【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体激光器领域，更为具体地涉及低发散角型vcsel激光器及其制造方法和vcsel阵列。
技术介绍
1、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、光束质量稳定等特点，在通讯、消费、车载领域都有巨大的应用潜力。目前，vcsel产品已广泛应用于近距离光纤通信、人脸识别、3d传感等行业。
2、在典型的vcsel结构中，如图1所示，vcsel自下而上包括n型金属电极层、n型衬底层、n-dbr层、有源区、限制层、p-dbr层、p型接触层和p型金属电极层。n型衬底层和n-dbr层所在区域为n型区域，p-dbr层所在区域为p型区。在n型区内，自由电子为多子，空穴几乎为零，为少子；在p型区内，空穴为多子，自由电子为少子。进一步地，在典型的vcsel机构中，所述p型金属电极层形成vcsel的阳极，所述n型金属电极层形成vcsel的阴极。
3、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
4、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。
5、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，进而降低vcsel的发散角。然而，现有技术中提出的多种降低vcsel的发散角的方案存在诸多问题。
6、具体地，利用浅面浮雕法对设置在p-dbr层或者n-dbr层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层或者n-dbr层中注入质子，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层或者n-dbr层蚀刻光子晶体结构，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。
7、此外，在典型的vcsel的应用中，多个vcsel形成vcsel阵列，通常，多个vcsel共用n型衬底和n型金属电极层，也就是，多个vcsel共用阴极。然而，在vcsel的一些应用场景中，期望多个vcsel形成的vcsel阵列中共用阳极，且共用衬底层。
8、理论上，可以将n型衬底层替换为p型衬底层，将n-dbr层和p-dbr层的位置对调，将n型金属电极层和p型金属电极层的位置对调，将p型接触层调整为n型接触层。也就是，将vcsel的结构调整为自下而上包括p型金属电极层、p型衬底层、p-dbr层、有源区、限制层、n-dbr层、n型接触层和n型金属电极层。
9、然而，p型衬底层的缺陷密度较高，电阻率较高，且产量较低。
10、因此，需要提出新型的vcsel结构设计方案。
技术实现思路
1、本申请的一个优势在于提供了一种低发散角型vcsel激光器及其制造方法和vcsel阵列，其中，所述低发散角型vcsel激光器能够抑制高阶横模，降低vcsel激光器的发散角。
2、本申请的另一个优势在于提供了一种低发散角型vcsel激光器及其制造方法和vcsel阵列，其中，所述低发散角型vcsel激光器中设置有多层低铝层，所述低发散角型vcsel激光器通过增加特定位置的低铝层的厚度来延长谐振腔，加强衍射损耗和吸收损耗，进而抑制高阶横模，不仅能够降低vcsel激光器的发散角，而且较易实现。
3、本申请的又一个优势在于提供了一种低发散角型vcsel激光器及其制造方法和vcsel阵列，其中，所述低发散角型vcsel激光器利用技术较为成熟的外延生长工艺来形成dbr层，能够较为精准地控制dbr层的厚度，提高低发散角型vcsel激光器的结构稳定性和可靠性。
4、本申请的又一个优势在于提供了一种低发散角型vcsel激光器及其制造方法和vcsel阵列，其中，所述低发散角型vcsel激光器的结构适用于共阳极型vcsel阵列，且保持衬底层为n型衬底层。
5、本申请的又一个优势在于提供了一种低发散角型vcsel激光器及其制造方法和vcsel阵列，其中，所述低发散角型vcsel激光器相较于传统的vcsel激光器主要是对各个结构层的排布顺序、数量、特定结构层的厚度进行调整，因此，所述低发散角型vcsel激光器的制造过程中能够沿用传统的vcsel的制备工艺和设备。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低发散角型vcsel激光器，有效降低低发散角型vcsel激光器的生产线改造成本，进而降低低发散角型vcsel激光器的制备成本。
6、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，提供了一种低发散角型vcsel激光器，其包括：
7、vcsel主体，所述vcsel主体包括：
8、衬底层；
9、底部镜部分，所述底部镜部分形成于所述衬底层上，所述底部镜部分包括底部n-dbr层、底部限制层、底部隧道结、底部p-dbr层；其中，所述底部n-dbr层形成于所述衬底层上，所述底部限制层、所述底部隧道结和所述底部p-dbr层叠置于所述底部n-dbr层；所述底部n-dbr层包括至少一层低铝层和一层高铝层，所述高铝层的铝含量高于所述低铝层的铝含量；
10、顶部镜部分，所述顶部镜部分包括至少一顶部dbr层；
