[发明专利]牢固倒封装微盘腔半导体激光器及其制作方法

说明书

牢固倒封装微盘腔半导体激光器及其制作方法属于半导体激光器制造技术领域。现有倒封装技术不能直接用来解决微盘腔半导体激光器的散热问题。本发明之方法将发光发热区制作成彼此分立的支撑结构和微盘腔；在支撑结构上部的欧姆接触层上制作绝缘层；在微盘腔上部表面制作上电极，同时在绝缘层上表面也形成上电极金属材料层，在衬底的底部表面制作下电极；最后由一个焊接层同时将上电极、电极金属材料层与热沉焊接在一起。本发明之激光器中的彼此分立的支撑结构和微盘腔结构相同，自支撑结构上部的欧姆接触层起依次还有绝缘层、上电极金属材料层，一个焊接层一侧与热沉焊接，所述焊接层的另一侧分别与微盘腔的上电极、电极金属材料层焊接。

技术领域

本发明涉及一种牢固倒封装微盘腔半导体激光器及其制作方法，属于半导体激光器制造技术领域。

背景技术

半导体激光器在工作时会产生很高的峰值功率，电光转换效率却只有40％～50％，也就是说所输入的电能50％～60％都转换为热能。在通电后半导体激光器有源层的温度迅速提高，容易引起激光器的光学灾变，甚至烧毁器件。所以，提升半导体激光器的散热能力不仅能够使半导体激光器长时间连续工作，还能够延长器件的使用寿命。对于高功率半导体激光器来说，更需要解决散热问题。在与此有关的现有技术中，倒封装技术是一项工艺简单又能有效提升散热能力的技术。

倒封装技术在条型半导体激光器有成熟应用。如图1所示，条形半导体激光器其激光出射部位位于其侧向解理面，这种激光器被分类为边发射激光器，该激光器其管芯结构自上而下依次为上电极1、欧姆接触层2、上波导层3、有源层4、下波导层5、衬底6、下电极7，采用倒封装技术封装该激光器时，如图2所示，将管芯倒置，上电极1朝下，将管芯焊接在热沉9上，同时由焊料填充管芯脊条两侧与热沉9之间的空隙，在管芯与热沉9之间形成的焊接层8将管芯牢固地焊接在热沉9上。有源层4产生的热量不再需要通过很厚的衬底6，只需通过上波导层3、欧姆接触层2、上电极1，即可将热量快速传递给热沉9，这一措施使得散热效果的改善十分明显。采用倒封装技术封装条型半导体激光器，不会妨碍光输出。

微盘腔半导体激光器诞生于1992年，与条型半导体激光器相同的是，其管芯结构自上而下依然包括上电极1、欧姆接触层2、上波导层3、有源层4、下波导层5、衬底6、下电极7，如图3所示，借助管芯的下电极7将管芯焊接在热沉上；与条型半导体激光器不同的是，微盘腔半导体激光器管芯的上电极1、欧姆接触层2、上波导层3、有源层4、下波导层5整体呈孤岛状，由上波导层3、有源层4、下波导层5构成微盘腔，出光方向不确定，例如，在圆对称微盘腔360°圆周上都有光输出。微盘腔半导体激光器也有与条型半导体激光器相同的散热问题，如果采用倒封装技术，如图4所示，仅仅经由上电极1将管芯焊接在热沉9上，整个管芯呈头重脚轻状态，薄薄的一层焊接层8不足以将管芯牢固地固定在热沉9上，为了保证光的正常输出，还不能类似于条型半导体激光器的倒封装，在微盘腔周围、衬底6与热沉9之间的空隙内填充焊料。

发明内容

为了实现微盘腔半导体激光器的倒封装，在改善散热效果的同时，保证封装牢固，我们发明了一种牢固倒封装微盘腔半导体激光器及其制作方法。

本发明之牢固倒封装微盘腔半导体激光器的制作方法，在衬底6上表面依次制作下波导层5、有源层4、上波导层3、欧姆接触层2，形成发光发热区10，如图5所示，其特征在于，采用光刻、刻蚀技术将所述发光发热区10制作成彼此分立的支撑结构11和微盘腔12，如图6、图7所示；在支撑结构11上部的欧姆接触层上制作绝缘层13，如图8所示；在微盘腔12上部表面制作上电极1，同时在绝缘层13上表面也形成上电极金属材料层14，在衬底6的底部表面制作下电极7，如图9所示；最后由一个焊接层8同时将上电极1、电极金属材料层14与热沉9焊接在一起，如图10所示。