一种面发射半导体激光芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种面发射半导体激光芯片及其制备方法，该半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜、欧姆接触层；衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式；欧姆接触层顶部制作第一电极；第一电极与欧姆接触层不接触的位置制作钝化层；衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽结构，并在衬底层凹槽位置制作第二电极，第二电极与欧姆接触层顶部第一电极电性相反；衬底层出光面非电极位置镀半反半透膜并在此位置处出射激光。

A surface emitting semiconductor laser chip and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种面发射半导体激光芯片及其制备方法
本专利技术涉及半导体激光芯片
，具体涉及一种面发射半导体激光芯片及其制备方法。
技术介绍
与边发射半导体激光相比，垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)以其体积小、耦合效率高、阈值电流低、调制速率高、易二维集成、单纵模工作、可在片测试和制造成本低等优点成为最重要的半导体光电子器件之一。尤其是高功率VCSEL阵列在激光打印、激光医疗、激光打孔、焊接加工等领域有着广泛应用。随着工业、军事、医疗和空间通信等领域的发展，对高功率VCSEL阵列提出高光束质量的需求。具有近衍射极限的单模高斯远场分布激光器光束具有激光功率密度高的优势，满足激光雷达、激光瞄准、激光测距、激光打靶、激光制导、激光夜视、激光引信和激光对抗等军事领域的要求。目前，广泛应用的高功率垂直腔面发射激光阵列由于出射的激光不是相干光束，横模普遍为高阶模，并且存在亮度低、光强分布分散、光束发散角大、光束质量差等问题，从而限制了高功率垂直腔面发射激光阵列的发展及应用。为了改变这种光束质量差的缺点，针对高功率垂直腔面发射激光两维阵列，采用封装Talbot外腔镜相干耦合的方式来改善光束质量。虽然后期封装外腔镜相干耦合的方式能够很好的改善光束质量问题，但是封装调节困难和易受外界影响变形，容易造成Talbot距离的偏离，使得相干度降低。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种面发射半导体激光芯片及其制备方法，该专利技术不仅能够利用外腔结构实现光源相干，提高器件的光束质量，而且不存在封装困难和受外界影响变形的问题，工艺过程简单，制作容易。本专利技术公开了一种面发射半导体激光芯片，所述半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；所述半导体激光芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜和欧姆接触层；背光侧的所述欧姆接触层上制作第一电极，所述第一电极与所述欧姆接触层不接触的位置制作钝化层；所述衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽，并在所述衬底层的凹槽位置制作第二电极，所述第二电极与所述第一电极的电性相反；所述衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式；其中，所述衬底层厚度d与面发射四方形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：所述衬底层厚度d与面发射六角形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为面发射两个相邻光源中心间距，n为衬底材料的折射率。作为本专利技术的进一步改进，所述衬底层的凹槽结构外的位置镀半反半透膜，并在此位置处出射激光，实现高光束质量激光输出。作为本专利技术的进一步改进，所述衬底层为半绝缘掺杂的GaAs半导体衬底层。作为本专利技术的进一步改进，所述前镜为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层部分反射分布布拉格反射层(DBR)，反射率为50-90％。作为本专利技术的进一步改进，所述前镜的对数为5至25对。作为本专利技术的进一步改进，所述后镜为AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs多层全反射分布布拉格反射层。作为本专利技术的进一步改进，所述后镜对数为20至40对。作为本专利技术的进一步改进，所述半反半透膜的反射率为50-95％。作为本专利技术的进一步改进，每一行或者每一列光源个数n大于等于2。本专利技术还公开了一种面发射半导体激光芯片的制备方法，包括：VCSEL外延片清洗干燥：制作台面掩膜：制作台面；制作氧化孔；制作第一电极；制作台面钝化层；衬底处理；出射激光面钝化；制作第二电极；制作半反半透膜；制作第二电极与pad压焊点；解理封装。