CN111224320A - 一种激光器芯片及其制造方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种激光器芯片，包括，至少两个垂直腔面发射激光器阵列，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同，每一所述垂直腔面发射激光器阵列包括至少两个垂直腔面发射激光器；其中，所述垂直腔面发射激光器包括，衬底；第一反射层，形成在所述衬底上；至少两个有源层，形成在所述第一反射层上，所述至少两个有源层之间设置有隧道结；第二反射层，形成在所述至少两个有源层上。本发明提出的激光器芯片可以提高光输出功率。

Description

一种激光器芯片及其制造方法与应用

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种激光器芯片及其制造方法与应用。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)是以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于LED（发光二极管）和LD(Laser Diode，激光二极管)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阵列广泛应用三维感测技术中，但是也会受到一定的限制，例如常规的垂直腔面发射激光器受到有源区光子生成速率的影响，因此也就限制了垂直腔面发射激光器阵列的功率密度，因此常规的垂直腔面发射激光器也很难提高点云阵列中的光点的强度。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提出一种激光器芯片，以产生更高强度的光束，从而提高激光源的功率密度。

为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种激光器芯片，包括，

至少两个垂直腔面发射激光器阵列，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同，每一所述垂直腔面发射激光器阵列包括至少两个垂直腔面发射激光器；

其中，所述垂直腔面发射激光器包括，

衬底；

第一反射层，形成在所述衬底上；

至少两个有源层，形成在所述第一反射层上，所述至少两个有源层之间设置有隧道结；

第二反射层，形成在所述至少两个有源层上。

进一步地，所述激光器芯片包括第一垂直腔面发射激光器阵列和第二垂直腔面发射激光器阵列，当所述第一垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同于所述第二垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径时，所述第一垂直腔面发射激光器阵列的台型结构的宽度不同于所述第二垂直腔面发射激光器阵列的台型结构的宽度。

进一步地，所述台型结构包括所述第一反射层，所述有源层及所述第二反射层，所述台型结构的宽度小于所述衬底的宽度。

进一步地，所述激光器芯片包括第一垂直腔面发射激光器阵列和第二垂直腔面发射激光器阵列，当所述第一垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同于所述第二垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径时，所述第一垂直腔面发射激光器阵列及所述第二垂直腔面发射激光器阵列用于扫描不同距离的物体。

进一步地，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径在4-20微米之间。

进一步地，所述有源层包括第一半导体层，第二半导体层及有源区，所述有源区设置在所述第一半导体层及第二半导体层之间。

进一步地，所述第二半导体层内设置有电流限制层，通过所述电流限制层定义发光孔。

进一步地，所述隧道结的两面分别接触所述第一半导体层及所述第二半导体层。

进一步地，本发明还提出一种激光器芯片的制造方法，包括，

形成至少两个垂直腔面发射激光器阵列，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同，每一所述垂直腔面发射激光器阵列包括至少两个垂直腔面发射激光器；

其中，所述垂直腔面发射激光器包括，

衬底；

第一反射层，形成在所述衬底上；

至少两个有源层，形成在所述第一反射层上，所述至少两个有源层之间设置有隧道结；

第二反射层，形成在所述至少两个有源层上。

进一步地，本发明还提出一种激光雷达，包括，

基板；

激光源，设置在所述基板上；

光学元件，设置在所述激光源上；

其中，所述激光源包括至少一激光器芯片，所述激光器芯片包括至少两个垂直腔面发射激光器阵列，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列相互独立，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同，每一所述垂直腔面发射激光器阵列包括至少两个垂直腔面发射激光器；

其中，所述垂直腔面发射激光器包括，

衬底；

第一反射层，形成在所述衬底上；

至少两个有源层，形成在所述第一反射层上，所述至少两个有源层之间设置有隧道结；

第二反射层，形成在所述至少两个有源层上。

综上所述，本发明提出一种激光器芯片，该激光器芯片的发光孔的孔径可以不同，当激光器芯片的发光孔的孔径不同时，大孔径的激光器可以用于远距离的扫描，小孔径的激光器可以用于近距离的扫描。该激光器芯片可以用作结构光中的激光源，从而可以增加激光源的功率密度，提高点云阵列中光点的强度。

