CN109326957A - 一体发光区大功率垂直腔面发射激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，包含：发射孔，发射孔内形成有隔离槽，将发射孔部分隔离以形成相连通的狭长发射区，隔离层中有绝缘层；导电层，填充于隔离槽中，且朝两侧延伸并与狭长发射区形成欧姆接触。本发明将大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的发射孔隔离成狭长发射区，该狭长发射区与导电层接触，一方面增加了发射孔内的电流路径，可有效增加大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的中部区域的电流密度，另一方面，电流可从导电层进行横向传播，大大提高了发光孔内的电流密度分布的均匀性，提高了转化效率。同时，大范围的保持了出射光的相干性。该发明可以应用在激光雷达、红外摄像头和深度识别探测器等领域。

Description

一体发光区大功率垂直腔面发射激光器

技术领域

本发明属于半导体激光器设计及制造领域，特别是涉及一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于发光二极管 (LED)和激光二极管(LD)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种垂直表面出光的新型激光器，与传统边发射激光器不同的结构带来了许多优势：小的发散角和圆形对称的远、近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高，而不需要复杂昂贵的光束整形系统，现已证实与多模光纤的耦合效率竟能大于90%；光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；可以在片测试，极大地降低了开发成本；出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域，它以空前的速度成功地应用于单通道和并行光互联，以它很高的性能价格比，在宽带以太网、高速数据通信网中得到了大量的应用；最吸引人的是它的制造工艺与发光二极管(LED)兼容，大规模制造的成本很低。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)在光通信、光存储、光互联、光计算、固态照明、激光打印和生物传感等领域受到广泛应用。近年来，在3D人脸识别，接近感应器，激光雷达，红外摄像，深度探测等新兴市场出现更大规模的使用。在不少实际应用中都要求垂直腔面发射激光器(VCSEL)能够实现高能量密度的工作，有些还要求保持激光光源有一定的相干性。把发光孔径做成阵列可以增大发光功率，但是能量密度受限于发光点之间的间距，并且相干性也会消除（对某些应用是好事，另外一些应用则希望保留相干性）。增大氧化孔径是提高能量密度并且保持相干性的一个简单可行的方案。但是大氧化孔径的垂直腔面发射激光器(VCSEL)面临电流密度分布不均匀，导致转换功率较低，光强分布一致性较差的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，用于解决大孔径垂直腔面发射激光器电流密度分布不均匀等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包含：发射孔，所述发射孔内形成有隔离槽，所述隔离槽将所述发射孔部分隔离以形成狭长发射区，且所述狭长发射区相连通；绝缘层，形成于所述隔离槽的底部及侧壁；以及导电层，填充于所述隔离槽中，且所述导电层朝所述隔离槽的两侧延伸至所述狭长发射区并与所述狭长发射区形成欧姆接触。

可选地，所述狭长发射区的宽度介于5微米~50微米之间。

可选地，所述隔离槽的宽度介于2微米~10微米之间。

可选地，所述狭长发射区呈鱼骨形排布，包括狭长发射连接区以及连接于所述狭长发射连接区两侧的多个狭长发射齿形区，且所述多个狭长发射齿形区由所述隔离槽间隔。

可选地，所述狭长发射区呈螺旋形排布，所述狭长发射区由螺旋形的隔离槽间隔。

可选地，所述狭长发射区包括垂直交叉的第一狭长发射连接区及第二狭长发射连接区，以将所述发射孔切割成四个象限区，各所述象限区内还包括多个分别连接于所述第一狭长发射连接区及所述第二狭长发射连接区上的多个狭长发射齿形区，任意相邻的两象限区内的所述狭长发射齿形区连接于不同的狭长发射连接区且相互垂直。

