用于混合激光器的热量处理的制作方法

用于混合激光器的热量处理
1.政府权利声明
2.本发明是在政府支持下以协议号h98230-19-3-0002完成的。美国政府对本发明享有一定的权利。


背景技术：

3.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。
4.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
5.参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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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
21.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。
22.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。
23.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。
24.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。
25.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。
26.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130上倒装式结合的gcse激光器芯片120周围的不同点处。焊接接头150a-150d可以从gcse激光器芯片120中提取焦耳热、并且沿顶部si层123分散提取的热量。tim170用作热界面，以便经由tim 170将热量从gcse芯片120间接传导到散热器。因此，来自gcse激光器芯片120的热量可以通过焊接接头150a-150d耗散到soi si光子中介层130上的铜迹线(在该示例中，焊接接头和迹线并不提供电连接)，耗散到支撑条140a、140b(如下所述)，然后最终经由tim 170耗散到散热器110。
27.支撑条140a、140b例如分别通过热胶(tim)171a、171b或通过焊接接头(未示出)被附连到soi si光子中介层130的顶部表面。支撑条140a和140b可以被定位在gcse激光器芯片120的横向的相对侧。通过将散热器110直接搁置在支撑条140a、140b上，在gcse激光器芯片120上以防止散热器110接触gcse激光器芯片120的任何表面的方式形成“桥”。为确保这一点，支撑条140a、140b的尺寸特别地被确定成(从soi si光子中介层130起)高度高于gcse激光器芯片120的厚度(本文也称为激光器芯片的高度)加上焊接接头150a-150d的高度，在散热器110与gcse激光器芯片120之间留有散热器气隙142。焊接接头150a-150d可以被放置在si层123之上并且围绕gcse激光器芯片120，以进一步分散热量。主要热量耗散路径(用箭头148指示)将热量背离gcse激光器芯片120、并且向上(经由支撑条140a、140b)朝向散热器110引导。在一个示例中，在焊接接头150a-150d与支撑条140a、140b之间的基板160上的热传导可以通过硅材料进行。在另一个示例中，基板130上焊接接头150a-150d与支撑条140a、140b之间的热传导可以经由设置在基板160上的传导材料(例如，铜焊盘)进行。通过将散热器110固定在支撑条140a、140b之上以耗散热量而没有在物理上附接至gcse激光器芯片120的背面，在散热器110的安装过程期间没有力施加到芯片。因此，激光器100具有允许将热量处理元件集成在其中而同时避免了在将散热器直接附接至芯片的传统方法中经常遇到的缺点(例如，芯片损坏或变形)的独特配置。可以存在通过焊接接头150b、150c并通过两个硅通孔(tsv)151a、151b朝向基板160的辅助热量耗散路径(用箭头149指示)。这两个tsv被示出为从gcse激光器芯片120通过穿过soi si光子中介层130向下隧穿到基板160。还示出了两个附加焊接接头150b、150c，这两个附加焊接接头可以用于将这两个tsv 151a、151b结合到gcse激光器芯片120。