附图说明

图1：本实施例中激光器芯片的一个简要示意图。

图2：本实施例中激光器芯片的一个简要示意图。

图3：本实施例中激光器芯片的制造方法流程图。

图4：步骤S1-S4的结构示意图。

图5：隧道结的简要示意图。

图6：形成图案化光阻层的结构示意图。。

图7：沟槽的结构示意图。

图8：第一台型结构和第二台型结构的结构示意图。

图9：步骤S5的结构示意图。

图10：步骤S6的结构示意图。

图11：光输出功率-电流曲线图。

图12：点云阵列图案的对比图。

图13：本实施例提出的三维感测装置的结构示意图。

图14：本实施例提出的激光雷达的结构示意图。

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。

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，遂图式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。

如图1所示，本实施例提出一种激光器芯片，该激光器芯片包括两个垂直腔面发射激光器阵列，每个垂直腔面发射激光器阵列内包括多个垂直腔面发射激光器，例如多个第一垂直腔面发射激光器100形成了第一垂直腔面发射激光器阵列，多个第二垂直腔面发射激光器200形成了第二垂直腔面发射激光器阵列。需要说明的是，图1仅示出两个垂直腔面发射激光器阵列，不限定第一垂直腔面发射激光器100和第二垂直腔面发射激光器200的排列方式，第一垂直腔面发射激光器100和第二垂直腔面发射激光器200的发光孔的孔径一致，第一垂直腔面发射激光器100和第二垂直腔面发射激光器200的结构可以相同或不同。在本实施例中，可例如同时点亮第一垂直腔面发射激光器阵列和第二垂直腔面发射激光器阵列。在一些实施例中，还可以单独点亮第一垂直腔面发射激光器阵列或第二垂直腔面发射激光器阵列。

如图2所示，本实施例提出另一种激光器芯片，图2与图1的区别在于第二垂直腔面发射激光器200的发光孔的孔径小于第一垂直腔面发射激光器100的发光孔的孔径。当然在一些实施例中，第二垂直腔面发射激光器200的发光孔的孔径也可以大于第一垂直腔面发射激光器100的发光孔的孔径。需要说明的是，图2仅示出两个垂直腔面发射激光器阵列，不限定第一垂直腔面发射激光器100和第二垂直腔面发射激光器200的排列方式。在本实施例中，第一垂直腔面发射激光器100的发光孔的孔径大于第二垂直腔面发射激光器200的发光孔的孔径，第一垂直腔面发射激光器100形成的第一垂直腔面发射激光器阵列可用于扫描远距离的物体，第二垂直腔面发射激光器200形成的第二垂直腔面发射激光器阵列可用于扫描近距离的物体。第一垂直腔面发射激光器阵列和第二垂直腔面发射激光器阵列可以同时控制或者单独控制。

如图1-图2所示，图1和图2都显示出了两个垂直腔面发射激光器阵列，当然图1和图2还可以包括三个垂直腔面发射激光器阵列，四个垂直腔面发射激光器阵列或更多个垂直腔面发射激光器阵列。

如图3所示，本实施例提出一种激光器芯片的制造方法，需要说明的是，该激光器芯片的制造方法以形成发光孔的不同孔径为例进行说明，当然该制造方法同样适用于制造孔径相同的激光器。

如图3所示，该制造方法包括，

S1：提供一衬底；

S2：形成第一反射层于所述衬底的第一表面上；

S3：形成至少两个有源层及至少一个隧道结于所述第一反射层上；

S4：形成第二反射层于所述有源层上；

S5：形成绝缘层于所述第二反射层上；

S6：形成第一电极于所述绝缘层上，以及形成第二电极于所述衬底的第二表面上。

如图4所示，在步骤S1-S4中，首先提供一衬底101，然后在衬底101的第一表面上形成第一反射层102，有源层103，隧道结104及第二反射层105，本实施例将衬底101的上表面定义为第一表面，将衬底101的下表面定义为第二表面。在本实施例中，该衬底101可以是任意适于形成垂直腔面发射激光器的材料，例如为砷化镓（GaAs）。衬底101可以是N型掺杂的半导体衬底，也可以是P型掺杂的半导体衬底，掺杂可以降低后续形成的电极与半导体衬底之间欧姆接触的接触电阻，在本实施例中，该衬底101为N型掺杂半导体衬底。

