金属网格大功率垂直腔面发射激光器制造技术

本发明专利技术提供一种金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其具有发射孔以及上电极结构，所述上电极结构包括外围电极以及多根栅线电极，其中，所述外围电极设置于所述发射孔的外周，所述多根栅线电极与所述外围电极相连且延伸至所述发射孔之内。本发明专利技术通过多根栅线电极，将大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的以增加电流路径的方式分割成多个窄长块状区域，一方面可有效增加大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的中部区域的电流密度，另一方面，电流可从所述多个栅线电极进行横向传播，大大提高了发光孔内的电流密度分布的均匀性，提高了转化效率。同时，大范围的保持了出射光的相干性。该发明专利技术可以应用在激光雷达、红外摄像头和深度识别探测器等领域。

High Power Vertical Cavity Surface Emission Laser with Metal Mesh

【技术实现步骤摘要】
金属网格大功率垂直腔面发射激光器
本专利技术属于半导体激光器设计及制造领域，特别是涉及一种金属网格大功率垂直腔面发射激光器。
技术介绍
垂直腔面发射激光器(VCSEL)是以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于发光二极管(LED)和激光二极管(LD)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用与光通信、光互连、光存储等领域。垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种垂直表面出光的新型激光器，与传统边发射激光器不同的结构带来了许多优势：小的发散角和圆形对称的远、近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高，而不需要复杂昂贵的光束整形系统，现已证实与多模光纤的耦合效率竟能大于90％；光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；可以在片测试，极大地降低了开发成本；出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域，它以空前的速度成功地应用于单通道和并行光互联，以它很高的性能价格比，在宽带以太网、高速数据通信网中得到了大量的应用；最吸引人的是它的制造工艺与发光二极管(LED)兼容，大规模制造的成本很低。垂直腔面发射激光器(VCSEL)在光通信、光存储、光互联、光计算、固态照明、激光打印和生物传感等领域受到广泛应用。近年来，在3D人脸识别，接近感应器，激光雷达，红外摄像，深度探测等新兴市场出现更大规模的使用。在不少实际应用中都要求垂直腔面发射激光器(VCSEL)能够实现高能量密度的工作，有些还要求保持激光光源有一定的相干性。把发光孔径做成阵列可以增大发光功率，但是能量密度受限于发光点之间的间距，并且相干性也会消除(对某些应用是好事，另外一些应用则希望保留相干性)。增大氧化孔径是提高能量密度并且保持相干性的一个简单可行的方案。但是大氧化孔径的垂直腔面发射激光器(VCSEL)面临电流密度分布不均匀，导致转换功率较低，光强分布一致性较差的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种金属网格大功率垂直腔面发射激光器，用于解决大氧化孔径垂直腔面发射激光器电流密度分布不均匀等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种金属网格大功率垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器具有发射孔以及上电极结构，所述上电极结构包括外围电极以及多根栅线电极，其中，所述外围电极设置于所述发射孔的外周，所述多根栅线电极与所述外围电极相连且延伸至所述发射孔之内。可选地，所述多根栅线电极间隔连接于所述外围电极上，并朝所述发射孔的中心延伸。可选地，所述栅线电极的宽度自所述外围电极朝所述发射孔内部逐渐减小。可选地，所述上电极结构还包括若干根栅线连接电极，所述栅线连接电极设置于所述发射孔内，且所述与所述多根栅线电极中的若干根相连。可选地，所述发射孔为圆形发射孔，所述栅线电极自所述外围电极朝所述发射孔的圆心延伸，所述栅线连接电极为圆环形栅线连接电极，所述圆环形栅线连接电极自所述外围电极朝所述发射孔的圆心方向直径逐渐减小，且各所述圆环形栅线连接电极均与所述若干栅线电极相连。可选地，所述多根栅线电极间隔连接于所述外围电极上，并在所述发射孔内平行排布。可选地，所述多根栅线电极形成偏振结构，通过调节多根栅线电极之间的间距，以调节所述垂直腔面发射激光器的出射光线的偏振度。可选地，任意相邻的两根栅线电极之间的间距范围介于4微米～30微米之间。可选地，所述栅线电极的宽度范围介于0.1微米～2微米之间，高度范围介于100纳米～5微米之间。可选地，所述栅线电极的数量不小于2根。可选地，所述发射孔的径向宽度不小于15微米。可选地，所述发射孔的径向宽度范围介于50微米～1000微米之间。可选地，所述多根栅线电极与所述垂直腔面发射激光器的发射孔区域内的衬底、P型导电反射镜或N型导电反射镜形成欧姆接触。可选地，所述垂直腔面发射激光器为正面发射结构，所述垂直腔面发射激光器还包括：衬底，所述衬底的背面具有下电极结构；N型导电下反射镜，位于所述衬底之上；有源层，位于所述N型导电下反射镜之上；P型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述P型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；以及介质层，位于所述P型导电上反射镜之上；其中，所述多根栅线电极穿过所述介质层并与所述P型导电上反射镜形成欧姆接触。可选地，所述栅线电极包括自下而上的Ti层、Pt层及Au层所组成的叠层结构。可选地，所述垂直腔面发射激光器为背面发射结构，所述垂直腔面发射激光器还包括：P型导电下反射镜，所述P型导电下反射镜的背面具有下电极结构；有源层，位于所述P型导电下反射镜之上；N型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述N型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；衬底，位于所述N型导电上反射镜之上；以及介质层，形成于所述衬底上；其中，所述多根栅线电极穿过所述介质层并与所述衬底形成欧姆接触。可选地，所述栅线电极包括自下而上的Au层、Ge层、Ni层及Au层所组成的叠层结构。可选地，所述垂直腔面发射激光器为背面发射结构，所述垂直腔面发射激光器还包括：P型导电下反射镜，所述P型导电下反射镜的背面具有下电极结构；有源层，位于所述P型导电下反射镜之上；N型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述N型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；衬底，位于所述N型导电上反射镜之上，位于所述发射孔区域的所述衬底被去除形成发射空腔，以显露所述N型导电上反射镜；以及介质层，形成于显露的所述N型导电上反射镜之上；其中，所述多根栅线电极穿过所述介质层并与所述N型导电上反射镜形成欧姆接触。可选地，所述栅线电极包括自下而上的Au层、Ge层、Ni层及Au层所组成的叠层结构。可选地，所述电流限制层包括空气柱型电流限制结构、离子注入型电流限制结构、掩埋异质结型电流限制结构与氧化限型电流限制结构中的一种。本专利技术还提供一种激光雷达，所述激光雷达的光源采用如上所述垂直腔面发射激光器。本专利技术还提供一种红外摄像头，所述红外摄像头的光源采用如上所述垂直腔面发射激光器。本专利技术还提供一种3D深度识别探测器，所述深度识别探测器的光源采用如上所述垂直腔面发射激光器。如上所述，本专利技术的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，具有以下有益效果：本专利技术通过多根栅线电极，将大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的以增加电流路径的方式分割成多个窄长块状区域，一方面可有效增加大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的中部区域的电流密度，另一方面，电流可从所述多个栅线电极进行横向传播，大大提高了发光孔内的电流密度分布的均匀性，提高了转化效率。通过线宽和间距等参数的优化，本专利技术的垂直腔面发射激光器的转化效率可达30～50％。本专利技术上述的多个窄长块状区域位于同一发射孔内，具有连贯性，可以与衍射光学元件(DOE)配合，从而可以显著提高垂直腔面发射激光器的信噪比。同时，大范围的保持了出射光的相干性。该专利技术可以应用在激光雷达、红外摄像头和深度识别探测器等领域。本专利技术的栅线电极可同时实现电流注入的功能和光学偏振等功能，不需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器具有发射孔以及上电极结构，所述上电极结构包括外围电极以及多根栅线电极，其中，所述外围电极设置于所述发射孔的外周，所述多根栅线电极与所述外围电极相连且延伸至所述发射孔之内。

