[發明專利]垂直腔面發射激光器列陣的串接結構

有效

• 申請號: 200810051624.0
• 申請日: 2008-12-22
• 公開（公告）號: CN101447647A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發明（設計）人: 史晶晶;王立軍;秦莉;劉云;寧永強
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S5/42
• 分類號: H01S5/42;H01S5/024
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所
• 代理人: 王立偉

技術領域：

本發明涉及光電子及半導體技術領域，尤其涉及一種垂直腔面發射激光器(vertical-cavity?surface-emitting?laser即VCSEL)列陣芯片的串接結構，適用于軍事、醫療、工業加工等領域。

背景技術：

半導體激光器以其體積小、重量輕、壽命長、效率高等優點越來越多地吸引了人們的注意。而其中的垂直腔面發射激光器又具有許多傳統的邊發射激光器所不具備的優點，例如制造成本低廉、可靠性好、光譜和光束質量好等。因此垂直腔面發射激光器具有良好的發展前景。為了擴展垂直腔面發射激光器的應用領域，我們就需要進一步提高其輸出功率。

提高輸出功率的一個有效方法就是增大VCSEL列陣的集成度，但是由于VCSEL列陣中的發光單元相互之間的連接方式是并聯，所以增加列陣中發光單元的數目就會使驅動電流大幅度增大。按照一個發光單元的閾值電流1A計算，驅動電流為閾值電流的3倍，即3安，如果一個列陣集成1000個VCSEL發光單元，那么驅動電流將需要3000A，這就給我們帶來了一個嚴峻的問題，這么大的電流源是很難得到的。為了解決這一難題本發明提供了一種將多個VCSEL列陣芯片串聯在一起的結構，該結構可以將多個VCSEL列陣芯片以串聯的方式相互連接，大大增加了發光單元數量，從而增大整個結構的輸出功率，而驅動電流卻沒有明顯的增大。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明提出一種新型的VCSEL列陣芯片串接結構。

本發明垂直腔面發射激光器列陣串接結構包括熱沉1、熱沉表面的金屬膜2、VCSEL列陣芯片3、金屬條4、流入電極51、流出電極52及金絲引線6，每個垂直腔面發射激光器列陣芯片3中包括M×M個發光單元7；

各部分的位置及連接關系：在熱沉1上的指定區域蒸鍍金屬膜2，垂直腔面發射激光器列陣芯片3焊接在熱沉1上蒸鍍金屬膜2的區域內，再將金屬條4焊接在熱沉1上蒸鍍金屬膜2的區域，金絲引線6將垂直腔面發射激光器列陣芯片3和金屬條4連接，電流通過流入電極51流入，通過金絲引線流入各個垂直腔面發射激光器列陣芯片3，最后從流出電極52流出，垂直腔面發射激光器列陣芯片3在金屬膜區域內排列方式為N×N，N×N為垂直腔面發射激光器列陣芯片3的個數，本發明中N為2-10的正整數，

其中每個垂直腔面發射激光器列陣芯片3包括M×M個發光單元7，本發明中M為2-30的正整數，每個發光單元7包括襯底8、生長于襯底之上的下反射鏡9、生長于下反射鏡之上的有源層10、生長于有源層之上的上反射鏡12、上反射鏡外側的上電極14、襯底外側的下電極13。

其中熱沉材料可以是金剛石，也可以是高導熱陶瓷等導熱率高且絕緣性好的材料，下反射鏡10一般是30至40對反射鏡組成，可以是介質膜反射鏡也可以是分布布拉格反射鏡，介質膜反射鏡材料可以是SiO₂/TiO₂，而布拉格反射鏡的材料可以是GaAs/AlGaAs等、上反射鏡12由20至30對反射鏡組成，可以是介質膜反射鏡也可以是分布式布拉格反射鏡，介質膜反射鏡的材料可以是SiO₂/TiO₂/SiO₂/Au，布拉格反射鏡的材料可以是GaAs/AlGaAs等、金屬條4的材料可以是Au或Cu鍍Au等導電性能好的金屬、上電極14的材料可以是Zn-Au，In-Au，Cr-Au，Ti-Pt-Au，In-Ag-Au，Ti-Ag-Au，Ti-Pt等，其中較常用的是Zn-Au和Ti-Pt-Au、下電極13的材料是Au/Ge/Ni/Au。

本發明提供了一種VCSEL列陣的串接結構，利用這種結構可以將VCSEL列陣芯片串接起來，增大VCSEL列陣的面積，從而有效增大輸出功率，而且由于該發明中的VCSEL列陣芯片是串聯在一起的，又不會使驅動電流明顯增大。

本發明結構緊湊，所有的引線都分布在外側，VCSEL列陣芯片排列緊密，有效的發光面積大，發光密度大。

另外，本發明使用高導熱材料做為熱沉散熱，又使用熱傳導效率較高的焊料，加之VCSEL列陣芯片的工作方式是脈沖工作，因此，基本解決了散熱問題。

附圖說明

圖1示出了在熱沉的固定區域蒸鍍金屬膜的示意圖。

圖2示出了垂直腔面發射激光器將列陣芯片和金屬條焊接在蒸鍍有金屬膜的熱沉上的示意圖。

圖3示出了垂直腔面發射激光器列陣的串接結構的俯視圖。