一种垂直腔面发射激光器的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器。


背景技术：

2.垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，vcsel)是一种垂直表面出光的新型激光器，因具有体积小、圆形输出光斑、阈值电流低、高调制频率、易于光纤耦合、易于成为大面积阵列等优点，在光通信、光互联、光信息处理、手机以及无人驾驶汽车、激光雷达等领域的应用越来越广泛。
3.在高功率的vcsel产品中，尤其是车载产品、无人驾驶机以及手机等，最希望在固定的发光区的面积下，可以输出的发光功率愈大愈好，但是，现有的垂直腔面发射激光器在发光区的面积一定时，有效发光区的面积较小，限制了vcsel的发光功率。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种垂直腔面发射激光器，在不增加发光区的面积的条件下，可以增大垂直腔面发射激光器的有效发光面积，提高发光功率。
5.根据本发明的一方面，提供了一种垂直腔面发射激光器，该垂直腔面发射激光器包括：衬底以及位于所述衬底一侧的多个阵列排布的发光单元；
6.所述衬底包括发光区；
7.所述发光单元包括氧化孔径；每一所述发光单元的氧化孔径在所述衬底上的垂直投影均位于所述发光区；
8.多个所述发光单元包括至少一个第一发光单元；
9.所述第一发光单元的第一氧化孔径在所述衬底上的垂直投影包括基础图形和第一辅助图形，所述第一辅助图形与所述发光区的部分边界相邻，且所述第一辅助图形的至少一条边与所述发光区的部分边界平行。
10.可选的，多个所述发光单元还包括至少一个第二发光单元；
11.所述第二发光单元的第二氧化孔径在所述衬底上的垂直投影包括所述基础图形。
12.可选的，所述多个阵列排布的发光单元中的第一行的每一发光单元和最后一行的每一发光单元均为第一发光单元。
13.可选的，当所述多个阵列排布的发光单元中的第一行的每一发光单元和最后一行的每一发光单元均为第一发光单元时，第一行的每一发光单元的氧化孔径在所述衬底上的垂直投影的部分边界均与所述发光区的第一边界重合；最后一行的每一发光单元的氧化孔径在所述衬底上的垂直投影的部分边界均与所述发光区的第二边界重合，其中，所述第一边界与所述第二边界相对设置。
14.可选的，所述多个阵列排布的发光单元中的第一列的每一发光单元和最后一列的每一发光单元均为第一发光单元。
15.可选的，所述多个阵列排布的发光单元包括多个第一发光单元；
16.所述多个第一发光单元的第一氧化孔径在所述衬底上的垂直投影围绕所述第二发光单元的第二氧化孔径在所述衬底上的垂直投影。
17.可选的，部分所述第一发光单元的第一氧化孔径在所述衬底上的垂直投影还包括第二辅助图形；所述第二辅助图形与所述发光区的部分边界相邻，且所述第二辅助图形的至少一条边与所述发光区的部分边界平行。
18.可选的，多个发光单元呈错位阵列排布或矩形阵列排布。
19.可选的，所述基础图形的形状包括矩形、菱形、椭圆形、跑道形或圆形。
20.可选的，所述发光单元包括：
21.第一反射层，位于所述衬底的一侧；
22.有源区，位于所述第一反射层远离所述衬底的一侧；
23.第二反射层，位于所述有源区远离所述第一反射层的一侧；
24.氧化层，位于所述第一反射层或所述第二反射层内，所述氧化层与所述有源区相邻，所述氧化层包括氧化孔径；
25.欧姆金属层，位于所述的第二反射层远离所述衬底的一侧；
26.钝化层，位于所述第二反射层远离所述衬底的一侧，所述钝化层包括通孔，所述通孔裸露部分所述欧姆金属层；
27.第一电极，位于所述钝化层远离所述衬底的一侧且通过所述通孔与所述欧姆金属层接触；
28.第二电极，位于所述衬底远离第一反射层的一侧。
29.本实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，该垂直腔面发射激光器包括多个阵列排布的发光单元，每一发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影均位于发光区。多个阵列排布的发光单元包括至少一个第一发光单元，第一发光单元的第一氧化孔径在衬底上的垂直投影包括基础图形和辅助图形，辅助图形可以填充基础图形与发光区之间的部分间隙，从而在不增加发光区面积的条件下，提高第一发光单元的有效发光面积。综上，本实施例提供的垂直腔面发射激光器，在不增加发光区的面积的条件下，可以增大垂直腔面发射激光器的有效发光面积，提高发光功率。
