CN117595062A - 一种垂直腔面发射激光器阵列结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直腔面发射激光器阵列结构，包括：依次层叠设置的衬底、第一欧姆金属层、第一电极、第一反射层、有源层、氧化层、第二反射层、第二欧姆金属层和第二电极；所述第一欧姆金属层包括多个连接部和延伸部，所述连接部和所述延伸部为一体结构；所述延伸部沿第一方向和/或第二方向延伸分布；在所述发光区域内，最外围的所述光学孔径至少与一所述延伸部相邻。本发明提供一种垂直腔面发射激光器阵列结构，提高了靠近隔离沟槽位置的欧姆接触面积，提高了载流子浓度进而提高了光学孔径的发光功率。

Description

一种垂直腔面发射激光器阵列结构

技术领域

本发明实施例涉及垂直腔面发射激光器技术领域，尤其涉及一种垂直腔面发射激光器阵列结构。

背景技术

随着科学技术的不断发展，垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)已被人们广泛应用，各种各样的VCSEL芯片已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中，为人们的生活带来了极大的便利。

针对多发光区域的垂直腔面发射激光器阵列，由于衬底具有隔离沟槽来隔离各区之间的通道，因此在小尺寸的要求下，发光区域内靠近隔离沟槽的位置，没有足够空间放置发光结构，从而导致靠近隔离沟槽的欧姆接触面积不够，进而导致具有隔离沟槽的发光区域内的发光功率降低。

发明内容

本发明提供一种垂直腔面发射激光器阵列结构，提高了靠近隔离沟槽位置的欧姆接触面积，提高了载流子浓度进而提高了光学孔径的发光功率。

本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器阵列结构，包括：依次层叠设置的衬底、第一欧姆金属层、第一电极、第一反射层、有源层、氧化层、第二反射层、第二欧姆金属层和第二电极；

所述衬底上通过隔离沟槽划分有多个发光区域；所述第一欧姆金属层包括多个连接部和延伸部，所述连接部和所述延伸部为一体结构；在所述发光区域内，所述第一电极在所述第一欧姆金属层上的垂直投影与所述连接部具有重叠位置；在所述重叠位置上设置有第一通孔，所述第一电极通过所述第一通孔与所述连接部电连接；

所述第二反射层远离所述衬底的一侧设置有多个光学孔径；所述光学孔径以外区域设置有所述第二电极；所述第二电极通过第二通孔与所述第二欧姆金属层电连接；

所述第一电极沿第一方向延伸分布，所述第二电极沿第二方向延伸分布，所述延伸部沿第一方向和/或第二方向延伸分布；在所述发光区域内，最外围的所述光学孔径至少与一所述延伸部相邻，其中，所述光学孔径在所述衬底上的垂直投影与所述第一欧姆金属层在所述衬底上的垂直投影和所述第一电极在所述衬底上的垂直投影均不交叠，所述第一方向与所述第二方向相交。

可选的，与最外围的所述光学孔径相邻的所述连接部之间通过所述延伸部相互连接。

可选的，相邻的所述第一通孔之间的所述连接部通过所述延伸部相互连接。

可选的，所述延伸部为条状金属层。

可选的，所述光学孔径在所述发光区域内的排布方式包括等间距排布和非等间距排布。

可选的，所述隔离沟槽的围合图形为规则图形或不规则图形。

可选的，包括多个所述第一电极和多个所述第二电极，多个所述第一电极沿第二方向排布；多个所述第二电极沿第一方向排布。

可选的，沿第一方向相邻的所述第二电极之间的所述衬底上不设置所述隔离沟槽。

可选的，所述发光区域内外围的发光孔径沿第一方向或第二方向与相邻的所述隔离沟槽之间的距离相等。

可选的，所述发光区域内所述光学孔径的尺寸相同。

本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器阵列结构，通过从连接部处沿第一方向X和/或第二方向Y向外延伸形成延伸部，使最外围的光学孔径与一个延伸部相邻，以此来增加第一电极至第一欧姆金属层的导电区域。电流从第二电极经第二欧姆金属层经过氧化孔后，由于延伸部阻抗小，从而更均匀的沿着延伸部通过，再从第一通孔、第一电极流到接地，利用延伸部提高了靠近隔离沟槽位置的欧姆接触面积，提高了载流子浓度进而提高了外围光学孔径的发光功率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器阵列结构的俯视结构示意图；

图2为图1AA’部位的截面结构示意图；

图3为图1BB’部位的截面结构示意图；

图4为现有技术中电流从第二电极至第一欧姆金属层的方向示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电流从第二电极至第一欧姆金属层的方向示意图；