可选地，所述发射孔的径向宽度不小于50微米。

可选地，所述发射孔的径向宽度范围介于100微米~1000微米之间。

可选地，所述垂直腔面发射激光器还包括一上电极结构，所述上电极结构环绕于所述发射孔，且所述导电层连接于所述上电极结构。

可选地，所述垂直腔面发射激光器为正面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括：衬底，所述衬底的背面具有下电极结构；N型导电下反射镜，位于所述衬底之上；有源层，位于所述N型导电下反射镜之上；P型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述P型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；介质层，位于所述P型导电上反射镜之上； 隔离槽，所述隔离槽自所述P型导电上反射镜延伸至所述N型导电下反射镜中，以将所述发射孔部分隔离形成狭长发射区，且所述狭长发射区的所述P型导电上反射镜、所述有源层及所述N型导电下反射镜相连通；绝缘层，形成于所述隔离槽的底部及侧壁；以及导电层，填充于所述隔离槽中，且所述导电层朝所述隔离槽的两侧延伸至所述狭长发射区并与所述狭长发射区内的所述P型导电上反射镜形成欧姆接触。

可选地，所述导电层包括依次层叠的Ti层、Pt层及Au层所组成的叠层结构。

可选地，所述垂直腔面发射激光器为背面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括：P型导电下反射镜，所述P型导电下反射镜的背面具有下电极结构；有源层，位于所述P型导电下反射镜之上；N型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述N型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；衬底，位于所述N型导电上反射镜之上；介质层，形成于所述衬底上；隔离槽，所述隔离槽自所述衬底延伸至所述P型导电下反射镜中，以将所述发射孔部分隔离形成狭长发射区，且所述狭长发射区的所述P型导电下反射镜、所述有源层及所述N型导电上反射镜相连通；绝缘层，形成于所述隔离槽的底部及侧壁；以及导电层，填充于所述隔离槽中，且所述导电层朝所述隔离槽的两侧延伸至所述狭长发射区并与所述狭长发射区内的所述衬底形成欧姆接触。

可选地，所述导电层包括依次层叠的Au层、Ge层、Ni层及Au层所组成的叠层结构。

可选地，所述垂直腔面发射激光器为背面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括：P型导电下反射镜，所述P型导电下反射镜的背面具有下电极结构；有源层，位于所述P型导电下反射镜之上；N型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述N型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；衬底，位于所述N型导电上反射镜之上，位于所述发射孔区域的所述衬底被去除形成发射空腔，以显露所述N型导电上反射镜；介质层，形成于显露的所述N型导电上反射镜之上；隔离槽，所述隔离槽自所述发射空腔显露的所述N型导电上反射镜延伸至所述P型导电下反射镜中，以将所述发射孔部分隔离形成狭长发射区，且所述狭长发射区的所述P型导电下反射镜、所述有源层及所述N型导电上反射镜相连通；绝缘层，形成于所述隔离槽的底部及侧壁；以及导电层，填充于所述隔离槽中，且所述导电层朝所述隔离槽的两侧延伸至所述狭长发射区并与所述狭长发射区内的所述N型导电上反射镜形成欧姆接触。

可选地，所述导电层包括依次层叠的Au层、Ge层、Ni层及Au层所组成的叠层结构。

可选地，所述电流限制层包括空气柱型电流限制结构、离子注入型电流限制结构、掩埋异质结型电流限制结构与氧化限制型电流限制结构中的一种。

本发明还提供一种激光雷达，所述激光雷达的光源采用如上所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。

本发明还提供一种红外摄像头，所述红外摄像头的光源采用如上所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。

本发明还提供一种3D深度识别探测器，所述深度识别探测器的光源采用如上所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。

如上所述，本发明的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，具有以下有益效果：

本发明通过隔离槽以及在隔离槽内设置导电层，将大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的发射孔隔离成狭长发射区，该狭长发射区与隔离槽内的导电层接触，一方面增加了发射孔内的电流路径，可有效增加大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的中部区域的电流密度，另一方面，电流可从所述导电层进行横向传播，大大提高了发光孔内的电流密度分布的均匀性，提高了转化效率，本发明的垂直腔面发射激光器的转化效率可高达30~50%。

本发明上述的多个狭长发射区位于同一发射孔内且相连通，具有连贯性，可以与衍射光学元件（DOE）配合，从而可以显著提高垂直腔面发射激光器的信噪比。同时，大范围的保持了出射光的相干性。该发明可以应用在激光雷达、红外摄像头和深度识别探测器等领域。

