一种具有恒温控制功能的半导体激光器件制造技术

一种具有恒温控制功能的半导体激光器件，包括：半导体衬底、第一层二氧化硅层、n型缓冲层、n+欧母接触层、n电极、n型帽层、p型帽层、P电极(13)、p+欧母接触层、集成TEC热电致冷器、半导体激光器有源区、第二层二氧化硅层、NTC薄膜电阻、NTC薄膜电阻金属电极。本实用新型专利技术采用了一体化集成技术，将半导体激光器芯片(LD)、半导体热电制冷器(TEC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)集成在一起，从而达到温度精确控制，以解决半导体激光器光电性能参数的精准控制。广泛应用于环境气氛探测、通讯、航天、航空、船舶、精密仪器、地质勘探、石油勘探、其他野外作业、工业控制等领域，具有广阔的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有恒温控制功能的半导体激光器件
本技术涉半导体激光器件，具体来说，涉及具有恒温控制功能的半导体激光器件。
技术介绍
原有半导体激光器件是将分离的半导体激光器芯片(LD)、半导体热电制冷器(TEC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)、陶瓷基片载体等采用装贴、键合等传统组装技术，在洁净环境中密封在外壳中，如图1所示。原有技术由于采用分立式组装技术，体积大、组装程序复杂、成品率低、工艺质量一致性很难保证，另一方面，由于采用分立式组装技术，热量传导路径相应过长，造成热信号反馈速度的大大延长，从而影响温度控制的精度范围，进一步影响半导体激光器在高精度、高稳定性使用的场合，或者增大应用系统的设计难度、复杂程度和使用成本。为此，本技术拟采用一体化集成技术，在原有半导体激光器芯片(LD)的结构基础上，将半导体激光器芯片(LD)、半导体热电制冷器(TEC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)有机地集成在一体，解决上述问题。经检索，在中国专利数据库中涉及温控半导体激光器的专利有《半导体激光器温控装置、温控系统及其控制方法》公开(公告)号为CN110707525A，《一种半导体激光器的温控方法、结构以及固体激光器》公开(公告)号为CN110600989A，《一种半导体激光器及其制备方法》公开(公告)号为CN110890691A，《一种带有自动温控的恒流源式半导体激光器驱动电路》公开(公告)号为CN110086084A，《一种宽温度工作DFB半导体激光器的制备方法》公开(公告)号为CN110752508A。然而迄今为止，尚无采用本实用所述的技术方案的相关申请件。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种具有恒温控制功能的半导体激光器件，将半导体激光器芯片(LD)、半导体热电制冷器(TEC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)有机地集成在一体，以外解决采用分立式组装技术造成的体积大、工艺质量一致性差、温度控制不灵敏，以致半导体激光器光电性能参数不能精准控制方面的问题。采取的技术方案是：在原有半导体激光器芯片(LD)的结构基础上，采用一体化集成技术，原有半导体激光器芯片(LD)的背面进行半导体热电制冷器(TEC)的集成，同时在原有半导体激光器芯片(LD)的其中一个电极层上集成负温度系数的热敏电阻(NTC)。一体化集成结构示意图如图2、图3所示，具体结构描述如下：本技术所述的一种具有恒温控制功能的半导体激光器件，包括：半导体衬底6、第一层二氧化硅层7、n型缓冲层8、n+欧母接触层9、n电极10、n型帽层11、p型帽层12、P电极13、p+欧母接触层14、集成TEC200、半导体激光器有源区300、第二层二氧化硅层15、NTC薄膜电阻3、NTC薄膜电阻金属电极4。所述集成TEC200包括：集成TECp型半导体201、集成TECn型半导体202、集成TEC第一层难熔电极203、集成TEC平面型负电极204、集成TEC平面型正电极205、集成TEC第二层难熔电极207、集成TEC第一层绝缘介质隔离层206、集成TEC第二层绝缘介质隔离层208。所述半导体激光器有源区300包括：n型下包层301，n型下限制层302，有源层303，p型下限制层304，p型上包层305。