專利名稱：一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，涉及一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光
o
背景技術(shù)：
垂直腔面發(fā)射激光器作為一種新型半導(dǎo)體激光器是當(dāng)前光電子激光技術(shù)領(lǐng)域最 活躍的研究課題之一，與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比，垂直腔面發(fā)射激光器以其圓形對(duì)稱光 束、遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角小和易于形成平面二維列陣的特點(diǎn)在激光通信、激光顯示、材料加工、醫(yī)療 及國(guó)防工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。特別是其易于形成平面二維陣列激光器方面，在 并行激光通信、并行激光數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域有著非常大的研發(fā)前景。與此同時(shí)，高功率垂直腔 面發(fā)射激光器及陣列器件在激光泵浦技術(shù)，非線性效應(yīng)及激光加工等方面也顯現(xiàn)出了很好 的發(fā)展?jié)摿?。垂直腔面發(fā)射激光器器件結(jié)構(gòu)主要包括襯底側(cè)電極、襯底、襯底側(cè)分布布拉 格反射鏡、有源增益區(qū)、另一側(cè)分布布拉格反射鏡、另一側(cè)電極、出光窗口等；激光器封裝焊 接時(shí)，襯底側(cè)電極通過焊料焊接到熱沉上，為了進(jìn)一步提高器件的散熱效果，可以在襯底側(cè) 電極與熱沉之間加入散熱片，通常為金屬化的金剛石散熱片。現(xiàn)有的垂直腔面發(fā)射激光器 結(jié)構(gòu)中通常采用正面出光方式，即從與襯底側(cè)分布布拉格反射鏡正對(duì)的另一側(cè)分布布拉格 反射鏡方向出光，激光器的襯底與散熱片焊接，之后與熱沉通過焊料焊接接觸。垂直腔面發(fā) 射激光器主要是在電注入泵浦激勵(lì)方式下工作，這樣一來，激光器件工作時(shí)有源增益區(qū)產(chǎn) 生的熱需要經(jīng)過襯底側(cè)分布布拉格反射鏡及襯底，再由散熱片或熱沉把熱量散出去；由于 有源增益區(qū)與散熱片或熱沉之間有比較厚的襯底相隔，降低了激光器件的散熱能力，減小 了激光器的出光功率和發(fā)光效率，也降低了激光器的工作穩(wěn)定性；僅當(dāng)襯底對(duì)出射光的吸 收很小時(shí)，才可以采用從襯底側(cè)出光，激光器采用倒裝方法，即與襯底側(cè)電極正對(duì)的另一側(cè) 電極與散熱片或熱沉通過焊接連接來提高器件的散熱能力，提高器件的效率及穩(wěn)定性等， 然而，由于襯底對(duì)出射光的小部分吸收，在一定程度上也減少了激光器的輸出光功率和電 光轉(zhuǎn)換效率。因此需要一種更理想的垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)器件的有效散 熱，同時(shí)消除襯底對(duì)出射光的吸收影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決已有技術(shù)存在的問題，為此，本發(fā)明提出一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔 面發(fā)射激光器。本發(fā)明的一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器，由順次連接的均為襯底側(cè) 電極(1)、出光窗口增透膜⑵、襯底⑶、襯底側(cè)分布布拉格反射鏡⑷、有源增益區(qū)(5)、氧 化限制層(6)；另一側(cè)分布布拉格反射鏡(7)；另一側(cè)電極⑶；所述的襯底側(cè)出光窗口型 垂直腔面發(fā)射激光器，其特征還在于襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)的周期對(duì)數(shù)比另一側(cè)分 布布拉格反射鏡(7)的周期對(duì)數(shù)少2至15對(duì)，保證激光從襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)及 襯底側(cè)出光窗口出射，它的電極(8)由焊料焊接到散熱片上，之后用焊料焊接到熱沉上，增
3強(qiáng)散熱。一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器，采用在襯底側(cè)由濕法腐蝕或干法刻 蝕等方法形成出光窗口，減少襯底對(duì)出射光的吸收，實(shí)現(xiàn)襯底對(duì)出射光的零吸收；與此同 時(shí)，這種器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使有源區(qū)與散熱片或熱沉實(shí)現(xiàn)近距離接觸，中間僅有分布布拉 格反射鏡相隔，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有源區(qū)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行很好的散熱作用。該激光器結(jié)構(gòu)可以應(yīng) 用于III-V族半導(dǎo)體材料體系，也可以應(yīng)用于II-VI族半導(dǎo)體材料體系，還可以應(yīng)用在有機(jī) 發(fā)光、激光材料體系。本發(fā)明工作時(shí)激光器以電注入泵浦激勵(lì)方式工作，電流從襯底側(cè)電極和另一側(cè) 電極注入，注入的電子和空穴在有源增益區(qū)中的進(jìn)行復(fù)合，產(chǎn)生受激發(fā)射，并經(jīng)過由襯底側(cè) 分布布拉格反射鏡和另一側(cè)分布布拉格反射鏡構(gòu)成的諧振腔選模振蕩，激射光從襯底側(cè)出 光窗口增透膜出射。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器， 采用在襯底側(cè)通過化學(xué)濕法腐蝕或干法刻蝕等方法形成出光窗口，減少襯底對(duì)出射光吸 收，實(shí)現(xiàn)襯底側(cè)對(duì)出射光零吸收；與此同時(shí)這種器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使有源區(qū)與散熱片或熱 沉實(shí)現(xiàn)近距離接觸，中間僅有分布布拉格反射鏡相隔，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有源區(qū)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行 很好的散熱作用；與傳統(tǒng)的垂直腔面發(fā)射激光器襯底側(cè)與散熱片或熱沉焊接接觸相比這種 器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增強(qiáng)散熱能力在30%以上，提高激光器件的光輸出功率在20%以上，提高器 件電光轉(zhuǎn)換效率在20%以上，克服了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的不足。


