用于混合激光器的热量处理制造技术

公开了用于半导体激光器、即具有集成在其上的用于促进热量耗散的热量处理的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的技术和系统。以防止半导体激光器实施方式中包括的GCSE激光器芯片变形或损坏的方式构造热量处理。集成在激光器中的所公开的热量处理元件可以包括：散热器；支撑条；焊接接头；热界面材料(TIM)；硅通孔(TSV)；以及导热片。支撑条例如使GCSE激光器芯片定位在这些条之间，并且支撑条的高度高于GCSE激光器芯片的厚度。因此，可以将散热器放置在支撑条之上，使得热量从GCSE激光器芯片耗散，并且由于支撑条的高度，散热器与GCSE激光器芯片分隔开以免直接接触。器芯片分隔开以免直接接触。器芯片分隔开以免直接接触。

【技术实现步骤摘要】
用于混合激光器的热量处理
[0001]政府权利声明
[0002]本专利技术是在政府支持下以协议号H98230
‑
19
‑3‑
0002完成的。美国政府对本专利技术享有一定的权利。

技术介绍

[0003]密集波分复用(DWDM)是一种可以用于增加现有光纤网络上带宽的光复用技术。DWDM典型地包括在同一光纤上同时组合和传输不同波长的多个信号，从而使物理介质的容量倍增。一般而言，使用纳米光子学的DWDM互连可以提供优于电气互连的呈数量级提高的带宽和能量效率。新兴的多核计算系统通常需要在低功率下以较小的占用空间提供高吞吐量的互连结构，因此可以适合于采用DWDM技术。
[0004]典型地，如DWDM等光学系统采用激光器来产生光信号。典型的半导体激光器可以基于在有源区中复合正电载流子来发射光子。在电驱动激光器的情况下，该过程是响应于产生通过激光器中的相应的正负掺杂区和金属电极的电流而进行的。
附图说明
[0005]参照以下附图根据一个或多个不同的实施例详细地描述本公开。附图仅被提供用于说明性目的，并且仅描绘典型实施例或示例实施例。
[0006]图1是根据一些实施例的具有集成热量处理元件的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的示例的图。
[0007]图2是根据一些实施例的可以包括图1所示的GCSE梳状激光器的密集波分复用(DWDM)硅光子光学系统的示例的图。
[0008]图3A是根据一些实施例的用于实施图1所示的一些热量处理元件的焊接接头和支撑条的示例的图。
[0009]图3B是根据一些实施例的用于实施图1所示的一些热量处理元件的焊接接头和支撑条的另一示例的图。
[0010]图3C是根据一些实施例的用于实施图1所示的一些热量处理元件的焊接接头和支撑条的又一示例的图。
[0011]图4A是根据一些实施例的具有集成热量处理元件的GCSE梳状激光器的另一示例的图，这些集成热量处理元件包括导热片。
[0012]图4B描绘了图3A所示的具有集成热量处理元件的GCSE梳状激光器的俯视图。
[0013]图5A是根据一些实施例的具有集成热量处理元件的GCSE梳状激光器的又一示例的图，这些集成热量处理元件包括共享同一导热片的多个GCSE激光器芯片。
[0014]图5B描绘了图5A所示的具有集成热量处理元件的GCSE梳状激光器的俯视图。
[0015]图6A是根据一些实施例的具有集成热量处理元件的GCSE梳状激光器的又一示例的图，这些集成热量处理元件包括用于专用集成电路(ASIC)的散热器，该散热器将用于多个GCSE激光器芯片的散热器分隔开。
[0016]图6B描绘了图6A所示的具有集成热量处理元件的GCSE梳状激光器的俯视图。
[0017]图7A是根据一些实施例的具有集成热量处理元件的GCSE梳状激光器的又一示例的图，这些集成热量处理元件包括专用集成电路(ASIC)，该专用集成电路将共享同一散热器的多个GCSE芯片分隔开。
[0018]图7B描绘了图7A所示的具有集成热量处理元件的GCSE梳状激光器的俯视图。
[0019]图8是根据一些实施例的可以用于实施图3A所示的GCSE梳状激光器的一些热量处理元件的加强件模型的图。
[0020]附图并非是穷举的，并且不将本公开限制于所公开的精确形式。
具体实施方式
[0021]本文所述的各个实施例涉及半导体激光器，即具有集成在其上的用于促进热量耗散的热量处理的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器。典型地，半导体光电部件经受温度变化，温度变化可能改变材料的折射率、并且影响对波长敏感的结构和应用。二极管激光器中产生焦耳热是器件操作和封装的关键因素。它影响激光波长、效率和使用寿命。GCSE梳状激光器可以用于实施例如在DWDM系统中的光互连。在制造激光器芯片时，可以将(多个)激光器芯片倒装式结合到绝缘体上硅(SOI)光子中介层上。激光器的输出的表面发射应当耦接到SOI光子中介层中的硅波导中。
[0022]激光器芯片上的光栅耦合器与SOI中介层之间经常不可避免地形成物理间隙。该距离是需要保持恒等于设计值以使光耦合损耗和反射最小化的间隙。因此，在GCSE梳状激光器中采用如散热器等典型的热量处理元件可能具有挑战性。例如，如在一些传统方法中那样，将散热器物理地附接至激光器芯片的背面可能由于散热器附接过程期间施加的机械力而使薄的(例如，约150um厚的)激光器芯片变形或甚至损坏。然而，所公开的GCSE梳状激光器具有使得能够进行有效的热量处理而不使激光器芯片变形或损坏的独特设计。
[0023]现在参照图1，示出了配置有热量处理元件的GCSE梳状激光器100。激光器100可以包括结合到SOI Si光子中介层130上的GCSE激光器芯片120。在所图示的示例中，激光器100的热量处理元件可以包括散热器110和热量散布器，这些热量散布器包括支撑条140a、140b和焊接接头150a
‑
