一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片及制作方法，包括芯片本体，芯片本体的一个表面上设置有正极、负极、发光孔、散热焊线区，正极连接发光孔，发光孔一侧设置有发光孔保护区和散热区；所述芯片本体封装于封装贴片底座中，封装贴片底座上设置有封装贴片底座焊线区，芯片本体表面的散热焊线区与封装贴片底座焊线区之间通过若干根金线连接。本发明专利技术能够在不改变外延结构设计和保证可靠性的情况下，高效提升激光器的散热性能。高效提升激光器的散热性能。高效提升激光器的散热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法


[0001]本专利技术属于垂直腔面发射激光器
，特别涉及一种垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，无论是无线通信网络、自动驾驶、ARVR等技术的应用场景都对数据的传输和交互提出更高速率的要求。光网络是目前最为成熟且广泛应用的通信技术，更高速率的数据的传输要求光传输网络中的发射激光器具有更高的带宽性能。为了提升单片晶圆片的产出率，业内公司都把单颗垂直发射腔面激光器的面积做到0.25*0.25mm，甚至更小的0.22*0.22mm的尺寸，由于激光器在工作的过程中需要持续加入直流电流和调制电流，通常两个电流叠加起来是10mA左右，使得激光器内部产生巨大的热量，如果热量传导不出来，会在激光器表面堆积导致激光器的工作温度大幅度提升，工作温度的增加导致阈值电流变大从而抑制了激光器的调制带宽。
[0003]行业内的垂直腔面发射激光器为了解决这个热量抑制激光器调制带宽的问题，通常有如下集中解决的方法：
[0004]1、通过晶圆流片最后一道工艺“砷化镓基板减薄”来缩薄基板的厚度来提升散热性能。这个方式工艺管控难度较高，且过薄的基板厚度，会带来一系列的可靠性问题，例如在晶圆切割时，容易产生裂纹；在芯片封装是，基板太薄，也会在贴片的过程中造成裂纹。
[0005]2、通过改变外延层的金属气体的掺杂浓度和比例来提升散热性能。这种方式对散热性能的改善有限。因为外延结构是由MOCVD在砷化镓基板上沉积GaAs缓冲层、N<br/>‑
DBR、有源层、氧化限制层、P
‑
DBR、欧姆接触层。每一次的厚度和掺杂的浓度首要解决的问题降低寄生电容、提高有源区载流子微分增益，从而来提升激光器的调制带宽。另外，掺杂组分之间的过度失配，会在外延层与GaAs基板之间产生过大的应力，导致激光器的可靠性问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法，以实现在不改变外延结构设计和保证可靠性的情况下，高效提升激光器的散热性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片，包括芯片本体，芯片本体的一个表面上设置有正极、负极、发光孔、散热焊线区，正极连接发光孔，发光孔一侧设置有发光孔保护区和散热区；所述芯片本体封装于封装贴片底座中，封装贴片底座上设置有封装贴片底座焊线区，芯片本体表面的散热焊线区与封装贴片底座焊线区之间通过若干根金线连接。
[0009]所述发光孔保护区和散热区为与发光孔同心的弧形，所述弧形的长度至少为四分之一圆。
[0010]所述发光孔保护区和散热区与发光孔之间有间隙。
[0011]所述间隙宽度为5～15um。
[0012]所述封装贴片底座焊线区为“C”字形，将散热焊线区包围，散热焊线区位于外侧的三个边通过若干根金线与封装贴片底座焊线区连接。
[0013]所述金线的直径为25.4um。
[0014]一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片的制作方法，包括以下步骤：
[0015](1)采用共面晶圆流片工艺，把正极焊盘和负极焊盘做在芯片本体的正面；
[0016](2)在靠近发光孔的位置采用沉金的工艺制作发光孔保护区和散热区；
[0017](3)在激光器芯片表面制作散热焊线区；
[0018](4)在封装贴片底座上制作封装贴片底座焊线区，焊接上若干根金线，金线另一端与散热焊线区焊接。
[0019]所述步骤(1)中，采用沉金工艺制作正极焊盘和负极焊盘。
[0020]所述步骤(4)中，封装贴片底座的材质为氮化铝基板或镍合金。
