉积于所述衬底10和所述激光外延层20的第一侧的出光面101上并与所述第一金刚石膜31连通成一体形成散热通路。
所述衬底10和所述激光外延层20与所述出光面101相背的第二侧形成有背光面102，所述背光面102上沉积有第三金刚石膜33，所述第三金刚石膜33外交替沉积有高折射率材料和低折射率材料以形成DBR反射层40，所述第三金刚石膜33与所述第一金刚石膜31连通，以使所述第一金刚石膜31、第二金刚石膜32和第三金刚石膜33连通成一体以形成所述散热通路。
其中，所述DBR反射层40包括交替设置的第一材料层41和第二材料层42，所述第一材料层41的折射率高于所述第二材料层42。第一材料层41为二氧化钛层或者金刚石层等等，第二材料层42为二氧化硅层等等。当然，第一材料层41的高折射率材料和第二材料层42的低折射率材料也不限于此。
实施例2：
参考图2，与实施例1不同的是，在实施例2，激光芯片的DBR反射层40a中，包括高折射率材料沉积而成的第一材料层41和低折射率材料沉积而成的第二材料层42，高折射率材料为金刚石膜，即高折射率材料沉积而成的第一材料层41a为金刚膜层，所述第三金刚石膜33构成所述DBR反射层40的第一层的第一材料层41a。也就是说，第三金刚石膜33和第一层第一材料层41a共用一个膜层。
本实施例中，DBR反射层40a中最外侧的材料层为第二材料层42。
实施例3：
参考图3，与实施例2不同的是，在实施例3，激光芯片的DBR反射层40b中，BR反射层40b中最外侧的材料层为第一材料层41a。
实施例4：
参考图4和图5，与实施例2或者实施例3不同的是，在实施例4，激光芯片的DBR反射层40c中，BR反射层40c上开设有一个或多个沉积孔51，该沉积孔的底部延伸至第三金刚石膜33，且该沉积孔的侧壁上沉积有第四金刚石膜52，第四金刚石膜52与第三金刚石膜33一体连接，第四金刚石膜52形成连通部，以在第四金刚石膜52与第三金刚石膜33以及所有第一材料层41a形成散热通路。该方案使得激光芯片中的热量可以分别通过散热通路传递到第二金刚石膜32和BR反射层40c最外层的第一材料层41a上进行散热。
本实施例中，该沉积孔51为从上至下径口相同的柱状，当然该沉积孔51也可以为从上至下径口逐渐缩小的台状，便于金刚膜的沉积。
实施例5：
参考图6，与实施例2或者实施例3不同的是，在实施例5中，激光芯片制作方法还包括步骤S16，在激光外延层20远离所述衬底的一侧沉积第五金刚石膜34，该第五金刚石膜34的一端与所述第二金刚石膜32连通，另一端分别与所述第三金刚石膜33和所述DBR反射层40中的第一材料层41a一体连通，第五金刚石膜34形成连通部，以在第一金刚石膜31、第二金刚石膜32、第五金刚石膜34、第四金刚石膜52与第三金刚石膜33以及所有第一材料层41a形成一体式的散热通路。
本实施例中，制成的激光芯片的激光外延层20上还沉积有第五金刚石膜34，第五金刚石膜34全覆盖于激光芯片远离衬底的一端面，以使第五金刚石膜34的一端与所述第二金刚石膜32连通，另一端分别与所述第三金刚石膜33和所述DBR反射层40中的第一材料层41a一体连通，以在第一金刚石膜31、第二金刚石膜32、第五金刚石膜34、第四金刚石膜52与第三金刚石膜33以及所有第一材料层41a形成一体式的散热通路。
较佳者，第五金刚石膜34上还可以沉积与激光外延层连通的电极(图中未示)。
较佳者，激光芯片的电极焊接在电路板上时，可以将第五金刚石膜34和电路板上可以散热的部位导热接触，以助于激光芯片的电极一侧的散热。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种散热性能高的激光芯片制作方法，其特征在于：包括：
在衬底上沉积第一金刚石膜；
在所述第一金刚石膜上沉积激光外延层，将沉积有激光外延层的衬底解理成巴条，在所述衬底和所述激光外延层的第一侧形成所述激光芯片的出光面，在所述衬底和所述激光外延层与所述出光面相背的第二侧形成背光面；
在所述出光面上沉积第二金刚石膜以将所述第二金刚石作为腔面透射膜，在所述背光面上沉积第三金刚石膜，在所述第三金刚石膜交替沉积高折射率材料和低折射率材料以形成DBR反射层，所述第一金刚石膜和第二金刚石膜连通，所述第三金刚石膜与所述第一金刚石膜连通，以使所述第一金刚石膜、第二金刚石膜和第三金刚石膜连通成一体以形成散热通路。
2.如权利要求1所述的激光芯片制作方法，其特征在于：所述DBR反射层中的高折射材料为金刚石，且所述第三金刚石膜构成所述DBR反射层的第一层。
3.如权利要求2所述的激光芯片制作方法，其特征在于：所述DBR反射层包括高折射率材料沉积而成的第一材料层和低折射率材料沉积而成的第二材料层，第一材料层为金刚石膜，且所述DBR反射层上还沉积有连通部，所述连通部与所述第三金刚石膜导热连通且连通所述DBR反射层中每一层第一材料层。
4.如权利要求1所述的激光芯片制作方法，其特征在于：所述第一金刚石膜的厚度小于等于100μm。
5.如权利要求1所述的激光芯片制作方法，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底或氮化镓衬底，所述激光外延层由MOCVD沉积而成。
6.一种散热性能高的激光芯片，其特征在于：包括衬底、沉积于所述衬底上的第一金刚石膜、沉积于所述第一金刚石膜上的激光外延层，以及第二金刚石膜，所述第二金刚石膜沉积于所述衬底和所述激光外延层的一侧的出光面上，所述衬底和所述激光外延层与所述出光面相背的第二侧形成有背光面，所述背光面上沉积有第三金刚石膜，所述第三金刚石膜外交替沉积有高折射率材料和低折射率材料以形成DBR反射层，所述第一金刚石膜与所述第二金刚石膜连通，所述第三金刚石膜与所述第一金刚石膜连通，以使所述第一金刚石膜、第二金刚石膜和第三金刚石膜连通成一体以形成散热通路。
7.如权利要求6所述的激光芯片，其特征在于：所述DBR反射层由高折射率材料和低折射率材料交替沉积而成，所述DBR反射层中的高折射材料为金刚石，且所述第三金刚石膜构成所述DBR反射层的第一层。
8.如权利要求7所述的激光芯片，其特征在于：所述DBR反射层包括高折射率材料沉积而成的第一材料层和低折射率材料沉积而成的第二材料层，第一材料层为金刚石膜，且所述DBR反射层上还设置有连通部，所述连通部与所述第三金刚石膜导热连通且连通所述DBR反射层中每一层第一材料层。
9.如权利要求6所述的激光芯片，其特征在于：所述第一金刚石膜的厚度小于等于100μm。
10.如权利要求6所述的激光芯片，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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