可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构及封装方法技术

本发明专利技术提供了一种可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构及封装方法，包括半导体激光器、半导体制冷器和设于半导体激光器与半导体制冷器之间的第一金属层，所述半导体制冷器包括硅衬底、设于硅衬底上的金属电极、沉积于金属电极上的半导体热电材料和刻蚀于半导体热电材料上的P‑N结构，所述半导体激光器包括基板、设于基板上的第二金属层、填充于相邻金属之间的硅氧化合物、依次设于第二金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上的ALD膜层、绝缘介质层、PMMA层和有源层，半导体激光器内形成有贯穿ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层的环形孔腔，环形孔腔内设有反射膜层。本发明专利技术能提高激光器的性能及防混光效果。

【技术实现步骤摘要】
可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构及封装方法
本专利技术涉及半导体光电
，尤其涉及一种可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构的封装结构及其封装方法。
技术介绍
半导体激光器具有效率高、体积小、重量轻、寿命长、制作简单、成本低等特点；其在激光打印、激光测距、激光雷达、光纤通信、红外照明、大气监视和化学光谱等方面获得了广泛的应用。早期，半导体激光器通常采用光子晶体微腔或在有源层两端镀上多层高反介质膜形成的介质腔作为光学谐振腔。2007年，A.V.Maslov和C.Z.Ning的理论研究结果表明金属腔比介质腔对电磁波模式的局域能力更强，因此他们认为在半导体纳米线上包覆一层金属膜可以减小纳米线激光器的尺寸。另外，金属反射镜所占的体积比多层高反介质膜和光子晶体反射镜所占的体积更小，也有利于半导体激光器尺寸的减小。因此，基于金属微腔的半导体激光器成为了近年来的研究热点。目前在半导体材料上制作金属腔的最简单的方法是在半导体材料表面覆盖一层金属膜，从而形成金属反射镜。金属反射镜和半导体材料表面上的金属膜共同组成了金属腔，作为激光器的光学谐振腔。这种制作方法虽然简单，但是金属反射镜的高度受限于半导体材料的厚度，导致金属腔的损耗较大，使得激光器的振荡阈值较高。再者，由于光从各个角度发出，光线会扩散，从而导致混光、发光不均、亮度低等影响效果的现象发生。对于传统的单模激光器而言，尤其是大功率的，其正常工作需要配备单独的制冷器来为激光器降温散热。而散热器目前最常用的有三类：循环冷却水降温，风冷降温和半导体制冷器降温。现有方式制成的激光器体积巨大，在很多场合都无法很好的发挥和体现半导体激光器的性能和特点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构的封装结构及封装方法，目的是便于对半导体激光器进行封装，且便于散热及降低激光的振荡阈值。基于上述目的，本专利技术提供了一种可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构的封装结构，包括半导体激光器、半导体制冷器和设于半导体激光器与半导体制冷器之间的第一金属层，所述半导体制冷器包括硅衬底、设于硅衬底上的金属电极、沉积于金属电极上的半导体热电材料和刻蚀于半导体热电材料上的P-N结构，所述半导体激光器包括基板、设于基板上的第二金属层、填充于相邻金属之间的硅氧化合物、依次设于第二金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上的ALD膜层、绝缘介质层、PMMA层和有源层，所述半导体激光器内形成有贯穿ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层的环形孔腔，所述环形孔腔内设有反射膜层。所述半导体激光器的电极设于基板的底部，且半导体激光器的电极通过第一金属层引出，连接至电源。所述P-N结构包括一个P型电极和一个N型电极；所述P-N结构中的P型电极和N型电极交替设置。所述P-N结构最外层的P型电极或者N型电极通过金属引线向外延伸，作为接触电极。相邻的P-N结构之间通过顶部或底部金属材料相互连接。所述反射层是采用磁控溅射形成银膜层。所述绝缘介质层为二氟化镁、三氧化二铝、二氧化硅或氟化锂，绝缘介质层的厚度为5-100nm。所述有源层为半导体纳米片或半导体纳米线。所述半导体纳米片或半导体纳米线由硒化镉、硫化镉、氧化锌、砷化镓、铟镓氮和铟镓砷磷中的一种制成；所述半导体纳米片或半导体纳米线的厚度为50-300nm。所述金属层的厚度为50-200nm，金属层采用金属材料制成。所述基板为硅衬底。所述可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构的封装方法，包括如下步骤：步骤一、将半导体激光器堆叠于半导体制冷器上方的第一金属层上；步骤二、将半导体激光器的引脚连接至第一金属层，由第一金属层引出电极；步骤三、将半导体制冷器上的P-N结构中的接触电极与第一金属层连接；步骤四、将半导体激光器与半导体制冷器通过所述第一金属层整体封装于芯片中。所述半导体激光器与半导体制冷器通过导热绝缘材料贴合。本专利技术的有益效果：1、本专利技术在封装半导体激光器的过程中，把半导体制冷器一并封装一体，半导体激光器产生的热量通过第一金属层传递到半导体制冷器向外界吸热的冷端，相较于现有技术中单独为半导体激光器配备半导体制冷器，最终使封装的半导体激光器体积减小，提高激光器的性能，半导体激光器封装在半导体制冷器的上方，相较于在半导体激光器上方或下方再制作半导体制冷器继而封装，工艺难度小。2、本专利技术P-N结构中的P型电极和N型电极交替设置。掺杂五价杂质元素和三价杂质元素形成P型电极和N型电极，形成具有珀耳帖效应的半导体结构。3、本专利技术相邻的P-N结构之间通过顶部或者底部金属材料相互连接。P－N结构中P型电极和N型电极彼此间形成交互形式的连接结构，确保整个P－N结构中直流电通入的方向相同，使P－N结构的顶部结点处都产生吸热现象，底部结点处产生放热现象。4、本专利技术的半导体制冷器的电极通过金属引线向外延伸，由外接电源对半导体制冷器进行供电，使半导体制冷器和半导体激光器能同时工作。5、本专利技术环形孔腔内的银膜作为激光器的光学谐振腔，由于银膜层反射率很高，当光线扩散时，由于银的存在会将光线反射回去，从而控制光线不往相邻外部空间扩散而导致混光、发光不均、亮度低等现象。该环形孔腔的高度设置合理，减少环形孔腔中光波导模式在腔镜处的损耗，降低激光的振荡阈值。6、本专利技术位于有源层和金属层之间的绝缘介质层可以降低环形孔腔中光波导模式的传播损耗，并且通过增加绝缘介质层的厚度可以进一步降低光波导模式的传播损耗，同样有利于激光的形成。7、本专利技术的半导体激光器及其制作方法因半导体纳米片或半导体纳米线的增益大以及环形孔腔的损耗小可以在室温下工作。附图说明为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术半导体激光器的结构示意图；图3为本专利技术在金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上制备ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层后的结构示意图；图4为本专利技术在PMMA层上涂胶后的结构示意图；图5为本专利技术刻蚀形成环形空腔后的结构示意图。图中标记为：1、基板；2、第二金属层；3、硅氧化合物；4、ALD膜层；5、绝缘介质层；6、PMMA层；7、有源层；8、环形孔腔；9、光刻胶100、半导体激光器；101、半导体制冷器；102、第一金属层；103、硅衬底；104、金属电极；105、半导体热电材料；106、P-N结构；107、金属材料；108、接触电极。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。需要说明的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构，其特征在于，包括半导体激光器、半导体制冷器和设于半导体激光器与半导体制冷器之间的第一金属层，所述半导体制冷器包括硅衬底、设于硅衬底上的金属电极、沉积于金属电极上的半导体热电材料和刻蚀于半导体热电材料上的P-N结构，所述半导体激光器包括基板、设于基板上的第二金属层、填充于相邻金属之间的硅氧化合物、依次设于第二金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上的ALD膜层、绝缘介质层、PMMA层和有源层，所述半导体激光器内形成有贯穿ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层的环形孔腔，所述环形孔腔内设有反射膜层。/n

