【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光，更具体的说是涉及基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列及制备方法。
技术介绍
1、垂直腔面发射激光器(vcsel)是一种独特的半导体激光器，具有体积小、阈值电流低、纵向模式单一、调制速度快、功耗低、易于集成等优点，已成为目前市场上最重要的半导体激光器之一。随着vcsel大口径以及二维阵列的开发，vcsel在消费市场的应用越来越广泛，包括激光雷达(lidar)、距离传感、3d传感、虹膜识别等等，这些应用领域要求vcsel需要具有高功率、高光电转换效率和高光束质量。vcsel阵列作为光通信、激光雷达、生物医学和3d传感成像等领域的重要组成部分，其光场耦合效率和光束质量对于整个系统的性能至关重要。
2、然而，现有技术中存在一些客观缺点，限制了vcsel阵列性能的进一步提升。如：专利cn113169518a提出的独立寻址电极结构在vcsel阵列中广泛采用，但其存在着布线复杂、功耗增加等问题。这种结构要求每个vcsel单元都有独立的电极控制，导致布线复杂，增加了器件的制造成本和功耗，限制了阵列规模的扩展。专利cn115173231a优化阵列排布可以一定程度上改善vcsel阵列的光场耦合问题，但这种方案中单元尺寸不一致，导致功率分布不一致，增加了制造过程的复杂性，需要精确控制辅助单元的位置和尺寸，限制了其在实际应用中的推广和应用范围。专利cn117613666a通过在表面刻蚀一定光学排布微纳结构孔隙，虽然能够实现对vcsel阵列光场的调控，但这种技术方案需要高度精确的制造工艺，且需要特定类型的高掺杂半
3、因此，如何实现高功率高光束质量的垂直腔面发射激光器阵列是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列及制备方法，解决了上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种高效、简便、成本低廉的vcsel阵列光场调控，实现了对vcsel阵列性能的有效优化和提升。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列，自上而下依次为p面电极、钝化层、欧姆接触层、p-dbr反射镜、氧化限制层、有源区、n-dbr反射镜、衬底以及n面电极，其中，垂直腔面发射激光器阵列中单元器件为大孔径单元，采用多环形腔结构，各单元器件以等腰直角三角形为基础进行拓展排列，形成大孔径三角阶梯阵列，阵列光束为高斯光束。
4、优选的，每个单元器件的尺寸一致，形成三角阶梯阵列大孔径发光结构，用于产生高斯光场。
5、基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列的制备方法，包括以下步骤：
6、s1、利用金属有机化学气相沉积mocvd在衬底上依次生长n-dbr反射镜、有源区、氧化限制层、p-dbr反射镜以及欧姆接触层；
7、s2、阵列台面制备：采用电感耦合等离子体刻蚀icp进行深刻蚀，深刻蚀过程中同时刻蚀出阵列外台面以及环形沟槽，阵列外台面深度与环形沟槽刻蚀深度一致，刻蚀到暴露出氧化限制层但不刻蚀到有源区停止；
8、s3、湿法氧化：由氮气携带水蒸气进入高温氧化反应室中，水蒸气与反应室中需要氧化的氧化限制层发生氧化反应，利用水蒸气从阵列台面四周及环形沟槽进行侧向氧化，用于光电限制；
9、s4、钝化膜沉积：采用 pecvd在阵列台面的欧姆接触层上面、环形沟槽侧壁及底部上生长钝化层，并利用光刻及湿法刻蚀去除钝化膜沉积之后通过光刻制备的出光孔表面的钝化层；
10、s5、制作p面电极：采用溅射和剥离的方式在欧姆接触层上制备第一多层金属结构作为p面电极；
11、s6、制作n面电极：将衬底进行减薄，采用溅射的方式在衬底底部制备第二多层金属结构作为n面电极。
12、优选的，在制作完成n面电极后进行快速退火工艺。
13、优选的，在s1中，所述n-dbr反射镜与所述p-dbr反射镜的设计波长与发射波长以及有源区的增益峰值相匹配。
14、优选的，制备的阵列台面为多个多环结构，刻蚀到暴露出氧化限制层但不刻蚀到有源区停止。
15、优选的，所述第一多层金属结构由钛ti、铂pt和金au三层金属材料依次生长而成，作为p面电极。
16、优选的，所述第二多层金属结构由镍ni、金锗合金auge、铬cr和金au四层金属材料依次生长而成，作为n面电极。
