出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法技术

本发明专利技术实施例提供一种出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法，该阵列包括：多个垂直腔面发射激光器单元；对于任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的电阻大于第二垂直腔面发射激光器单元的电阻；其中，任意两个垂直腔面发射激光器单元中，第一垂直腔面发射激光器单元与垂直腔面发射激光器阵列中心的距离，小于第二垂直腔面发射激光器单元与垂直腔面发射激光器阵列中心的距离。本发明专利技术实施例提供的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法，在垂直腔面发射激光器单元高度集成、不增大阵列的面积和不改变台面排布设计的基础上，能有效改善阵列的结温分布不均，并且能提高出光功率的均匀性和稳定性。率的均匀性和稳定性。率的均匀性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，尤其涉及一种出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)是一种出光方向垂直于谐振腔表面的激光器，具有低阈值电流、工作电流小、发散角小、与光纤耦合效率高、批量生产成本低和易集成为二维阵列等优点，目前被广泛应用于医疗、照明、光泵浦、光通信、光存储等领域。由多个垂直腔面发射激光器单元并联排列构成的二维垂直腔面发射激光器阵列，能有效的提高出光功率。
[0003]垂直腔面发射激光器阵列中，由于每个垂直腔面发射激光器单元耗散功率引起的自热效应以及垂直腔面发射激光器单元间的热耦合效应，使得垂直腔面发射激光器阵列在工作时，会出现结温分布不均的现象。进一步地，将造成垂直腔面发射激光器阵列的注入电流分布不均，从而导致垂直腔面发射激光器阵列出光功率分布不均。此时将会增大垂直腔面发射激光器阵列出光光束发散角，使光斑汇聚性变差，从而影响垂直腔面发射激光器阵列的高光束质量工作。
[0004]现有技术通过进行热沉设计(例如增加水冷设备或优化散热板)或垂直腔面发射激光器单元的台面排布设计(例如增大垂直腔面发射激光器单元间距或垂直腔面发射激光器单元间距非均匀设计)等方式改善垂直腔面发射激光器阵列在工作过程中结温分布不均的现象，进而改善垂直腔面发射激光器阵列出光功率均匀性。其中，热沉设计虽可从衬底散热方面削弱自热效应和热耦合效应的影响，但此时的垂直腔面发射激光器阵列依然是位于垂直腔面发射激光器阵列中心附近的垂直腔面发射激光器单元结温高于位于垂直腔面发射激光器阵列外侧的垂直腔面发射激光器单元结温，无法从本质上改变出光功率分布不均；同时，水冷设备和散热板会占用一定空间，不利于垂直腔面发射激光器阵列中的垂直腔面发射激光器单元的高度集成。对于垂直腔面发射激光器单元的台面排布设计，是以削弱垂直腔面发射激光器单元间的热耦合效应来改善结温分布不均，进而改善垂直腔面发射激光器阵列出光功率均匀性。但该设计会显著增加垂直腔面发射激光器阵列的芯片面积，不利于垂直腔面发射激光器阵列的高度集成；同时垂直腔面发射激光器阵列非均匀台面排布的设计方法过于复杂，不具备普适性。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法，用以解决现有技术中为实现出光功率均匀，垂直腔面发射激光器单元不能高度集成的缺陷，实现垂直腔面发射激光器单元高度集成且出光功率均匀分布。
[0006]本专利技术实施例提供一种出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，包括：多个垂直腔面发射激光器单元；
[0007]对于任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的电阻大于第二垂直腔面发射激光器单元的电阻；
[0008]其中，所述任意两个垂直腔面发射激光器单元中，所述第一垂直腔面发射激光器单元与所述垂直腔面发射激光器阵列中心的距离，小于所述第二垂直腔面发射激光器单元与所述垂直腔面发射激光器阵列中心的距离。
[0009]根据本专利技术一个实施例的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，所述垂直腔面发射激光器单元，包括：P电极、薄膜电阻和围绕所述垂直腔面发射激光器单元中心的封闭环形孔；
[0010]所述薄膜电阻位于所述P电极下方，与所述P电极接触；
[0011]所述封闭环形孔是通过刻蚀所述P电极形成的，将所述P电极分为不直接连接的两部分；
[0012]其中，对于所述任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的所述封闭环形孔的宽度大于第二垂直腔面发射激光器单元的所述封闭环形孔的宽度。
[0013]根据本专利技术一个实施例的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，所述垂直腔面发射激光器单元，包括：N衬底；
[0014]对于所述任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的所述N衬底的掺杂浓度小于第二垂直腔面发射激光器单元的所述N衬底的掺杂浓度。
[0015]根据本专利技术一个实施例的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，所述垂直腔面发射激光器单元，包括：N衬底；
[0016]对于所述任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的所述N衬底的衬底厚度大于第二垂直腔面发射激光器单元的所述N衬底的衬底厚度。
