VCSEL激光器及其制备方法技术

公开了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，所述VCSEL激光器包括：第一布拉格反射镜、第二布拉格反射镜和被夹设于所述第一布拉格反射镜和所述第二布拉格反射镜之间的有源区，所述第一布拉格反射镜包括多层第一高铝层和多层第一低铝层，所述第二布拉格反射镜包括多层第二高铝层和多层第二低铝层，其中，至少一层所述第一低铝层的厚度大于λ/4，λ为所述VCSEL激光器的工作波长，这样，可延长谐振腔来加强衍射损耗和吸收损耗，进而抑制高阶横模，降低VCSEL激光器的发散角。降低VCSEL激光器的发散角。降低VCSEL激光器的发散角。

【技术实现步骤摘要】
VCSEL激光器及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体激光器领域，更为具体地涉及VCSEL激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]VCSEL（Vertical
‑
Cavity Surface
‑
Emitting Laser，垂直腔面发射激光器）是沿垂直于其衬底的方向出射激光的一种半导体激光器。VCSEL具有发散角小、光束对称、波长热稳定性高、光束质量稳定、单纵模输出、光电转换效率高、体积小、阈值电流低、功耗低、易于集成等特点，适于作为光源被广泛应用，例如，作为激光雷达的激光光源被应用于车辆自动驾驶、智能机器人的三维建图定位。
[0003]VCSEL的出光性能将影响其应用效果，例如，作为激光雷达的激光光源被应用于三维成像中，其出射的光束的发散角（即，VCSEL的发散角）将影响激光雷达的成像分辨率。具体地，在三维成像中，VCSEL的发散角与成像分辨率负相关，即，VCSEL的发散角越小成像分辨率越高。再例如，VCSEL作为激光雷达的激光光源被应用于激光探测中，其发散角将影响探测距离和探测精度，VCSEL的发散角越小，照射距离越远，探测范围越广，探测精度越高。
[0004]现有技术中已提出多种降低VCSEL的发散角的方案，但存在诸多问题。具体地，VCSEL主要包括N
‑
DBR（即N型掺杂的布拉格反射镜）、P
‑
DBR（即P型掺杂的布拉格反射镜）氧化限制层、多量子阱有源区以及欧姆接触电极。DBR（布拉格反射镜）由高低折射率介质或半导体材料交替外延生长而成，每层材料的光学厚度为激光波长的1/4，量子阱有源区的光学厚度为1/2（或（2k+1)*1/2）激光波长的整数倍。在N
‑
DBR和P
‑
DBR之间形成谐振腔，通过P型欧姆接触电极向多量子阱有源区内注入电流，受激辐射的光子在N
‑
DBR和P
‑
DBR之间往复被反射并谐振放大，从而形成激光。
[0005]在对VCSEL的发散角的影响因素的研究中发现，VCSEL出射的光束的横模会影响VCSEL的发散角。横模可反映VCSEL投射的光斑在垂直于VCSEL的谐振腔的腔轴的横截面上的能量分布模式，横模分为基膜和高阶模。高阶横模的能量分布较为复杂，对应的光束的发散角较大。
[0006]相应地，可通过有效的选择、控制或抑制横模技术来降低VCSEL的发散角。在现有的技术中，通过浅面浮雕法、质子注入技术、光子晶体技术等方法来抑制VCSEL的高阶横模。具体地，利用浅面浮雕法对设置在P
‑
DBR或者N
‑
DBR的被暴露的表面的介质层进行蚀刻并形成反相层，可增大高阶模式的端面损耗，进而增大高阶模式的阈值，实现对高阶横模的抑制。然而，浅面浮雕法需要对外延结构进行特殊设计，对可视深度进行精确的控制。通过质子注入技术向P
‑
DBR或者N
‑
DBR中注入质子，没有形成明显的折射率引导结构，质子植入VCSEL的模式特性和光束特性严重依赖于热透镜效应、载流子反引导、空间烧孔效应，存在不稳定、光束质量对电流的依赖作用很大。通过光子晶体技术在P
‑
DBR或者N
‑
DBR蚀刻光子晶体结构，可改变谐振腔的横向模式，抑制高阶横模，然而，光子晶体技术引进了较大的光学损耗和电阻，且制备工艺复杂，需要精确地控制横向蚀刻尺寸和深度蚀刻尺寸，对设备要求较高。
[0007]因此，需要一种优化的VCSEL结构设计方案，以降低VCSEL的发散角。