28.在图2中，图示了dwdm系统200的图，其用作可以利用配置有热量处理元件的gcse激光器的系统的示例。dwdm系统200可以包括基于硅光子学的dwdm光子互连。总体上，图2将系统200图示为包括光链路220，该光链路在物理上耦接光发射器模块(tx)205，该光发射器模块用于发射调制到由光接收器模块(rx)210接收的光信号上的信息。进一步地，在所图示的示例中，光发射器模块205包括多波长激光器(示出为梳状激光器230)，该多波长激光器产生用于光信号的不同波长的光。通过利用公开的集成热量处理元件(图1所示)实施梳状
激光器230，激光器230可以自调节以补偿温度引起的漂移并且使其激光波长稳定。
29.光发射器205进一步包括用于发射光信号的若干个关键部件：多波长光源，示出为梳状激光器230；光调制器，示出为若干个微环谐振器调制器207a-207n。示出的光接收器模块210包括用于接收光信号的若干个关键部件：光解复用器，示出为微环谐振器滤波器208a-208n；以及对应的光检测器212a-212n。如上文所提及的，dwdm技术被广泛用于光通信中以增加系统容量(例如，无需替换现有的主干光纤网络)。用于增加容量的机制可以是在光发射器模块205处使用多波长光源，例如梳状激光器230和调制器207。光发射器模块205可以复用n个独立的数据流、并且将它们调制为n个不同的光波长λ1……
λn，典型地具有0.1nm-3nm的信道间隔。例如，可以将镜像谐振器调制器207a设置为具有谐振波长λ1，将微环谐振器207b设置为具有谐振波长λ2，并且将微环谐振器207n设置为具有谐振波长λn。然后，可以将由光发射器模块205生成的这些数据流一起发送并且通过如光缆等光纤220传播较长的距离(例如，千米)。随后，在光接收器模块210处，光解复用器可以包括针对n个对应波长(即λ1……
λn)进行调谐的微环滤波器。如图2中看到的，光解复用器可以被实施为多个微环滤波器208a-208n，这些微环滤波器可以用于解复用对应波长的光信号。例如，可以将镜像滤波器208a设置为过滤波长λ1，可以将微环滤波器208b设置为过滤波长λ2，并且可以将微环滤波器208n设置为过滤波长λn。可以通过使用微环谐振器实施与发射波导209(在tx端)耦接的调制器207a-207n和与接收波导211(在rx端)耦接的滤波器208a-208n来实施紧凑且可扩展的dwdm光子链路。发射波导209可以耦接至光连接器221a，并且接收波导211可以耦接至光连接器222a。光连接器221a、222a可以经由光纤220连接，该光纤在光发送器模块205端以光连接器221b终止并且在光接收器模块210端以光连接器222b终止。此外，光接收器模块210包括一系列光检测器212a-212n，其中每个光检测器212a-212n对应地连接至相应的微环滤波器208a-208n。sige apd可以用作光检测器212a-212n。微环谐振器滤波器208a-208n和光检测器212a-212n可以用作解复用器，以将多波长光信号同时转换回n个独立的电数据流。
30.图3a图示了实施图1所示的一些热量处理元件的焊接接头的示例。特别地，图3a图示了可以沿着soi si光子中介层330的表面设置以帮助有效地从激光器芯片提取热量的多个致密的单独焊接接头350。
31.图3b图示了实施图1所示的一些热量处理元件的支撑条的示例。支撑条340进一步分散在紧密接近的(多个)芯片周围的热量、并且可以具有可变的形状。在图3b的示例中，支撑条340的热量散布器被布置在soi si光子中介层330上。
32.图3c图示了支撑条的另一示例。在图3c的示例中，支撑条340的热量散布器被布置在基板360上，而不是布置在中介层330上。
33.现在参照图4a，示出了包括具有集成热量处理元件的gcse梳状激光器的系统400的另一示例的图，这些集成热量处理元件包括导热片471。导热片471可以是由石墨或石墨烯构成的非常薄(例如0.1mm厚)的片。图4a中的配置使用导热片471作为夹在散热器410(在顶部)与支撑条440和gcse芯片420(底部)之间的附加界面，而不是将散热器410直接搁置在支撑条440a、440b之上(如图1所示)。在该示例中，导热片471包裹在加强块475周围，以允许导热片471与gcse激光器芯片420的背面发生物理接触，但不对芯片420施加任何力。
