[發明專利]一種具有凹邊多邊形發光孔的VCSEL單元

有效

• 申請號: 201911211105.0
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110661171B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 梁棟;張成
• 申請（專利權）人: 常州縱慧芯光半導體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 閻冬

本發明提供了一種具有凹邊多邊形發光孔的VCSEL單元，相對于傳統的圓形或矩形發光孔的VCSEL單元，本發明VCSEL單元的發光孔徑具有以下形狀：在一多邊形矩形的至少兩個邊上具有朝向所述多邊形矩形的內部方向凹陷的部分，以用于產生具有和發光孔徑相同邊數的標準多邊形的平頂遠場，標準多邊形可以為矩形、五邊形等。

技術領域

本發明涉及垂直腔面發射激光器技術領域，尤其涉及一種具有凹邊多邊形發光孔的VCSEL單元。

背景技術

市場上對于紅外照明投影模組的需求很大，特別是在飛行時間（TOF）和安全攝像機的應用方面，垂直腔面發射激光器(VCSEL)是紅外照明投影模組中最為核心的器件。典型的具有凹邊多邊形發光孔的VCSEL單元通常為矩形或圓形，空間光分布（遠場）通常為高斯形或者是環形的，這種遠場通常無法滿足TOF測量等所需要的多邊形的遠場分布，因此需要通過漫射器將這些形狀改變為多邊形的光強分布。因此，如何制造一種既能生成多邊形的遠場并且結構簡單可靠的垂直腔面發射激光器單元，顯著降低紅外（IR）模組及其所應用的設備成本，是本領域中亟待解決的問題。

發明內容

針對上述現有技術中所存在的技術問題，本發明提供了一種具有凹邊多邊形發光孔的VCSEL單元，具有凹邊多邊形發光孔的VCSEL單元的發光孔形狀設置為一多邊形的至少兩個邊上具有朝向所述多邊形的內部方向凹陷的部分，以用于產生具有和發光孔相同邊數的標準多邊形遠場。現有的VCSEL單元，普遍采用了矩形或圓形VCSEL單元，產生的為圓形遠場分布。而將在多邊形的至少兩個邊上形成向內凹陷形狀時，單元的遠場分布形狀能夠得到明顯改善，接近標準多邊形。所述多邊形為三角形、四邊形、五邊形、六邊形及其他多邊形，凹邊多邊形發光孔產生的遠場具有和其發光孔的凹邊多邊形的形狀對應的直邊多邊形的形狀，且邊數相同。所述凹陷的部分形狀可以設置為弓形、矩形、三角形或者其他多邊形。

由于不同的所述弓形曲率半徑與所生成的遠場分布效果具有相關性，在增大所述弓形的曲率半徑時，能夠發現單元的遠場分布更加接近標準多邊形形狀。

所述VCSEL單元具有諸如以下層狀結構：

在n型襯底上自下而上依次設置n型分布式布拉格反射器（n-DBR）、量子阱發光層（QW），氧化層以及金屬層和金屬電極接觸區；

其中，通過氧化層所形成的電流限制層，從而限定出所述VCSEL單元的發光孔。單元的金屬電極接觸區域可以和發光孔形狀一致，以保證均勻的電流注入；單元的金屬電極接觸區域也可以是圓形或橢圓形，使電流更多的注入到多邊形的角區域，也使得光場分布的多邊形的角更加銳利。

基于同樣的發明構思，本發明還提供了一種具有凹邊多邊形發光孔的VCSEL單元的制造方法，具體包括以下步驟：

（1）.在襯底上外延生長VCSEL單元的層狀結構；

（2）.在所述層狀結構上開設多個氧化溝道；

（3）.利用氧化溝道進行氧化，由所形成的氧化層包圍限定出每個所述VCSEL單元的發光孔；

通過所述氧化，使得所述具有凹邊多邊形發光孔的VCSEL單元的發光孔形成以下形狀：在一多邊形的至少兩個邊上具有朝向所述多邊形的內部方向凹陷的部分。

進一步地，通過所述氧化，使所述多邊形為三角形、四邊形、五邊形、六邊形及其他多邊形。

所述凹陷的部分的形狀可以為弓形、矩形、三角形或者其他多邊形。

通過所述氧化，形成具有不同曲率半徑的所述弓形，用于對所述VCSEL單元所能產生的遠場分布進行干預。

遠場的角度可以通過外延生長設計進行調整，并且由于大多數應用情況下需要有>40°的照明區域，因此可進一步將氧化層置于光場駐波的波腹或增加氧化層的厚度及層數以產生大角度。