11、有源区，所述有源区位于所述底部镜部分和所述顶部镜部分之间，所述有源区包括量子阱区域，所述有源区还包括至少一层所述低铝层和一层所述高铝层，所述有源区中至少一层所述低铝层位于其所述量子阱区域的下方，且为p型的低铝层；
12、主限制层，所述主限制层位于所述底部镜部分和所述顶部镜部分之间；以及
13、电极接触层，所述电极接触层形成于所述顶部镜部分上；
14、vcsel阳极，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低发散角型VCSEL激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述底部N-DBR层中的至少一层所述层低铝层的厚度大于λ/4，其中，λ为所述低发散角型VCSEL激光器的工作波长，所述底部N-DBR层的厚度大于λ/4的低铝层形成底部N-DBR层延长型低铝层。
3.根据权利要求2所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述底部N-DBR层中的多层所述低铝层为所述底部N-DBR层延长型低铝层，所述底部N-DBR层中所有所述底部N-DBR层延长型低铝层的厚度相等。
4.根据权利要求2所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述底部N-DBR层中的多层所述低铝层为所述底部N-DBR层延长型低铝层，所述底部N-DBR层中多层所述底部N-DBR层延长型低铝层的厚度在沿远离所述量子阱区域的方向上呈递减趋势。
5.根据权利要求2所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述底部N-DBR层延长型低铝层的厚度为nλ/4，其中，n为大于1的奇数。
6.根据权利要求1所述的低发散角型VCSEL激光
7.根据权利要求6所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述有源区中位于所述量子阱区域下方的多层所述低铝层为所述有源区下延长型低铝层，所述有源区中位于所述量子阱区域下方的所有所述有源区下延长型低铝层的厚度相等。
8.根据权利要求6所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述有源区中位于所述量子阱区域下方的多层低铝层为所述有源区下延长型低铝层，所述有源区中位于所述量子阱区域下方的多层所述有源区下延长型低铝层的厚度在沿远离所述量子阱区域的方向上呈递减趋势。
9.根据权利要求6所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述有源区下延长型低铝层的厚度为nλ/4，其中，n为大于1的奇数。
10.根据权利要求1所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述低铝层的铝含量小于0.4，所述高铝层的铝含量大于0.4。
11.根据权利要求1所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述顶部DBR层为顶部N-DBR层。
12.根据权利要求1所述的低发散角型VCSEL激光器，其中，所述VCSEL阴极的所述电极接触层为N型电极接触层，所述阴极金属层为第二N型金属层。
13.一种VCSEL阵列，其特征在于，包括：两个或两个以上的低发散角型VCSEL激光器，所述低发散角型VCSEL激光器，包括：
14.一种低发散角型VCSEL激光器的制造方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种低发散角型vcsel激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低发散角型vcsel激光器，其中，所述底部n-dbr层中的至少一层所述层低铝层的厚度大于λ/4，其中，λ为所述低发散角型vcsel激光器的工作波长，所述底部n-dbr层的厚度大于λ/4的低铝层形成底部n-dbr层延长型低铝层。
3.根据权利要求2所述的低发散角型vcsel激光器，其中，所述底部n-dbr层中的多层所述低铝层为所述底部n-dbr层延长型低铝层，所述底部n-dbr层中所有所述底部n-dbr层延长型低铝层的厚度相等。
4.根据权利要求2所述的低发散角型vcsel激光器，其中，所述底部n-dbr层中的多层所述低铝层为所述底部n-dbr层延长型低铝层，所述底部n-dbr层中多层所述底部n-dbr层延长型低铝层的厚度在沿远离所述量子阱区域的方向上呈递减趋势。
5.根据权利要求2所述的低发散角型vcsel激光器，其中，所述底部n-dbr层延长型低铝层的厚度为nλ/4，其中，n为大于1的奇数。
6.根据权利要求1所述的低发散角型vcsel激光器，其中，所述有源区中位于所述量子阱区域下方的至少一层p型的所述低铝层的厚度大于λ/4，其中，λ为所述低发散角型vcsel激光器的工作波长厚度大于λ/4的低铝层形成，所述有源区中位于所述量子阱区域下方的厚度大于λ/4的p型的低铝层形成有源区下延长型低铝层...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖威廷，李念宜，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：
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