防止垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列热致失效的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种VCSEL阵列(300)，其分为第一区域和第二区域。所述第一区域覆盖所述阵列的中心并且由所述第二区域包围。在给两个区域中的VCSEL通电给定时间段后，第一区域的温度将比第二区域的温度高。第一区域中的VCSEL电连接第一金属层部(301)。第二区域中的VCSEL电连接第二金属层部(302)。所述第一和第二金属层部(301、302)彼此电绝缘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】防止垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列热致失效的系统和方法
本专利技术涉及垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，VCSEL)领域，更具体地说，涉及一种防止VCSEL阵列热致失效的系统和方法。
技术介绍
VCSEL是一类发射垂直于VCSEL晶片(wafer)的顶部平面的输出激光束的半导体激光器。其可以采用众所周知的晶片加工技术进行制造和众所周知的测试技术进行测试。在晶片上可以制造大量VCSEL以形成一维或二维VCSEL阵列。VCSEL阵列具有许多用途，其中包括在三维传感中的应用。三维传感技术已成为自主驾驶汽车导航、增强现实(augmentedreality，AR)、虚拟现实(virtualreality，VR)和人脸识别等领域的关键技术。VCSEL阵列的一个性能局限是在连续波(continuous-wave，CW)运行下的功耗和相关热效应。VCSEL中的自热(self-heating)是由于激光腔的过热和热量积累所致。掺杂半导体分布式布拉格反射镜(dopedsemiconductordistributedBraggreflector，DBR)具有较高的串联电阻，是产生过热的主要原因。由于其体积小且DBR导热性差，VCSEL表现出较大的热阻抗。由此产生的热问题包括VCSEL过热，这将降低功率输出，升高阈值并改变VCSEL输出波长。在VCSEL阵列中，这些问题变得更加突出。特别是，二维VCSEL阵列中心区域过热(在一段时间内其温度比周围区域更热)，可能导致设备的热损坏(thermaldestruction)和灾难性故障。VCSEL的热损坏可能从预先存在的缺陷开始。该缺陷在一定条件下可能会蔓延(spread)。在VCSEL中，缺陷的传播(propagate)可能会被电流密度和结温加速。如果缺陷发生在VCSEL结构的有源区域(activearea)之外，则它可能逐渐向有源区域传播，因为有源区域更热。一旦在有源区域产生缺陷，强烈的非辐射复合会产生局部热点，从而导致缺陷迅速蔓延。缺陷的生长将减少有源区域，并增加电流密度，从而进一步加快缺陷的蔓延。因此，可能发生热失控，并且设备可能会发生灾难性故障。在某些情况下，缺陷蔓延得如此迅速以致于在其进入有源区域后数小时内VCSEL设备可能会失效。因此，防止VCSEL过热，避免缺陷生长加速，从而提高器件的可靠性是非常重要的。图1示出了现有技术的VCSEL阵列100的俯视图。阵列100包括配置在规则图案(regularpattern)矩阵中的VCSEL。在此使用的规则图案是指遵循特定规则的各种不同配置。在此使用的不规则图案是指不遵循任何规则的各种不同配置。不规则图案包括随机图案或者伪随机图案。如图1所示，VCSEL阵列100与金属层101电连接。金属层中的小圆形区域表示VCSEL的输出窗口。需要注意的是，在实践使用中，阵列100可以包含比在此描述的更少或更多的VCSEL。每个VCSEL表示在带电时发射激光光束的VCSEL结构或VCSEL发射器。在此所采用的VCSEL、VCSEL结构和VCSEL发射器具有相同的含义，并且可以互换地使用。典型的VCSEL可以具有包含多量子阱(multiple-quantum-well，MQW)结构的有源区域、包含n型DBR的底部反射器区域以及包含p型DBR的顶反射器区域。在外延过程中，量子阱结构和DBR在基板(substrate)上生长。基板具有n型掺杂。反射器区域和基板导电。金属触点(contact)沉积在p型DBR区域。金属层，例如金属层101，沉积在VCSEL结构之上以作为阳极端。所述阳极端经过孔(vias)电连接所述金属触点。另一金属层沉积在所述基板的底面以作为阴极端。如图1所示，VCSEL阵列100共用公共阳极，即金属层101。VCSEL也共用公共阴极(图中未显示)。当VCSEL阵列100通电时，所有VCSEL都发射输出激光束。众所周知，VCSEL阵列的中心区域，例如，由虚线102包围的区域，可能遇到更多的散热问题。因此，在运行一段时间后，虚线102包围的区域可能会升温，并且其温度高于周围区域。在最坏情况下，可能在该虚线包围区域发生热失控，VCSEL100可能因灾难性故障而损坏。一种防止VCSEL阵列热致失效的已知方法在图2所示的现有技术的VCSEL阵列200中示出。与图1中的阵列100一样，阵列200包括与该阵列的全部VCSEL电连接并且用作公共阳极的金属层201。阵列200还包括沉积在所述基板的底面以作为公共阴极的金属层。但是与阵列100不同的是，在阵列100的阵列区域中，VCSEL是均匀配置的，而在阵列200中，其具有两个配置不同VCSEL密度的区域，以防止发生过热。如图2所示，由虚线202包围的中心区域的VCSEL密度低于其周围区域的VCSEL密度。由于VCSEL阵列的中心区域容易过热，因此较少的VCSEL可以降低该区域的功耗和热量生成，从而改善过热问题。但是这种设计要求VCSEL阵列的中心区域的VCSEL密度比其周围区域低，这在该区域需要相等甚至更高的VCSEL密度时是没有实用性的。
技术实现思路
本专利技术公开了一种VCSEL阵列，其分为两个区域，且在所述两个区域中的VCSEL是分别控制的。在运行一段时间之后，所述两个区域具有不同的温度。在一个区域中的VCSEL电连接到一金属层部，另一区域中的VCSEL电连接到另一金属层部。在一种运行模式中，采用相同(similar)的电流驱动所述两个区域中的VCSEL，在其他运行模式中，根据预定设置采用减少的电流驱动甚至断电所述两个区域的其中一个区域中的VCSEL以防止热损坏。在一个实施例中，将VCSEL阵列划分为中心区域和周围区域。在运行一段时间后，所述中心区域的温度高于所述周围区域。所述中心区域和所述周围区域中的VCSEL电连接不同的金属层部。在一种运行模式中，采用相同的电流驱动所述阵列的全部VCSEL。在另一运行模式中，根据预定设置采用减少的电流驱动甚至断电所述中心区域中的VCSEL以防止热损坏。在本专利技术的另一实施例中，将VCSEL阵列划分为具有较高VCSEL密度的区域和具有较低VCSEL密度的区域。在运行一段时间后，所述具有较高VCSEL密度的区域的温度高于所述具有较低VCSEL密度的区域。两个区域中的VCSEL电连接不同的金属层部。在一种运行模式中，采用相同的电流驱动所述阵列的全部VCSEL。在另一运行模式中，根据预定设置采用减少的电流驱动甚至断电所述具有较高VCSEL密度的区域中的VCSEL以防止热损坏。与现有技术的VCSEL阵列相比，本专利技术的优势在于，可以识别在运行一段时间后具有较高温度的阵列区域。在该区域中的VCSEL以及在其他区域中的VCSEL电连接不同的金属层部，从而进行单独控制以克服过热。例如，采用减少的电流驱动甚至断电该区域中的VCSE以防止VCSEL阵列的热损坏和灾难性故障。附图说明在本专利技术的说明书后附的权利要求书中，特别指出并明确要求保护被视为专利技术的主题本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列，其特征在于，包括：/n基板；/n在所述基板的一区域中形成的多个VCSEL结构，每个VCSEL结构包括第一反射器区域、有源区域和第二反射器区域；/n电连接所述区域的中心部分中的多个所述VCSEL结构的第一金属层部，其中在给所述区域的所述中心部分和周围部分中的VCSEL结构通电给定时间段后，所述区域的所述中心部分的温度将比所述区域的所述周围部分的温度高；以及/n电连接所述区域的所述周围部分中的多个所述VCSEL结构的第二金属层部。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列，其特征在于，包括：
基板；
在所述基板的一区域中形成的多个VCSEL结构，每个VCSEL结构包括第一反射器区域、有源区域和第二反射器区域；
电连接所述区域的中心部分中的多个所述VCSEL结构的第一金属层部，其中在给所述区域的所述中心部分和周围部分中的VCSEL结构通电给定时间段后，所述区域的所述中心部分的温度将比所述区域的所述周围部分的温度高；以及
电连接所述区域的所述周围部分中的多个所述VCSEL结构的第二金属层部。