30.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是根据本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
33.图2是根据本发明实施例提供的一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
34.图3是根据本发明实施例提供的一种第一氧化孔径的解析结构示意图；
35.图4是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬
底上的垂直投影的结构示意图；
36.图5是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
37.图6是根据本发明实施例提供的一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
38.图7是根据本发明实施例提供的一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
39.图8是根据本发明实施例提供的一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
40.图9是根据本发明实施例提供的又一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
41.图10是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
42.图11是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
43.图12是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
44.图13是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图；
45.图14是根据本发明实施例提供的一种发光单元的横截面的结构示意图。
具体实施方式
46.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
47.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
48.图1是根据本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图，图2是根据本发明实施例提供的一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，参考图1和图2，本实施例提供的垂直腔面发射激光器包括：衬底100以及位于衬底100一侧的多个阵列排布的发光单元200；衬底100包括发光区110；发光单元200包括氧化孔径210；每一发光单元200的氧化孔径210在衬底100上的垂直投影均位于发光区110(参考图2)；多个发光单元200包括至少一个第一发光单元220。图3是根据本发明实施例提供的
一种第一氧化孔径的解析结构示意图，为了方便理解，本实施例提供的图3将图2中的第一氧化孔径221的基础图形10和第一辅助图形20分别采用不同的图案进行了填充，参考图2和图3，本实施例中的第一发光单元220的第一氧化孔径221在衬底100上的垂直投影包括基础图形10和第一辅助图形20，第一辅助图形20与发光区110的部分边界相邻，且第一辅助图形20的至少一条边与发光区110的部分边界平行。
49.具体的，发光单元200为vcsel单元。发光单元200台面的形状可以与发光单元200的氧化孔径210的形状相同。第一氧化孔径221为第一发光单元220对应的氧化孔径210。第一氧化孔径221在衬底100上的垂直投影内包括一个矩形，且该矩形的三条边均与第一辅助图形20的部分边界重合。
50.发光区110的形状可以为矩形。在多个阵列排布的发光单元200中，第一行的每一发光单元200的氧化孔径210在衬底100上的垂直投影、第一列的每一发光单元200的氧化孔径210在衬底100上的垂直投影、最后一行的每一发光单元200的氧化孔径210在衬底100上的垂直投影以及最后一列的每一发光单元200的氧化孔径210在衬底100上的垂直投影均与发光区110的边界相交。
