一种激光单元及其形成方法、激光器和激光雷达，所述激光单元包括：依次层叠设置于第一电极和第二电极之间的间隔内的衬底、第一包层、发光层和谐振结构，所述谐振结构包括：第二包层和多个谐振单元，其中，所述谐振单元从第二包层靠近第二电极的表面向第二包层靠近发光层的表面延伸，所述谐振单元适宜于使所述发光层发出的光在所述多个谐振单元中形成谐振。在所述第二包层内直接形成光子晶体结构，无需二次外延，能够有效简化步骤、降低工艺难度，克服二次外延所引起的外延层质量及孔洞形状均一性差的问题，同时满足优质的功率特性和高亮度的需求，能够提高外延层质量和最终产品中孔洞形状的均一性，有利于大规模量产和商业化应用。用。用。
【技术实现步骤摘要】
激光单元及其形成方法、激光器和激光雷达
[0001]本专利技术涉及激光器领域，特别涉及一种激光单元及其形成方法、激光器和激光雷达。
技术介绍
[0002]光子晶体表面发射激光器(Photonic Crystal Surface Emitting Lasers,PCSELs)在光子晶体区域内形成驻波，从而提高光增益和控制模式，PCSELs的基模阈值增益最低，注入能量达到基模的阈值增益之后基模激射，并占用谐振腔内的增益能量，由于PCSELs基模和高阶模式的阈值增益差值较大，因此PCSEL s只有基模激射，可单模工作。基模光束的发散角具有毫弧度的数量级，而高阶模的发散角随着模阶次的而增大，单模工作的PCSELs所形成光束的远场发散角接近衍射极限。同时其出光半径可达约百微米，甚至毫米量级，也就是说，PCSELs所形成的光束具有极好的光束质量。目前在激光雷达(light detection and ranging，LiDAR)领域，对于具有高能量密度和高亮度的光源需求旺盛，并且PCSELs可垂直于腔面出射，使其易于封装或集成到电子组件中，PCSELs的性能优势使其有机会成为LiDAR激光光源新的解决方案。
[0003]现有的PCSELs的形成方法主要为在衬底上外延生长包层、发光层、待刻蚀层，形成光子晶体区域，然后在光子晶体区域上二次外延生长包层，因为需要进行二次外延，工艺难度极高，不利于商业化和大规模应用。
技术实现思路
[0004]本专利技术解决的问题是：如何克服PCSELs需要进行二次外延所导致的步骤复杂、工艺难度高以及外延层质量和孔洞形状均一性差。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种激光单元，包括：
[0006]第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极间隔设置；衬底、第一包层、发光层和谐振结构，所述衬底、所述第一包层、所述发光层和所述谐振结构均位于所述第一电极和所述第二电极之间的间隔内，且沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置；所述谐振结构包括：第二包层和多个谐振单元，其中，所述谐振单元从第二包层靠近第二电极的表面向第二包层靠近发光层的表面延伸，所述谐振单元适宜于使所述发光层发出的光在所述多个谐振单元中形成谐振。
[0007]可选的，在平行所述第二包层的表面的平面内，所述多个谐振单元呈阵列分布。
[0008]可选的，相邻所述谐振单元之间的距离与所述激光单元所产生激光的波长以及所述谐振结构的等效折射率满足预设关系。
[0009]可选的，所述谐振结构还包括：接触层，所述接触层位于所述第二包层和所述第二电极之间；所述谐振单元沿第二电极指向第一电极的方向贯穿所述接触层并延伸至所述第二包层。
[0010]可选的，还包括：限制层，所述限制层适宜于提高所述发光层的光学限制因子。
[0011]可选的，所述限制层位于第一位置和第二位置中至少一个位置上，其中，所述第一位置为所述第一包层和所述发光层之间的位置，所述第二位置为所述第二包层和所述发光层之间的位置。
[0012]可选的，所述限制层位于所述第一位置，所述限制层与所述第一包层和所述衬底相配合以提高所述发光层的光学限制因子；和/或，所述限制层位于所述第二位置，所述限制层与所述第二包层和接触层相配合以提高所述发光层的光学限制因子。
[0013]可选的，所述限制层位于所述第一位置，所述衬底的材料的折射率大于所述第一包层的材料的折射率，所述限制层的材料的折射率大于所述第一包层的材料的折射率；和/或，所述限制层位于所述第二位置，接触层的材料的折射率大于所述第二包层的材料的折射率，所述限制层的材料的折射率大于所述第二包层的材料的折射率。
[0014]可选的，所述限制层位于所述第二位置，所述谐振单元贯穿所述第二包层并延伸至至少部分厚度的所述限制层中。
[0015]可选的，所述谐振单元包括：孔，所述孔从所述第二包层靠近所述第二电极的表面向第一电极延伸。
[0016]可选的，所述谐振单元还包括：填充体，所述填充体填充于所述孔内，所述填充体的材料的折射率至少与所述第二包层的材料的折射率不相等。
[0017]可选的，所述填充体的材料的折射率小于所述第二包层的材料的折射率。
[0018]可选的，所述谐振单元的深宽比在1～5的范围内。
[0019]可选的，所述衬底为n型衬底，所述第一包层为n型包层，所述第二包层为p型包层。
[0020]可选的，所述第一包层的厚度在500nm～2000nm范围内；所述第二包层的厚度在200nm～500nm范围内。
[0021]可选的，所述第二电极指向所述第一电极的方向与激光出射方向一致。