34.而且，图4a图示了热界面材料(tim)470的使用。tim 470介于散热器410的底部表
面与导热片471的覆盖加强块475顶部的部分之间。由于导热片471与gcse芯片激光器420的背面发生物理接触和热接触，来自芯片420的热量在gcse激光器芯片420的背面的耗散路径448中从芯片420的顶部表面传导走(用箭头指示)。耗散路径448图示了从gcse激光器芯片420朝向导热片471提取热量。通过采用导热片471，背面的热量耗散仍然有效。例如，导热片471片的导热率可以大约大于1000w/m-k。而且，在导热片471的底部上可以存在热胶层476，以允许片471在gcse激光器芯片420的背面之上稳定地保持就位。在另一示例中，在支撑条440a、440b的顶部表面与导热片471之间、紧接在加强块475下方可以存在热胶层(未示出)。
35.图4b图示了图4a所示的激光器400的俯视图。该示例突出地示出了在长度方向上彼此对准(形成一条直线)的两个gcse激光器芯片420a、420b。如看到的，支撑条440a、440b位于芯片420a、420b的两侧。每个支撑条440a、440b的长度至少达到两个gcse激光器芯片420a、420b以及它们之间的间隙的长度。支撑条440a和440b间隔有比每个gcse激光器芯片520a、520b的宽度更宽的空间。
36.在图5a中，示出了包括gcse梳状激光器的系统500的又一示例的图，该gcse梳状激光器具有共享同一散热器510和导热片571的多个gcse激光器芯片520a、520b。gcse激光器芯片520a、520b的顶部表面的热量在导热片571的外表面的平面内传导走。例如，导热片571的底部表面与这两个gcse激光器芯片520a、520b的背面物理接触。而且，导热片571包裹到加强块575的顶部表面周围，从而与搁置在加强块575之上的散热器510的底部发生接触。如图所示，加强块575位于支撑条540a、540b之上，在gcse激光器芯片520a、520b上方形成散热器510搁置于其上的“桥”。支撑条540a、540b在由加强块575支撑的导热片571上支撑散热器510的压缩力。
37.而且，如图所示，tim 570是在散热器510与导热片571之间的层。进一步地，每个gcse激光器芯片520a、520b可以在顶部表面上相应地具有热胶层576a、576b，以允许导热片571在接触时保持就位。在激光器500的这种配置中，多个gcse激光器芯片520a、520b可以共享同一导热片571、支撑条540a、540b以及散热器510，从而减少了实施中所需的热量处理元件的数量。然而，存在用于多个gcse激光器芯片520a、520b的不同的焊接接头。在该示例中，焊接接头550a-550d对应于gcse激光器芯片520a，并且焊接接头551a-551d对应于gcse激光器芯片520b。
38.图5b图示了图5a所示的激光器500的俯视图。该示例突出地示出了在宽度方向上彼此对准(形成一条直线)的两个gcse激光器芯片520a、520b。如看到的，支撑条540a、540b位于芯片520a、520b的两侧。每个支撑条540a、540b的长度至少延伸每个gcse激光器芯片520a、520b的长度。支撑条540a和540b间隔有比这两个gcse激光器芯片520a、520b的宽度更宽的空间。
39.图6a描绘了由gcse梳状激光器620a、621a构成的示例性系统600，其中散热器610c和asic 680将分别用于两个gcse激光器芯片620a、621a的散热器610a、610b分隔开。可以将用于asic 680的散热器610c与用于包括gcse激光器芯片620a、621a的gcse阵列的散热器610a、610b分隔开。例如，用于asic 680的散热器610c可以足够大，以使gcse激光器芯片620a、621a更远离asic 680分散。具体地，gcse激光器芯片620a具有散热器610a，该散热器位于导热片671a和支撑条640a、640b之上。类似地，gcse激光器芯片621a具有散热器610b，该散热器位于导热片671b和支撑条641a、641b之上。焊接接头650a-650d对应于gcse激光器
芯片620a，并且焊接接头651a-651d对应于gcse激光器芯片621a。