图6本发明实施例还提供又一种垂直腔面发射激光器阵列结构的俯视结构示意图；

图7本发明实施例还提供又一种垂直腔面发射激光器阵列结构的俯视结构示意图；

图8为本发明实施例提供的又一种电流从第二电极至第一欧姆金属层的方向示意图；

图9本发明实施例还提供又一种垂直腔面发射激光器阵列结构的俯视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对多发光区域的垂直腔面发射激光器阵列，均需要有隔离沟槽来隔离各区之间的通道，因此在小尺寸的要求下，发光区域内靠近隔离沟槽的位置，没有足够空间放置欧姆金属层、电极和连接通孔等发光结构，从而导致靠近隔离沟槽的欧姆接触面积不够，进而导致具有隔离沟槽的发光区域内的发光功率降低。

有鉴于此，图1为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器阵列结构的俯视结构示意图，图2为图1AA’部位的截面结构示意图，图3为图1BB’部位的截面结构示意图，参见图1和图3，包括：依次层叠设置的衬底1、第一欧姆金属层2、第一电极110、第一反射层3、有源层4、氧化层5、第二反射层6、第二欧姆金属层7和第二电极120；

衬底1上通过隔离沟槽130划分有多个发光区域；第一欧姆金属层2包括多个连接部201和延伸部202，连接部201和延伸部202为一体结构；在发光区域内，第一电极110在第一欧姆金属层2上的垂直投影与连接部201具有重叠位置；在重叠位置上设置有第一通孔150，第一电极110通过第一通孔150与连接部201电连接；

第二反射层远离衬底1的一侧设置有多个光学孔径140；光学孔径140以外区域设置有第二电极120；第二电极120通过第二通孔与第二欧姆金属层2电连接；

第一电极110沿第一方向X延伸分布，第二电极120沿第二方向Y延伸分布，延伸部202沿第一方向X和/或第二方向Y延伸分布；在发光区域内，最外围的光学孔径140至少与一延伸部202相邻，其中，光学孔径140在衬底1上的垂直投影与第一欧姆金属层2在衬底1上的垂直投影和第一电极110在衬底1上的垂直投影均不交叠，第一方向X与第二方向Y相交。

具体的，垂直腔面发射激光器阵列结构包括依次层叠设置的衬底1、第一欧姆金属层2、第一电极110、第一反射层3、有源层4、氧化层5、第二反射层6、第二欧姆金属层7和第二电极120，为了提高绝缘及抗水氧能力，在第一欧姆金属层2和第一电极110、在第二反射层6和第二欧姆金属层7之间添加钝化层11。通过在衬底1上设置隔离沟槽130，利用隔离沟槽130作为隔离边界划定各个的发光区域。在发光区域内，第二欧姆金属层7远离衬底1一侧设置有多个独立的光学孔径140，示例性的，光学孔径140分布在发光区域内可以等间距排布，以保证面发光的均匀性。光学孔径140下设有由第二反射层6延伸至有源层4的氧化孔，光学孔径140与氧化孔的相对位置相同，从而在制备过程统一加工，降低工艺难度。

通常第一反射层3和第二反射层6被掺杂为n型材料和p型材料或者掺杂为p型材料和n型材料，为了将载流子注入有源层4，需向pin结的n型掺杂侧和p型掺杂侧应用电接触区域。通过在层结构中不同高度沉积导电材料形成欧姆金属层，其中，第一欧姆金属层2包括连接部201，第一电极110在第一欧姆金属层2上的垂直投影与连接部201具有重叠位置，在重叠位置设置第一通孔150，第一通孔150内填充导电材料，第一电极110通过第一通孔150与连接部201实现电连接。示例性的，连接部201可以为圆形，且尺寸至少大于第一通孔150的尺寸，光学孔径140以外区域覆盖第二电极120，第二电极120通过第二通孔与第二欧姆金属层7电连接。

