垂直腔面发射激光器阵列及改善其该阵列性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直腔面发射激光器阵列及改善其该阵列性能的方法，属于垂直腔面发射激光器技术领域。解决了现有技术存在的功率转换效率、输出功率和出光均匀性较差的技术问题。该垂直腔面发射激光器阵列，包括半导体层及形成于一个半导体层上的若干阵列单元，每个阵列单元均存在氧化沟槽、台面、环以及出光面，出光面存在有电极，台面中设有氧化层，氧化层内存在出光孔，阵列单元中至少部分阵列单元的氧化沟槽、台面、环、电极四者中的任意一者或多者的形状为不规则形状以使出光孔的形成不规则形状，至少一部分阵列单元中不同的阵列单元的出光孔的形状彼此不同。本发明专利技术用于提高垂直腔面发射激光器阵列的功率转换效率、输出功率和出光均匀性。和出光均匀性。和出光均匀性。

【技术实现步骤摘要】
垂直腔面发射激光器阵列及改善其该阵列性能的方法


[0001]本专利技术涉及一种激光器，特别是涉及一种垂直腔面发射激光器(英语为：vertical—cavitysurface—emittinglaser，简称：VCSEL)阵列及改善该垂直腔面发射激光器阵列性能的方法。

技术介绍

[0002]垂直腔表面发射激光器是近年来迅速发展起来的一种新型的有源半导体激光器件。
[0003]近年来，垂直腔面发射激光器发展迅速并以其低的阈值电流，高的调制频率和低的功率损耗等优点而倍受光通讯领域的青睐。目前，垂直腔表面发射激光器的应用主要集中在小功率场合，如光通讯、光互连、计算机与光信息处理等，但事实上垂直腔表面发射激光器的大功率应用领域更为广阔，例如激光测距、激光雷达、激光引信和激光医疗等。为了提高半导体激光器的输出功率，一般采用多个发光单元集成的方法。与传统的边发射半导体激光器相比，垂直腔面发射激光器列阵的制作更加简单。
[0004]现有技术至少存在以下技术问题：
[0005]参阅图1、图2和图3所示，现有的垂直腔表面发射激光器包括沿一方向依次设置的p
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金属(英语为：top p
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metal)1、台面(英语为：mesa)2、台面(英语为：mesa)3、衬底8和n型金属(英语为：n
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metal)9，在台面2、台面3中分别设有p型DBR(英语为：p
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type top DBR)4、n型DBR(英语为：n
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type DBR，DBR全称为：Distributed Bragg Reflector)5，在台面2、台面3中还均设有氧化层(英语为：oxide layer)11、12，氧化层内形成有出光孔(英语为：oxidation aperture，亦称氧化物光圈)10，同时台面(英语为：mesa)3中分布有由量子阱(英语为：QWs)形成的有源区(英语为：Active region)7以及谐振腔(英语为：cavity)6。其中台面是在VCSEL的外延结构上开设氧化沟槽(英语为：trench for oxidation)后形成。由于激光是从VCSEL顶部出来，所以光模式(英语为：light mode)和轮廓(英语为：profile)强烈依赖于p
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金属的形状、出光孔的形状，而这又是由台面和氧化沟槽形状所决定的。
[0006]目前市场对于垂直腔面发射激光器阵列的有着巨大需求，同时对其器件密度和尺寸小型化也提出了更高的要求。本领域技术人员长久以来普遍认为：保证不同发光点沟道形貌的一致性是保障器件密度的重要因素之一。
[0007]如图4
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图5所示，垂直腔面发射激光器阵列中所有的阵列单元都是相同的，且均匀分布。本申请人经过创造性劳动后发现：对于垂直腔面发射激光器阵列而言，需要更好地控制光模式下单个垂直腔面发射激光器阵列的发射。在不管理和控制光学模式的情况下，它会在远场产生干扰，在某些发射极模式跳变时会导致功率变化，降低远场均匀性。
[0008]如图6所示，现有技术中，垂直腔面发射激光器阵列通过对基于III
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V族材料的外延层进行加工后形成。更具体地，在其制备工艺中，可以通过刻蚀到GaAs层而形成台面及氧化沟道，进而利用氧化沟道，可以在氧化反应设备中对外延层中的AlGaAs层进行氧化，从而形成氧化层及出光孔10，其中，台面2、氧化沟道及上电极(例如p电极1)均是圆环形的，而出
光孔10是圆形的。