40.特别地，导热片671a包裹在下部海绵673a、上部海绵672a和加强块675a周围。下部海绵673a要提供恰好足够的压力，以便在制造过程中将热胶676a粘附到gcse激光器芯片620a。因此，即使支撑条640a、640b可能具有高度变化，导热片671a仍保持就位，以实现可靠且力均匀的附接并保持与gcse激光器芯片620a接触。即使散热器610a的底部表面可能不具有完美的平坦度，上部海绵672a也要提供足够的均匀力，以便导热片671a经由tim 670a与散热器610a的底部表面接触。加强块675a、上部海绵672a和下部海绵673a可以由或可以不由非导热材料制成，因为从gcse激光器芯片620a的背面提取的大部分热量都沿着与gcse激光器芯片620a(经由tim 676a)和散热器610a(经由tim 670a)接触的导热片671a的表面区域。
41.导热片671b具有与关于导热片671a所描述的相似的配置，并且包裹在下部海绵673b、上部海绵672b和加强块675b周围。导热片671b的顶部表面与散热器610b的底部通过在其间层叠的tim 670b而接触。
42.图6b图示了图6a所示的激光器600的俯视图。该视图示出了两个gcse激光器芯片620a、621a通过asic 680与两个附加gcse激光器芯片620a、621b分隔开。该示例还用于图示出用于asic 680的散热器的面积(用虚线框指示)可以大于asic 680本身的面积，从而使gcse阵列更远离asic 680分布。在这种情况下，asic 680与gcse阵列之间的这种间距可以用作热量处理的一种形式。asic 680的每一侧可以存在多于两个的gcse，其中支撑条640a、640b、641a、641b可以对应地更长，以覆盖每个gcse阵列。
43.图7a示出了包括gcse梳状激光器的系统700。进一步地，系统700的梳状激光器包括将多个gcse激光器芯片720a、721a分隔开的asic 780。另外，asic 780和两个gcse激光器芯片720a、721a共享同一散热器710。如图所示，散热器710的长度覆盖两个gcse激光器芯片720a、721a和将它们分隔开的asic 780的长度。激光器700的这种配置消除了对使用多个散热器(如图6a所示)的需求。在所图示的示例中，散热器710位于gcse激光器芯片720a上方，接触其导热片771a和支撑块740a、740b。类似地，散热器710置于gcse激光器芯片721a上方，接触导热片771b和支撑块741a、741b。焊接接头750a-750d对应于gcse激光器芯片720a，并且焊接接头751a-751d对应于gcse激光器芯片721a。
44.导热片771a、771b具有与关于图6a中的导热片所描述的相似的配置。例如，导热片771a包裹在下部海绵773a、上部海绵772a和加强块775a周围。此外，存在单个tim 770，该tim用作散热器710与每个gcse激光器芯片720a、721a和asic 780的接触表面之间的界面。因此，通过使用用于asic 780和包括gcse激光器芯片720a、721a的gcse阵列共同的散热器710(或冷板)；如果温度条件允许的话，可以将gcse阵列放置得更靠近asic。
45.图7b图示了图7a所示的激光器700的俯视图。该视图示出了两个gcse激光器芯片720a、720b通过asic 780与两个附加gcse激光器芯片721a、721b分隔开。该示例还用于图示出共同散热器710的面积(用虚线框指示)可以足够大以覆盖asic780本身以及gcse激光器芯片720a、720b、721a、721b的面积。如上文所提及的，这种布置允许gcse阵列放置得更靠近asic 780，从而减少了占用空间。即使支撑条740a、740b、741a、741b的高度可能变化，下部海绵773a、773b也允许导热片771a、771b经由tim 776a、776b与gcse激光器芯片进行适当的热接触。即使散热器710的底部表面可能不具有完美的平坦度，上部海绵772a、772b也允许
导热片771a、771b经由tim 770与散热器710进行适当的热接触。