继续参见图1，在垂直腔面发射激光器阵列结构中，第一电极110沿第一方向X延伸分布，第二电极120沿第二方向Y延伸分布，示例性的，第一电极110可以在第一方向X上延伸作为形状规则或不规则的条形电极，第二电极120可以在第二方向Y上延伸作为形状规则或不规则的条形电极，其中，第一方向X与第二方向Y相交，两者夹角的选择可以根据光学孔径140的分布，以及垂直腔面发射激光器阵列结构的设计需求等条件进行选择。为了便于理解，示例性的，本发明实施例中，第一方向X与第二方向Y垂直。图4为现有技术中电流从第二电极120至第一欧姆金属层的方向示意图，在现有相关技术中，光学孔径140通常围绕第一通孔150排布，从而电流从第二电极120经第二欧姆金属层经过氧化孔、第一欧姆金属层2、第一通孔150、第一电极110流到接地，实现光学孔径140发光，在排布靠近隔离沟槽130的位置光学孔径140时，由于没有足够空间放置第一欧姆金属层2、第一电极110和第一通孔150等发光结构，从而导致靠近隔离沟槽130光学孔径140对应氧化孔的欧姆接触面积不够，载流子浓度低而使发光功率降低。因此，第一欧姆金属层2还包括延伸部202，延伸部202与连接部201为同层且一体的金属层结构，延伸部202从连接部201处沿第一方向X和/或第二方向Y向外延伸，最外围的光学孔径140与一个延伸部202相邻，以此来增加第二电极120至第一欧姆金属层2的导电区域。以第一方向X与第二方向Y垂直为例，延伸部202从连接部201处沿第一方向X和/或第二方向Y向外延伸，因此，第一电极110和延伸部202组成“十”字形交叉，以连接部201为基准在“十”字划分的区域内设置光学孔径140，发光区域中的光学孔径140形成矩阵排列。最外围的光学孔径140中，相邻的光学孔径140之间为延伸部202，以此来增加最外围的光学孔径140的第二电极120至第一欧姆金属层2的导电区域。图5为本发明实施例提供的一种电流从第二电极至第一欧姆金属层的方向示意图，参见图5，电流从第二电极120经第二欧姆金属层经过氧化孔后，由于延伸部202阻抗小，从而更均匀的沿着延伸部202通过，再从第一通孔150、第一电极110流到接地，利用延伸部202提高了靠近隔离沟槽130位置的欧姆接触面积，提高了载流子浓度进而提高了光学孔径140的发光功率。

本发明实施例提供一种垂直腔面发射激光器阵列结构，通过从连接部处沿第一方向X和/或第二方向Y向外延伸形成延伸部，使最外围的光学孔径与一个延伸部相邻，以此来增加第一电极至第一欧姆金属层的导电区域。电流从第二电极经第二欧姆金属层经过氧化孔后，由于延伸部阻抗小，从而更均匀的沿着延伸部通过，再从第一通孔、第一电极流到接地，利用延伸部提高了靠近隔离沟槽位置的欧姆接触面积，提高了载流子浓度进而提高了外围光学孔径的发光功率。

可选的，图6本发明实施例还提供又一种垂直腔面发射激光器阵列结构的俯视结构示意图，参见图6，与最外围的光学孔径140相邻的连接部201之间通过延伸部202相互连接。也就是说，最外围的连接部201之间通过延伸部202相互连接，连接部201呈环形连接，从而增加了最外围的光学孔径140的连接部201之间的导电区域，进一步的提高了载流子浓度进而提高了外围光学孔径140的发光功率。

可选的，图7本发明实施例还提供又一种垂直腔面发射激光器阵列结构的俯视结构示意图，参见图7，相邻的第一通孔150之间的连接部201通过延伸部202相互连接。也就是说，发光区域内部的连接部201之间均通过延伸部202相互连接，从而增加了发光区域内的光学孔径140的连接部201之间的导电区域，进一步的提高了载流子浓度进而提高了发光区域的发光功率。

基于上述实施例，图8为本发明实施例提供的又一种电流从第二电极120至第一欧姆金属层的方向示意图，参见图8，电流从第二电极120经第二欧姆金属层经过氧化孔后，由于延伸部202阻抗小，从而更均匀的沿着围绕的延伸部202通过，再从第一通孔150、第一电极110流到接地，利用延伸部202提高了靠近隔离沟槽130位置的欧姆接触面积，提高了载流子浓度进而提高了光学孔径140的发光功率。

可选的，延伸部202为条状金属层。延伸部202从连接部201处沿第一方向X和/或第二方向Y向外延伸，最外围的光学孔径140与延伸部202相邻，以此来增加第二电极120至第一欧姆金属层2的导电区域，延伸部202采用条状金属层，以降低延伸部202制程面积，来满足靠近隔离沟槽130的之间的空间内可以布置延伸部202。在发光过程中，电流从第二电极120经第二欧姆金属层经过氧化孔后，由于延伸部202阻抗小，从而更均匀的沿着延伸部202通过，再从第一通孔150、第一电极110流到接地，利用延伸部202提高了靠近隔离沟槽130位置的欧姆接触面积，提高了载流子浓度进而提高了光学孔径140的发光功率。

可选的，第一电极110为条状电极。具体的，第一电极110可以为多条状电极，从而多个条状电极沿第一方向X平行排列，同时第一电极110还可以包括电极焊盘111，电极焊盘111与条状电极一体结构设置，由电极焊盘111起到信号引出的作用，连接外部电路，便于阵列化控制。

