一种垂直腔面发射激光器及其密集型阵列结构制造技术

一种垂直腔面发射激光器及其密集型阵列结构，包括隔离层：其包括圆形部分和从圆形部分的圆周向外延伸的一个或多个延伸部分；P‑型金属层：其包括一个或多个分离的不规则形状部分，不规则形状部分由近似矩形的外侧部分和近似梯形的内侧部分组成，隔离层的延伸部分完全或部分覆盖P‑型金属层；一个或多个电介质通孔开口：其分别位于P‑型金属层的一个或多个不规则形状部分之上；多个氧化槽：多个氧化槽沿隔离层的圆形部分的圆周外间隔排布且于隔离层的延伸部分两侧，相邻两延伸部分之间分布有至少一个氧化槽。本发明专利技术在缩小VCSEL芯片尺寸的同时不影响VCSEL芯片性能，并提升现有垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列的密集程度。

A vertical cavity surface emitting laser and its dense array structure

【技术实现步骤摘要】
一种垂直腔面发射激光器及其密集型阵列结构
本专利技术涉及垂直腔面发射激光器领域，具体涉及一种垂直腔面发射激光器及其密集型阵列结构。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(Vertical-CavitySurface-EmittingLaser，以下简称VCSEL)是一种激光束的发射方向垂直于基底表面的半导体激光器，其主要结构包括底部反射镜、有源区和顶部反射镜。为了实现光电转化，需要分别在VCSEL顶部和底部沉积P-型和N-型金属层以利于电流的注入。另外，VCSEL的垂直出光方向是区别于边缘发射激光器(Edge-EmittingLaser)的主要特征之一。VCSEL专利技术于1977年，之后长期处于学术研究的课题，并未被广泛应用于工业制造中。1994年，来自美国的DennisDeppe教授及其小组创造性地把氧化技术运用于VCSEL中，即在VCSEL中形成氧化孔径来限制光场和电流，从而大幅提高VCSEL的各方面性能和可靠性，使得VCSEL的大规模生产成为可能。该氧化型VCSEL如今已是商业用VCSEL最主要的类型，被广泛的应用于光通信、3D传感、红外照明等工业和消费领域。VCSEL的主要优势在于功耗低、光电转换效率高，另外，其易于光场耦合、易于集成阵列和易于实现晶圆上测试的特性使得其可以实现低成本制造。VCSEL的生产制造流程大致为结构设计、外延生长、工艺加工、晶片测试等。为了实现均匀一致的氧化孔径，需要在结构设计、外延生长、工艺加工等多个关键步骤进行针对设计。在工艺加工方面，目前典型的实施方式是用干法刻蚀以形成一个柱状台阶，再通过侧向氧化的氧化工艺来形成氧化孔径。但是该实施方式不利于进一步增加VCSEL阵列的密度，从而减小VCSEL芯片尺寸。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种垂直腔面发射激光器及其密集型阵列结构，旨在提升现有垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列的密集程度，在缩小VCSEL芯片尺寸的同时不影响VCSEL芯片性能。本专利技术的技术方案如下：作为本专利技术的第一方面，提供一种垂直腔面发射激光器，包括：隔离层：其包括圆形部分和从所述圆形部分的圆周向外延伸的一个或多个延伸部分；P-型金属层：其包括一个或多个分离的不规则形状部分，所述隔离层的延伸部分完全或部分覆盖所述P-型金属层的不规则形状部分；一个或多个电介质通孔开口：一个或多个所述电介质通孔开口分别位于所述P-型金属层的一个或多个所述不规则形状部分之上；多个氧化槽：多个所述氧化槽沿所述隔离层的圆形部分的圆周外间隔排布且于所述隔离层的延伸部分两侧，相邻两所述延伸部分之间分布有至少一个氧化槽。进一步地，所述垂直腔面发射激光器的宽度在15微米至28微米之间。进一步地，P-型金属层的不规则形状部分的内侧部分向两侧延伸以形成部分圆环的形状。进一步地，多个所述氧化槽均为不规则形状，在中间没有所述延伸部分的两相邻氧化槽连接在一起。进一步地，所述隔离层完全覆盖所述电介质通孔开口。进一步地，所述金属层的不规则部分的数量等于所述电介质通孔开口以及所述延伸部分的数量。进一步地，所述氧化槽的数量不等于所述金属层的不规则部分的数量。进一步地，所述金属层的不规则部分的数量为一个、两个、三个或四个部分。进一步地，所述金属层、所述电介质通孔开口和所述隔离层延伸的延伸部分围绕所述圆形部分的圆周等间距或不等间距分布。作为本专利技术的第二方面，提供一种激光器的密集型阵列结构，包括：多个如上述任一中所述垂直腔面发射激光器，多个所述垂直腔面发射激光器组成阵列排列。本专利技术的有益效果：本专利技术对现有的垂直腔面发射激光器(VCSEL)进行改进，在缩小VCSEL芯片尺寸的同时不影响VCSEL芯片性能，并提升现有垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列的密集程度。