本发明可有效提高垂直腔面发射激光器的功率密度，即提高了激光器或激光阵列在单位面积下的功率，在相同光功率要求下，可减小所需采用的激光器的数量，在实质上可提高芯片的集成度，并有效降低芯片的成本。

附图说明

图1~图2显示为本发明实施例1的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器的结构示意图。

图3~图4显示为本发明实施例2的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器的结构示意图。

图5~图6显示为本发明实施例3的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器的结构示意图。

图7显示为本发明实施例4中的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器的结构示意图。

图8显示为本发明实施例5中的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器的结构示意图。

图9~图10分别显示为本发明的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器与传统的垂直腔面发射激光器的电流注入分布示意图。

元件标号说明

10 发射孔、100 狭长发射区、101 隔离槽、102 绝缘层、103 导电层、104 狭长发射连接区、105 狭长发射齿形区、106 衬底、107 下电极结构、108 N型导电下反射镜、109 有源层、110 电流限制层、111 P型导电上反射镜、112 介质层、113 上电极结构、208 N型导电上反射镜、211 P型导电下反射镜、200狭长发射区、201隔离槽、320 第一狭长发射连接区、321第二狭长发射连接区、322 狭长发射齿形区。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1~图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

本实施例提供一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，经研究分析，现有的具有环形上电极结构113的垂直腔面发射激光器，其电流注入时，电流会主要集中的发射孔10的边缘区域，而发射孔10的中部区域电流较小甚至是没有电流，发射孔10的边缘区域电流分布较为拥挤，而中部区域几乎没有电流分布，会导致垂直腔面发射激光器的整体转换效率较低，发射孔10中的光强分布也不均匀。本发明的设计的原则是：所述发射孔10内的狭长发射区100相连接为一体，每个狭长发射区100的任何一处到达最近导电层103的距离（如横向距离）都限制在一个较小距离，例如可以为10微米以内，而在另外一个维度的距离（如纵向距离）会很大，如超过30微米。形状也可以不规则，例如可以是树形，狭长发射区100的宽度可以是到处都是一致的，也可以不全部一致。

如图1~图2所示，其中，图2显示为图1中A-A’处的截面结构示意图。本实施例提供一种垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包含发射孔10、隔离槽101、绝缘层102以及导电层103。

如图1及图2所示，所述发射孔10内形成有隔离槽101，所述隔离槽101将所述发射孔10部分隔离以形成狭长发射区100，且所述狭长发射区100相连通。

所述隔离槽101的宽度可以介于2微米~10微米之间，例如，所述隔离槽101的宽度可以为2微米、3微米、5微米等，本实施例选用的所述隔离槽101的宽度较小，以降低其所占用的发射孔10的面积，降低发射光线的损失。

所述狭长发射区100的宽度可以介于5微米~50微米之间，该范围内的狭长发射区100宽度，可以保证电流能向所述狭长发射区100扩展的同时，保证其有效发光宽度，提高转化率。

所述绝缘层102形成于所述隔离槽101的底部及侧壁，用于使后续的导电层103与沟槽内的有源区及发射镜等绝缘，避免短路。所述绝缘层102可以为通过化学气相沉积工艺形成的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等介质材料。

所述导电层103填充于所述隔离槽101中，且所述导电层103朝所述隔离槽101的两侧延伸至所述狭长发射区100并与所述狭长发射区100形成欧姆接触。

所述发射孔10的径向宽度不小于50微米，优选地，所述发射孔10的径向宽度范围介于100微米~1000微米之间，例如，所述发射孔10的孔径可以为200微米、300微米、400微米等，较大径向宽度的发射孔10会导致垂直腔面发射激光器的电流分布均匀性较低，从而导致垂直腔面发射激光器的整体转换效率较低，发射孔10中的光强分布也不均匀，本发明通过在发射孔10中设置隔离槽101和导电层103，将大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的发射孔10隔离成狭长发射区100，该狭长发射区100与隔离槽101内的导电层103接触，一方面增加了发射孔10内的电流路径，可有效增加大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的中部区域的电流密度，另一方面，电流可从所述导电层103进行横向传播，大大提高了发光孔内的电流密度分布的均匀性，提高了转化效率。

