[發明專利]超小型垂直腔表面發射激光器(VCSEL)的發射器結構以及包括該發射器結構的陣列

有效

• 申請號: 201880034124.8
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN110692171B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 斯考特·伯勒斯;布倫特·費希爾;詹姆斯·卡特
• 申請（專利權）人: 感應光子公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/42;G01S7/481
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 紀雯

一種激光二極管包括具有下布拉格反射器層、有源區和上布拉格反射器層的半導體結構。上布拉格反射器層包括激光孔，該激光孔具有垂直于有源區的表面定向的光軸。有源區包含第一材料，并且下布拉格反射器層包含第二材料，其中第一材料和第二材料的相應晶格結構彼此獨立。還討論了相關的激光器陣列和制造方法。

優先權要求

本申請要求于2017年4月12日向美國專利商標局提交的題為“LIGHT DETECTIONAND RANGING(LIDAR)DEVICES AND METHODS OF FABRICATING THE SAME”的美國臨時專利申請No.62/484,701以及于2018年1月5日向美國專利商標局提交的題為“ULTRA-SMALLVERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER(VCSEL)AND ARRAYS INCORPORATING THESAME”的美國臨時專利申請No.62/613,985的優先權，其公開內容通過引用并入本文中。

技術領域

本發明構思涉及基于半導體的激光器以及相關器件和操作方法。

背景技術

諸如物聯網(IoT)和自主導航的許多新興技術可以涉及在三維(3D)空間中檢測和測量到對象的距離。例如，能夠自動駕駛的汽車可能需要3D檢測和識別以進行基本操作，并滿足安全要求。室內導航也可能需要3D檢測和識別，例如通過工業或家用機器人或玩具。

在一些情況下，基于光的3D測量可以優于雷達(角度精度低、笨重)或超聲波(精度非常低)。例如，基于光的3D傳感器系統可以包括檢測器(比如，光電二極管或相機)和發光器件(比如，發光二極管(LED)或激光二極管)作為通常發射可見波長范圍以外的光的光源。垂直腔表面發射激光器(VCSEL)是可以在基于光的傳感器中用于在3D空間中測量距離和速度的發光器件的一種類型。VCSEL陣列可以允許功率縮放，并且可以以較高功率密度來提供非常短的脈沖。

發明內容

本文中描述的一些實施例針對激光二極管和包括激光二極管的陣列，激光二極管比如是VCSEL或其他表面發射激光二極管或邊緣發射激光二極管或其他半導體激光器。

在一些實施例中，激光二極管可以是表面發射激光二極管。激光二極管包括半導體結構，該半導體結構包括n型層、有源區(其可以包括至少一個量子阱層)和p型層。n型層和p型層中的一個層在其上包括激光孔，該激光孔具有被定向為垂直于n型層與p型層之間的有源區的表面的光軸。激光二極管還包括分別電連接到n型層和p型層的第一接觸和第二接觸。第一接觸和/或第二接觸在至少一個尺寸方面小于激光孔。

在一些實施例中，激光二極管可以是邊緣發射激光二極管。激光二極管包括n型層、有源區、p型層、以及分別電連接到n型層和p型層的第一接觸和第二接觸。激光孔具有定向為平行于n型層與p型層之間的有源區的表面的光軸。激光二極管還包括分別電連接到n型層和p型層的第一接觸和第二接觸。第一接觸和/或第二接觸可以在至少一個尺寸方面小于激光孔。

根據本文中描述的一些實施例，一種激光二極管包括具有下布拉格反射器層、有源區和上布拉格反射器層的半導體結構。上布拉格反射器層在其上包含激光孔，該激光孔具有垂直于有源區的表面定向的光軸。有源區包含第一材料，并且下布拉格反射器層包含第二材料，其中第一材料和第二材料的相應晶格結構彼此獨立。下布拉格反射器的第二材料的帶隙可能低于有源區的第一材料的帶隙。

在一些實施例中，第一材料和第二材料的相應晶格結構可以是晶格匹配的。

在一些實施例中，下布拉格反射器的第二材料可以是介電材料。在一些實施例中，上布拉格反射器還可以包括介電材料，并且可以在操作的期望波長具有比下布拉格反射器層低的反射率。