2.根据权利要求1所述的VCSEL阵列，其特征在于，所述区域的中心部分由所述区域的周围部分包围。


3.根据权利要求1所述的VCSEL阵列，其特征在于，所述VCSEL结构在所述基板上形成规则或不规则图案。


4.根据权利要求1所述的VCSEL阵列，其特征在于，进一步包括第一驱动电路和第二驱动电路，所述第一驱动电路驱动所述区域的所述中心部分中的VCSEL结构并连接所述第一金属层部，所述第二驱动电路驱动所述区域的所述周围部分中的VCSEL结构并连接第二金属层部。


5.根据权利要求4所述的VCSEL阵列，其特征在于，根据预定设置将调节后的电流供给所述区域的所述中心部分中的VCSEL结构或断电所述区域的所述中心部分中的VCSEL结构。


6.根据权利要求4所述的VCSEL阵列，其特征在于，当所述VCSEL阵列是以脉冲模式运行时，根据预定设置针对所述区域的所述中心部分中的VCSEL结构，降低其脉冲宽度、占空比和周期频率中的至少一个。


7.根据权利要求1所述的VCSEL阵列，其特征在于，所述区域的所述中心部分的VCSEL密度比所述区域的所述周围部分的VCSEL密度高。


8.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列，其特征在于，包括：
基板；
在所述基板的一区域中形成的多个VCSEL结构，每个VCSEL结构包括第一反射器区域、有源区域和第二反射器区域；
电连接所述区域的第一部分中的多个所述VCSEL结构的第一金属层部，所述区域的所述第一部分由所述区域的第二部分包围，其中在给所述区域的所述第一部分和第二部分中的VCSEL结构通电给定时间段后，所述区域的所述第一部分的温度将比所述区域的所述第二部分的温度高；以及
电连接所述区域的所述第二部分中的多个所述VCSEL结构的第二金属层部。


9.根据权利要求8所述的VCSEL阵列，其特征在于，所述区域的所述第一部分覆盖所述VCSEL阵列的中心。


10.根据权利要求8所述的VCSEL阵列，其特征在于，所述VCSEL结构在...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，贺永祥，锡瓦·兰卡，姜炯锡，
申请(专利权)人：瑞识科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44