如图1所示，在本实施例中，所述若干狭长发射区100呈鱼骨形排布，包括狭长发射连接区104以及连接于所述狭长发射连接区两侧的多个狭长发射齿形区105，且所述多个狭长发射齿形区105由所述隔离槽101间隔。所述狭长发射齿形区105的数量可以依据所述发射孔10的径向宽度进行设定，例如，所述狭长发射齿形区105的数量可以为6~12个。本发明上述的多个狭长发射区100位于同一发射孔10内且相连通，具有连贯性，可以与衍射光学元件（DOE）配合，从而可以显著提高垂直腔面发射激光器的信噪比。具体来说，对于传统的垂直腔面发射激光器阵列（VCSEL array）来说，其出射光线是不相干的，而且发光区域整体比较大，发光点之间的间隙也较大。本发明垂直腔面发射激光器采用单个大孔径的方式，其发光点（狭长发射区100）是整体发光，可有效减小光斑，提高信噪比，同时保持激光的相干性，这样对于用DOE等光学组件有一定优势。另外，传统的边发射激光器有快轴和慢轴的区分，其光斑为椭圆形，而且快轴和慢轴的发散角不同，本发明与目前用于激光雷达的边发射激光器相比，又具有光斑为圆形，并且发散角为旋转对称的优点。

如图1所示，所述垂直腔面发射激光器还包括一上电极结构113，所述上电极结构113环绕于所述发射孔10，且所述导电层103连接于所述上电极结构113。

如图1及图2所示，所述垂直腔面发射激光器为正面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括衬底106、N型导电下反射镜108、有源层109、P型导电上反射镜111、介质层112、隔离槽101、绝缘层102、导电层103以及上电极结构113。

所述衬底106可以为砷化镓衬底106，所述衬底106的背面具有下电极结构107。

所述N型导电下反射镜108位于所述衬底106之上，所述N型导电下反射镜108可以为N型导电的布拉格反射镜DBR，其主要的材料可以为砷化镓等。

所述有源层109位于所述N型导电下反射镜108之上，所述有源层109用以将电能转换为光能，其材料可以为砷化镓等。

所述P型导电上反射镜111位于所述有源层109之上，所述P型导电上反射镜111中具有环绕所述发射孔10的电流限制层110，并由所述电流限制层110定义所述发射孔10，所述P型导电上反射镜111可以为P型导电的布拉格反射镜DBR，其主要的材料可以为砷化镓等。所述N型导电下反射镜108及所述P型导电上反射镜111用于对所述有源层109产生的光线进行反射增强，最后形成激光从所述P型导电上反射镜111的表面射出。所述电流限制层110包括空气柱型电流限制结构、离子注入型电流限制结构、掩埋异质结型电流限制结构与氧化限制型电流限制结构中的一种，在本实施例中，所述电流限制层110为氧化限制型电流限制结构。

所述介质层112位于所述P型导电上反射镜111之上，用于保护所述P型导电上反射镜111。

所述上电极结构113位于所述介质层112之上，所述外围电极穿过所述介质层112并与所述P型导电上反射镜111形成欧姆接触。

所述隔离槽101自所述P型导电上反射镜111延伸至所述N型导电下反射镜108中，以将所述发射孔10部分隔离形成狭长发射区100，且所述狭长发射区100的所述P型导电上反射镜111、所述有源层109及所述N型导电下反射镜108相连通。

所述绝缘层102形成于所述隔离槽101的底部及侧壁。

所述导电层103填充于所述隔离槽101中，且所述导电层103朝所述隔离槽101的两侧延伸至所述狭长发射区100并与所述狭长发射区100内的所述P型导电上反射镜111形成欧姆接触。例如，所述导电层103包括依次层叠的Ti层、Pt层及Au层所组成的叠层结构。当然，导电层103也可以由其他的金属叠层组成，并不限于此处所列举的示例。

