【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體激光器，尤其涉及一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列及其制備方法。
技術介紹
1、垂直腔面發射激光器（vertical-cavitysurface-emittinglaser,vcsel）具有體積小、閾值低以及易于二維集成等特點，將vcsel集成為高功率陣列后，可以應用于激光雷達、紅外照明、固體激光泵浦等領域。
2、面向高功率應用的vcsel陣列在工作時具有很高的熱功率密度，因此需要進行被動散熱或主動散熱。被動散熱往往需要大體積的金屬熱沉，阻礙了器件的小型化發展，限制了其工作性能；而在目前的主動散熱技術中，通常采用在襯底下方放置微通道散熱器的方法進行散熱，微通道具有很高的散熱效率，可以在很小的區域內完成大功率的熱交換。
3、但由于vcsel是在半導體材料上生長分布布拉格反射鏡（dbr）和有源區這些多層膜結構形成的，熱量主要由有源區產生。而形成vcsel半導體材料的熱導率較低，同時多層膜的層間界面對聲子的散射又大大增加了器件的熱阻。因此，即使在vcsel陣列的襯底下方放置微通道散熱器，微通道和有源區之間也會產生較大的溫度梯度，從而導致器件在較高的溫度下工作。
技術實現思路
1、（一）要解決的技術問題
2、為解決現有技術中垂直腔面發射激光器散熱所出現的上述技術問題至少之一，本專利技術的實施例提供了一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列及其制備方法，通過在相鄰的激光器陣列單元之間設置微通道，使冷卻工質能夠直接流經激光器的有源區和上
3、（二）技術方案
4、針對上述技術問題，本專利技術的實施例提出一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列及其制備方法。
5、根據本專利技術的第一個方面提供了一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，包括：襯底，具有相對設置的第一表面和第二表面；功能結構層，位于襯底的第一表面上，包括n個垂直腔面發射激光器單元以及微通道；蓋層，位于功能結構層遠離襯底的一側；第一電極，位于第二表面上，其中，垂直腔面發射激光器單元位于第一表面上；n為大于等于2的正整數，n個垂直腔面發射激光器單元按預設間距陣列排列，得到帶有溝槽的激光器陣列；至少一部分微通道設置于溝槽與蓋層形成的通道內部。
6、在一些示例性的實施例中，垂直腔面發射激光器單元包括垂直腔面發射激光器臺面和第二電極，其中，第二電極的至少一部分位于垂直腔面發射激光器臺面遠離襯底的一側；以及垂直腔面發射激光器單元的出光孔位于垂直腔面發射激光器臺面遠離襯底的一側。
7、在一些示例性的實施例中，功能結構層還包括增透膜，設置于出光孔與蓋層之間。
8、在一些示例性的實施例中，功能結構層還包括鈍化層。
9、在一些示例性的實施例中，第二電極位于垂直腔面發射激光器臺面遠離襯底的一側表面；以及鈍化層覆蓋垂直腔面發射激光器單元面向溝槽的側面的至少一部分、襯底面向溝槽的表面的至少一部分以及最外側垂直腔面發射激光器單元的側面，其中，最外側垂直腔面發射激光器單元的側面的鈍化層沿與溝槽平行方向設置有開口，開口與蓋層之間的通道為微通道；以及鈍化層與蓋層之間的通道為微通道。
10、在一些示例性的實施例中，鈍化層覆蓋垂直腔面發射激光器臺面遠離襯底的表面的至少一部分，垂直腔面發射激光器臺面面向溝槽的側面的至少一部分、襯底面向溝槽的表面的至少一部分以及最外側垂直腔面發射激光器單元的側面，其中，覆蓋最外側垂直腔面發射激光器單元的側面的鈍化層沿與溝槽平行方向設置有開口；第二電極覆蓋鈍化層遠離襯底的表面的至少一部分，鈍化層面向溝槽或開口的側面的至少一部分以及襯底面向溝槽或襯底的表面的至少一部分且第二電極的至少一部分位于垂直腔面發射激光器臺面遠離襯底的一側表面上，其中，第二電極與蓋層之間的通道為微通道。
11、在一些示例性的實施例中，微通道側面包括平面或曲面中的至少一種；以及微通道包括至少一個冷卻工質入口和冷卻工質出口。
12、根據本專利技術的第二個方面提供了一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列的制備方法，包括：獲取垂直腔面發射激光器外延片，外延片包括襯底以及用來獲取垂直腔面發射激光器臺面所需的外延結構；對垂直腔面發射激光器外延片進行光刻，形成垂直腔面發射激光器臺面結構；制備鈍化層和第二電極，其中，垂直腔面發射激光器臺面與第二電極構成垂直腔面發射激光器單元，垂直腔面發射激光器按預設間距陣列排列，得到帶有溝槽的激光器陣列；獲取蓋層材料，采用離子鍵合工藝將蓋層與鈍化層連接；對襯底進行減薄、拋光以及蒸鍍金屬材料，形成第一電極，其中，溝槽與蓋層形成微通道結構。