技术实现思路

[0008]本申请的一个优势在于提供了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，所述VCSEL激光器通过延长谐振腔来加强衍射损耗和吸收损耗，进而抑制高阶横模，降低VCSEL激光器的发散角。
[0009]本申请的另一个优势在于提供了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，所述VCSEL激光器通过增加布拉格反射镜的低铝层的厚度来抑制高阶横模，较为容易实现，可实施性较强。
[0010]本申请的又一个优势在于提供了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，所述VCSEL激光器利用技术较为成熟的外延生长工艺来形成布拉格反射镜，能够较为精准地控制布拉格反射镜的厚度，提高VCSEL激光器的结构稳定性和可靠性。
[0011]本申请的又一个优势在于提供了一种VCSEL激光器及其制备方法，其中，所述VCSEL激光器在制备过程中仍能够沿用传统的VCSEL的制备工艺，仅需要调整布拉格反射结构层的生长厚度，这样，可保留原有的VCSEL生产线和生产设备以将其用于制备本申请的VCSEL激光器，有效降低VCSEL激光器的生产线改造成本，进而降低VCSEL激光器的制备成本。
[0012]为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，根据本申请的一个方面，提供了一种可VCSEL激光器，其包括：第一布拉格反射镜，包括多层第一高铝层和多层第一低铝层；第二布拉格反射镜，包括多层第二高铝层和多层第二低铝层；以及被夹设于所述第一布拉格反射镜和所述第二布拉格反射镜之间的有源区；其中，至少一层所述第一低铝层的厚度大于λ/4，λ为所述VCSEL激光器的工作波长。
[0013]在本申请的VCSEL激光器中，每层厚度大于λ/4的第一低铝层形成第一延伸型低铝层，所述第一延伸型低铝层的厚度为nλ/4，n为大于1的奇数。
[0014]最邻近所述有源区的第一低铝层为所述第一延伸型低铝层。
[0015]在本申请的VCSEL激光器中，多层所述第一低铝层包括多层第一延伸型低铝层，所有第一延伸型低铝层的厚度相同。
[0016]在本申请的VCSEL激光器中，多层所述第一低铝层包括多层第一延伸型低铝层，多层第一延伸型低铝层的厚度沿远离所述有源区的方向呈递减趋势。
[0017]在本申请的VCSEL激光器中，相邻的（n+1)/2个所述第一延伸型低铝层的厚度相一致，每相邻两层第一延伸型低铝层之间设有一层高铝层。
[0018]在本申请的VCSEL激光器中，多层所述第一低铝层包括相邻的至少两个厚度为nλ/4的第一延伸型低铝层和相邻的至少三个厚度为(n+2)λ/4的第一延伸型低铝层, n为大于1的奇数。
[0019]在本申请的VCSEL激光器中，每相邻两个所述第一延伸型低铝层的厚度不同。
[0020]在本申请的VCSEL激光器中，所述VCSEL激光器的发散角为5度至45度。
[0021]在本申请的VCSEL激光器中，所述第一布拉格反射镜为N型布拉格反射镜，所述第二布拉格反射镜为P型布拉格反射镜。
[0022]在本申请的VCSEL激光器中，所述第一布拉格反射镜为P型布拉格反射镜，所述第
二布拉格反射镜为N型布拉格反射镜。
[0023]在本申请的VCSEL激光器中，所述VCSEL激光器的激光出射方向为从所述第一布拉格反射镜指向所述第二布拉格反射镜。
[0024]在本申请的V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VCSEL激光器，其特征在于，包括：第一布拉格反射镜，包括多层第一高铝层和多层第一低铝层；第二布拉格反射镜，包括多层第二高铝层和多层第二低铝层；以及被夹设于所述第一布拉格反射镜和所述第二布拉格反射镜之间的有源区；其中，至少一层所述第一低铝层的厚度大于λ/4，λ为所述VCSEL激光器的工作波长。2.根据权利要求1所述的VCSEL激光器，其中，每层厚度大于λ/4的第一低铝层形成第一延伸型低铝层，所述第一延伸型低铝层的厚度为nλ/4,n为大于1的奇数。3.根据权利要求2所述的VCSEL激光器，其中，最邻近所述有源区的第一低铝层为所述第一延伸型低铝层。4.根据权利要求2所述的VCSEL激光器，其中，多层所述第一低铝层包括多层第一延伸型低铝层，所有第一延伸型低铝层的厚度相同。5.根据权利要求2所述的VCSEL激光器，其中，多层所述第一低铝层包括多层第一延伸型低铝层，多层第一延伸型低铝层的厚度沿远离所述有源区的方向呈递减趋势。6.根据权利要求5所述的VCSEL激光器，其中，相邻的（n+1)/2个所述第一延伸型低铝层的厚度相一致，每相邻两层第一延伸型低铝层之间设有一层高铝层。7.根据权利要求2所述的VCSEL激光器，其中，多层所述第一低铝层包括相邻的至少两个厚度为nλ/4的第一延伸型低铝层和相邻的至少三个厚度为(n+2)λ/4的第一延伸型低铝层，n为大于1的奇数。8.根据权利要求5所述的VCSEL激光器，其中，每相邻两个所述第一延伸型低铝层的厚度不同。9.根据权利要求1所述的VCSEL激光器，其中，所述VCSEL激光器的发散角为5度至45度。10.根据权利要求1所述的VCSEL激光器，其中，所述第一布拉格反射镜为N...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖威廷，杨国庆，李念宜，王立，郭铭浩，
申请(专利权)人：浙江睿熙科技有限公司，
类型：发明
国别省市：