另外，也可以通过所述隔离槽101，对所述隔离槽101的侧壁进行氧化，以形成自所述隔离槽101侧壁朝所述狭长发射区100内衍射的限制氧化层，该限制氧化层的延伸长度可以等于或大于所述导电层103延伸至所述狭长发射齿形区105的宽度，以进一步提高电流的利用率。

图9显示为本实施例的垂直腔面发射激光器的电流的注入示意曲线，图10显示为传统的垂直腔面发射激光器的电流的注入示意曲线，由图9及图10可见，传统的垂直腔面发射激光器发射孔10的边缘区域电流分布较为拥挤，而中部区域几乎没有电流分布，会导致垂直腔面发射激光器的整体转换效率较低，而本发明的垂直腔面发射激光器，其电流可以有效注入至发射孔10的中部区域，一方面可有效增加大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的中部区域的电流密度，另一方面，电流可从所述多个导电层103进行横向传播，大大提高了发光孔内的电流密度分布的均匀性，提高了转化效率。

本实施例还提供一种激光雷达，其中，所述激光雷达的光源采用本实施例所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。传统的边发射激光器有快轴和慢轴的区分，其光斑为椭圆形，而且快轴和慢轴的发散角不同，本发明与目前用于激光雷达的边发射激光器相比，具有光斑为圆形，并且发散角为旋转对称的优点。

本实施例还提供一种红外摄像头，所述红外摄像头的光源采用如上所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。

本实施例还提供一种3D深度识别探测器，所述深度识别探测器的光源采用如上所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。

实施例2

如图3~图4所示，其中，图4显示为图3中B-B’处的截面结构示意图，本实施例提供一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其基本结构如实施例1，其中，所述垂直腔面发射激光器为背面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括：P型导电下反射镜211，所述P型导电下反射镜211的背面具有下电极结构107；有源层109，位于所述P型导电下反射镜211之上；N型导电上反射镜208，位于所述有源层109之上，所述N型导电上反射镜208中具有电流限制层110，并由所述电流限制层110定义所述发射孔10；衬底106，位于所述N型导电上反射镜208之上；介质层112，形成于所述衬底106上；隔离槽101，所述隔离槽101自所述衬底106延伸至所述P型导电下反射镜211中，以将所述发射孔10部分隔离形成狭长发射区100，且所述狭长发射区100的所述P型导电下反射镜211、所述有源层109及所述N型导电上反射镜208相连通；绝缘层102，形成于所述隔离槽101的底部及侧壁；以及导电层103，填充于所述隔离槽101中，且所述导电层103朝所述隔离槽101的两侧延伸至所述狭长发射区100并与所述狭长发射区100内的所述衬底106形成欧姆接触。所述导电层103包括依次层叠的Au层、Ge层、Ni层及Au层所组成的叠层结构，所述Au层可以与N型的衬底106形成良好的欧姆接触。当然，导电层103也可以由其他的金属叠层组成，并不限于此处所列举的示例。本实施例的垂直腔面发射激光器采用背面发射结构，可以减少电流限制层110所需要占用的面积，提高器件的集成度。