示例性的，多个第一电极110和多个第二电极120，多个第一电极110沿第二方向Y排布；多个第二电极120沿第一方向X排布。

第一电极110可以在第一方向X上延伸作为条形电极，第二电极120可以在第二方向Y上延伸作为条形电极，多个第一电极110可以在第二方向Y上依次排列，多个第二电极120可以在第一方向X上依次排列。结合隔离沟槽130的边界，得到分区控制的发光区域，如图1中发光区域A，发光区域B，发光区域C和发光区域D等。

可选的，图9本发明实施例还提供又一种垂直腔面发射激光器阵列结构的俯视结构示意图，参见图9，光学孔径140在发光区域内的排布方式包括等间距排布和非等间距排布。具体的，根据第一方向X和第二方向Y之间的角度设定、以及延伸部202的形状设计，光学孔径140在发光区域内可以呈多样的排布方式，其中，等间距排布包括正方形阵列、长方形阵列、第一方向X或第二方向Y上光学孔径140交错排列等方式，非等间距排布可以包括根据发光需求随机得到的无规律排列方式、沿某一方向间距周期性变化的排列方式，从而用于满足不同的发光功率的设计要求。

可选的，隔离沟槽130合围的形状可以是矩形、圆形、三角形、平行四边形、正多边形等规则形状，也可以根据发光孔径以及半导体布局结构进行调整，得到不规则图形，从而降低各发光区之间的尺寸。

可选的，沿第一方向X相邻的第二电极120之间的衬底11上不设置隔离沟槽130。具体的，相邻的两个第二电极120之间的隔离沟槽130，即虚线框标识处的隔离沟槽130可以省略，仅靠第二电极120作为相邻发光区域的分割。示例性的，以图1为例，当第一个第一电极110通电，第一个第二电极120通电，则第一个发光区域可以发光，第二个发光区域由于相邻第二电极120的隔断，不会实现发光，同样可以起到发光区域分割的作用。

可选的，发光区域内外围的发光孔径沿第一方向X或第二方向Y与相邻的隔离沟槽130之间的距离相等，发光孔径在发光区域内均匀排列，例如矩阵排列、等间距排列等，在一个发光区域中外围的发光孔径的中心沿第一方向X或第二方向Y与相邻的隔离沟槽130之间的距离均相等，提高发光区域边缘的发光均匀性。可选的，发光区域内光学孔径140的尺寸相同，同样提高出光均匀性，并且保证了制程统一，一定程度上降低工艺制备难度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，包括：依次层叠设置的衬底、第一欧姆金属层、第一电极、第一反射层、有源层、氧化层、第二反射层、第二欧姆金属层和第二电极；

所述衬底上通过隔离沟槽划分有多个发光区域；所述第一欧姆金属层包括多个连接部和延伸部，所述连接部和所述延伸部为一体结构；在所述发光区域内，所述第一电极在所述第一欧姆金属层上的垂直投影与所述连接部具有重叠位置；在所述重叠位置上设置有第一通孔，所述第一电极通过所述第一通孔与所述连接部电连接；

所述第二反射层远离所述衬底的一侧设置有多个光学孔径；所述光学孔径以外区域设置有所述第二电极；所述第二电极通过第二通孔与所述第二欧姆金属层电连接；

所述第一电极沿第一方向延伸分布，所述第二电极沿第二方向延伸分布，所述延伸部沿第一方向和/或第二方向延伸分布；在所述发光区域内，最外围的所述光学孔径至少与一所述延伸部相邻，其中，所述光学孔径在所述衬底上的垂直投影与所述第一欧姆金属层在所述衬底上的垂直投影和所述第一电极在所述衬底上的垂直投影均不交叠，所述第一方向与所述第二方向相交。

2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，与最外围的所述光学孔径相邻的所述连接部之间通过所述延伸部相互连接。

3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，相邻的所述第一通孔之间的所述连接部通过所述延伸部相互连接。

4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，所述延伸部为条状金属层。

5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，所述光学孔径在所述发光区域内的排布方式包括等间距排布和非等间距排布。

6.根据权利要求1-5任一项所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，所述隔离沟槽的围合图形为规则图形或不规则图形。

7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，包括多个所述第一电极和多个所述第二电极，多个所述第一电极沿第二方向排布；多个所述第二电极沿第一方向排布。

8.根据权利要求7所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，沿第一方向相邻的所述第二电极之间的所述衬底上不设置所述隔离沟槽。

9.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，所述发光区域内外围的发光孔径沿第一方向或第二方向与相邻的所述隔离沟槽之间的距离相等。

10.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列结构，其特征在于，所述发光区域内所述光学孔径的尺寸相同。