圖1是一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)主視圖。圖2是實(shí)施例1 一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器主視圖。圖3是實(shí)施例2 —種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器3X3平面二維陣列 器件主視圖。圖4是實(shí)施例2 —種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器3X3平面二維陣列 器件俯視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器，由順次連接的均為襯底側(cè)電極(1)、 出光窗口增透膜(2)、襯底(3)、襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)、有源增益區(qū)(5)、氧化限制層 (6)；另一個(gè)分布布拉格反射鏡(7)，另一側(cè)電極(8)。所述的襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面 發(fā)射激光器，其特征還在于襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)的周期對(duì)數(shù)比另一側(cè)分布布拉格 反射鏡(7)的周期對(duì)數(shù)少2至15對(duì)，保證激光從襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)及襯底側(cè)出 光窗口出射，它的電極⑶由焊料(11)焊接到散熱片(9)上，之后用焊料焊接到熱沉(10) 上，增強(qiáng)散熱；其特征在于它還包括鈍化層(12)，起到防止電流從側(cè)面注入形成的短路。襯底側(cè)電極⑴是Au-Ge-Ni電極；出光窗口增透膜⑵是對(duì)激射波長(zhǎng) (800-850nm)的增透膜，出光窗口半經(jīng)為50微米；襯底(3)為GaAs襯底材料；襯底側(cè)分布布 拉格反射鏡(4)采用n型AlGaAs/AlAs周期性結(jié)構(gòu)，周期數(shù)28對(duì)；有源增益區(qū)(5)為GaAs/AlGaAs多量子阱增益區(qū)，量子阱為GaAs和勢(shì)壘為AlGaAs材料；氧化物限制層(6)為高A1 組分的AlGaAs材料，A1組份為0. 98，在高溫濕氮條件下被氧化，形成絕緣材料，對(duì)注入電 流起到限制作用，形成半徑50微米的電流注入窗口 ；另一側(cè)分布布拉格反射鏡(7)為p型 AlGaAs/AlAs周期性結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為36對(duì)，另一側(cè)電極⑶為Ti_Pt_Au電極，由焊料(11) 焊接到散熱片(9)上，該散熱片采用金屬化的金剛石散熱片或者氮化鋁，或氧化鈹材料；散 熱片(9)焊接在熱沉(10)上，該熱沉采用純銅或無氧銅或紫銅；焊料(11)采用Au-Sn合金 焊料；鈍化層(12)采用A1N材料，既能起到絕緣效果，同時(shí)導(dǎo)熱性能也很好。器件在組裝過程中采用微機(jī)械裝配技術(shù)對(duì)激光器芯片、散熱片及熱沉等進(jìn)行工藝 制備。實(shí)施例2一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器形成3X3平面二維陣列器件，陣列 激光器件中每一個(gè)單元激光器結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器，由順次連接的均為襯底側(cè)電極(1)、出光窗口增透膜(2)、襯底(3)、襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)、有源增益區(qū)(5)、氧化限制層(6)；另一側(cè)分布布拉格反射鏡(7)，另一側(cè)電極(8)。
2.一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器，其特征還在于襯底側(cè)分布布拉格反射 鏡(4)的周期對(duì)數(shù)比另一側(cè)分布布拉格反射鏡(7)的周期對(duì)數(shù)少2至15對(duì)，保證激光從襯 底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)及襯底側(cè)出光窗口出射，它的電極(8)由焊料(11)焊接到散 熱片(9)上，之后用焊料焊接到熱沉(10)上，增強(qiáng)散熱；其特征在于它還包括鈍化層(12)， 起到防止電流從側(cè)面注入形成的短路；為了實(shí)現(xiàn)一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光 器，采用在襯底側(cè)由濕法腐蝕或干法刻蝕等方法形成出光窗口，減少襯底對(duì)出射光吸收，實(shí) 現(xiàn)襯底側(cè)對(duì)出射光零吸收。該激光器結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于III-V族半導(dǎo)體材料體系，也可以應(yīng) 用于II-VI族半導(dǎo)體材料體系，還可以應(yīng)用在有機(jī)發(fā)光、激光材料體系。
3.一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器可以制作成平面二維陣列器件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器，順次連接的為襯底側(cè)電極(1)、出光窗口增透膜(2)、襯底(3)、襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)、有源增益區(qū)(5)、氧化限制層(6)；另一側(cè)分布布拉格反射鏡(7)，另一側(cè)電極(8)。所述的襯底側(cè)出光窗口型垂直腔面發(fā)射激光器，其特征還在于襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)的周期對(duì)數(shù)比另一側(cè)分布布拉格反射鏡(7)的周期對(duì)數(shù)少2至15對(duì)，保證激光從襯底側(cè)分布布拉格反射鏡(4)及襯底側(cè)出光窗口出射，它的電極(8)由焊料焊接到散熱片上，之后用焊料焊接到熱沉上，增強(qiáng)散熱。該結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于III-V族半導(dǎo)體材料，II-VI族半導(dǎo)體材料，還可應(yīng)用在有機(jī)發(fā)光、激光材料。
文檔編號(hào)H01S5/42GK101931163SQ20101023355
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者徐莉, 晏長(zhǎng)嶺, 鄧昀 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)