电流分布均匀的VCSEL激光器、制备方法及激光雷达与流程

本申请属于半导体，尤其涉及一种电流分布均匀的vcsel激光器、制备方法及激光雷达。

背景技术：

1、vcsel(vertical-cavity surface-emitting laser,垂直腔面发射激光器)是一种沿着垂直于衬底方向射出激光的半导体激光器，其具有光束集中、发散角小、有源区体积小、可以按照二维阵列点亮、成本低等优点，被广泛的应用于车载的激光雷达、行车安全的车内人员监控(oms、dms)、消费级人脸识别以及大数据传输等领域。

2、vcsel的结构自下而上依次包括n型金属电极层、n型衬底层、n-dbr层、有源区、电流限制层、p-dbr层以及p型金属电极，其中n型金属电极作vcsel的阴极，p型金属电极作为vcsel的阳极，电流由p型金属电极输入，经过p-dbr层和电流限制层进入所述有源区内，电子在有源区内转换为光子，且光子在n-dbr层和p-dbr层之间不断反射放大，形成达到阈值后，激光并从低反射率的p-dbr层射出(即激光垂直于衬底层的方向射出)。

3、在典型的vcsel结构中，电流经p-dbr进入后，电流倾向于经过电流限制孔的边缘进入到有源区内，电流密度在电流限制孔的偏外围的部分较高，而在电流限制孔的中间部分较低，过度集中的电流会使得部分区域发热，因此边缘区域更容易产生暗坏点，温度也较高，导致vcsel激光器的可靠性降低。

4、因此，需要提出新型的vcsel结构设计方案以改善vcsel激光器的可靠性。

5、申请内容

6、本申请的一个优势在于提供了一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，在为第二布拉格反射镜(p-dbr)上电性接触电流扩散层，提高经过限制孔中间区域的电子的数量，进而提升发光单元出光的均匀性。

7、本申请的另一个优势在于提供了一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，电性接触的电流扩散层上的电流沿着最短的路径运动，因此电流流动路径缩短，提高电流传输效率。

8、本申请的另一个优势在于提供了一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，第二电极(p-metal)的电流被分流，减少限制孔边缘的电流密度，降低限制孔边缘的热量，提高发光单元的可靠性。

9、本申请的另一个优势在于提供了一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，电流扩散层在工艺中，直接镀在第二布拉格反射镜(即p-dbr)上，其只需增加一步工艺即可实现，其工艺简单，发光单元的性能大幅提高。

10、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，提供了一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，包括至少一个发光单元，所述发光单元包括

11、衬底层，具有顶部表面和底部表面；

12、第一电极，位于所述衬底层的底部表面上；

13、第一布拉格反射镜，位于所述衬底层的顶部表面上；

14、有源区，位于所述第一布拉格反射镜远离所述衬底层的一侧；

15、电流限制层，提供vcsel激光器的vcsel的光学和电学限制，该电流限制层上具有限制孔；

16、第二布拉格反射镜，位于所述有源区远离所述衬底层的一侧；

17、第二电极，位于所述第二布拉格反射镜远离所述衬底层的一侧上，该第二电极在第二布拉格反射镜上形成封闭的环，以及

18、电流扩散层，位于所述第二电极形成的环内且与第二电极电性接触，第二电极的电流扩散到该电流扩散层上并经第二布拉格反射镜由限制孔的中间区域进入所述有源区。

19、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述电流扩散层位于所述电流限制层上方，且该电流扩散层的中间区域与所述限制孔相对应。

20、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述电流扩散层的边缘与所述第二电极电性接触，且该电流扩散层的厚度小于所述第二电极的厚度。

21、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述电流扩散层的厚度为0.001-5.0微米。

22、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述电流扩散层为有源区产生的激光可穿透的导电膜。

23、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述电流扩散层为氧化铟锡膜、石墨烯膜中的一种或多种组合。

24、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述电流扩散层远离所述第二布拉格反射镜的一侧设有绝缘的保护层。

