改善大功率太赫兹半导体激光器散热的封装结构制造技术

一种改善大功率太赫兹半导体激光器散热的封装结构，该封装结构包括：热沉；第一金属层；第二金属层；次级热沉其上设有倒梯形凹槽；太赫兹半导体激光器，包括衬底；第二掺杂层；呈梯形结构的有源区；第一掺杂层，作为激光器负电极的电注入接触层；欧姆接触层，用于实现负电极与第一掺杂层的欧姆接触；金属波导层；绝缘层，用于防止有源区与负电极间短路；电镀金层，作为次级热沉的散热层；电极层；第三金属层；以及连接块，顶部第四金属层与负电极相连。本发明专利技术采用半绝缘砷化镓作为次级热沉，其低温下具备很高的热导率，与激光器的有源区材料不存在热失配，且次级热沉为激光器提供高效的散热通道，实现太赫兹半导体激光器高功率工作。

【技术实现步骤摘要】
改善大功率太赫兹半导体激光器散热的封装结构
本专利技术涉及太赫兹波段大功率半导体激光器件散热和封装
，尤其涉及一种改善大功率太赫兹半导体激光器散热的封装结构。
技术介绍
太赫兹波段(1-10THz)电磁波，光子能量低，且对应一些小分子特定的转动能级而具备“指纹识别”特性，所以在无损检测和分子生物学鉴定，以及天文学领域应用潜力巨大；此外其波长长，在超宽带无线通信方面，同样具备较高的商业价值。然而，受制于载流子渡越时间和电子回路中寄生电容的影响，以及缺乏对应窄带隙半导体发光材料，采用电子学和光子学的方法都很难在所谓“太赫兹空隙THz-gap(1THz-10THz)”区实现高功率的THz源。太赫兹量子级联激光器(THz-QCLs)的出现，创造性地填补了这一“Gap”，同时兼具了高功率与高效率的特点。THz-QCLs作为一种单极型太赫兹半导体激光器，其利用电子在多周期耦合量子阱导带内子能级间的跃迁实现受激辐射发光；目前已经可以覆盖0.8THz-5.4THz的频率范围，并能实现脉冲工作下2W的峰值输出功率，连续波工作下功率也已达到230mW。然而，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹半导体激光器散热的封装结构，包括：/n热沉(1)；/n第一金属层(2)，设置在热沉(1)上；/n第二金属层(3)，设置在第一金属层(2)上；/n次级热沉(4)，设置在第二金属层(3)上，其上设有倒梯形凹槽；/n太赫兹半导体激光器，包括：/n衬底(13)，其背部设有背面金属层(14)；/n第二掺杂层(11)，设置在衬底(13)正面上；/n有源区(15)，呈梯形结构，设置在第二掺杂层(11)上；/n第一掺杂层(10)，设置在有源区(15)梯形结构顶部，作为激光器负电极(602)的电注入接触层；/n欧姆接触层(8)，设置在第一掺杂层(10)上，用于实现负电极(602)与第一掺杂层(10...

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹半导体激光器散热的封装结构，包括：
热沉(1)；
第一金属层(2)，设置在热沉(1)上；
第二金属层(3)，设置在第一金属层(2)上；
次级热沉(4)，设置在第二金属层(3)上，其上设有倒梯形凹槽；
太赫兹半导体激光器，包括：
衬底(13)，其背部设有背面金属层(14)；
第二掺杂层(11)，设置在衬底(13)正面上；
有源区(15)，呈梯形结构，设置在第二掺杂层(11)上；
第一掺杂层(10)，设置在有源区(15)梯形结构顶部，作为激光器负电极(602)的电注入接触层；
欧姆接触层(8)，设置在第一掺杂层(10)上，用于实现负电极(602)与第一掺杂层(10)的欧姆接触；
金属波导层(12)，设置在第一掺杂层(10)上，位于欧姆接触层(8)中间，并同时覆盖欧姆接触层(8)，作为激光器的电注入负电极金属层；
绝缘层(9)，覆盖在有源区(15)上，与欧姆接触层(8)和金属波导层(12)接触，用于防止梯形有源区(15)梯形侧壁与负电极(602)间短路，或防止激光器正电极(601)与负电极(602)间短路；
电镀金层(7)，覆盖在绝缘层(9)和金属波导层(12)上，作为激光器工作时往次级热沉(4)一侧的散热层；
电极层(6)，覆盖在电镀金层(7)上；
第三金属层(5)，覆盖在电极层(6)上；所述有源区(15)、绝缘层(9)、电镀金层(7)、电极层(6)、第三金属层(5)形成倒梯形凸台；所述倒梯形凸台设置在次级热沉(4)的倒梯形凹槽内；以及
电隔离槽(19)，设置在倒梯形凸台的两侧，用于实现正电极(601)与负电极(602)之间的电隔离；以及
连接块(18)，设置在第一金属层(2)上，位于次级热沉(4)一侧，连接块(18)顶部设有第四金属层(17)，第四金属层(17)和电极层(6)连接。


2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述电隔离槽(19)将倒梯形凸台隔离为中间的倒梯形凸台结构和两侧的正电极电流注入结构，由倒梯形凸台顶部金属波导层(12)实现负电极电流注入，所述正电极电流注入结构包括：
正电极(601)，设置在第二掺杂层(11)上；
电镀金层(7)，设置在正电极(601)上；
电极层(6)，设置在电镀金层(7)上；以及
第三金属层(5)，设置在电极层(6)上。


3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述热沉(1)采用的材料包括铜；
所述热沉(1)在温度低于100K时的热导率为300至1200Kw-1m-1；
所述次级热沉(4)采用的材料包括(100)面半绝缘砷化镓；
所述次级热沉(4)的厚度为200至300μm；
所述倒梯形凹槽深度为11至13μm。


4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述第一金属层(2)采用的材料包括铟；
所述第一金属层(2)层的厚度为4至6μm；
所述第二金属层(3)采用的材料包括钛和金；
所述第三金属层(5)采用的材料包括铟；
所述第三金属层(5)的厚度为2至3μm；
所述第四金属层...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵方圆，李利安，刘俊岐，刘峰奇，张锦川，翟慎强，卓宁，王利军，刘舒曼，
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