CN218275514U - 高效散热的面射型激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高效散热的面射型激光器，涉及激光器领域，包括导热衬底以及在导热衬底上方依次设置的接触层、N型DBR、谐振区、限制层和P型DBR，导热衬底的热导率大于砷化镓的热导率，P型DBR上设有P型电极，限制层包括位于中部的氧化孔径和位于外围的氧化绝缘区，P型电极上设有传导件，传导件由第一传导部和第二传导部构成，第一传导部设在P型DBR上方并与P型电极连接，第二传导部从第一传导部向下延伸嵌入至N型DBR，并位于氧化绝缘区内，传导件上设有钝化层，钝化层包覆在传导件的表面。通过导热衬底与传导件达到良好的散热效果，提高VCSEL光电效能，降低温度效应，解决了面射型激光器散热效果差等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种高效散热的面射型激光器。
背景技术
垂直共振腔面射型激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL)是一种半导体，其激光从顶面垂直射出，与边射型激光器有所不同。波长从650nm到1300nm的典型VCSEL是在砷化镓衬底上外延生长以砷化镓(GaAs)和铝镓砷化物(AlxGa(1-x)As)构成的DBR结构和量子阱结构。GaAs/AlGaAs系统由于材料的晶格常数在组成有变动时，不会有非常强烈的改变，且允许多个晶格配对复生层成长于砷化镓衬底，所以非常适合用来制造VCSEL。然而，砷化镓材料的导热系数只有46W/(m.k)，因此VCSEL一直有着导热性能差的问题，从而也限制了VCSEL的可靠性和使用寿命，影响VCSEL的使用。
有鉴于此，设计出一种高效散热的面射型激光器是至关重要的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种高效散热的面射型激光器。
为了实现以上目的，本实用新型的技术方案为：
一种高效散热的面射型激光器，包括导热衬底以及在所述导热衬底上方依次设置的接触层、N型DBR、谐振区、限制层和P型DBR，所述导热衬底的热导率大于砷化镓的热导率，所述P型DBR上设有P型电极，所述限制层包括位于中部的氧化孔径和位于外围的氧化绝缘区，所述P型电极上设有传导件，所述传导件由第一传导部和第二传导部构成，所述第一传导部设在所述P型DBR上方并与所述P型电极连接，所述第二传导部从所述第一传导部向下延伸嵌入至所述N型DBR，并位于所述氧化绝缘区内，所述传导件上设有钝化层，所述钝化层包覆在所述传导件的表面。
作为优选，所述导热衬底包括金属层和种子层，所述种子层设于所述金属层和接触层之间。
作为优选，所述金属层为铜或金，所述种子层为Au/Ge/Ni/Au叠层结构。
作为优选，所述金属层可同时作为N型电极。
作为优选，所述导热衬底的厚度大于90μm。
作为优选，所述N型DBR和P型DBR均由若干反射层堆叠而成，所述第二传导部的底面延伸至所述N型DBR中，并与所述谐振区靠近所述N型DBR的一侧表面相距3-4对反射层。
作为优选，所述第二传导部完全环绕包围在所述氧化孔径的外围。
作为优选，所述传导件为铜或金。
作为优选，所述钝化层还从所述N型DBR的两侧延伸至所述第一传导部上方并包覆住所述P型电极，露出所述P型DBR顶部的出光区域。
作为优选，所述N型DBR和P型DBR均由GaAs/AlGaAs构成。
相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
(1)本申请的面射型激光器不仅具有导热衬底，导热性能优于传统的砷化镓衬底，并且设有传导件，能够将面射型激光器工作过程中器件内部产生的热量传导出来，实现高效散热。
(2)本申请的面射型激光器的传导件所设置的位置及结构不会影响到器件的正常工作，并且具有良好的可靠性。
(3)本申请的面射型激光器的导热衬底替换砷化镓衬底的过程仅搭配简单的外延结构与工艺技术即可实现，不仅能改善砷化镓衬底为基础的面射型激光器的导热性能，还可以提高VCSEL的光电效能，降低温度效应。
附图说明
图1为本申请的实施例的高效散热的面射型激光器的示意图；
附图标记：1、导热衬底；11、金属层；12、种子层；2、接触层；3、N型DBR；4、谐振区；5、限制层；51、氧化孔径；52、氧化绝缘区；6、P型DBR；7、P型电极；8、传导件；81、第一传导部；82、第二传导部。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释。本实用新型的各附图仅为示意以更容易了解本实用新型，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
参考图1，本申请的实施例提出了一种高效散热的面射型激光器，包括导热衬底1以及在导热衬底1上方由下至上依次设置的接触层2、N型DBR3、谐振区4、限制层5和P型DBR6，导热衬底1的热导率大于砷化镓的热导率，砷化镓材料的导热系数为46W/(m.k)，采用砷化镓材料作为衬底外延生长的面射型激光器的导热性能差，而本申请的实施例采用热导率比砷化镓高的导热衬底1，能够改善器件的导热性能，提高VCSEL的光电效能，降低温度效应。具体的，导热衬底1的厚度大于90μm，以保证衬底的支撑作用以及良好的热传导效应。限制层5包括位于中部的氧化孔径51和位于外围的氧化绝缘区52，该氧化绝缘区52可以为环形。
