一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器制造技术

本发明专利技术提供一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，包括：VCSEL器件(6)，直接裸管，或与过渡支架(15)结合，形成VCSEL组件；光电探测器芯片(8)与控制电路芯片(7)组成集成芯片(12)，集成芯片(12)用于探测VCSEL器件(6)出射的光，并对VCSEL器件(6)光的输出进行调控；VCSEL组件、集成芯片混合集成组装于热沉(14)上，管帽(11)与之形成封装结构，组成一体化器件。本发明专利技术提供的激光器体积小、制备工序简便、便于组装至各种模块及装置装备中，可以实现激光功率一致的大面积阵列集成。

【技术实现步骤摘要】
一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器
本专利技术涉及光电子器件
，具体涉及一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器。
技术介绍
随着半导体激光器制造技术的不断提高和生产成本的降低，应用市场对半导体激光器的小型化、易集成化的要求越来越高。对便于组装进其他设备的小型化半导体激光器的研制，不断提出新的要求。传统的激光器组件都是外置的控制电路，整个组件体积大，不利于系统集成。大面积使用时，多个激光器使用一组控制电路，存在单颗激光功率不稳，多颗之间激光功率不均匀的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对上述问题，本专利技术提供了一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，用于至少部分解决传统激光器组件体积大，不利于系统集成，单颗激光功率不稳，多颗之间激光功率不均匀等技术问题。(二)技术方案本专利技术一方面提供了一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，包括：VCSEL器件，直接裸管，或与过渡支架结合，形成VCSEL组件；光电探测器芯片与控制电路芯片形成集成芯片，用于探测VCSEL器件背面透射出的光，并对VCSEL器件光的输出进行调控；VCSEL组件、集成芯片混合集成组装于热沉上，管帽与之形成封装结构，组成一体化器件。进一步地，VCSEL器件可激射波长为紫外至红外，可为同面电极或异面电极，可为带衬底背面有光透射器件或无衬底背面有光透射器件。进一步地，过渡支架的材料包括金刚石、蓝宝石、AlN、透明玻璃。本专利技术另一方面提供了一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，包括：VCSEL器件与光电探测器芯片形成单片集成芯片，所述光电探测器芯片直接接收所述VCSEL器件发射出的光，控制电路芯片根据所述单片集成芯片中的探测数据，调控所述VCSEL器件光的输出；所述单片集成芯片与所述控制电路芯片混合集成组装于管座上，管帽与之形成封装结构，组成一体化器件。进一步地，VCSEL器件可激射波长为紫外至红外，可为同面电极或异面电极，可为带衬底背面有光透射器件或无衬底背面有光透射器件。本专利技术还有一方面提供了一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，包括：VCSEL器件、控制电路芯片、光电探测器芯片分别组装于管座上，管帽或管壳与之形成封装结构，组成一体化器件；VCSEL器件正面发出的光经管帽或管壳的定向反射或者漫散射后被光电探测器芯片所接收，控制电路芯片根据探测器芯片的探测数据，调控VCSEL器件光的输出。进一步地，VCSEL器件粘合于过渡热沉上，再整体组装于管座上。进一步地，VCSEL器件、控制电路芯片、光电探测器芯片与图形基底板混合集成后再组装于管座上。进一步地，控制电路芯片和光电探测器芯片单片集成形成集成芯片。进一步地，管壳材料包括硬性材料、软质材料，其内壁处理方式包括表面粗化设计、内壁图层设计；管帽和管壳包括角度设计、弧度设计，其出光孔的材料包括带有镀层玻璃、带有镀层透镜、光学整形元件。(三)有益效果本专利技术实施例提供的一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，利用VCSEL小巧便于安装的优势，以及光电探测器芯片与控制电路芯片可单片集成亦可混合集成的特点，设计了将VCSEL与集成芯片组装集成于一体的结构，实现具备自身调节能力的输出激光功率稳定的小型化VCSEL结构。附图说明图1示意性示出了根据本专利技术实施例激光功率可控的小型化VCSEL激光器的第一结构示意图；图2示意性示出了根据本专利技术实施例激光功率可控的小型化VCSEL激光器的第二结构示意图；图3示意性示出了根据本专利技术实施例激光功率可控的小型化VCSEL激光器的第三结构示意图；图4示意性示出了根据本专利技术实施例激光功率可控的小型化VCSEL激光器的第四结构示意图；图5示意性示出了根据本专利技术实施例激光功率可控的小型化VCSEL激光器的第五结构示意图；图6示意性示出了根据本专利技术实施例激光功率可控的小型化VCSEL激光器的制备方法流程图；附图标记说明1-管座；2-管壳；3-管脚；4-窗口；5-过渡热沉；6-VCSEL器件；7-控制电路芯片；8-光电探测器芯片；9-VCSEL与PD纵向一体器件；10-图形基底板；11-管帽；12-集成器件芯片；13-图形电极；14-热沉；15-过渡支架。