一种垂直腔表面发射激光器的制作方法

1.本实用新型涉及激光器，特指一种垂直腔表面发射激光器。


背景技术：

2.垂直腔表面发射激光器（vcsel）由于具备高速操作、低耗电与体积小的优势，已被广泛应用于不同领域，例如3d感测、移动设备、数据传输、监控、无人机，以及ar/vr等。通常的vcsel使用的是单一环状电极和单一氧化孔结构，由于电流倾向沿阻抗最小路径流动，电流从环状电极流经氧化孔时，电流密度在激光器p型共振腔和氧化孔内分布不均匀，氧化孔边缘区域电流密度较大，而氧化孔中心区域电流密度较小，后续电流在流经有源区抵达衬底n电极时也遵循这一分布规律，从而有源区结构内电生载流子呈边缘浓度高，中心浓度低的分布，最终载流子复合时候生成的光也呈边缘强而中间弱的形态。同时，单一的电极和氧化孔结构，使得同一芯粒只能发射同一光型的激光。即单一环状电极和单一氧化孔结构导致的电流密度不均最终将影响vcsel光斑，无法得到理想的高斯模态（donut
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shaped transverse mode）或多种形态的光，限制了后续vcsel在很多方面的应用。对于许多的行业来说，客户希望vcsel具有高出光效率、特定的光斑形状或出光角度以及光斑均匀，例如路灯、隧道灯、投光灯等，然而，现有的vcsel单颗结构单一，无法满足业内的多元化需求。
3.因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种垂直腔表面发射激光器，本案由此产生。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种垂直腔表面发射激光器，既可发射出均匀光斑，也可以产生多种不同的特定光型，一次性提供多元化的vcsel光型与特性的产品，拓展应用端的设计多元化。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：
6.一种垂直腔表面发射激光器，包括由下至上依次层叠的n电极、衬底、n型dbr层、mqw层、氧化层、p型dbr层、p电极、保护层和p型金属连接层；还包括氧化台柱和氧化沟槽，氧化沟槽围绕所述氧化台柱设置，氧化沟槽自上而下槽贯穿p型dbr层、氧化层、mqw层截止于n型dbr层上；氧化台柱中的氧化层由位于中心的氧化孔和位于氧化孔周围的氧化物电流限制区组成，p电极设置在氧化台柱的p型dbr层上；在p型dbr层上划分为非功能区和多个功能区，保护层和p型金属连接层设置在功能区内，保护层覆盖p型dbr层、氧化沟槽、氧化台柱和p电极，并在p电极上形成开口，p型金属连接层覆盖于保护层上通过开口与p电极连接，并且在氧化孔的上方形成光窗；每个功能区至少具有一个氧化台柱，在同一个功能区中的氧化台柱具有相同的氧化孔孔径,在相邻两个功能区中的氧化台柱具有不相同的氧化孔孔径。
7.进一步，在功能区中具有多个氧化台柱，相邻两个氧化台柱之间的最小间距为6μm。
8.进一步，具有四个功能区，分别是具有一个第一氧化台柱的第一功能区，具有两个
第二氧化台柱的第二功能区，具有四个第三氧化台柱的第三功能区，具有九个第四氧化台柱的第四功能区；第一氧化台柱的直径为38.5μm，氧化孔孔径为12.5μm，第二氧化台柱的直径为36.5μm，氧化孔孔径为10.5μm，相邻两个氧化台柱之间的最小间距为6μm，第三氧化台柱的直径为34.5μm，氧化孔孔径为8.5μm，相邻两个氧化台柱之间的最小间距为6μm，第四氧化台柱的直径为32.5μm，氧化孔孔径为6.5μm，相邻两个氧化台柱之间的最小间距为6μm。
9.进一步，功能区为l型，一端为氧化台柱聚集的发光区，另一端为外接电连接的接线区，多个功能区呈顺时针围绕排布，发光区位于内圈，接线区位于外圈。
10.进一步，在同一个功能区内具有多个氧化台柱，各氧化台柱之间的最小间距相同。
11.进一步，氧化沟槽的宽度为6μm。
12.进一步，氧化孔和光窗共圆心，光窗的孔径大于氧化孔的孔径。
13.进一步，氧化孔的孔径为6.5-12.5μm，光窗的孔径为8.5-14.5μm。
14.进一步，保护层的材料为sin、sio2或sino
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。
15.进一步，氧化孔的边缘至氧化沟槽的的距离为13μm。
16.本实用新型具有以下优点：
17.1．搭配不同氧化孔径的方式在相同电流下可产生不同的出光效果，可提供封装与应用上的多种选择设计；
18.2．共用n电极，搭配不同的分区p型金属连接层设计，让产品根据不同的光型、功率等需求，可同时或不同时的选用多样性的给电搭配。
附图说明
19.图1是本实用新型的结构示意图；
20.图2是图1的a-a方向的剖面图；
21.图3是图1的b-b方向的剖面图。
22.标号说明
23.衬底1
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n型dbr层2
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mqw层3
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氧化层4
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氧化孔41
24.氧化物电流限制区42
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p型dbr层5
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非功能区51
