[發明專利]一種垂直腔面發射激光器及其密集型陣列結構

在審

• 申請號: 201910602504.3
• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110649464A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 李明欣;楊旭;張巖松
• 申請（專利權）人: 武漢仟目激光有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/42
• 代理公司: 11228 北京匯澤知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳靜

一種垂直腔面發射激光器及其密集型陣列結構，包括隔離層：其包括圓形部分和從圓形部分的圓周向外延伸的一個或多個延伸部分；P?型金屬層：其包括一個或多個分離的不規則形狀部分，不規則形狀部分由近似矩形的外側部分和近似梯形的內側部分組成，隔離層的延伸部分完全或部分覆蓋P?型金屬層；一個或多個電介質通孔開口：其分別位于P?型金屬層的一個或多個不規則形狀部分之上；多個氧化槽：多個氧化槽沿隔離層的圓形部分的圓周外間隔排布且于隔離層的延伸部分兩側，相鄰兩延伸部分之間分布有至少一個氧化槽。本發明在縮小VCSEL芯片尺寸的同時不影響VCSEL芯片性能，并提升現有垂直腔面發射激光器(VCSEL)陣列的密集程度。

技術領域

本發明涉及垂直腔面發射激光器領域，具體涉及一種垂直腔面發射激光器及其密集型陣列結構。

背景技術

垂直腔面發射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，以下簡稱VCSEL)是一種激光束的發射方向垂直于基底表面的半導體激光器，其主要結構包括底部反射鏡、有源區和頂部反射鏡。為了實現光電轉化，需要分別在VCSEL頂部和底部沉積P-型和N-型金屬層以利于電流的注入。另外，VCSEL的垂直出光方向是區別于邊緣發射激光器(Edge-Emitting Laser)的主要特征之一。VCSEL發明于1977年，之后長期處于學術研究的課題，并未被廣泛應用于工業制造中。1994年，來自美國的Dennis Deppe教授及其小組創造性地把氧化技術運用于VCSEL中，即在VCSEL中形成氧化孔徑來限制光場和電流，從而大幅提高VCSEL的各方面性能和可靠性，使得VCSEL的大規模生產成為可能。該氧化型VCSEL如今已是商業用VCSEL最主要的類型，被廣泛的應用于光通信、3D傳感、紅外照明等工業和消費領域。VCSEL的主要優勢在于功耗低、光電轉換效率高，另外，其易于光場耦合、易于集成陣列和易于實現晶圓上測試的特性使得其可以實現低成本制造。VCSEL的生產制造流程大致為結構設計、外延生長、工藝加工、晶片測試等。為了實現均勻一致的氧化孔徑，需要在結構設計、外延生長、工藝加工等多個關鍵步驟進行針對設計。在工藝加工方面，目前典型的實施方式是用干法刻蝕以形成一個柱狀臺階，再通過側向氧化的氧化工藝來形成氧化孔徑。但是該實施方式不利于進一步增加VCSEL陣列的密度，從而減小VCSEL芯片尺寸。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種垂直腔面發射激光器及其密集型陣列結構，旨在提升現有垂直腔面發射激光器(VCSEL)陣列的密集程度，在縮小VCSEL芯片尺寸的同時不影響VCSEL芯片性能。本發明的技術方案如下：

作為本發明的第一方面，提供一種垂直腔面發射激光器，包括：

隔離層：其包括圓形部分和從所述圓形部分的圓周向外延伸的一個或多個延伸部分；

P-型金屬層：其包括一個或多個分離的不規則形狀部分，所述隔離層的延伸部分完全或部分覆蓋所述P-型金屬層的不規則形狀部分；

一個或多個電介質通孔開口：一個或多個所述電介質通孔開口分別位于所述P-型金屬層的一個或多個所述不規則形狀部分之上；

多個氧化槽：多個所述氧化槽沿所述隔離層的圓形部分的圓周外間隔排布且于所述隔離層的延伸部分兩側，相鄰兩所述延伸部分之間分布有至少一個氧化槽。

進一步地，所述垂直腔面發射激光器的寬度在15微米至28微米之間。

進一步地，P-型金屬層的不規則形狀部分的內側部分向兩側延伸以形成部分圓環的形狀。

進一步地，多個所述氧化槽均為不規則形狀，在中間沒有所述延伸部分的兩相鄰氧化槽連接在一起。

進一步地，所述隔離層完全覆蓋所述電介質通孔開口。

進一步地，所述金屬層的不規則部分的數量等于所述電介質通孔開口以及所述延伸部分的數量。