如图4所示，在本实施例中，第一反射层102可例如由包括AlGaAs和GaAs，或者高铝组分的AlGaAs和低铝组分的AlGaAs两种不同折射率的材料层叠构成，该第一反射层102可以为N型反射镜，该第一反射层102可以为N型的布拉格反射镜。第二反射层105可包括由AlGaAs和GaAs，或者高铝组分的AlGaAs和低铝组分的AlGaAs两种不同折射率的材料层叠构成，第二反射层105可以为P型反射镜，第二反射层105可以为P型的布拉格反射镜。第一反射层102和第二反射层105用于对有源层103产生的光线进行反射增强，然后从第二反射层105的表面射出。

如图4所示，在本实施例中，在第一反射层102上形成了三个有源层103，在三个有源层103内还形成有两个隧道结104，即三个有源层103通过两个隧道结104间隔开来。该有源层103包括第一半导体层1031，有源区1032和第二半导体层1033，有源区1032位于第一半导体层1031和第二半导体层1033之间。图4中第一半导体层1031和第二半导体层1033包括一个单独的材料层，但是第一半导体层1031和第二半导体层1033均可包括一层以上的层。第一半导体层1031和第二半导体层1033可包括磷化铟，其中第一半导体层1031可以为轻微N-型掺杂，第二半导体层1033可以为P-型掺杂。在一些实施例中，第一半导体层1031和第二半导体层1033还可以包括其他的材料，这些材料具体不同的掺杂构造。在本实施例中，有源区1032也可以称为活性区，有源区1032内包括多个量子结构层，所述量子结构层具有带隙波长，所述量子结构层中的每一层发射工作波长的光。

如图4所示，本实施例在第一反射层102上形成三个有源层103，在一些实施例中，还可以形成两个，四个或五个或更多个有源层。

如图4-图5所示，在本实施例中，在两个有源层103之间还形成有隧道结104，隧道结104可例如采用GaAs同质隧道结，隧道结104可由N型层1041和P型层1042组成，N型层1041设置在P型层1042上。N型层1041和P型层1042的厚度可例如在10-20nm，采用超薄层的隧道结104可以减少对光子的吸收损耗，隧道结104可以放置在该垂直腔面发射激光器的光学谐振腔的驻波节点处，这样可以减少隧道结104与光场的相互作用，也起到降低损耗的作用。在本实施例中，隧道结104位于有源层103之间，使得多个有源层103形成串联结构，从而使得载流子可以重复利用，从而在不提高电流的前提下提高每一垂直腔面发射激光器的出光强度。在本实施例中，N型层1041与第一半导体层1031接触，P型层1042与第二半导体层1033接触。

在一些实施例中，可例如通过化学气相沉积的方法形成第一反射层102，有源层103，隧道结104及第二反射层105。

在一些实施例中，在衬底101和第一反射层102中间还形成有缓冲层，以有效释放衬底101和第一反射层102之间的应力及位错过滤。

在一些实施例中，衬底101可以是蓝宝石衬底或其他材料衬底，或者至少衬底101的顶面由硅，砷化镓，硅碳化物，铝氮化物，镓氮化物中的一种组成。

在一些实施例中，第一反射层102或第二反射层105包括一系列不同折射率材料的交替层，其中每一交替层的有效光厚度（该层厚度乘以该层折射率）是四分之一垂直腔面发射激光器的工作波长的奇数整数倍，即每一交替层的有效光厚度为垂直腔面发射激光器的工作波长的奇数整数倍的四分之一。用于形成第一反射层102或第二反射层105交替层的合适介电材料包括钽氧化物，钛氧化物，铝氧化物，钛氮化物，氮硅化物等。用于形成第一反射层102或第二反射层105交替层的合适半导材料包括镓氮化物，铝氮化物和铝镓氮化物。然不限于此，在一些实施例中，第一反射层102和第二反射层105也可由其他的材料所形成。