51.继续参考图1-图3，垂直腔面发射激光器还可以包括至少一个第二发光单元230，第二发光单元230的第二氧化孔径231在衬底100上的垂直投影包括基础图形(参考图2)，第二氧化孔径231中的基础图形与第一氧化孔径221中的基础图形10的尺寸相同，第二氧化孔径231为第二发光单元230的氧化孔径210。第一氧化孔径221中的第一辅助图形20可以填充第一氧化孔径221中的基础图形10与发光区110的部分边界之间的空隙，且第一氧化孔径221中的第一辅助图形20的最大长度与第一氧化孔径221中的基础图形10的最大长度相同，可见，本实施例可以在不增加发光区110的面积的条件下，增大氧化孔径210的面积，从而增大发光单元200的有效发光面积，提高垂直腔面发射激光器的发光功率。
52.垂直腔面发射激光器中的所有发光单元均可以为第一发光单元220，示例性的，图4是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，参考图4，图4所示的垂直腔面发射激光器中的发光单元呈两行两列错位排列，且所有的发光单元均为第一发光单元，所有的发光单元的氧化孔径均为第一氧化孔径221。这样设置可以在不减小各第一氧化孔径221之间的最小间距且不增大发光区110面积的条件下，增大垂直腔面发射激光器的有效发光面积。
53.需要说明的是，有效发光面积可以为垂直腔面发射激光器中各发光单元的氧化孔径在衬底上垂直投影的面积之和。
54.本实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，该垂直腔面发射激光器包括多个阵列排布的发光单元，每一发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影均位于发光区。多个阵列排布的发光单元包括至少一个第一发光单元，第一发光单元的第一氧化孔径在衬底上的垂直投影包括基础图形和辅助图形，辅助图形可以填充基础图形与发光区之间的部分间隙，从而在不增加发光区面积的条件下，提高第一发光单元的有效发光面积。综上，本实施例提供的垂直腔面发射激光器，在不增加发光区的面积的条件下，可以增大垂直腔面发射激光器的有效发光面积，提高发光功率。
55.可选的，继续参考图1和图2，多个发光单元200还包括至少一个第二发光单元230；第二发光单元230的第二氧化孔径231在衬底100上的垂直投影包括基础图形。
56.具体的，第二发光单元230的第二氧化孔径231的尺寸小于第一发光单元220的第一氧化孔径221的尺寸。在垂直腔面发射激光器中设置第二发光单元230，可以在不增加发光区110面积的条件下，适当增大各发光单元200的氧化孔径210之间的间距，从而提高垂直腔面发射激光器的散热性能，避免因各发光单元200的氧化孔径210之间的间距较小而烧坏垂直腔面发射激光器。
57.可选的，多个阵列排布的发光单元中的第一行的每一发光单元和最后一行的每一发光单元均为第一发光单元。
58.具体的，图5是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，参考图5，第一行中的每一发光单元的氧化孔径和最后一行中的每一发光单元的氧化孔径均为第一氧化孔径221，这样设置既可以增大发光区110的有效发光面积，也可以不影响各发光单元之间的最小间隙，避免各发光单元之间的间隙过小而影响垂直腔面发射激光器的散热性能。
59.可选的，继续参考图5，当多个阵列排布的发光单元中的第一行的每一发光单元和最后一行的每一发光单元均为第一发光单元时，第一行的每一发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的部分边界均与发光区110的第一边界111重合；最后一行的每一发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的部分边界均与发光区110的第二边界112重合，第一边界111与第二边界112相对设置。
60.具体的，第一行中的第一氧化孔径221的第一辅助图形可以填充其基础图形与第一边界111之间的间隙，最后一行的第一氧化孔径221的第一辅助图形可以填充其基础图形与第二边界112之间的间隙，这样设置不会减小各发光单元的氧化孔径之间的最小间距，也可以在不增大发光区110面积的情况下，增大发光区110有效发光面积。
61.可选的，多个阵列排布的发光单元中的第一列的每一发光单元和最后一列的每一发光单元均为第一发光单元。
62.具体的，图6是根据本发明实施例提供的一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，参考图6，第一列中的每一发光单元的氧化孔径和最后一列中的每一发光单元的氧化孔径均为第一氧化孔径221，这样设置，可以不影响各发光单元之间的最小间隙，避免各发光单元之间的间隙过小而影响垂直腔面发射激光器的散热性能。另外，继续参考图6,第一列中的第一氧化孔径221的第一辅助图形可以填充其基础图形与第三边界113之间的部分间隙，最后一列的第一氧化孔径221的第一辅助图形可以填充其基础图形与第四边界114之间的间隙，这样设置不会减小各发光单元的氧化孔径之间的最小间距，也可以在不增大发光区110面积的情况下，增大发光区110有效发光面积。其中，第三边界113与第四边界114相对设置。