[0022]可选的，所述第一电极具有窗口，所述窗口沿激光出射方向贯穿所述第一电极。
[0023]可选的，所述第二电极在所述第一电极上的投影，至少覆盖所述窗口的位置。
[0024]可选的，还包括：抗反射层，所述抗反射层位于所述衬底远离所述第一包层的表面。
[0025]可选的，所述衬底和所述第一包层相配合以抑制驻波。
[0026]可选的，还包括：调整结构，所述调整结构位于所述衬底和所述第一包层之间，所述调整结构适宜于抑制所述衬底内的驻波。
[0027]可选的，所述调整结构包括：第一调整层和第二调整层，沿所述衬底指向所述第一包层的方向，所述第一调整层和所述第二调整层依次交替层叠设置，所述第一调整层的材料的折射率与所述第二调整层的材料的折射率不同。
[0028]可选的，所述调整结构包括分布式布拉格反射镜。
[0029]相应的，本专利技术还提供一种激光器，包括：
[0030]激光单元，所述激光单元为本专利技术的激光单元。
[0031]另外，本专利技术还提供一种激光雷达，包括：
[0032]光源，所述光源为本专利技术的激光器。
[0033]此外，本专利技术还提供一种激光单元的形成方法，包括：
[0034]提供衬底；在所述衬底上依次形成第一包层、发光层和谐振结构，所述谐振结构包
括：第二包层和多个谐振单元，其中，所述谐振单元从第二包层远离发光层的表面向第二包层靠近发光层的表面延伸，所述谐振单元适宜于使所述发光层发出的光在所述多个谐振单元中形成谐振；在所述衬底远离所述发光层的一侧形成第一电极；在所述谐振结构远离所述发光层的一侧形成第二电极。
[0035]可选的，形成所述谐振结构的步骤包括：在所述发光层上形成第二包层；在所述第二包层上形成图形化层，所述图形化层适宜于定义所述谐振单元；以所述图形化层为掩模，刻蚀所述第二包层以形成所述谐振单元。
[0036]可选的，形成所述图形化层的步骤包括：通过电子束曝光和纳米压印中至少一种工艺对图形材料层进行图形化。
[0037]可选的，刻蚀所述第二包层的步骤中，在所述第二包层中形成孔；形成所述谐振结构的步骤还包括：填充所述孔，在所述孔内形成填充体。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光单元，其特征在于，包括：第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极间隔设置；衬底、第一包层、发光层和谐振结构，所述衬底、所述第一包层、所述发光层和所述谐振结构均位于所述第一电极和所述第二电极之间的间隔内，且沿第一电极指向第二电极的方向依次层叠设置；所述谐振结构包括：第二包层和多个谐振单元，其中，所述谐振单元从第二包层靠近第二电极的表面向第二包层靠近发光层的表面延伸，所述谐振单元适宜于使所述发光层发出的光在所述多个谐振单元中形成谐振。2.如权利要求1所述的激光单元，其特征在于，在平行所述第二包层的表面的平面内，所述多个谐振单元呈阵列分布。3.如权利要求2所述的激光单元，其特征在于，相邻所述谐振单元之间的距离与所述激光单元所产生激光的波长以及所述谐振结构的等效折射率满足预设关系。4.如权利要求1所述的激光单元，其特征在于，所述谐振结构还包括：接触层，所述接触层位于所述第二包层和所述第二电极之间；所述谐振单元沿第二电极指向第一电极的方向贯穿所述接触层并延伸至所述第二包层。5.如权利要求1所述的激光单元，其特征在于，还包括：限制层，所述限制层适宜于提高所述发光层的光学限制因子。6.如权利要求5所述的激光单元，其特征在于，所述限制层位于第一位置和第二位置中至少一个位置上，其中，所述第一位置为所述第一包层和所述发光层之间的位置，所述第二位置为所述第二包层和所述发光层之间的位置。7.如权利要求6所述的激光单元，其特征在于，所述限制层位于所述第一位置，所述限制层与所述第一包层和所述衬底相配合以提高所述发光层的光学限制因子；和/或，所述限制层位于所述第二位置，所述限制层与所述第二包层和接触层相配合以提高所述发光层的光学限制因子。8.如权利要求6所述的激光单元，其特征在于，所述限制层位于所述第一位置，所述衬底的材料的折射率大于所述第一包层的材料的折射率，所述限制层的材料的折射率大于所述第一包层的材料的折射率；和/或，所述限制层位于所述第二位置，接触层的材料的折射率大于所述第二包层的材料的折射率，所述限制层的材料的折射率大于所述第二包层的材料的折射率。9.如权利要求6所述的激光单元，其特征在于，所述限制层位于所述第二位置，所述谐振单元贯穿所述第二包层并延伸至至少部分厚度的所述限制层中。10.如权利要求1所述的激光单元，其特征在于，所述谐振单元包括：孔，所述孔从所述第二包层靠近所述第二电极的表面向第一电极延伸。11.如权利要求10所述的激光单元，其特征在于，所述谐振单元还包括：填充体，所述填充体填充于所述孔内，所述填充体的材料的折射率至少与所述第二包层的材料的折射率不相等。12.如权利要求11所述的激光单元，其特征在于，所述填充体的材料的折射率小于所述第二包层的材料的折射率。
13.如权利要求1所述的激光单元，其特征在于，所述谐振单元的深宽比在1～5...
【专利技术属性】
技术研发人员：常高垒，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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