实施例3

如图5~图6所示，其中，图6显示为图5中C-C’处的截面结构示意图，本实施例提供一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其基本结构如实施例1，其中，所述垂直腔面发射激光器为背面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括：P型导电下反射镜211，所述P型导电下反射镜211的背面具有下电极结构107；有源层109，位于所述P型导电下反射镜211之上；N型导电上反射镜208，位于所述有源层109之上，所述N型导电上反射镜208中具有电流限制层110，并由所述电流限制层110定义所述发射孔10；衬底106，位于所述N型导电上反射镜208之上，位于所述发射孔10区域的所述衬底106被去除形成发射空腔，以显露所述N型导电上反射镜208；介质层112，形成于显露的所述N型导电上反射镜208之上；隔离槽101，所述隔离槽101自所述发射空腔显露的所述N型导电上反射镜208延伸至所述P型导电下反射镜211中，以将所述发射孔10部分隔离形成狭长发射区100，且所述狭长发射区100的所述P型导电下反射镜211、所述有源层109及所述N型导电上反射镜208相连通；绝缘层102，形成于所述隔离槽101的底部及侧壁；以及导电层103，填充于所述隔离槽101中，且所述导电层103朝所述隔离槽101的两侧延伸至所述狭长发射区100并与所述狭长发射区100内的所述N型导电上反射镜208形成欧姆接触。所述导电层103包括依次层叠的Au层、Ge层、Ni层及Au层所组成的叠层结构，所述Au层可以与N型的衬底106形成良好的欧姆接触。当然，导电层103也可以由其他的金属叠层组成，并不限于此处所列举的示例。本实施例的垂直腔面发射激光器采用背面发射结构，可以减少电流限制层110所需要占用的面积，提高器件的集成度，并且，本实施例在发射孔10的区域去除了部分衬底106形成发射空腔，可以降低发射光线的损失，提高发射功率。

实施例4

如图7所示，本实施例提供一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其基本结构如实施例1，其中，与实施例1的不同之处在于，所述狭长发射区200呈螺旋形排布，所述狭长发射区200由螺旋形的隔离槽201间隔。本实施例的垂直腔面发射激光器，可以获得360度对称的发射激光，扩展所述垂直腔面发射激光器的适用范围。

实施例5

如图8所示，本实施例提供一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其基本结构如实施例1，其中，与实施例1的不同之处在于，所述狭长发射区包括垂直交叉的第一狭长发射连接区320及第二狭长发射连接区321，以将所述发射孔10切割成四个象限区，各所述象限区内还包括多个分别连接于所述第一狭长发射连接区320及所述第二狭长发射连接区321上的多个狭长发射齿形区322，任意相邻的两象限区内的所述狭长发射齿形区322连接于不同的狭长发射连接区且相互垂直。

如上所述，本发明的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，具有以下有益效果：

本发明通过隔离槽以及在隔离槽内设置导电层，将大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的发射孔隔离成狭长发射区，该狭长发射区与隔离槽内的导电层接触，一方面增加了发射孔内的电流路径，可有效增加大氧化孔径的垂直腔面发射激光器的中部区域的电流密度，另一方面，电流可从所述导电层进行横向传播，大大提高了发光孔内的电流密度分布的均匀性，提高了转化效率，本发明的垂直腔面发射激光器的转化效率可高达30~50%。

本发明上述的多个狭长发射区位于同一发射孔内且相连通，具有连贯性，出射光有相干性。可以与衍射光学元件（DOE）配合，从而可以显著提高垂直腔面发射激光器的信噪比。同时，大范围的保持了出射光的相干性。该发明可以应用在激光雷达、红外摄像头和深度识别探测器等领域。

本发明可有效提高垂直腔面发射激光器的功率密度，即提高了激光器或激光阵列在单位面积下的功率，在相同光功率要求下，可减小所需采用的激光器的数量，在实质上可提高芯片的集成度，并有效降低芯片的成本。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器包含：

发射孔，所述发射孔内形成有隔离槽，所述隔离槽将所述发射孔部分隔离以形成狭长发射区，且所述狭长发射区相连通；

绝缘层，形成于所述隔离槽的底部及侧壁；以及

导电层，填充于所述隔离槽中，且所述导电层朝所述隔离槽的两侧延伸至所述狭长发射区并与所述狭长发射区形成欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述狭长发射区的宽度介于5微米~50微米之间。

3.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述隔离槽的宽度介于2微米~10微米之间。

4.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述狭长发射区呈鱼骨形排布，包括狭长发射连接区以及连接于所述狭长发射连接区两侧的多个狭长发射齿形区，且所述多个狭长发射齿形区由所述隔离槽间隔。

5.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述狭长发射区呈螺旋形排布，所述狭长发射区由螺旋形的隔离槽间隔。