在一些实施例中，该有源层103可以包括一个或多个氮化物半导体层，该半导体层包括夹在相应对的阻挡层之间的一个或多个量子阱层或一个或多个量子点层。

如图4所示，在形成第二反射层105之后，还在第二反射层105上形成导电连接层106，该导电连接层106用于连接第一电极。需要说明的是，图4中显示了四个导电连接层106，其中左侧的两个导电连接层106形成环形结构，右侧的两个导电连接层106形成环形结构。其中，导电连接层106的材料可包括Au金属、Ag金属、Pt金属、Ge金属、Ti金属及Ni金属中的一种或组合，具体可根据需要进行选择。在一些实施例中，接触导电连接层106的第二反射层105的表面具有浓度较高的掺杂以形成一欧姆接触层，如此以降低导电连接层106与第二反射层105之间欧姆接触的接触电阻，其中所述欧姆接触层可为P型掺杂欧姆接触层。在本实施例中，导电连接层106的形状可例如为圆环状，在一些实施例中，导电连接层106的形状还可以为椭圆形环状，矩形环状，六边形环状，导电连接层106的形状可根据需要进行选择。

如图6-图7所示，在形成导电连接层106之后，首先在第二反射层105上形成一图案化光阻层107，图案化光阻层107覆盖导电连接层106，且图案化光阻层107暴露出部分第二反射层105，然后根据图案化光阻层107对第二反射层105向下刻蚀，形成多个沟槽。图5中的箭头方向表示刻蚀方向。

如图7-图8所示，在本实施例中，通过刻蚀工艺从第二反射层105向下进行刻蚀，刻蚀至第一反射层102的表面，形成第一沟槽108a，第二沟槽108b及第三沟槽108c。

如图7-图8所示，通过刻蚀工艺形成两个台型结构，例如第一台型结构A和第二台型结构B，第一台型结构A和第二台型结构B通过第一沟槽108a分开，第一台型结构A还可以通过第二沟槽108b与其他台型结构分开，第二台型结构B还可以通过第三沟槽108c与其他台型结构分开。

如图8所示，在本实施例中，第一台型结构A和第二台型结构B例如圆柱状，因此第一台型结构A两侧的沟槽为环形结构，即第一台型结构A左侧的第二沟槽108b与第一台型结构A右侧的第一沟槽108a形成环形结构；第二台型结构B两侧的沟槽为环形结构，即第二台型结构B左侧的第一沟槽108a与第二台型结构B右侧的第三沟槽108c形成环形结构。第一台型结构A两侧的环形结构与第二台型结构B两侧的环形结构相交则形成第一沟槽108a，因此，当第一台型结构A两侧的环形结构与第二台型结构B两侧的环形结构相切时，则第一沟槽108a的宽度等于第二沟槽108b和第三沟槽108c的宽度之和，当第一台型结构A两侧的环形结构与第二台型结构B两侧的环形结构相离时，第一沟槽108a的宽度大于第二沟槽108b和第三沟槽108c的宽度之和，也就是说第一台型结构A与第二台型结构B之间还设置有第三台型结构。在本实施例中，第一沟槽108a，第二沟槽108b和第三沟槽108c的宽度一致。

如图8所示，在本实施例中，第一台型结构A的宽度大于第二台型结构B的宽度，第一台型结构A和第二台型结构B的宽度均小于衬底101的宽度，所述第一台型结构A的宽度为第一沟槽108a与第二沟槽108b之间的距离，所述第二台型结构B的宽度为第一沟槽108a与第三沟槽108c之间的距离。当然在一些实施例中，第一台型结构A的宽度可等于或小于第二台型结构B的宽度。在本实施例中，第一台型结构A例如用于形成图2中的第一垂直腔面发射激光器100，第二台型结构B例如用于形成图2中的第二垂直腔面发射激光器200。当第一台型结构A的宽度等于第二台型结构B的宽度，则第一台型结构例如用于形成图1中的第一垂直腔面发射激光器100，第二台型结构B例如用于形成图1中的第二垂直腔面发射激光器200。