63.可选的，多个阵列排布的发光单元包括多个第一发光单元；多个第一发光单元的第一氧化孔径在衬底上的垂直投影围绕第二发光单元的第二氧化孔径在衬底上的垂直投影。
64.具体的，图7是根据本发明实施例提供的一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，继续参考图6和图7，多个第一氧化孔径221围绕第二氧化孔径231，且各第一氧化孔径221与第二氧化孔径231之间的最小间距与第二氧化孔径231与第二氧化孔径231之间的最小间距相等，这样设置，也可以在不增大发光区110面积的
情况下，增大发光区110有效发光面积。
65.可选的，图8是根据本发明实施例提供的一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，参考图8,部分第一发光单元的第一氧化孔径221在衬底上的垂直投影还包括第二辅助图形30；第二辅助图形30与发光区110的部分边界相邻，且第二辅助图形30的至少一条边与发光区110的部分边界平行。
66.具体的，在多个阵列排布的发光单元中，可以在第一行的第一列和最后一列，以及最后一行的第一列和最后一列设置包括第二辅助图形30的第一发光单元。第二辅助图形30可以进一步填充基础图形10与发光区110边界之间的空隙，从而增大第一氧化孔径221的尺寸，提高发光区110的有效发光面积。
67.可选的，多个发光单元200呈错位阵列排布(参考图1)或呈矩形阵列排布(参考图9)。
68.具体的，参考图1，设置多个发光单元200呈错位阵列排布，可以在不增加发光区面积以及不减少发光孔径面积的条件下，增大各发光单元200的氧化孔径210之间的间距，在提高垂直腔面发射激光器的有效发光面积的同时提高其散热性能。参考图9，设置多个发光单元200呈矩形阵列排布，可以在提高垂直腔面发射激光器的有效发光面积的同时提高其设置发光单元200的数量。参考图10和图11，图10是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，图11是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，当多个发光单元200呈矩形阵列排布时，多个矩形阵列排布的发光单元200的氧化孔径在衬底上的垂直投影也呈矩形阵列排布。
69.可选的，基础图形的形状包括矩形、菱形、椭圆形、跑道形或圆形。
70.具体的，参考图2-图11中的任一图，垂直腔面发射激光器中的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的基础图形为圆形。图12是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，图13是根据本发明实施例提供的又一种多个阵列排布的发光单元的氧化孔径在衬底上的垂直投影的结构示意图，参考图12和图13，本实施例中的基础图形为菱形。当基础图形为菱形时，第一氧化孔径221中的第一辅助图形可以填充菱形的基础图形与发光区110的边界之间的部分间隙。参考图13，部分第一氧化孔径221还包括第二辅助图形，第二辅助图形可以进一步填充菱形的基础图形与发光区110的边界之间的部分间隙。
71.可选的，图14是根据本发明实施例提供的一种发光单元的横截面的结构示意图，参考图14，发光单元200包括第一反射层201，位于衬底100的一侧；有源区202，位于第一反射层201远离衬底100的一侧；第二反射层203，位于有源区202远离第一反射层201的一侧；氧化层204，位于第一反射层201或第二反射层203内，氧化层204与有源区202相邻，氧化层204包括氧化孔径210；欧姆金属层205，位于的第二反射层203远离衬底100的一侧；钝化层206，位于第二反射层203远离衬底100的一侧，钝化层206包括通孔，通孔裸露部分欧姆金属层205；第一电极207，位于钝化层206远离衬底100的一侧且通过通孔与欧姆金属层205接触；第二电极208，位于衬底100远离第一反射层201的一侧。
72.具体的，该衬底100可以是任意适于形成垂直腔面发射激光器的半绝缘材料，衬底100可以为n型衬底。第一反射层201可以是n型布拉格反射镜，第二反射层203可以是p型布
拉格反射镜。钝化层206的材料为绝缘材料。