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功能区52
25.保护层6
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p电极71
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n电极72
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p型金属连接层8
26.氧化台柱90
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光窗91
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氧化沟槽92。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。本实用新型所揭示的是一种垂直腔表面发射激光器，如图1和图2所示，为本实用新型的较佳实施例，包括由下至上依次层叠的n电极72、衬底1、n型dbr层2、mqw层3、氧化层4、p型dbr层5、p电极71、保护层6和p型金属连接层8。
28.还包括氧化台柱90和氧化沟槽92，氧化台柱90中的氧化层4由位于中心的氧化孔41和氧化物电流限制区42组成，氧化物电流限制区42位于氧化孔41周围，p电极71设置在氧化台柱90的p型dbr层5上。氧化沟槽92围绕所述氧化台柱90设置，在本实施例中，氧化沟槽92为环形凹槽，氧化沟槽92用于氧化形成氧化孔41和氧化物电流限制区42，氧化沟槽92自上而下贯穿p型dbr层5、氧化层4、mqw层3截止于n型dbr层2上。
29.在p型dbr层5表面上划分为非功能区51和多个功能区52，非功能区51的p型dbr表面无工艺制程，不参与激光发射的部分；功能区52设置有保护层6和p型金属连接层8。
30.如图3所示，在功能区52中，保护层6覆盖p型dbr层5、氧化沟槽92、氧化台柱90和p电极71，并且，保护层6在p电极71上形成开口。p型金属连接层8覆盖于保护层6上，p型金属连接层8通过开口与p电极71连接，并且p型金属连接层8在氧化孔41的上方形成光窗91。氧化孔41和光窗91共圆心，光窗91的孔径大于氧化孔41的孔径。在本实施例中，氧化孔41的孔径为6.5-12.5μm，光窗91的孔径为8.5-14.5μm。在本实施例中，保护层6的材料为sin、sio2或sino
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，均为现有材料，可以直接从市面上购买而得。
31.每个功能区52至少具有一个氧化台柱90，在同一个功能区52中的氧化台柱90具有相同的氧化孔41孔径，在相邻两个功能区52中的氧化台柱90具有不同的氧化孔41孔径。
32.进一步，如图3所示，在功能区52中具有多个氧化台柱90，相邻两个氧化台柱90之间的最小间距为6μm（附图中l1标示）。相邻两个氧化孔41间距太近，会增加单位面积内热量积累，增加散热难度，影响最终器件可靠性；间距太远光型无法相互补充，同时占用太多面积，影响整个vcsel器件的发光单元集成密度。在功能区52中具有多个氧化台柱90，通过p型金属连接层8将多个氧化台柱90电性连接。
33.如图1所示，在p型dbr层5上具有四个功能区52，分别是具有一个第一氧化台柱的第一功能区，具有两个第二氧化台柱的第二功能区，具有四个第三氧化台柱的第三功能区，具有九个第四氧化台柱的第四功能区；第一氧化台柱的直径为38.5μm，氧化孔孔径为12.5μm，第二氧化台柱的直径为36.5μm，氧化孔孔径为10.5μm，相邻两个氧化台柱之间的最小间距为6μm，第三氧化台柱的直径为34.5μm，氧化孔孔径为8.5μm，相邻两个氧化台柱之间的最小间距为6μm，第四氧化台柱的直径为32.5μm，氧化孔孔径为6.5μm，相邻两个氧化台柱之间的最小间距为6μm。在本实施例中，设置了4个功能区，能够提供多种组合的光型。在使用时，共用n电极搭配不同的分区p型金属连接层，使得四个功能区每个都可以单独开启，提供单一的光型，也可以相互组合同时开启，提供多种的光型（即特定的光斑形状），以满足不同需求。
34.进一步，功能区52为l型，一端为氧化台柱90聚集的发光区，另一端为外接电连接的接线区，多个功能区52呈顺时针围绕排布，发光区位于内圈，接线区位于外圈。发光区位于内圈，便于设计发光区相互补充生成均匀光斑。接线区位于外圈有利于降低器件设计和工艺制程电连接线的排布难度以及芯片封装打线难度，保证封装体电流从基板至芯片路径最短，阻抗最小，并且打线不经过发光区，保证金线不会影响发光区正常发光。
35.进一步，在同一个功能区52内具有多个氧化台柱90，各氧化台柱90之间的最小间距相同。从而保证氧化时不会出现气氛差异造成氧化速率不均，影响最终单光窗的氧化孔形状和出光光型。
36.进一步，氧化沟槽92的宽度为6μm。以保证氧化台柱90间水汽流动顺畅，圆周向内氧化速率一致，从而得到更接近正圆形的氧化孔41，保证单孔的光型更接近高斯分布。氧化孔41的边缘至氧化沟槽92的的距离为13μm（附图中l2标示），从而达到最佳氧化孔径，氧化孔径过大将无法有效限制电流路径，电流密度降低从而导致光功率下降；氧化孔径过小形成的高电流密度将导致器件工作时量子阱过热，影响器件过早热衰，且更容易导致器件的可靠性失效。
37.本实用新型相较于传统制程，同时存在不同尺寸的氧化孔径设计，其目的在于让vcsel可同时存在多种不同的氧化孔径搭配分区供电方式，使器件激射的应用范围可更加多元，可提供多样性的产品使用与设计，因此可得更好的降低封装的设计成本。
38.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。