如图7-图9所示，在步骤S5中，在形成多个沟槽之后，首先通过多个沟槽在台型结构上形成电流限制层109，以形成发光孔。例如通过第一沟槽108a和第二沟槽108b在第一台型结构A内形成电流限制层109，以形成第一发光孔109a，以及通过第一沟槽108a和第三沟槽108c在第二台型结构B内形成电流限制层109，以形成第二发光孔109b，电流限制层109均形成有源层103内，具体地，电流限制层109形成在第二半导体层1033内。

如图9所示，在本实施例中，该电流限制层109的一端与第二半导体层1033的侧壁连接，该电流限制层109的另一端延伸在第二半导体层1033内。由于通过高温氧化高掺铝的方法形成电流限制层109，因此第一台型结构A内的电流限制层109的宽度与第二台型结构B内的电流限制层109的宽度相同，由于第一台型结构A的宽度大于第二台型结构B的宽度，因此第一发光孔109a的孔径大于第二发光孔109b的孔径，第一发光孔109a和第二发光孔109b的孔径例如在4-20nm，例如第一发光孔109a的孔径为10nm，第二发光孔109b的孔径为6nm。在本实施例中，第一发光孔109a用于扫描远距离的物体，第二发光孔109b用于扫描近距离的物体。

如图8-图9所示，在本实施例中，在形成电流限制层109后，然后在第一台型结构A和第二台型结构B上形成绝缘层110，绝缘层110完全覆盖第一台型结构A和第二台型结构B，通过该绝缘层110可将第一台型结构A和第二台型结构B隔绝。

如图9所示，绝缘层110的材料可以是氮化硅或氧化硅或其他绝缘材料，该绝缘层110的厚度可在100-300nm，该绝缘层110可以保护电流限制层109，在本实施例中，可例如通过化学气相沉积的方式形成该绝缘层110。

如图9所示，在一些实施例中，电流限制层109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的一种，本实施例中采用的是氧化限制型电流限制结构。

如图9-图10所示，在步骤S6中，首先形成第一电极111，第一电极111位于第一台型结构A及第二台型结构B上，本实施例以第一台型结构A上的第一电极111为例进行介绍，部分第一电极111位于第一沟槽108a内，并延着第一台型结构A的侧壁延伸至第一台型结构A的顶部，与导电连接层106连接，部分第一电极111位于第二沟槽108b内，并沿着第一台型结构A的侧壁延伸至第一台型结构A的顶部，与导电连接层106连接。在形成第一电极111时，可先刻蚀位于导电连接层106上的绝缘层110以形成连接孔，即暴露出导电连接层106，然后在形成第一电极111时，第一电极111可以连接导电连接层106。需要说明的是，第一台型结构A上的第一电极111与第二台型结构B上的第一电极111的结构一致，第一台型结构A上的第一电极111与第二台型结构B上的第一电极111在第一沟槽108a内是连接起来的。

如图10所示，在本实施例中，第一电极111位于衬底101的第一表面上，第二电极112位于衬底101的第二表面上，第一台型结构A和第二台型结构B共用第一电极111和第二电极112。在本实施例中，第一台型结构A和第二台型结构B形成的垂直腔面发射激光器的发光孔的孔径不同，第一台型结构A形成的垂直腔面激光器的发光孔的孔径大，可用于扫描远距离的物体，第二台型结构B形成的垂直腔面激光器的发光孔的孔径小，可用于扫描近距离的物体，因此可以同时点亮第一台型结构A和第二台型结构B形成的垂直腔面发射激光器时，可以实现多种功能。

如图10所示，在本实施例中，第一电极111的材料可以包括Au金属、Ag金属、Pt金属、Ge金属、Ti金属及Ni金属中的一种或组合，第二电极112的材料可以包括Au金属、Ag金属、Pt金属、Ge金属、Ti金属及Ni金属中的一种或组合。

如图10所示，在本实施例中，第一台型结构A的宽度大于第二台型结构B的宽度，第一台型结构A和第二台型结构B形成的激光器不同，例如第一台型结构A形成图2中的第一垂直腔面发射激光器100，第二台型结构B形成图2中的第二垂直腔面发射激光器200。在一些实施例中，当第一台型结构A的宽度等于第二台型结构B的宽度时，第一台型结构A和第二台型结构B形成的激光器相同，例如第一台型结构A形成图1中的第一垂直腔面发射激光器100，第二台型结构B形成图1中的第二垂直腔面发射激光器200。