所述半导体衬底6的下层为所述第一层二氧化硅层7，所述半导体衬底6的上层为所述n型缓冲层8，所述n型缓冲层8的上层为所述n+欧母接触层9，所述n+欧母接触层9的上层为所述n型帽层11、所述n电极10、所述第二层二氧化硅层15，所述第二层二氧化硅层15的上层为所述NTC薄膜电阻3及所述NTC薄膜电阻金属电极4，所述n型帽层11的上层为所述半导体激光器有源区300，所述半导体激光器有源区300的上层为所述p型帽层12，所述p型帽层12的上层为所述p+欧母接触层14，所述p+欧母接触层14的上层为所述P电极13。所述n型下包层301的上层为所述n型下限制层302，所述n型下限制层302的上层为所述有源层303，所述有源层303的上层为所述p型下限制层304，所述p型下限制层304的上层为所述p型上包层305。所述第一层二氧化硅层7的下层为所述集成TEC第一层难熔电极203、所述集成TEC第一层绝缘介质隔离层206，所述集成TEC第一层难熔电极203的下层为所述集成TECp型半导体201、所述集成TECn型半导体202，所述集成TECp型半导体201与所述集成TECn型半导体202之间被所述集成TEC第一层绝缘介质隔离层206隔离，所述集成TEC第二层难熔电极207上层为所述TECp型半导体201、所述TECn型半导体202、所述集成TEC第一层绝缘介质隔离层206，所述集成TEC第二层难熔电极207的下层为所述集成TEC平面型负电极204、所述集成TEC平面型正电极205、所述集成TEC第二层绝缘介质隔离层208。本技术由于采用了一体化集成技术，半导体激光器芯片(LD)、半导体热电制冷器(TEC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)之间实现无间隙接触，且属原子间接触，可最大程度、最快地将半导体激光器芯片(LD)的热量传导给热敏电阻，经信号处理后，迅速将信号传送到半导体热电制冷器(TEC)，以控制半导体热电致冷单元的电流方向，控制升温或降温频率，从而达到温度精确控制，以解决半导体激光器光电性能参数的精准控制。本技术的优点是：①采用半导体激光器芯片(LD)、半导体热电制冷器(TEC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)一体化集成方法，实现了薄膜热敏电阻与半导体激光器芯片(LD)的无间隙接触，且属原子间接触，可最大程度、最快地将半导体激光器芯片(LD)的热量传导给热敏电阻，以快速控制半导体热电制冷器(TEC)，达到高灵敏温度控制的目的；②当温控器件外界工作环境温度发生变化时，其内部芯片工作环境温度的变化范围可控制在设定温度的±1.5℃以内，从而降低半导体激光器芯片(LD)相关性能参数指标的温度漂移范围；③实现了原子间的直接接触，大大减小热传导阻抗，加快散热速度，因而，能提升器件的长期可靠性；④节省外贴半导体激光器芯片(LD)、半导体热电制冷器(TEC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)的组装空间，大比缩小器件封装体积，由插件式封装缩小为表贴式封装，大大提高封装的可靠性；⑤半导体热电制冷器(TEC)、负温度系数的热敏电阻(NTC)的形状及大小可随半导体激光器芯片(LD)的形状及大小自行设定，大大提升客户化定制能力；(6)集成TEC热电制冷器的p型半导体与所述n型半导体之间完全由散热优良的绝缘介质无缝填充隔离，散热速度远远高于分离TEC热电制冷器，进一步提高产品的可靠性。采用本技术生产的器件广泛应用于环境气氛探测、通讯、航天、航空、船舶、精密仪器、地质勘探、石油勘探、其他野外作业、工业控制等要求在外界环境温度变化时，装备必需具有高精度、高稳定性使用的场合，具有广阔的市场前景。附图说明图1为现有半导体激光器件组装结构示意图。图1中：1为半导体激光器芯片，2为半导体激光器芯片背面电极，3为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有恒温控制功能的半导体激光器件，包括：半导体衬底(6)、第一层二氧化硅层(7)、n型缓冲层(8)、n+欧母接触层(9)、n电极(10)、n型帽层(11)、p型帽层(12)、P电极(13)、p+欧母接触层(14)、集成TEC(200)、半导体激光器有源区(300)、第二层二氧化硅层(15)、NTC薄膜电阻(3)、NTC薄膜电阻金属电极(4)；/n所述集成TEC(200)包括：集成TEC p型半导体(201)、集成TEC