13、在一些示例性的實施例中，制備鈍化層和第二電極包括：采用等離子體增強化學氣相沉積工藝沉積鈍化層材料，使鈍化層材料的高度高于垂直腔面發射激光器臺面的高度采用半導體刻蝕工藝刻蝕鈍化層材料，形成微通道流道結構；以及采用磁控濺射工藝或電子束蒸發工藝在垂直腔面發射激光器臺面遠離襯底的表面制備第二電極，其中，第二電極與垂直腔面發射激光器臺面的高度之和等于沉積的鈍化層材料的厚度；鈍化層覆蓋垂直腔面發射激光器單元面向溝槽的側面的至少一部分、襯底面向溝槽的表面的至少一部分以及最外側垂直腔面發射激光器單元的側面；最外側垂直腔面發射激光器單元的側面的鈍化層沿與溝槽平行方向設置有開口，開口與蓋層之間的通道為微通道；以及鈍化層與蓋層之間的通道為微通道。
14、在一些示例性的實施例中，制備鈍化層和第二電極包括：采用等離子體增強化學氣相沉積工藝沉積鈍化層材料，使鈍化層材料的高度等于垂直腔面發射激光器臺面的高度；采用半導體刻蝕工藝刻蝕鈍化層材料，形成微通道流道結構；以及采用磁控濺射工藝或電子束蒸發工藝制備第二電極，其中，鈍化層覆蓋垂直腔面發射激光器臺面遠離襯底的表面的至少一部分，垂直腔面發射激光器臺面面向溝槽的側面的至少一部分、襯底面向溝槽的表面的至少一部分以及最外側垂直腔面發射激光器單元的側面，其中，覆蓋最外側垂直腔面發射激光器單元的側面的鈍化層沿與溝槽平行方向設置有開口；第二電極覆蓋鈍化層遠離襯底的表面的至少一部分，鈍化層面向溝槽或開口的側面的至少一部分以及襯底面向溝槽或襯底的表面的至少一部分且第二電極的至少一部分位于垂直腔面發射激光器臺面遠離襯底的一側表面上；以及第二電極與蓋層之間的通道為微通道。
15、（三）有益效果
16、從上述技術方案可以看出，本專利技術實施例提供的一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列及其制備方法至少具有以下有益效果其中之一：
17、（1）通過在相鄰的激光器陣列單元之間設置微通道，使冷卻工質能夠直接流經激光器的有源區和上下布拉格反射鏡（dbr）等熱源，以對vcsel陣列進行直接冷卻，大大縮短了傳熱路徑，從而降低了vcsel陣列的整體熱阻，提升了散熱效率，有利于高功率vcsel陣列工作性能的提升。
18、（2）微本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述垂直腔面發射激光器單元包括垂直腔面發射激光器臺面和第二電極，
3.根據權利要求2所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述功能結構層還包括增透膜，設置于所述出光孔與所述蓋層之間。
4.根據權利要求2所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述功能結構層還包括鈍化層。
5.根據權利要求4所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述第二電極位于所述垂直腔面發射激光器臺面遠離所述襯底的一側表面；以及
6.根據權利要求4所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述鈍化層覆蓋所述垂直腔面發射激光器臺面遠離所述襯底的表面的至少一部分，所述垂直腔面發射激光器臺面面向所述溝槽的側面的至少一部分、所述襯底面向所述溝槽的表面的至少一部分以及最外側垂直腔面發射激光器單元的側面，其中，覆蓋最外側垂直腔面發射激光器單元的側面的鈍化層沿與所述溝槽平行方向
7.根據權利要求1-6任一項所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述微通道側面包括平面或曲面中的至少一種；以及
8.一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列的制備方法，其特征在于，包括：
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述制備鈍化層和第二電極包括：
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述制備鈍化層和第二電極包括：
...【技術特征摘要】
1.一種具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述垂直腔面發射激光器單元包括垂直腔面發射激光器臺面和第二電極，
3.根據權利要求2所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述功能結構層還包括增透膜，設置于所述出光孔與所述蓋層之間。
4.根據權利要求2所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述功能結構層還包括鈍化層。
5.根據權利要求4所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其特征在于，所述第二電極位于所述垂直腔面發射激光器臺面遠離所述襯底的一側表面；以及
6.根據權利要求4所述的具有微通道的垂直腔面發射激光器陣列，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：韋欣，袁崇獻，李川川，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：
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