高均匀性光功率的VCSEL芯片、激光雷达及其制备方法与流程

本技术属于半导体，尤其涉及一种高均匀性光功率的vcsel芯片。

背景技术：

1、vcsel（vertical-cavity surface-emitting laser，垂直腔面发射激光器）是一种沿垂直于衬底的方向出射激光的半导体激光器。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。

2、激光雷达（laser radar）是一种以激光为媒介探测目标对象的位置、速度等特征量的设备。具体地，激光雷达可通过向目标对象出射激光束并接收反射信号来探测目标对象与激光雷达的相对位置，从而实现对目标对象的探测、跟踪和识别。例如，利用tof技术，在极短时间内向目标区域发射激光脉冲，由探测器接收目标区域内障碍物反射回的激光脉冲，二分之一倍发射脉冲与接收脉冲之间的时间差乘以光速即为障碍物与雷达之间距离。

3、近年来，激光雷达被广泛应用于智慧交通、环境监测、军事安防等领域。例如：激光雷达可被应用于车辆自动驾驶、车辆辅助驾驶、主动刹车等新技术，使得车辆在计算机的控制下具有自动规避障碍的功能，以确保行车安全。相应地，激光雷达还可实现无人机避障等功能。激光雷达以vcsel光源作为激光光源，受益于vcsel光源良好的出光性能，其探测功能可被有效提升。且激光雷达可借助vcsel光源对目标对象进行分区逐步扫描，相对于通过旋转马达带动所述vcsel光源旋转对目标对象进行扫描，可提高扫描稳定性，简化后续三维建模的难度。

4、用于纯固态激光雷达发射组件的一维可寻址vcsel，传统上会将通道的长度设计的比较长，以此来增加单信道的扫描范围与角度，但是较长的信道也使得信道金属电极较长，寄生电感过大；在点亮vcsel芯片时的电流分布不均匀，以至于单信道内不同位置的发光孔的光功率不均匀(通常是靠近 bond pad 的发光孔的光功率较高，远离bond pad的发光孔的光功率较低)。

技术实现思路

1、本技术的一个优势在于提供了一种高均匀性光功率的vcsel芯片，其中，将传统的单层金属电极改为多层堆栈的电极，其降低金属电极的寄生电感，使得通入的电流得以均匀分布，形成高均匀性的可寻址vcsel芯片的优势。

2、本技术的另一个优势在于提供了一种高均匀性光功率的vcsel芯片，其中，总电流由单边bondpad(即第一电极层和第二电极层并联的部分) 输入之后，经由多层金属电极层将电流分流，即等同于将多层金属电极层的寄生电感并联，使得总电感变小，第一电极结构点亮的vcsel芯片发光均匀性更好。

3、本技术的另一个优势在于提供了一种高均匀性光功率的vcsel芯片，其中，总电流由双边输入，因电流方向相反，使第一电极层的电感与第二电极层的电感可以部分抵消，降低总电感效应，提升vcsel芯片发光的均匀性。

4、为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，根据本技术的一个方面，提供了一种高均匀性光功率的vcsel芯片，其包括多个vcsel发光区，

5、每个所述vcsel发光区均设置有第一电极结构以及与所述第一电极结构相配合的第二电极结构，其中，

6、将所述vcsel发光区分为多个点亮区域，其中每个点亮区域至少包括一个发光点；多个所述点亮区域至少包括第一点亮区域以及与所述第一点亮区域相邻的第二点亮区域；所述第一电极结构包括第一电极层以及第二电极层，其中，

7、所述第一电极层与所述第二电极层并联；

8、所述第一电极层至少连通所述第一点亮区域，所述第二电极层连通所述第二点亮区域。

9、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，所述第一电极层同时连通所述第一点亮区域和第二点亮区域，所述第二电极层连通所述第二点亮区域。

10、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，进入所述第一电极层的电流的流动方向与进入所述第二电极层的电流的流动方向相同。

11、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，进入所述第一电极层的电流的流动方向与进入所述第二电极层的电流的流动方向相反。

12、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，所述第一电极层位于所述第二电极层下方。

13、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，所述vcsel发光区由下至上包括衬底层、第一布拉格反射镜、有源区、具有氧化孔的限制层以及第二布拉格反射镜，所述第二电极结构与所述衬底层欧姆接触。

14、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，所述第二布拉格反射镜上设有绝缘层 106，所述第一电极层以及第二电极层部分穿过所述绝缘层 106与所述第二布拉格反射镜相接触。

15、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，所述绝缘层 106为为透光的二氧化硅 、氮化硅、二氧化铪、三氧化二铝中的一种。

16、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，所述第一电极层与所述第二电极层通过多个间隔设置的导体层并联。

17、在根据本技术所述的高均匀性光功率的vcsel芯片中，所述第一电极结构材料为铂、金、银、铜、铝中的一种或多种。

18、根据本技术的又一个方面，本技术提出了一种激光雷达，其包括：

19、用于投射激光的激光投射装置，其中，所述激光投射装置包括如上所述的任一高均匀性光功率的vcsel芯片中；

20、用于接收激光信号的激光接收装置；以及

21、可通信地连接于所述激光投射装置和所述激光接收装置的处理器。

22、通过对随后的描述和附图的理解，本技术进一步的目的和优势将得以充分体现。

23、根据本技术的又一个方面，本技术提出了一种高均匀性光功率的vcsel芯片的制备方法，其包括：

24、s1.外延片成长；

25、s2.在外延片上涂布光刻胶并定义vcsel的金属阳极 (p-metal)图形，形成所需要的阳极(p-metal)范围，后续将光刻胶去除干净，然后再沉积绝缘层保护元件表面；

26、s3.高温氧化形成具有限制孔的氧化孔；涂布光刻胶并定义mesa图形，后续蚀刻没有被光刻胶保护区域，蚀刻深度需要比氧化层位置深，然后将光刻胶去除干净；经过水氧化工艺，高铝浓度的 algaas层会形成氧化层；

27、s4.形成氧化层后，再沉积绝缘层保护元件表面；涂布光刻胶并定义开孔的图形，将金属阳极上方的氮化硅保护层蚀刻掉，让vcsel的金属阳极裸露出来，后续将光刻胶去除干净，从而得到第一通孔；

28、s5.涂布光刻胶并定义最终vcsel的阳极金属层的图形，藉由电镀金方式，最终形成所需要的vcsel的阳极金属层，后续将光刻胶去除干净，即形成第一电极层；

29、s6. 重复 s4至s5 的步驟，沉积绝缘层，定义及蚀刻形成第二通孔以及第二电极层；

30、s7. 重复 s4至s5 的步驟，沉积绝缘层，定义及蚀刻形成第三通孔以及第三电极层；

31、s8.涂布光刻胶保护wafer正面，利用研磨方式将wafer 磨薄至产品所需的设定厚度，接续将阴极金属层镀上，后续将正面光刻胶去除干净，从而形成晶背第二电极结构。

32、本技术的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。