25、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述保护层为sio2，si3n4，al2o3，aln中的一种或多种组合。

26、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述电流限制层与所述有源区相对应，且该电流限制层位于所述第二布拉格反射镜下部或有源区上部。

27、在根据本申请所述的电流分布均匀的vcsel激光器中，所述电流限制层为氧化限制层、离子注入层中的一种或两种相组合。

28、本申请的另一个方面，提供了一种电流分布均匀的vcsel激光器的制程工艺，其包括如下步骤：

29、s10、通过外延生长工艺形成外延主体结构，其中，所述外延主体结构包括衬底层、第一布拉格反射镜、有源区、第二布拉格反射镜；

30、s20、形成沉积在所述外延主体结构上表面的电流扩散层，去除部分电流扩散层并裸露出部分外延主体结构的上表面；

31、s30、形成沉积于所述外延主体结构的第二电极，并且第二电极部分沉积于所述电流扩散层上；

32、s40、蚀刻去除外延结构的至少一部分，形成至少一发光单元，其中每个所述发光单元包括衬底层、第一布拉格反射镜、有源区、第二布拉格反射镜、电流扩散层以及第二电极；

33、s40、通过蚀刻挖孔搭配水氧化工艺或离子注入在所述有源区的上方形成具有限制孔的电流限制层；

34、s50、沉积形成绝缘性的保护层；

35、s60、对所述第二电极进行形状定义，以形成p型欧姆接触层；

36、s70、形成电连接于所述第二电极的正电极；以及

37、s80、在所述衬底层的底部进行研磨减薄然后沉积第一电极，以形成负电极。

38、根据本申请的又一个方面，本申请提出了一种电子设备，其包括：

39、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光功率的vcsel芯片中；

40、用于接收激光信号的激光接收装置；以及

41、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。

42、通过对随后的描述和附图的理解，本申请进一步的目的和优势将得以充分体现。

43、本申请的这些和其它目的、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。

技术实现思路

技术特征：

1.一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，包括至少一个发光单元，所述发光单元包括

2.根据权利要求1所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述电流扩散层位于所述电流限制层上方，且该电流扩散层的中间区域与所述限制孔相对应。

3.根据权利要求1所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述电流扩散层的边缘与所述第二电极电性接触，且该电流扩散层的厚度小于所述第二电极的厚度。

4.根据权利要求3所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述电流扩散层的厚度为0.001-5.0微米。

5.根据权利要求1所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述电流扩散层为有源区产生的激光可穿透的导电膜。

6.根据权利要求5所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述电流扩散层为氧化铟锡膜、石墨烯膜中的一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述电流扩散层远离所述第二布拉格反射镜的一侧设有绝缘的保护层。

8.根据权利要求7所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述保护层为sio2，si3n4，al2o3，aln中的一种或多种组合。

9.根据权利要求1所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述电流限制层与所述有源区相对应，且该电流限制层位于所述第二布拉格反射镜下部或有源区上部。

10.根据权利要求1所述的一种电流分布均匀的vcsel激光器，其中，所述电流限制层为氧化限制层、离子注入层中的一种或两种相组合。

11.一种如权利要求1-10所述电流分布均匀的vcsel激光器的制程工艺，其中，包括以下步骤：

12.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结
本申请属于半导体技术领域，具体为一种电流分布均匀的VCSEL激光器，包括至少一个发光单元，所述发光单元包括衬底层、第一电极、第一布拉格反射镜、有源区、电流限制层、第二布拉格反射镜、第二电极以及电流扩散层，所述第二电极在所述第二布拉格反射镜上形成封闭的环，所述电流扩散层位于第二电极所形成的环内并与第二布拉格反射镜接触，所述第二电极的电流扩散至该电流扩散层上，其中扩散至电流扩散层上的电流经过第二布拉格反射镜由限制孔的中间区域进入所述有源区内。

技术研发人员：王聖允,王朝成,田志偉
受保护的技术使用者：浙江睿熙科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27