如图11所示，图11给出了光输出功率-电流曲线图，实线表示本实施例提出的激光器的光输出功率-电流曲线，曲线表示现有技术的激光器的光输出功率-电流曲线。从图中可以看出，随着电流增加，激光器的光输出功率逐渐升高，本实施例提出的激光器的光输出效率一直大于现有技术中的激光器的光输出效率，同时随着电流的增加，本实施例中的激光器的光输出效率与现有技术中的激光器的光输出效率的差值越来越大。因此也说明本实施中的激光器的光输出效率强。

如图12所示，图12（a）为通过现有技术中的激光器形成的点云阵列图案，图12（b）为通过本实施例中的激光器形成的点云阵列图案，通过对比可以看出，图12（b）中的点云阵列图案的强度更高，也就是点云阵列中光点的强度更高。综上所述，在同样大小的激光器芯片的情况下，具有隧道结的本发明的激光器芯片可以产生更高强度的光束，从而使得应用于结构光中激光器芯片的光斑强度更强，信噪比更高。因此可将本发明的激光器芯片中的第一垂直腔面发射激光器阵列及第二垂直腔面发射激光器阵列设置成均匀性更高的不同图案，在不同图案相互不交叠时，提供了比现有技术更多的出光电，从而可以提高结构光扫描的空间精度。

如图13所示，本实施例还提出一种三维感测装置20，该三维感测装置20包括一壳体21，位于壳体21上的显示装置22，位于壳体21内的飞行时间模组23。在本实施例中，该三维感测装置20可以例如为手机，平板电脑，智能手表等电子装置。

如图13所示，在本实施例中，显示装置22可例如为显示面板或盖板，显示装置22也可包括响应于对显示面板进行触控操作的电路等。显示面板可以为一个液晶显示面板，在一些实施例中，显示面板可以同时为触摸显示屏。

如图13所示，在本实施例中，三维感测装置20还可以包括飞行时间模组23，飞行时间模组23设置于壳体21内，并用于发射以及接收能够穿过显示装置22的光线，以根据光线发射和接收的时间差或相位差获取目标物体的距离。在本实施例中，飞行时间模组23例如可以为飞行摄像模组，其通过发射光线并接收被目标物体反射的光线，获取目标物体与三维感测装置之间的距离，从而获取具有目标物体的景深信息的图像。相应地，显示装置22可以设置有对应于飞行时间模组23的透光区域，透光区域用于允许飞行时间模组230发射或者接收光线。

如图13所示，飞行时间模组23可以包括激光器芯片231，图像传感器232和拍照控制模块233。当激光器芯片231启动时，拍照控制模块233控制图像传感器232采集与目标物体对应的光学图像，该光学图像是基于激光器芯片231发出的光线经过目标物体的表面反射至图像传感器232所形成的图像。进一步地，图像传感器232可以为具有互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor ，MOS)传感器，拍照控制模块233包括模拟前端(Analog Front End ，FE)和脉冲发生器，该脉冲发生器发送相应的时序控制激光器芯片231和图像传感器232，且激光器芯片231和图像传感器232的时序同步，激光器芯片231发出的光线射出后，遇到不同距离的目标物体，光线被反射到图像传感器232的时间不同，飞行时间模组23的拍照控制模块233能够通过时间或者信号相位差，计算出目标物体表面到图像传感器232的距离。该激光器芯片231的结构可以参阅图1-10及上述描述。

如图13所示，在本实施例中，图像传感器232根据接收到的目标物体反射回来的激光光线，测量每个像素点光线从所述激光器芯片到所述目标物体再反射回所述图像传感器232的时间。滤光片234设置在所述图像传感器232上，所述滤光片234用于收集反射回的激光光线，且只允许对应波长的激光光线通过。

如图14所示，本实施例还提出一种激光雷达30，该激光雷达包括一壳体31，壳体31包括基板311及侧板312，激光源32设置在基板311上，基板311上设置有连接激光源32的电路。在壳体31的顶部还设有光学元件33，激光源32发射的光束通过光学元件33向外发散。在本实施例中，该激光源32至少包括一个激光器芯片，激光器芯片的结构可参阅图1-10。

