[發(fā)明專利]一種高功率長波長垂直腔面發(fā)射激光器陣列及制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010112797.X
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111293583B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張星
• 申請（專利權(quán)）人: 長春中科長光時空光電技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/042;H01S5/42
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 劉新雷

本發(fā)明公開了一種高功率長波長垂直腔面發(fā)射激光器列陣以及制作方法，通過采用在外延晶片上設(shè)置散熱層，在P型DBR反射鏡上沉積P面金屬散熱電極層，提高發(fā)光單元以及陣列的散熱能力，提高使用可靠性以及最大輸出功率，提高了單個發(fā)光單元的性能以及陣列性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，特別是涉及一種高功率長波長垂直腔面發(fā)射激光器陣列及制作方法。

背景技術(shù)

智能化是信息化發(fā)展的高級階段，將徹底改變?nèi)祟惿鐣纳罘绞剑侨祟惿鐣谋厝话l(fā)展趨勢。智能感知技術(shù)作為智能化的核心技術(shù)，成為人類全面感知自然的最核心元件。

在諸多智能感知技術(shù)應(yīng)用，如車載、機(jī)載激光雷達(dá)、原子陀螺、腦磁探測、AR/VR等，要求模塊具有低成本、單片式的特點(diǎn)。半導(dǎo)體面發(fā)射激光器以“小型化+低成本+低功耗+高質(zhì)量”的特點(diǎn)，成為諸多智能感知技術(shù)信號發(fā)射光源的首選方案。

現(xiàn)有方案中采用的面發(fā)射激光雷達(dá)光源芯片主要使用910-940nm波段垂直腔面發(fā)射激光器，面臨的問題主要是人眼安全隱患及大氣吸收較大。長波長面發(fā)射激光器具有工作在人眼安全波段，環(huán)境吸收小，傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，是未來智能感知技術(shù)中極具潛力的備選方案。

傳統(tǒng)的長波長垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）制備技術(shù)，基于磷化銦（InP）材料體系，面臨P型InP層電阻較大、DBR反射鏡反射率低、散熱性能差等問題。此外，當(dāng)陣列器件的發(fā)光單元直徑超過30um時，面臨載流子擴(kuò)散不均勻問題，導(dǎo)致發(fā)光單元中心處載流子濃度低，使陣列器件輸出功率受限。

因此，如何實(shí)現(xiàn)高功率長波長垂直腔面發(fā)射激光器高效的散熱結(jié)構(gòu)及均勻的載流子注入結(jié)構(gòu)，就成了面發(fā)射激光器領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高功率長波長垂直腔面發(fā)射激光器陣列制作方法，提高了單個器件以及陣列的散熱能力，提高了器件性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種高功率長波長垂直腔面發(fā)射激光器陣列制作方法，包括：

S1，在N型InP襯底層上依次沉積生長N型DBR反射鏡層、量子阱有源層、隧穿導(dǎo)通層、N型InP散熱層，形成外延晶片；

S2，在所述外延晶片正面上沉積質(zhì)子注入掩膜層，經(jīng)過曝光顯影在所述質(zhì)子注入掩膜層獲得預(yù)期的陣列圖形結(jié)構(gòu)；

S3，對所述外延晶片進(jìn)行質(zhì)子注入并到達(dá)所述隧穿導(dǎo)通層的下表面，形成絕緣的質(zhì)子注入?yún)^(qū)和導(dǎo)電的非質(zhì)子注入?yún)^(qū)；

S4，去除所述質(zhì)子注入掩膜層后，在所述N型InP散熱層表面沉積P型介質(zhì)膜DBR反射鏡；

S5，在所述P型介質(zhì)膜DBR反射鏡上刻蝕出預(yù)設(shè)形狀的電極環(huán)；

S6，在所述P型介質(zhì)膜DBR反射鏡上沉積P面金屬散熱電極層。

S7，對所述N型InP襯底層進(jìn)行背面減薄拋光之后沉積N面電極層，形成發(fā)光單元，并由多個所述發(fā)光單元形成激光器陣列；

所述P面金屬散熱電極層包含從下到上依次設(shè)置的100nm-200nm厚度的鈦粘附金屬層、40nm~60nm厚度的鉑阻擋金屬層及3μm~5μm厚度的金導(dǎo)電導(dǎo)熱金屬層；

所述發(fā)光單元的直徑范圍為30μm~70μm；

所述發(fā)光單元包括圓心同心的用于限制電流的絕緣環(huán)，所述絕緣環(huán)的外徑與所述發(fā)光單元的外徑相同，所述發(fā)光單元的外徑與所述絕緣環(huán)的內(nèi)徑的差值為4~6μm；

所述P型介質(zhì)膜DBR反射鏡為圓形P型介質(zhì)膜DBR反射鏡，與所述發(fā)光單元同心，所述發(fā)光單元的直徑與所述圓形P型介質(zhì)膜DBR反射鏡的直徑差為8~10μm；