6.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述狭长发射区包括垂直交叉的第一狭长发射连接区及第二狭长发射连接区，以将所述发射孔切割成四个象限区，各所述象限区内还包括多个分别连接于所述第一狭长发射连接区及所述第二狭长发射连接区上的多个狭长发射齿形区，任意相邻的两象限区内的所述狭长发射齿形区连接于不同的狭长发射连接区且相互垂直。

7.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述发射孔的径向宽度不小于50微米。

8.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述垂直腔面发射激光器还包括一上电极结构，所述上电极结构环绕于所述发射孔，且所述导电层连接于所述上电极结构。

9.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述垂直腔面发射激光器为正面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括：

衬底，所述衬底的背面具有下电极结构；

N型导电下反射镜，位于所述衬底之上；

有源层，位于所述N型导电下反射镜之上；

P型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述P型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；

介质层，位于所述P型导电上反射镜之上；

隔离槽，所述隔离槽自所述P型导电上反射镜延伸至所述N型导电下反射镜中，以将所述发射孔部分隔离形成狭长发射区，且所述狭长发射区的所述P型导电上反射镜、所述有源层及所述N型导电下反射镜相连通；

其中，所述导电层朝所述隔离槽的两侧延伸至所述狭长发射区并与所述狭长发射区内的所述P型导电上反射镜形成欧姆接触。

10.根据权利要求9所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述导电层包括依次层叠的Ti层、Pt层及Au层所组成的叠层结构。

11.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述垂直腔面发射激光器为背面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括：

P型导电下反射镜，所述P型导电下反射镜的背面具有下电极结构；

有源层，位于所述P型导电下反射镜之上；

N型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述N型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；

衬底，位于所述N型导电上反射镜之上；

介质层，形成于所述衬底上；

隔离槽，所述隔离槽自所述衬底延伸至所述P型导电下反射镜中，以将所述发射孔部分隔离形成狭长发射区，且所述狭长发射区的所述P型导电下反射镜、所述有源层及所述N型导电上反射镜相连通；

其中，所述导电层朝所述隔离槽的两侧延伸至所述狭长发射区并与所述狭长发射区内的所述衬底形成欧姆接触。

12.根据权利要求11所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述导电层包括依次层叠的Au层、Ge层、Ni层及Au层所组成的叠层结构。

13.根据权利要求1所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述垂直腔面发射激光器为背面发射结构，所述垂直腔面发射激光器包括：

P型导电下反射镜，所述P型导电下反射镜的背面具有下电极结构；

有源层，位于所述P型导电下反射镜之上；

N型导电上反射镜，位于所述有源层之上，所述N型导电上反射镜中具有电流限制层，并由所述电流限制层定义所述发射孔；

衬底，位于所述N型导电上反射镜之上，位于所述发射孔区域的所述衬底被去除形成发射空腔，以显露所述N型导电上反射镜；

介质层，形成于显露的所述N型导电上反射镜之上；

隔离槽，所述隔离槽自所述发射空腔显露的所述N型导电上反射镜延伸至所述P型导电下反射镜中，以将所述发射孔部分隔离形成狭长发射区，且所述狭长发射区的所述P型导电下反射镜、所述有源层及所述N型导电上反射镜相连通；

其中，所述导电层朝所述隔离槽的两侧延伸至所述狭长发射区并与所述狭长发射区内的所述N型导电上反射镜形成欧姆接触。

14.根据权利要求13所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述导电层包括依次层叠的Au层、Ge层、Ni层及Au层所组成的叠层结构。

15.根据权利要求9~14任意一项所述的一体发光区大功率垂直腔面发射激光器，其特征在于：所述电流限制层包括空气柱型电流限制结构、离子注入型电流限制结构、掩埋异质结型电流限制结构与氧化限制型电流限制结构中的一种。

16.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达的光源采用如权利要求1~15任意一项所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。

17. 一种红外摄像头， 其特征在于，所述红外摄像头的光源采用如权利要求1~15任意一项所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。

18.一种3D深度识别探测器，其特征在于，所述深度识别探测器的光源采用如权利要求1~15任意一项所述一体发光区大功率垂直腔面发射激光器。