17、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列及制备方法，具有高效、简便、成本低廉特点，实现了对vcsel阵列性能的有效优化和提升。具体有益效果为：
18、1. 本专利技术阵列单元采用大孔径多环形腔结构，将注入电流区域分离成多个区域以抑制载流子聚集效应区，使得大孔径单元器件的注入电流强度分布均匀，发光强度也均匀，其远场呈高斯分布。
19、2. 本专利技术阵列中大孔径多环形腔结构单元器件以等腰直角三角形为基础进行拓展排列，形成大孔径三角阶梯阵列，并通过调整单元间距优化vcsel阵列中单元之间的光场耦合效应，实现了阵列器件的光场亦呈现高斯分布，从而实现了高功率高光束质量vcsel阵列。
20、3.本专利技术的阵列设计中，单元器件尺寸一致，并通过调整单元间距，不仅实现了功率的均匀分布，提升了光束的整体均匀性；还进一步改善了器件的散热性能，使得热量分布更加均匀、热传导路径更加优化、有利于降低热阻，从而提高器件的散热效率和稳定性。
21、4. 本专利技术通过大孔径单元集成阵列结构，降低了集成密度，减小了器件的生热以及单元之间的热耦合密度，减小了器件的热损耗，提高了器件的稳定性和可靠性。
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1.基于大孔径环形腔VCSEL的三角阶梯阵列，其特征在于，自上而下依次为p面电极、钝化层、欧姆接触层、p-DBR反射镜、氧化限制层、有源区、n-DBR反射镜、衬底以及n面电极，其中，垂直腔面发射激光器阵列中单元器件为大孔径单元，采用多环形腔结构，各单元器件以等腰直角三角形为基础进行拓展排列，形成大孔径三角阶梯阵列，阵列光束为高斯光束。
2.根据权利要求1所述的基于大孔径环形腔VCSEL的三角阶梯阵列，其特征在于，每个单元器件的尺寸一致，形成三角阶梯阵列大孔径发光结构，其远场呈现高斯分布。
3.基于大孔径环形腔VCSEL的三角阶梯阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于大孔径环形腔VCSEL的三角阶梯阵列的制备方法，其特征在于，在制作完成n面电极后进行快速退火工艺。
5.根据权利要求3所述的基于大孔径环形腔VCSEL的三角阶梯阵列的制备方法，其特征在于，在S1中，所述n-DBR反射镜以及所述p-DBR反射镜的设计波长与发射波长以及有源区的增益峰值相匹配。
6.根据权利要求3所述的基于大孔径环
7.根据权利要求3所述的基于大孔径环形腔VCSEL的三角阶梯阵列的制备方法，其特征在于，所述第一多层金属结构由钛Ti、铂Pt和金Au三层金属材料依次生长而成，作为p面电极。
8.根据权利要求3所述的基于大孔径环形腔VCSEL的三角阶梯阵列的制备方法，其特征在于，所述第二多层金属结构由镍Ni、金锗合金AuGe、铬Cr和金Au四层金属材料依次生长而成，作为n面电极。
...【技术特征摘要】
1.基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列，其特征在于，自上而下依次为p面电极、钝化层、欧姆接触层、p-dbr反射镜、氧化限制层、有源区、n-dbr反射镜、衬底以及n面电极，其中，垂直腔面发射激光器阵列中单元器件为大孔径单元，采用多环形腔结构，各单元器件以等腰直角三角形为基础进行拓展排列，形成大孔径三角阶梯阵列，阵列光束为高斯光束。
2.根据权利要求1所述的基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列，其特征在于，每个单元器件的尺寸一致，形成三角阶梯阵列大孔径发光结构，其远场呈现高斯分布。
3.基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于大孔径环形腔vcsel的三角阶梯阵列的制备方法，其特征在于，在制作完成n面电极后进行快速退火工艺。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郝永芹，闫观鑫，张文博，郝誉，晏长岭，冯源，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：
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