【技术特征摘要】
2019.01.02 CN 20191000040241.一种金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器具有发射孔以及上电极结构，所述上电极结构包括外围电极以及多根栅线电极，其中，所述外围电极设置于所述发射孔的外周，所述多根栅线电极与所述外围电极相连且延伸至所述发射孔之内。2.根据权利要求1所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述多根栅线电极间隔连接于所述外围电极上，并朝所述发射孔的中心延伸。3.根据权利要求2所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述栅线电极的宽度自所述外围电极朝所述发射孔内部逐渐减小。4.根据权利要求1、2或3所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述上电极结构还包括若干根栅线连接电极，所述栅线连接电极设置于所述发射孔内，且所述与所述多根栅线电极中的若干根相连。5.根据权利要求4所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述发射孔为圆形发射孔，所述栅线电极自所述外围电极朝所述发射孔的圆心延伸，所述栅线连接电极为圆环形栅线连接电极，所述圆环形栅线连接电极自所述外围电极朝所述发射孔的圆心方向直径逐渐减小，且各所述圆环形栅线连接电极均与所述若干栅线电极相连。6.根据权利要求1所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述多根栅线电极间隔连接于所述外围电极上，并在所述发射孔内平行排布。7.根据权利要求6所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述多根栅线电极形成偏振结构，通过调节多根栅线电极之间的间距，以调节所述垂直腔面发射激光器的出射光线的偏振度。8.根据权利要求7所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：任意相邻的两根栅线电极之间的间距范围介于4微米～30微米之间。9.根据权利要求1、6、7或8所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述栅线电极的宽度范围介于0.1微米～2微米之间，高度范围介于100纳米～5微米之间。10.根据权利要求1所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述栅线电极的数量不小于2根。11.根据权利要求1所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述发射孔的径向宽度不小于15微米。12.根据权利要求1所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述多根栅线电极与所述垂直腔面发射激光器的发射孔区域内的衬底、P型导电反射镜或N型导电反射镜形成欧姆接触。13.根据权利要求12所述的金属网格大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述垂直腔面发射激光器为正面发射结构，所述垂直腔面发射激光器还包括：衬底，所述衬底的背面具有下电极结构；N型导电下反射镜，位于所述衬底之上；有源...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁栋，刘嵩，
申请(专利权)人：常州纵慧芯光半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32