[0021]有益效果：本专利技术在垂直腔面发射激光器芯片表面增加金属的同时还通过金线焊接的方式，把芯片表面的热量传导到封装的底板来提升散热性能。用金属的模式进行散热，同时兼顾导热，兼顾工艺，可以实现，兼职效果更好。此外，芯片上的打线金属区域不需要做成凹凸不平的台阶，极大降低了工艺难度，采用溅射等工艺是非常难做出来um级别的台阶。本专利技术提供了一种非常简便实用的光芯片封装成组件的方案，采用一种高导热性能的氮化铝或者是镍合金的材料作为封装底板，来与芯片配合实用来更好提升导热性能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的垂直腔面发射激光器芯片的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术的垂直腔面发射激光器芯片与封装贴片底座连接示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。
[0025]如图1至2所示，本专利技术的一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片，包括芯片本体9，芯片本体9的一个表面上设置有正极4、负极3、发光孔5、散热焊线区1，正极4连接发光孔5，发光孔5一侧设置有发光孔保护区和散热区2；所述芯片本体9封装于封装贴片底座6中，封装贴片底座6上设置有封装贴片底座焊线区7，芯片本体9表面的散热焊线区1与封装贴片底座焊线区7之间通过若干根金线8连接。
[0026]发光孔保护区和散热区2为与发光孔5同心的弧形，弧形的长度至少为四分之一圆。
[0027]发光孔保护区和散热区2与发光孔5之间有间隙，间隙宽度为5～15um。
[0028]散热焊线区1的面积越大散热性能越好。在一个实施例中，散热焊线区1的尺寸为80um*210um。
[0029]封装贴片底座焊线区7为“C”字形，将散热焊线区1包围，散热焊线区1位于外侧的三个边通过若干根金线8与封装贴片底座焊线区7连接。
[0030]金线8为12根，每根金线8的直径为25.4um。
[0031]一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片的制作方法，包括以下步骤：
[0032](1)采用共面晶圆流片工艺，把正极4焊盘和负极3焊盘做在芯片本体6的正面。因
为VCSEL的正负电极焊盘需要用于焊接金线，所以采用沉金工艺制作正极4焊盘和负极3焊盘。金属具有优越的导热和散热性能，正负电极焊盘在外延层之上，能有效帮助热量的散发。
[0033](2)在靠近发光孔5的位置采用沉金的工艺制作发光孔保护区和散热区2；能避免在贴片过程中激光器芯片的吸嘴下压吸取芯片时损伤发光孔，也能通过表面这块区域的金属进行散热。
[0034](3)在激光器芯片表面制作80um*210um的散热焊线区1；能够让热能通过这一大片金属区域来散热，同时也为激光器芯片在封装成组件的结构中提供散热焊线。
[0035](4)在VCSEL光芯片封装中，在封装贴片底座6上制作封装贴片底座焊线区7，根据VCSEL激光器芯片上焊线区域的面积，焊接上12根金线8，金线8另一端与散热焊线区1焊接。根据试验验证每根线径为25.4um的金线能吸收并散发掉0.015W的功耗，12根金线就有0.18W的能耗传导，因为封装贴片底座采用具有高导热性能的氮化铝基板或镍合金，所以焊接后的这12根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于：包括芯片本体(9)，芯片本体(9)的一个表面上设置有正极(4)、负极(3)、发光孔(5)、散热焊线区(1)，正极(4)连接发光孔(5)，发光孔(5)一侧设置有发光孔保护区和散热区(2)；所述芯片本体(9)封装于封装贴片底座(6)中，封装贴片底座(6)上设置有封装贴片底座焊线区(7)，芯片本体(9)表面的散热焊线区(1)与封装贴片底座焊线区(7)之间通过若干根金线(8)连接。2.根据权利要求1所述的高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于：所述发光孔保护区和散热区(2)为与发光孔(5)同心的弧形。3.根据权利要求2所述的高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于：所述弧形的长度至少为四分之一圆。4.根据权利要求1至3任一所述的高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于：所述发光孔保护区和散热区(2)与发光孔(5)之间有间隙。5.根据权利要求4所述的高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于：所述间隙宽度为5～15um。6.根据权利要求1所述的高散热性能的垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑君雄，石恺丰，杨翠柏，尹佩川，
申请(专利权)人：深圳市中科光芯半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：