垂直腔面发射激光器及其制造方法、电子器件

本发明的至少一种实施例涉及一种激光器，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器及其制造方法、电子器件。

背景技术：

1、垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)的基本原理是利用外延生长的方式，在垂直于衬底的方向上，依次生长出反射型dbr(或输出型dbr)、量子阱有源区、输出型dbr(或反射型dbr)，进而构成波长量级的谐振腔，实现激光的增益和输出。激光发射方向朝向衬底一侧的(即穿过衬底发光)，称为底发射vcsel；激光发射方向背离衬底一侧的，称为顶发射vcsel。dbr(distributed bragg reflector，分布式布拉格反射镜)通常由数十对高/低折射率材料交替薄层构成，例如algaas/gaas或者alas/gaas等等，用于光的反射或部分发射。

2、vcsel生长的衬底材料需要考虑多种因素，包括晶体结构、热导率、化学稳定性、机械强度、电学特性、光学特性等，其中砷化镓(简称gaas)材料是最为常见的vcsel器件衬底材料，常用于制作650nm～1000nm左右的vcsel激光器件。由于gaas材料对于650～900nm范围内的光谱具有较强的吸收，因此通常这一波段的vcsel激光器通常设计为顶发射结构。以常见的808nm的高功率vcsel为例，这种器件由于其波长漂移系数低(0.07nm/℃)、高脉冲可靠性和长寿命，被广泛用于直接的红外照明和医疗美容，以及nd：yag固体激光器的泵浦。

3、这种顶发射的vcsel激光器，由于其散热需要透过衬底(常见厚度100μm)传导出去，而gaas衬底的导热系数不佳(约为50～80w/m*k)，因此在高功率工作时器件的结温会大幅升高，进而导致器件电光转化效率大幅下降。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种垂直腔面发射激光器及其制造方法、电子器件，以提高衬底的散热能力、降低器件的热阻，进而提升器件的光电转换效率。

2、作为本发明的一个方面，本发明提供一种垂直腔面发射激光器的制造方法，包括：在第一衬底上依次生长第一布拉格反射镜、有源层和第二布拉格反射镜；其中第一布拉格反射镜、有源层和第二布拉格反射镜被配置为沿垂直于有源层的方向自第一布拉格反射镜的一侧发射激光；在第二布拉格反射镜上键合第二衬底；以及去除第一衬底，以暴露出第一布拉格反射镜的出光面，出光面为第一布拉格反射镜的背离有源层的一面；其中，第二衬底的热导率大于第一衬底的热导率，第二衬底的热导率大于350w/(m·k)。

3、作为本发明的又一个方面，本发明提供一种利用上述的制造方法得到的垂直腔面发射激光器，自下而上依次包括：第二衬底；键合层；第二布拉格反射镜；有源层；第一布拉格反射镜，其中第二布拉格反射镜、有源层和第一布拉格反射镜被配置为响应于外加电流在第二布拉格反射镜和第一布拉格反射镜构成的谐振腔内发生受激辐射，以产生激光，且激光沿垂直于有源层的方向自第一布拉格反射镜的一侧发射；其中，第二衬底的热导率大于350w/(m·k)。

4、根据本发明上述实施例提供的垂直腔面发射激光器的制造方法，通过先在适合dbr生长的衬底上生长dbr结构，然后通过转移衬底的方式将dbr结构键合在高热导率的衬底上，可以保证dbr生长的良品率，并且可以提高衬底的散热能力、降低器件的热阻，进而提升器件的光电转换效率。

技术特征：

1.一种垂直腔面发射激光器的制造方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述第二布拉格反射镜(30)上键合第二衬底(10)包括：

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述第一衬底(1)包括砷化镓、氮化镓、磷化铟中的一种；

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第二衬底(10)的材料为碳化硅、dph陶瓷、氮化镓和金刚石中的一种。

6.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述第一键合层(21)和所述第二键合层(22)的材料包括金。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述第一键合层(21)和所述第二键合层(22)的厚度为0.8μm～1.3μm。

8.一种利用如权利要求1～7中任一项所述的制造方法得到的垂直腔面发射激光器，其特征在于，自下而上依次包括：

9.根据权利要求8所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一布拉格反射镜(50)和所述第二布拉格反射镜(30)的其中之一为n型布拉格反射镜，所述第一布拉格反射镜(50)和所述第二布拉格反射镜(30)的另一为p型布拉格反射镜。

10.一种电子器件，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种垂直腔面发射激光器及其制造方法、电子器件，该制造方法包括：在第一衬底上依次生长第一布拉格反射镜、有源层和第二布拉格反射镜；其中第一布拉格反射镜、有源层和第二布拉格反射镜被配置为沿垂直于有源层的方向自第一布拉格反射镜的一侧发射激光；在第二布拉格反射镜上键合第二衬底；以及去除第一衬底，以暴露出第一布拉格反射镜的出光面，出光面为第一布拉格反射镜的背离有源层的一面；其中，第二衬底的热导率大于第一衬底的热导率，第二衬底的热导率大于350W/(m·K)。技术研发人员：李阳,李川川,韦欣受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25