[0017]根据本专利技术一个实施例的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，包括：恒压电源模块。
[0018]本专利技术实施例还提供一种出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列的制造方法，包括：
[0019]在P电极下方制备与所述P电极接触的薄膜电阻并控制所述垂直腔面发射激光器阵列中不同位置的垂直腔面发射激光器单元的由所述薄膜电阻提供的附加电阻的大小、向位于所述垂直腔面发射激光器阵列中不同位置的垂直腔面发射激光器单元下方的N衬底离子注入不同浓度的杂质离子、在位于所述垂直腔面发射激光器阵列中不同位置的垂直腔面发射激光器单元下方沉积不同厚度的N衬底中的任意若干种制造方法，使得对于任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的电阻大于第二垂直腔面发射激光器单元的电阻；
[0020]其中，所述任意两个垂直腔面发射激光器单元中，所述第一垂直腔面发射激光器单元与所述垂直腔面发射激光器阵列中心的距离，小于所述第二垂直腔面发射激光器单元与所述垂直腔面发射激光器阵列中心的距离。
[0021]根据本专利技术一个实施例的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列的制造方法，所述在P电极下方制备与所述P电极接触的薄膜电阻并控制所述垂直腔面发射激光器阵列中不同位置的垂直腔面发射激光器单元的由所述薄膜电阻提供的附加电阻的大小，具体包括：
[0022]P电极下方制备与所述P电极接触的薄膜电阻后，刻蚀所述P电极，使得围绕所述垂直腔面发射激光器单元的中心形成一个封闭环形孔，将所述P电极分为不直接连接的两部分；
[0023]其中，对于所述任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的所述封闭环形孔的宽度大于第二垂直腔面发射激光器单元的所述封闭环形孔的宽度。
[0024]根据本专利技术一个实施例的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列的制造方法，所述向位于所述垂直腔面发射激光器阵列中不同位置的垂直腔面发射激光器单元下方的N衬底离子注入不同浓度的杂质离子，具体包括：
[0025]对于所述任意两个垂直腔面发射激光器单元，向第一垂直腔面发射激光器单元的N衬底离子注入第一浓度杂质离子，向第二垂直腔面发射激光器单元的N衬底离子注入第二浓度杂质离子；
[0026]其中，所述第一浓度杂质离子小于所述第二浓度杂质离子。
[0027]根据本专利技术一个实施例的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列的制造方法，所述在位于所述垂直腔面发射激光器阵列中不同位置的垂直腔面发射激光器单元下方沉积不同厚度的N衬底，具体包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，包括：多个垂直腔面发射激光器单元；对于任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的电阻大于第二垂直腔面发射激光器单元的电阻；其中，所述任意两个垂直腔面发射激光器单元中，所述第一垂直腔面发射激光器单元与所述垂直腔面发射激光器阵列中心的距离，小于所述第二垂直腔面发射激光器单元与所述垂直腔面发射激光器阵列中心的距离。2.根据权利要求1所述的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器单元，包括：P电极、薄膜电阻和围绕所述垂直腔面发射激光器单元中心的封闭环形孔；所述薄膜电阻位于所述P电极下方，与所述P电极接触；所述封闭环形孔是通过刻蚀所述P电极形成的，将所述P电极分为不直接连接的两部分；其中，对于所述任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的所述封闭环形孔的宽度大于第二垂直腔面发射激光器单元的所述封闭环形孔的宽度。3.根据权利要求1所述的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器单元，包括：N衬底；对于所述任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的所述N衬底的掺杂浓度小于第二垂直腔面发射激光器单元的所述N衬底的掺杂浓度。4.根据权利要求1所述的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器单元，包括：N衬底；对于所述任意两个垂直腔面发射激光器单元，第一垂直腔面发射激光器单元的所述N衬底的衬底厚度大于第二垂直腔面发射激光器单元的所述N衬底的衬底厚度。5.根据权利要求1至4任一所述的出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，包括：恒压电源模块。6.一种出光功率均匀的垂直腔面发射激光器阵列的制造方法，其特征在于，包括：在P电极下方制备与所述P电极接触的薄膜电阻并控制所述垂直腔面发射激光器阵列中不同位置的垂直腔面发射激光器单元的由所述薄膜电阻提供的附加电阻的大小、向位于所述垂直腔面发射激光器阵列中不同位置的垂直腔面发射激光器单元下方的N衬底离子注入不同浓度的杂质离子、...

【专利技术属性】
技术研发人员：金冬月，杨绍萌，张万荣，那伟聪，吴玲，杨滢齐，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：