46.图8描绘了热仿真模型800，该热仿真模型可以用于实施例如图4a所示的gcse梳状激光器的一些热量处理元件。如图所示，有机基板860可以是底层。soi si中介层830可以是设置在基板860上的层。接下来，gcse激光器芯片820可以位于soi si中介层830之上，在支撑条840a、840b之间。支撑条840a、840a被示出为在soi si中介层830的两侧的两个条，在gcse激光器芯片820周围向上延伸(形成用于插入gcse激光器芯片820的沟槽)。可以在加强块875周围形成导热片871。导热片871的尺寸可以在加强块875的底部表面处变窄，从而允许片871的该部分向下装配到soi si中介层830的顶部表面上方的开口中(在支撑块840a、840b之间)。通过将导热片871的一部分朝向gcse激光器芯片820所处的soi si中介层830的顶部表面向下插入，导热片871的该部分可以以允许热量从gcse激光器芯片820的后端耗散的方式与gcse激光器芯片820发生物理接触。在加强块875的底部与gcse激光器芯片820上方的导热片871的表面之间可以形成间隙842。在其中导热片871可以通过热胶附接到gcse激光器芯片820的一个示例中，间隙842可以是气隙。在其中海绵可以提供导热片871对gcse激光器芯片820的轻微压缩的另一示例中，间隙842可以被海绵占据。可以在导热片871之上放置tim 870层。该tim 870层可以是薄的，例如厚度为3mil。该热仿真模型800可以提供如上所述的用于gcse梳状激光器的公开的热量处理技术。
47.因此，本文公开的实施例可以是包括热量处理元件的gcse梳状激光器，这是用于“片上”激光器实施方式的实用解决方案。即，所公开的gcse梳状激光器的封装过程即使在包括如散热器和导热片等附加热运动元件的情况下仍与标准程序兼容。此外，独特配置允许在利用散热器时对激光器芯片不施加力或施加很小的力，从而减轻了芯片变形和损坏的风险。用于包括热量处理元件的gcse梳状激光器的各种设计都是可扩展的，以便针对集成到同一中介层上的一个或多个激光器芯片实现相同的热量提取。在芯片在封装过程期间可能对机械力敏感或易碎的情况下，可以将相同的构思应用于其他芯片封装和热量处理方法。
48.尽管上文已经描述了所公开的技术的各个实施例，但是应当理解，这些实施例仅以通过举例的方式而不是限制的方式被呈现。同样，各个图可以描绘用于所公开技术的示例性架构或其他配置，该配置被完成以帮助理解可以被包括在所公开技术中的特征和功能。所公开的技术不限于所图示的示例性架构或配置，而是可以使用各种替代性架构和配置来实施所需的特征。实际上，对于本领域的技术人员将清楚可以如何实施替代性功能、逻辑或物理上的分区和配置以实施本文公开的技术的所需特征。同样，除本文所描绘的那些之外，众多不同构成模块名称可以应用到不同分区。此外，关于流程图、操作说明、以及方法权利要求，除非本文另有规定，否则本文呈现步骤的顺序并不应要求所实施的不同实施例必须以相同顺序来执行所列举的功能。
49.尽管上文根据各个示例性实施例和实施方式描述了所公开技术，但是应当理解，在一个或多个单独实施例中描述的各个特征、方面和功能在其适用性方面并不限于与其一起描述的特定实施例，而是可以单独地或以各种组合应用于所公开技术的一个或多个其他实施例，无论这样的实施例是否被描述以及这样的特征是否被呈现为所描述实施例的一部分。因此，本文公开的技术的广度和范围不应受到任何上述示例性实施例的限制。
50.如本文所使用的，术语“或”可以以包括性或排他性的意义来解释。而且，不应将对
单数形式的资源、操作或结构的描述理解为排除复数。除非另外具体规定，或在如所使用的环境内以其他方式被理解，否则条件语言(除其他外，比如“可(can)”、“可以(could)”、“可能(might)”、或“会(may)”)一般地旨在传达某些实施例包括(而其他实施例不包括)某些特征、要素和/或步骤。
51.除非另外明确说明，否则本文档中使用的术语和短语及其变体应被解释为开放式的而不是限制性的。形容词(如“传统(conventional)”、“惯例(traditional)”、“正常(normal)”、“标准(standard)”、“已知(known)”和类似含义的术语)不应被解释为将所描述的项限制为给定时间段或在给定时间可用的项，而是应该被理解为包含可能现在或将来的任何时候都可用或已知的传统、惯例、正常或标准技术。在某些实例中，宽泛单词和短语(如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似的短语)的存在不应被理解为是指在这类宽泛短语可能不存在的情况下意图或要求更窄的情况。