[0009]综上所述，现有的垂直腔面发射激光器的每个阵列单元的形状均为对称形状，不同的阵列单元均是相同结构，且均匀分布，此种构造不同的阵列单元在远场会产生干扰，降低远场均匀性，导致功率转换效率(英语为：Power converting efficiency，简写为:PCE)、输出功率和出光均匀性较差。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供了一种垂直腔面发射激光器阵列及改善该垂直腔面发射激光器阵列性能的方法。解决了现有技术存在的功率转换效率、输出功率和出光均匀性较差的技术问题。
[0011]本专利技术实施例至少提供了如下技术方案：
[0012]本专利技术实施例提供的垂直腔面发射激光器阵列，包括半导体层以及形成于一个半导体层上的
[0013]若干阵列单元，每个阵列单元均存在氧化沟槽、台面、环以及出光面，出光面存在有电极，台面中设有氧化层，氧化层内存在出光孔，所述阵列单元中至少部分所述阵列单元的氧化沟槽、台面、环、电极四者中的任意一者或多者的形状为不规则形状以使所述出光孔的形成不规则形状，且不同的所述阵列单元的所述出光孔的形状彼此不同。
[0014]优选或可选地，所述不规则形状为非对称的形状。
[0015]优选或可选地，所述阵列单元中至少一个阵列单元的氧化沟槽和/或台面的内周轮廓为不规则环形。
[0016]优选或可选地，所述氧化沟槽为连续的环形，并且所述氧化沟槽的内周轮廓是不规则环形。
[0017]优选或可选地，位于同一个阵列单元上的氧化沟槽的局部区域的形状与其余区域的形状不同。
[0018]优选或可选地，所述氧化沟槽整体呈环形并包括间隔设置的多个片段，其中至少两个片段的形状不同。
[0019]优选或可选地，所述形状不同包括尺寸不同、长度尺寸与宽度尺寸的比例不同。
[0020]优选或可选地，所述氧化沟槽整体呈环形并包括间隔设置的多个片段，其中至少一片段和与之相邻的两个片段之间的距离不同。
[0021]优选或可选地，至少两个相邻的所述阵列单元具有相同的结构且各自均具有沿径向方向延伸的中心线，且彼此的沿径向方向延伸的中心线不互相平行。
[0022]优选或可选地，至少两个相邻的所述阵列单元的氧化沟槽、台面、环、电极四者中的任意一者或多者形状互不相同。
[0023]本专利技术实施例提供的改善本专利技术任一技术方案提供的垂直腔面发射激光器阵列性能的方法，包括步骤：至少通过调整所述垂直腔面发射激光器阵列中至少一个阵列单元的氧化沟槽、台面、环、电极中的任意一者或多者的形状和/或尺寸，以调整出光孔的形状和/或尺寸，提升VCSEL器件的功率转换效率、输出功率和/或出光均匀性。
[0024]优选或可选地，还包括以下步骤：
[0025]依据所述出光孔的形状和/或尺寸，对位于相应阵列单元的出光面上的所述电极
形状和/或尺寸进行调整，使两者相匹配。
[0026]上述任一技术方案至少可以产生如下的技术效果：
[0027]本专利技术中由于出光孔为不规则形状，且至少一部分阵列单元中不同的阵列单元的出光孔的形状彼此不同，所以不同的阵列单元在远场不易产生干扰，远场均匀性更好，功率转换效率、输出功率更高和出光均匀性也更为均匀，所以解决了现有技术存在的功率转换效率、输出功率和出光均匀性较差的技术问题。
附图说明
[0028]图1为现有的一种垂直腔面发射激光器剖切结构的示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于:包括半导体层以及形成于一个半导体层上的若干阵列单元，每个阵列单元均存在氧化沟槽、台面、环以及出光面，出光面存在有电极，台面中设有氧化层，氧化层内存在出光孔，所述阵列单元中至少部分所述阵列单元的氧化沟槽、台面、环、电极四者中的任意一者或多者的形状为不规则形状以使所述出光孔的形成不规则形状，且不同的所述阵列单元的所述出光孔的形状彼此不同。2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于:所述不规则形状为非对称的形状。3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于:所述阵列单元中至少一个阵列单元的氧化沟槽和/或台面的内周轮廓为不规则环形。4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于:所述氧化沟槽为连续的环形，并且所述氧化沟槽的内周轮廓是不规则环形。5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于:位于同一个阵列单元上的氧化沟槽的局部区域的形状与其余区域的形状不同。6.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于:所述氧化沟槽整体呈环形并包括间隔设置的多个片段，其中至少两个片段的形状不同。7.根据权利要求5或6所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于:所述形状不同包括尺寸不同、长度尺寸与宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，
申请(专利权)人：无锡神州高芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：