73.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
74.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括：衬底以及位于所述衬底一侧的多个阵列排布的发光单元；所述衬底包括发光区；所述发光单元包括氧化孔径；每一所述发光单元的氧化孔径在所述衬底上的垂直投影均位于所述发光区；多个所述发光单元包括至少一个第一发光单元；所述第一发光单元的第一氧化孔径在所述衬底上的垂直投影包括基础图形和第一辅助图形，所述第一辅助图形与所述发光区的部分边界相邻，且所述第一辅助图形的至少一条边与所述发光区的部分边界平行。2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，多个所述发光单元还包括至少一个第二发光单元；所述第二发光单元的第二氧化孔径在所述衬底上的垂直投影包括所述基础图形。3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述多个阵列排布的发光单元中的第一行的每一发光单元和最后一行的每一发光单元均为第一发光单元。4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，当所述多个阵列排布的发光单元中的第一行的每一发光单元和最后一行的每一发光单元均为第一发光单元时，第一行的每一发光单元的氧化孔径在所述衬底上的垂直投影的部分边界均与所述发光区的第一边界重合；最后一行的每一发光单元的氧化孔径在所述衬底上的垂直投影的部分边界均与所述发光区的第二边界重合，其中，所述第一边界与所述第二边界相对设置。5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述多个阵列排布的发光单元中的第一列的每一发光单元和最后一列的每一发光单元均为第一发光单元。6.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述多个阵列排布的发光单元包括多个第一发光单元；所述多个第一发光单元的第一氧化孔径在所述衬底上的垂直投影围绕所述第二发光单元的第二氧化孔径在所述衬底上的垂直投影。7.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，部分所述第一发光单元的第一氧化孔径在所述衬底上的垂直投影还包括第二辅助图形；所述第二辅助图形与所述发光区的部分边界相邻，且所述第二辅助图形的至少一条边与所述发光区的部分边界平行。8.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，多个发光单元呈错位阵列排布或矩形阵列排布。9.根据权利要求1-8任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述基础图形的形状包括矩形、菱形、椭圆形、跑道形或圆形。10.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述发光单元包括：第一反射层，位于所述衬底的一侧；有源区，位于所述第一反射层远离所述衬底的一侧；第二反射层，位于所述有源区远离所述第一反射层的一侧；氧化层，位于所述第一反射层或所述第二反射层内，所述氧化层与所述有源区相邻，所述氧化层包括氧化孔径；
欧姆金属层，位于所述的第二反射层远离所述衬底的一侧；钝化层，位于所述第二反射层远离所述衬底的一侧，所述钝化层包括通孔，所述通孔裸露部分所述欧姆金属层；第一电极，位于所述钝化层远离所述衬底的一侧且通过所述通孔与所述欧姆金属层接触；第二电极，位于所述衬底远离第一反射层的一侧。

技术总结
本发明公开了一种垂直腔面发射激光器，该垂直腔面发射激光器包括：衬底以及位于所述衬底一侧的多个阵列排布的发光单元；所述衬底包括发光区；所述发光单元包括氧化孔径；每一所述发光单元的氧化孔径在所述衬底上的垂直投影均位于所述发光区；多个所述发光单元包括至少一个第一发光单元；所述第一发光单元的第一氧化孔径在所述衬底上的垂直投影包括基础图形和第一辅助图形，所述第一辅助图形与所述发光区的部分边界相邻，且所述第一辅助图形的至少一条边与所述发光区的部分边界平行。本发明提供了一种垂直腔面发射激光器，在不增加发光区的面积的条件下，可以增大垂直腔面发射激光器的有效发光面积，提高发光功率。提高发光功率。提高发光功率。


技术研发人员：翁玮呈 丁维遵 刘嵩 梁栋
受保护的技术使用者：常州纵慧芯光半导体科技有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/6