在具体的实施例中，P型DBR6上设有P型电极7，P型电极7上设有传导件8，传导件8由第一传导部81和第二传导部82构成，第一传导部81设在P型DBR6上方并与P型电极7连接，第二传导部82从第一传导部81向下延伸嵌入至N型DBR3，并位于氧化绝缘层52内，第一传导部81可以完全或部分覆盖在P型DBR6上方，第二传导部82可以在氧化绝缘区52内间隔设置，也可以在氧化绝缘区52内并完全环绕氧化孔径51设置。具体的，传导件8为铜或金等金属，因此不仅具有良好的导热性能，还具有导电性能。作为优选，第二传导部82完全环绕包围在氧化孔径51的外围，并且顶部与第一传导部81连接，在此情况下，第二传导部82的导热效果最好，并且能将热量及时传递到第一传导部81。N型DBR3和P型DBR6均由若干反射层堆叠而成，N型DBR3和P型DBR6均由GaAs/AlGaAs构成，第二传导部82的底部位于N型DBR3中，并与谐振区4相距3-4对反射层。第二传导部82延伸至N型DBR3并位于氧化绝缘区52内，因此能够将面射型激光器在工作中所产生的热量传导至第一传导部81，并不会影响到面射型激光器的正常工作。第一传导部81覆盖在P型DBR6的上方，进一步将第二传导部82传递的热量与外部进行交换，将热量传导到外面，另外，第一传导部81也可以作为导电通道，与P型电极7连接，将P型电极7与外部信号进行连接。
在具体的实施例中，传导件8上设有钝化层，钝化层包覆在传导件8的表面，因此即使第二传导部82延伸至N型DBR3，并位于氧化绝缘区52内，不会影响面射型激光器的正常工作。钝化层还从N型DBR3的两侧延伸至传导件8上方并包覆住P型电极7，露出所述P型DBR顶部的出光区域。在第一传导部81上的钝化层上设有与外部连接的开口，可将P型电极7与外部进行电导通。具体的，钝化层的材料为SiN等钝化材料，钝化层还可以保护传导件8不受到水汽侵蚀，提高器件的可靠性。
下面以具体的实施例进一步解释本申请的方案。
参考图1，导热衬底1包括金属层11和种子层12，种子层12设于金属层11和接触层2之间，具体的，金属层11为铜和/或金，或其他导热性能、机械性能和稳定性较好的金属。若金属层11为铜，则在铜的外部再包覆一层金，以免铜被氧化，提高器件的稳定性，种子层12为Au/Ge/Ni/Au叠层结构。另外，由于金属层11本身具有导电性，因此也可以同时作为N型电极，无需再制作N型电极。
本申请的实施例的高效散热的面射型激光器的导热衬底1与原先的砷化镓衬底的替换过程如下：
1)提供砷化镓衬底，在砷化镓衬底上外延生长接触层2、N型DBR3、谐振区4、限制层5、P型DBR6和P型电极7等结构，并且在接触层2与砷化镓衬底之间增加一个蚀刻终止层；
2)采用临时键合的方式在P型DBR6一侧键合转接衬底，转接衬底可为蓝宝石或石英；
3)以蚀刻终止层作为蚀刻终点进行蚀刻，移除蚀刻终止层及砷化镓衬底；
4)在接触层2上沉积种子层12，并且采用电镀或蒸镀等方式在种子层12上沉积金属层11；
5)移除转接衬底，得到本申请的实施例的面射型激光器的结构。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的技术方案，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高效散热的面射型激光器，其特征在于：包括导热衬底以及在所述导热衬底上方依次设置的接触层、N型DBR、谐振区、限制层和P型DBR，所述导热衬底的热导率大于砷化镓的热导率，所述限制层包括位于中部的氧化孔径和位于外围的氧化绝缘区，所述P型DBR上设有P型电极，所述P型电极上设有传导件，所述传导件由第一传导部和第二传导部构成，所述第一传导部设在所述P型DBR上方并与所述P型电极连接，所述第二传导部从所述第一传导部向下延伸嵌入至所述N型DBR，并位于氧化绝缘区内，所述传导件上设有钝化层，所述钝化层包覆在所述传导件的表面。
2.根据权利要求1所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述导热衬底包括金属层和种子层，所述种子层设于所述金属层和接触层之间。
3.根据权利要求2所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述金属层为铜和/或金，所述种子层为Au/Ge/Ni/Au叠层结构。
4.根据权利要求2所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述金属层可同时作为N型电极。
5.根据权利要求1所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述导热衬底的厚度大于90μm。
6.根据权利要求1所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述N型DBR和P型DBR均由若干反射层堆叠而成，所述第二传导部的底面延伸至所述N型DBR中，并与所述谐振区靠近所述N型DBR的一侧表面相距3-4对反射层。
7.根据权利要求1所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述第二传导部完全环绕包围在所述氧化孔径的外围。
8.根据权利要求1所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述传导件为铜或金。
9.根据权利要求1所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述钝化层还从所述N型DBR的两侧延伸至所述第一传导部上方并包覆住所述P型电极，露出所述P型DBR顶部的出光区域。
10.根据权利要求1所述的高效散热的面射型激光器，其特征在于：所述N型DBR和P型DBR均由GaAs/AlGaAs构成。
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