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术利用后镜、前镜和半反半透膜构成Talbot谐振腔，光束经过Talbot谐振腔形成衍射，实现阵列单元间的相位锁定，提高输出激光光束的光束质量和亮度。该专利技术的衬底层出射激光侧相对应氧化光学限制层氧化孔径位置制作凹槽，并在此位置制作电极，电极距离热源更近，利于带走热量，增快散热。该专利技术不仅能够利用Talbot外腔结构实现光源相干提高器件的光束质量，而且不存在封装困难和受外界影响变形的问题，集成度高，工艺过程简单，制作容易。附图说明图1为本专利技术一种面发射半导体激光芯片的结构示意图；图1-1为本专利技术一种面发射半导体激光芯片实施例1与实施例3的结构示意图；图1-2为本专利技术一种面发射半导体激光芯片实施例2与实施例4的结构示意图；图2为本专利技术一种四方形矩阵面发射半导体激光芯片的背光面结构示意图；图3为本专利技术一种四方形矩阵面发射半导体激光芯片的出光面结构示意图；图4为本专利技术一种六角形矩阵面发射半导体激光芯片的背光面结构示意图；图5为本专利技术一种六角形矩阵面发射半导体激光芯片的出光面结构示意图；图6为本专利技术一种面发射半导体激光芯片的制备方法的流程图。图中：1、第一电极；2、钝化层；3、欧姆接触层；4、后镜；5、氧化光学限制层；6、有源层；7、前镜；8、衬底层；9、第二电极；10、半反半透膜；11、面发射光源；12、pad压焊点；13、电极引线；1-1、P型电极(第一电极)；3-1、P型欧姆接触层；4-1、P型后镜；7-1、N型前镜；8-1、N型衬底层；9-1、N型电极(第二电极)；1-2、N型电极(第一电极)；3-2、N型欧姆接触层；4-2、N型后镜；7-2、P型前镜；8-2、P型衬底层；9-2、P型电极(第二电极)；其中，第一电极1与第二电极电性相反。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面通过实施例对本专利技术做进一步的详细描述：如图1所示，本专利技术提供一种面发射半导体激光芯片，半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；半导体激光芯片由下往上依次设有衬底层8、前镜7、有源层6、氧化光学限制层5、后镜4和欧姆接触层3；背光侧的欧姆接触层3上制作第一电极1，第一电极1与欧姆接触层3不接触的位置制作钝化层2；衬底层8出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽，并在衬底层的凹槽位置制作第二电极9，第二电极9与第一电极1的电性相反；衬底层8的凹槽结构外的位置镀半反半透膜10，并在此位置处出射激光，实现高光束质量激光输出。衬底层厚度与面发射阵列光源间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；/n所述半导体激光芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜和欧姆接触层；背光侧的所述欧姆接触层上制作第一电极，所述第一电极与所述欧姆接触层不接触的位置制作钝化层；所述衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽，并在所述衬底层的凹槽位置制作第二电极，所述第二电极与所述第一电极的电性相反；/n所述衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式；其中，/n所述衬底层厚度d与面发射四方形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述半导体激光芯片是从衬底层底发射激光的面发射两维阵列光源芯片，两个相邻光源中心间距相等；
所述半导体激光芯片由下往上依次设有衬底层、前镜、有源层、氧化光学限制层、后镜和欧姆接触层；背光侧的所述欧姆接触层上制作第一电极，所述第一电极与所述欧姆接触层不接触的位置制作钝化层；所述衬底层出光侧相对应氧化光学限制层的氧化孔径位置制作凹槽，并在所述衬底层的凹槽位置制作第二电极，所述第二电极与所述第一电极的电性相反；
所述衬底层厚度与面发射阵列光源间距和激光波长满足Talbot关系式；其中，
所述衬底层厚度d与面发射四方形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：






所述衬底层厚度d与面发射六角形阵列相邻光源的间距和激光波长相关，满足Talbot关系式为：






式中，L为Talbot长度，λ为光源波长，D为面发射两个相邻光源中心间距，n为衬底材料的折射率。


2.如权利要求1所述的面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述衬底层的凹槽结构外的位置镀半反半透膜，并在此位置处出射激光，实现高光束质量激光输出。


3.如权利要求1所述的面发射半导体激光芯片，其特征在于，所述衬底层为半绝缘掺杂的GaAs...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，王聪聪，李冲，兰天，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11