52.在某些实例中，宽泛单词和短语(如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似的短语)的存在不应被理解为是指在这类宽泛短语可能不存在的情况下意图或要求更窄的情况。术语“模块”的使用并不意味着作为模块的一部分描述或要求保护的部件或功能都配置在共同封装体中。实际上，模块的各个部件中的任何一个或全部，无论是控制逻辑还是其他部件，都可以组合在单个封装体中或单独地维护，并且可以进一步分布在多个组或封装体中，或者跨多个位置分布。
53.另外，根据示例性框图、流程图和其他图示，描述了本文阐述的各个实施例。在阅读本文件之后，对于本领域普通技术人员而言将变得清楚的是，可以实施所图示的实施例及其各种替代方案，而不限于所图示的示例。例如，框图及其随附的描述不应被解释为要求特定的架构或配置。

技术特征：
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两个gcse激光器芯片之间；两个附加支撑条，其中，所述附加gcse激光器芯片被定位在所述两个附加支撑条之间，所述两个附加支撑条与所述附加gcse激光器芯片的相应侧面间隔开；其中，所述散热器被定位在所述两个附加支撑条之上，使得热量从所述附加gcse激光器芯片耗散，并且所述散热器与所述附加gcse激光器芯片分隔开以免直接物理接触。15.一种光栅耦合表面发射(gcse)梳状激光器的系统，包括：两个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所述两个gcse激光器芯片之间；两对支撑条，其中，每对支撑条对应于相应的gcse激光器芯片，并且相应的gcse激光器芯片被定位在对应的一对支撑条之间，使得所述支撑条与对应的gcse激光器芯片的侧面间隔开；第一散热器，所述第一散热器对应于所述两个gcse激光器芯片中的第一gcse激光器芯片，所述第一散热器被定位在所述两对支撑条中的第一对支撑条之上；和第二散热器，所述第二散热器对应于所述两个gcse激光器芯片中的第二gcse激光器芯片，所述第二散热器被定位在所述两对支撑条中的第二对支撑条之上。16.如权利要求15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：与所述两个gcse激光器芯片相对应的两个导热片，其中，所述两个导热片中的第一导热片位于所述第一散热器与所述第一对支撑条之间，所述第一导热片与所述第一gcse激光器芯片热接触，使得热量从所述第一gcse激光器芯片耗散；并且所述两个导热片中的第二导热片位于所述第二散热器与所述第二对支撑条之间，所述第二导热片与所述第二gcse激光器芯片热接触，使得热量从所述第二gcse激光器芯片耗散。17.如权利要求16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：与所述asic相对应的第三散热器，所述第三散热器被定位在所述asic之上。18.如权利要求16所述的光栅耦合表面发射(gcse)梳状激光器的系统，其中，所述两个导热片将热量从相应的gcse激光器芯片的背面传导走。19.如权利要求18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：设置在所述两个散热器与所述两个导热片之间的热界面材料。20.一种用于制造光栅耦合表面发射(gcse)梳状激光器的方法包括：在基板上形成gcse激光器芯片；将两个支撑条安装到所述基板上，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；以及将散热器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，并且其中，所述散热器与所述gcse激光器芯片由所述两个支撑条分隔开以免直接接触；以及将导热片安放于所述散热器与所述两个支撑条之间，其中，所述导热片与所述gcse激光器芯片热接触，使得热量从所述gcse激光器芯片耗散。

技术总结
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。


技术研发人员：梁迪 C
受保护的技术使用者：慧与发展有限责任合伙企业
技术研发日：2021.04.08
技术公布日：2022/3/8