[发明专利]一种高功率VCSEL阵列芯片倒装焊封装结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种高功率VCSEL阵列芯片倒装焊封装结构及制备方法，包括：底发射二维周期性VCSEL阵列芯片、热沉和多层单晶反射膜层；底发射二维周期性VCSEL阵列芯片包括衬底层和设于衬底层底部的二维周期性VCSEL发光单元；VCSEL发光单元的底部通过焊料层与热沉相连，衬底层的顶部设有多层单晶反射膜层；其中，热沉的热膨胀系数与衬底层的热膨胀系数相当，单晶反射膜层具有与衬底层相同的晶格结构。本发明热沉的热膨胀系数与VCSEL阵列芯片的衬底层的热膨胀系数相当，其可减小芯片内部热应力，抑制芯片受热发生形变；在衬底层顶部制备与衬底层晶格相匹配的多层单晶膜层，提高单晶反射层间以及与衬底层之间的粘附力。

技术领域

本发明涉及半导体激光芯片技术领域，具体涉及一种高功率VCSEL阵列芯片倒装焊封装结构及制备方法。

背景技术

与边发射半导体激光器相比，垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有体积小、光斑为圆形、阈值电流低、单纵模输出、耦合效率高、易实现二维列阵集成等优越性能，高功率VCSEL广泛应用于激光打印、激光医疗、芯片光刻、焊接加工等领域。

VCSEL阵列芯片改善了半导体激光器光束质量差的问题，但是由于传统的正装VCSEL阵列芯片封装工艺的发光单元位于衬底层的顶部，无法与热沉直接接触，散热效果差，导致工作效率不稳定，从而限制了高功率VCSEL阵列的发展及应用。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种高功率VCSEL阵列芯片倒装焊封装结构及制备方法。

本发明公开了一种高功率VCSEL阵列芯片倒装焊封装结构，包括：底发射二维周期性VCSEL阵列芯片、热沉和多层单晶反射膜层；

所述底发射二维周期性VCSEL阵列芯片包括衬底层和设于所述衬底层底部的二维周期性VCSEL发光单元；所述VCSEL发光单元的底部通过焊料层与所述热沉相连，所述衬底层的顶部设有多层所述单晶反射膜层；其中，

所述热沉的热膨胀系数与所述衬底层的热膨胀系数相当，所述单晶反射膜层具有与所述衬底层相同的晶格结构。

作为本发明的进一步改进，所述衬底层包括GaAs衬底、GaN衬底和InP衬底中的一种，所述VCSEL发光单元包括二维四方型排布阵列、二维斜角型排布阵列和二维六边形排布阵列中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述热沉的制备方法为：

用3D打印技术烧结Cu与热膨胀系数低于衬底的材料的混合粉末，得到热膨胀系数与衬底层的热膨胀系数相当的合金热沉。

作为本发明的进一步改进，热膨胀系数低于衬底的材料包括Mo、W、金刚石中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述焊料层的焊料包括Au-Sn合金焊料、锡铅合金焊料和共晶焊锡焊料中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述单晶反射膜层的制备方法为：

通过MOCVD或MBE技术交替淀积不同材料的膜层，得到多层单晶反射膜层。

作为本发明的进一步改进，所述膜层的材料包括GaAs，AlAs，AlGaAs中的一种。

本发明还公开了一种高功率VCSEL阵列芯片倒装焊封装结构的制备方法，包括：

选择底发射二维周期性VCSEL阵列芯片；其中，所述底发射二维周期性VCSEL阵列芯片包括衬底层和设于所述衬底层底部的二维周期性VCSEL发光单元；

将VCSEL发光单元的底部通过焊料固定在热沉上；其中，所述热沉的热膨胀系数与所述衬底层的热膨胀系数相当；

在所述衬底层的顶部设有多层所述单晶反射膜层；其中，所述单晶反射膜层具有与所述衬底层相同的晶格结构。