【技术特征摘要】
1.一种可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构，其特征在于，包括半导体激光器、半导体制冷器和设于半导体激光器与半导体制冷器之间的第一金属层，所述半导体制冷器包括硅衬底、设于硅衬底上的金属电极、沉积于金属电极上的半导体热电材料和刻蚀于半导体热电材料上的P-N结构，所述半导体激光器包括基板、设于基板上的第二金属层、填充于相邻金属之间的硅氧化合物、依次设于第二金属层及填充硅氧化合物形成的结构层上的ALD膜层、绝缘介质层、PMMA层和有源层，所述半导体激光器内形成有贯穿ALD膜层、绝缘介质层及PMMA层的环形孔腔，所述环形孔腔内设有反射膜层。


2.根据权利要求1所述可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构，其特征在于，所述半导体激光器的电极设于基板的底部，且半导体激光器的电极通过第一金属层引出，连接至电源。


3.根据权利要求1所述可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构，其特征在于，所述P-N结构包括一个P型电极和一个N型电极；所述P-N结构中的P型电极和N型电极交替设置。


4.根据权利要求1所述可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构，其特征在于，所述P-N结构最外层的P型电极或者N型电极通过金属引线向外延伸，作为接触电极。


5.根据权利要求1所述可降低振荡阈值的半导体激光器的封装结构，其特征在于，相邻的P...

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