附图说明图1为本专利技术实施例提供的第一种垂直腔面发射激光器的俯视平面图；图2为本专利技术实施例提供的第二种垂直腔面发射激光器的俯视平面图；图3为本专利技术实施例提供的第三种垂直腔面发射激光器的俯视平面图；图4为本专利技术实施例提供的第一种垂直腔面发射激光器的俯视平面图及其侧视截面图；图5为本专利技术实施例提供的第一种垂直腔面发射激光器的俯视平面图及其另一侧视截面图；图6为本专利技术实施例提供的第四种垂直腔面发射激光器的俯视平面图；图7为本专利技术实施例提供的第五种垂直腔面发射激光器的俯视平面图；图8为本专利技术实施例提供的第六种垂直腔面发射激光器的俯视平面图；图9为本专利技术实施例提供的一种激光器的密集型阵列结构的俯视平面图；图10为本专利技术实施例提供的另一种激光器的密集型阵列结构的俯视平面图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术指向一种密集型的垂直腔面发射激光器，也指向一种密集型的垂直腔面发射激光器阵列。下面将对本专利技术实施方式的附图，对本专利技术实施方式进行描述，不同附图中的相同附图标记可以表示相同或相似的特征、元件或组件。下述实施方式仅为示例，而不是全部的实施方式。图1-图10未按比例绘制并且仅意图表明本专利技术的原理和概念，以使得本领域的普通技术人员能够实践实施方式。随着VCSEL阵列芯片在消费电子中的广泛应用，对VCSEL芯片的一个主要需求是减小芯片尺寸。影响VCSEL芯片尺寸的一个重要指标是阵列内的垂直腔面发射激光器的密度，而影响垂直腔面发射激光器密度的主要因素包括隔离层上环形电介质开孔尺寸，环形P-型金属层的尺寸，隔离层的尺寸，形成氧化孔径的环形氧化槽尺寸，以及这些所述主要元素的相对位置。对于常见的柱状台阶型VCSEL，即通过干法或湿法刻蚀出一个圆柱后再通过氧化工艺以实现氧化孔径，其电介质开孔、P-型金属层、隔离层均位于台柱顶部的圆台的内部。由于制程工艺的限制，柱状台阶型VCSEL的圆柱尺寸需要足够大，才能依次部署下电介质开孔、P-型金属层以及隔离层，这就限制了相邻VCSEL的最小间距，从而限制了VCSEL阵列的密度。按上述实施方式，一个典型的单个VCSEL的宽度，即环形氧化槽的外径大约为30微米-50微米，进一步减小台阶VCSEL的圆柱的尺寸可能会严重影响VCSEL的性能，例如，输出功率，激光光场分布，可靠性等均会受到影响。基于上述问题，本专利技术实施例提供了一种VCSEL及密集型的VCSEL阵列设计，可以克服现有VCSEL的尺寸限制，并且不会牺牲VCSEL芯片的性能。本专利技术所述的实施方式的主旨是把典型台阶型VCSEL的环形金属、环形电介质开孔以及环形氧化槽转变成分离的单元，再通过一些可能的排布方式，充分利用相邻VCSEL间的空隙，从而减小相邻VCSEL的间距，进而提升VCSEL阵列的密度。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：/n隔离层：其包括圆形部分和从所述圆形部分的圆周向外延伸的一个或多个延伸部分；/nP-型金属层：其包括一个或多个分离的不规则形状部分，所述隔离层的延伸部分完全或部分覆盖所述P-型金属层的不规则形状部分；/n一个或多个电介质通孔开口：一个或多个所述电介质通孔开口分别位于所述P-型金属层的一个或多个所述不规则形状部分之上；/n多个氧化槽：多个所述氧化槽沿所述隔离层的圆形部分的圆周外间隔排布且于所述隔离层的延伸部分两侧，相邻两所述延伸部分之间分布有至少一个氧化槽。/n

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：
隔离层：其包括圆形部分和从所述圆形部分的圆周向外延伸的一个或多个延伸部分；
P-型金属层：其包括一个或多个分离的不规则形状部分，所述隔离层的延伸部分完全或部分覆盖所述P-型金属层的不规则形状部分；
一个或多个电介质通孔开口：一个或多个所述电介质通孔开口分别位于所述P-型金属层的一个或多个所述不规则形状部分之上；
多个氧化槽：多个所述氧化槽沿所述隔离层的圆形部分的圆周外间隔排布且于所述隔离层的延伸部分两侧，相邻两所述延伸部分之间分布有至少一个氧化槽。


2.如权利要求1所述垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器的宽度在15微米至28微米之间。


3.如权利要求1所述垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述P-型金属层的不规则形状部分的内侧部分向两侧延伸以形成部分圆环的形状。


4.如权利要求1所述垂直腔面发射激光器，其特征在于，多个所述氧化槽均为不规则形状，在中间没有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明欣，杨旭，张岩松，
申请(专利权)人：武汉仟目激光有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42