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术的第一实施例提供一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，请参见图1、图2，包括：VCSEL器件6，直接裸管，或与过渡支架15结合，形成VCSEL组件；光电探测器芯片8与控制电路芯片7形成集成芯片12，用于探测VCSEL器件6背面透射出的光，并对VCSEL器件6光的输出进行调控；VCSEL组件、监测控制组件混合集成组装于热沉14上，管帽11与之形成封装结构，组成一体化器件。该激光功率可控的VCSEL小型化结构将VCSEL器件组件与集成芯片进行一体化结构设计，集成芯片12将光电探测器芯片8与电路控制芯片7通过半导体及微电子工艺的方式集成一体；VCSEL器件组件直接裸管，或安装至过渡支架15上，依照混合集成的方式，通过电极互连，通过图形电极13进行电流输入，实现一体化的特征。本专利技术利用半导体与微电子集成制备工艺优势，将对VCSEL的探测部分与电路控制部分进行集成工艺设计。用CMOS兼容工艺制备自动功率控制电路代替外置PCB板控制，实现功率检测与自动功率控制电路的体积尺寸做到毫米量级的设计，实现了小型化的特征。通过光电探测器芯片8对VCSEL器件6光功率变化的监测，功率控制电路进行自动调节，实现VCSEL激光功率可控特征。在上述实施例的基础上，VCSEL器件6可激射波长为紫外至红外，可为同面电极或异面电极，可为带衬底背面有光透射器件或无衬底背面有光透射器件。VCSEL器件可为不同激射波长的器件，应用范围广。VCSEL器件为同面电极时有高频调制速度快的特点，为异面电极时有安装简洁，制备工艺简单的特点。在本实施例中VCSEL器件可为背面有光透射器件，背面透射的光直接入射到光电探测器芯片8，VCSEL器件可为带衬底或无衬底器件。VCSEL器件6的光直接入射到光电探测器芯片8，根据光电探测器芯片8的参数变化，控制电路芯片7调整VCSEL器件6光的输出，通过探测器及控制电路的监测与调制，功率可实现稳定或可调节输出，不受使用时间、使用场景等的影响。在上述实施例的基础上，过渡支架15的材料包括金刚石、蓝宝石、AlN、透明玻璃。过渡支架15的作用为对于背面出光的VCSEL，可通过这个形式，让下面的光电探测器芯片8接受背部透射的光；无过渡支架15时，光的入射方式为通过管帽或窗口的特殊设计，实现光的定向反射或者漫散射。本专利技术的第二实施例提供一种激光功率可控的小型化VC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，其特征在于，包括：/nVCSEL器件(6)，直接裸管，或与过渡支架(15)结合，形成VCSEL组件；/n光电探测器芯片(8)与控制电路芯片(7)形成集成芯片(12)，用于探测所述VCSEL器件(6)背面透射出的光，并对所述VCSEL器件(6)光的输出进行调控；/n所述VCSEL组件、集成芯片混合集成组装于热沉(14)上，管帽(11)与之形成封装结构，组成一体化器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，其特征在于，包括：
VCSEL器件(6)，直接裸管，或与过渡支架(15)结合，形成VCSEL组件；
光电探测器芯片(8)与控制电路芯片(7)形成集成芯片(12)，用于探测所述VCSEL器件(6)背面透射出的光，并对所述VCSEL器件(6)光的输出进行调控；
所述VCSEL组件、集成芯片混合集成组装于热沉(14)上，管帽(11)与之形成封装结构，组成一体化器件。


2.根据权利要求1所述的激光功率可控的小型化VCSEL激光器，其特征在于，所述VCSEL器件(6)可激射波长为紫外至红外，可为同面电极或异面电极，可为带衬底背面有光透射器件或无衬底背面有光透射器件。


3.根据权利要求1所述的激光功率可控的小型化VCSEL激光器，其特征在于，所述过渡支架(15)的材料包括金刚石、蓝宝石、A1N、透明玻璃。


4.一种激光功率可控的小型化VCSEL激光器，其特征在于，包括：
VCSEL器件(6)与光电探测器芯片(8)形成单片集成芯片(9)，所述光电探测器芯片(8)直接接收所述VCSEL器件(6)发射出的光，控制电路芯片(7)根据所述单片集成芯片(9)中的探测数据，调控所述VCSEL器件(6)光的输出；
所述单片集成芯片(9)与所述控制电路芯片(7)混合集成组装于管座(1)上，管帽(11)与之形成封装结构，组成一体化器件。


5.根据权利要求4所述的激光功率可控的小型化VCSEL激光器，其特征在于，所述VCSEL器件(6)可激射波长为紫...

【专利技术属性】
技术研发人员：李川川，韦欣，李健，谢新宇，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11