150d。激光器100可以用作各种光学系统(例如光互连系统和光通信系统)中的光信号调制器的光源。为了讨论的目的，GCSE激光器芯片120被描述为多波长半导体激光器。即，GCSE激光器芯片120可以产生具有一系列被称为多个载波波长的、离散的、等间隔的频率元素的光谱。
[0024]在图1中，截面视图突出地图示了可以沉积在用于制造激光器100的有机基板160上的多个材料层。在所图示的示例中，层121、122和123可以共同构成SOI Si光子中介层130。例如，层121是基板层。层122是可以由二氧化硅(SiO2)形成的掩埋氧化物(BOX)层。在层122之上可以是硅层123。有机基板160可以是在SOI Si光子中介层130下方的硅基板。另外，示出了专用集成电路(ASIC)的光子管芯180设置在SOI Si光子中介层130之上。光子管芯180可以包括光信号调制器(未示出)，这些光信号调制器使用由GCSE激光器芯片120产生的多个载波波长。电子管芯(未示出)可以存在于光子管芯180上方。
[0025]在图1的示例中，散热器110在没有在物理上抵靠GCSE激光器芯片120本身的情况下被定位在GCSE激光器芯片120上方。特别地，散热器110被定位在GCSE激光器芯片120的背
面上方，隔有散热器气隙142。即，图1用于图示散热器110并不与GCSE激光器芯片120发生直接接触。激光器100的这种独特配置避免了由于将散热器直接附接至芯片而产生的机械力，该机械力可能潜在地损坏GCSE激光器芯片或使其变形。为了简洁起见，未示出用于散热器110的机械附接件。如图1中看到的，散热器110放置在支撑条140a、140b上。散热器110在物理上与分别放置在每个支撑条140a、140b的顶部表面上的热界面材料(TIM)层170a、170b发生接触。
[0026]图1还示出了多个焊接接头150a
‑
150d，这些焊接接头布置在SOI Si光子中介层13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，包括：GCSE激光器芯片；两个支撑条，其中所述GCSE激光器芯片被定位在所述两个支撑条之间，所述两个支撑条与所述GCSE激光器芯片的相应侧面间隔开，并且每个支撑条的高度均高于所述GCSE激光器芯片的高度；散热器，所述散热器被定位在所述两个支撑条之上，使得热量从所述GCSE激光器芯片耗散；和导热片，所述导热片被定位在所述散热器与所述两个支撑条之间。2.如权利要求1所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，进一步包括在所述GCSE激光器芯片下方的绝缘体上硅(SOI)Si光子中介层。3.如权利要求2所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，进一步包括用于将所述GCSE激光器芯片结合到所述SOI Si光子中介层上的焊接接头。4.如权利要求3所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，其中，所述焊接接头从所述GCSE激光器芯片提取热量，并且将所提取的热量沿着形成在所述SOI Si光子中介层顶部的Si层引导。5.如权利要求3所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，包括：基板，所述基板位于所述SOI Si光子中介层下方；硅通孔(TSV)，所述硅通孔从所述GCSE激光器芯片穿过所述SOI Si光子中介层隧穿到所述基板；以及附加焊接接头，所述附加焊接接头用于将两个TSV结合到所述GCSE激光器芯片。6.如权利要求5所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，其中，来自所述GCSE激光器芯片的热量通过所述附加焊接接头经由所述两个TSV朝向所述基板耗散。7.如权利要求1所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，其中，所述两个支撑条高于所述GCSE激光器芯片和所述焊接接头的高度。8.如权利要求6所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，包括：散热器气隙，由于所述两个支撑条的尺寸，形成在所述散热器与所述GCSE激光器芯片之间。9.如权利要求8所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，其中，所述散热器与所述GCSE激光器芯片之间的所述散热器气隙将所述散热器与所述GCSE激光器芯片分隔开。10.如权利要求1所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，其中，所述导热片包裹在加强块周围。11.如权利要求10所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，进一步包括设置在所述散热器与所述导热片之间的热界面材料。12.如权利要求11所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，其中，所述导热片包括石墨或石墨烯。13.如权利要求12所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，其中，所述导热片将热量从所述GCSE激光器芯片的背面传导走。14.如权利要求1所述的光栅耦合表面发射(GCSE)梳状激光器的系统，进一步包括：
附加GCSE激光器芯片；专用集成电路(ASIC)，所述专用集成电路被定位在...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁迪，C，
申请(专利权)人：慧与发展有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：