n型半导体(202)、集成TEC第一层难熔电极(203)、集成TEC平面型负电极(204)、集成TEC平面型正电极(205)、集成TEC第二层难熔电极(207)、集成TEC第一层绝缘介质隔离层(206)、集成TEC第二层绝缘介质隔离层(208)；/n所述半导体激光器有源区(300)包括：n型下包层(301)，n型下限制层(302)，有源层(303)，p型下限制层(304)，p型上包层(305)；/n所述半导体衬底(6)的下层为所述第一层二氧化硅层(7)，所述半导体衬底(6)的上层为所述n型缓冲层(8)，所述n型缓冲层(8)的上层为所述n+欧母接触层(9)，所述n+欧母接触层(9)的上层为所述n型帽层(11)、所述n电极(10)、所述第二层二氧化硅层(15)，所述第二层二氧化硅层(15)的上层为所述NTC薄膜电阻(3)及所述NTC薄膜电阻金属电极(4)，所述n型帽层(11)的上层为所述半导体激光器有源区(300)，所述半导体激光器有源区(300)的上层为所述p型帽层(12)，所述p型帽层(12)的上层为所述p+欧母接触层(14)，所述p+欧母接触层(14)的上层为所述P电极(13)；/n所述n型下包层(301)的上层为所述n型下限制层(302)，所述n型下限制层(302)的上层为所述有源层(303)，所述有源层(303)的上层为所述p型下限制层(304)，所述p型下限制层(304)的上层为所述p型上包层(305)；/n所述第一层二氧化硅层(7)的下层为所述集成TEC第一层难熔电极(203)、所述集成TEC第一层绝缘介质隔离层(206)，所述集成TEC第一层难熔电极(203)的下层为所述集成TEC p型半导体(201)、所述集成TEC n型半导体(202)，所述集成TEC p型半导体(201)与所述集成TEC n型半导体(202)之间被所述集成TEC第一层绝缘介质隔离层(206)隔离，所述集成TEC第二层难熔电极(207)上层为所述TEC p型半导体(201)、所述TEC n型半导体(202)、所述集成TEC第一层绝缘介质隔离层(206)，所述集成TEC第二层难熔电极(207)的下层为所述集成TEC平面型负电极(204)、所述集成TEC平面型正电极(205)、所述集成TEC第二层绝缘介质隔离层(208)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有恒温控制功能的半导体激光器件，包括：半导体衬底(6)、第一层二氧化硅层(7)、n型缓冲层(8)、n+欧母接触层(9)、n电极(10)、n型帽层(11)、p型帽层(12)、P电极(13)、p+欧母接触层(14)、集成TEC(200)、半导体激光器有源区(300)、第二层二氧化硅层(15)、NTC薄膜电阻(3)、NTC薄膜电阻金属电极(4)；
所述集成TEC(200)包括：集成TECp型半导体(201)、集成TECn型半导体(202)、集成TEC第一层难熔电极(203)、集成TEC平面型负电极(204)、集成TEC平面型正电极(205)、集成TEC第二层难熔电极(207)、集成TEC第一层绝缘介质隔离层(206)、集成TEC第二层绝缘介质隔离层(208)；
所述半导体激光器有源区(300)包括：n型下包层(301)，n型下限制层(302)，有源层(303)，p型下限制层(304)，p型上包层(305)；
所述半导体衬底(6)的下层为所述第一层二氧化硅层(7)，所述半导体衬底(6)的上层为所述n型缓冲层(8)，所述n型缓冲层(8)的上层为所述n+欧母接触层(9)，所述n+欧母接触层(9)的上层为所述n型帽层(11)、所述n电极(10)、所述第二层二氧化硅层(15)，所述第二层二氧化硅层(15)的上层为所述NTC薄膜电阻(3)及所述NTC薄膜电阻金属电极(4)，所述n型帽层(11)的上层为所述半导体激光器有源区(300)，所述半导体激光器有源区(300)的上层为所述p型帽层(12)，所述p型帽层(12)的上层为所述p+欧母接触层(14)，所述p+欧母接触层(14)的上层为所述P电极(13)；
所述n型下包层(301)的上层为所述n型下限制层(302)，所述n型下限制层(302)的上层为所述有源层(303)，所述有源层(303)的上层为所述p型下限制层(304)，所述p型下限制层(304)的上层为所述p型上包层(305)；
所述第一层二氧化硅层(7)的下层为所述集成TEC第一层难熔电极(203)、所述集成TEC第一层绝缘介质隔离层(206)，所述集成TEC第一层难熔电极(203)的下层为所述集成TECp型半导体(201)、所述集成TECn型...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛虎，陆凯凯，焦英豪，毛森，
申请(专利权)人：广东鸿芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44