在本实施例中，该激光器芯片可用做光发射的各种光源，本实施例中的VCSEL可用于成像设备中，成像设备包括激光束打印机，复印机和传真机。

本实施例提出的激光器芯片可例如用于红外摄像头，3D深度识别探测器，图像信号处理。

在一些实施例中，该激光器芯片还可用于光通信中光源，例如光纤模块的光收发模块中的激光器。

综上所述，本发明提出一种激光器芯片及其制造方法与应用，本发明的激光器芯片大大提高了激光器芯片的光电转换效率，因此在相同条件下当垂直腔面发射激光器的发光孔相同时，本发明的激光器芯片可以增加光输出效率，提高点云阵列图案的强度；当垂直腔面发射激光器的发光孔不同时，每一垂直腔面发射激光器阵列可以独立实现特定功能，例如孔径大的垂直腔面发射激光器阵列可以用于扫描远距离的物体，孔径小的垂直腔面发射激光器阵列可以用于扫描近距离的物体，以达到一个激光器芯片实现多种功能的目的。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种激光器芯片，其特征在于，包括，

至少两个垂直腔面发射激光器阵列，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同，每一所述垂直腔面发射激光器阵列包括至少两个垂直腔面发射激光器；

其中，所述垂直腔面发射激光器包括，

衬底；

第一反射层，形成在所述衬底上；

至少两个有源层，形成在所述第一反射层上，所述至少两个有源层之间设置有隧道结；

第二反射层，形成在所述至少两个有源层上。

2.根据权利要求1所述的激光器芯片，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器阵列包括第一垂直腔面发射激光器阵列和第二垂直腔面发射激光器阵列，当所述第一垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同于所述第二垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径时，所述第一垂直腔面发射激光器阵列的台型结构的宽度不同于所述第二垂直腔面发射激光器阵列的台型结构的宽度。

3.根据权利要求2所述的激光器芯片，其特征在于，所述台型结构包括所述第一反射层，所述有源层及所述第二反射层，所述台型结构的宽度小于所述衬底的宽度。

4.根据权利要求1所述的激光器芯片，其特征在于，所述激光器芯片包括第一垂直腔面发射激光器阵列和第二垂直腔面发射激光器阵列，当所述第一垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同于所述第二垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径时，所述第一垂直腔面发射激光器阵列及所述第二垂直腔面发射激光器阵列用于扫描不同距离的物体。

5.根据权利要求1所述的激光器芯片，其特征在于，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径在4-20微米之间。

6.根据权利要求1所述的激光器芯片，其特征在于，所述有源层包括第一半导体层，第二半导体层及有源区，所述有源区设置在所述第一半导体层及第二半导体层之间。

7.根据权利要求6所述的激光器芯片，其特征在于，所述第二半导体层内设置有电流限制层，通过所述电流限制层定义发光孔。

8.根据权利要求6所述的激光器芯片，其特征在于，所述隧道结的两面分别接触所述第一半导体层及所述第二半导体层。

9.一种激光器芯片的制造方法，其特征在于，包括，

形成至少两个垂直腔面发射激光器阵列，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同，每一所述垂直腔面发射激光器阵列包括至少两个垂直腔面发射激光器；

其中，所述垂直腔面发射激光器包括，

衬底；

第一反射层，形成在所述衬底上；

至少两个有源层，形成在所述第一反射层上，所述至少两个有源层之间设置有隧道结；

第二反射层，形成在所述至少两个有源层上。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括，

基板；

激光源，设置在所述基板上；

光学元件，设置在所述激光源上；

其中，所述激光源包括至少一激光器芯片，所述激光器芯片包括至少两个垂直腔面发射激光器阵列，所述至少两个垂直腔面发射激光器阵列的发光孔的孔径不同，每一所述垂直腔面发射激光器阵列包括至少两个垂直腔面发射激光器；

其中，所述垂直腔面发射激光器包括，

衬底；

第一反射层，形成在所述衬底上；

至少两个有源层，形成在所述第一反射层上，所述至少两个有源层之间设置有隧道结；

第二反射层，形成在所述至少两个有源层上。

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