CN111313234B - 一种垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法与应用，包括，至少两个发射器，每一所述发射器包括至少两个发射单元，所述发射单元之间设置有第一导电连接层；至少一个绝缘区，设置在所述至少两个发射器之间；其中，所述至少两个发射器通过串联连接。本发明提出的垂直腔面发射激光器阵列可以提高发光面积。

Description

一种垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法与应用

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种垂直腔面发射激光器阵列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(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：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；而最吸引人的是它的制造工艺相较于其他半导体镭射易于大规模制造且生产成本较低。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。但是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

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提出一种垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法与应用，以实现高能量密度的垂直腔面发射激光器阵列，提高有效发光面积。

为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种垂直腔面发射激光器阵列，包括，

至少两个发射器，每一所述发射器包括至少两个发射单元，所述至少两个发射单元之间设置有第一导电连接层；

至少一个绝缘区，设置在所述发射器之间；

其中，所述至少两个发射器通过串联连接。

进一步地，每一所述发射单元包括一发光孔，每一所述多个发光孔包括长轴及短轴，所述长轴的长度大于所述短轴的长度。

进一步地，所述多个发射单元之间设置有第二沟槽，所述第二沟槽的长度大于所述发射单元的长度。

进一步地，所述第二沟槽暴露所述发射单元的第一接触层，所述第一导电连接层位于所述第二沟槽内，所述第一导电连接层接触所述第一接触层。

进一步地，相邻两个所述发射器之间设置有第三沟槽，所述第三沟槽的长度大于所述发射单元的长度，所述第三沟槽暴露所述发射单元的衬底。

进一步地，所述绝缘区设置在所述第三沟槽内，所述绝缘区接触所述衬底。

进一步地，每一所述发射单元内包括第二导电连接层，所述第二导电连接层位于所述发射单元的第二接触层上。

每一所述发射单元内包括焊盘电极，所述焊盘电极接触并设置在所述第二导电连接层上，相邻两个所述发射器之间通过所述焊盘电极及所述第一导电连接层串联。

进一步地，本发明提出一种垂直腔面发射激光器阵列的制造方法，包括，

形成至少两个发射器，每一所述发射器包括至少两个发射单元，所述发射单元之间设置有第一导电连接层；

形成至少一个绝缘区于所述多个发射器之间；

其中，所述至少两个发射器通过串联连接。

进一步地，本发明提出一种光发射装置，包括，

基板；

至少一发光元件，，所述至少一发光元件包括至少一垂直腔面发射激光器阵列；

其中，所述至少一垂直腔面发射激光器阵列，包括，

至少两个发射器，每一所述发射器包括至少两个发射单元，所述至少两个发射单元之间设置有第一导电连接层；

至少一个绝缘区，设置在所述发射器之间；

其中，所述至少两个发射器通过串联连接。

综上所述，本发明提出一种垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法与应用，通过串联连接多个发射器，且将每一发光孔设计成长方形，由此可实现高能量密度的垂直腔面发射激光器阵列，提高有效发光面积。通过形成串联结构的垂直腔面发射激光器阵列可以实现高电压小电流的工作模式。

附图说明

图1：本实施例中垂直腔面发射激光器的制造方法流程图。

图2：步骤S1-S2的结构示意图。

图3-4：步骤S3的结构示意图。

图5：步骤S4的结构示意图。

图6：发光孔的简要示意图。

图7：发光孔的简要示意图。

图8：形成钝化层的结构示意图。

图9：形成沟道保护层的结构示意图。

图10：步骤S5的结构示意图。

图11：形成焊盘电极的结构示意图。

图12：本实施例中垂直腔面发射激光器工作时电流流向图。

图13：图12的俯视图。

图14：本实施例中垂直腔面发射激光器阵列的制造方法流程图。

图15：本实施例中垂直腔面发射激光器阵列的结构示意图。

图16：本实施例中垂直腔面发射激光器阵列的俯视图。

图17：本实施例中光发射装置的简要示意图。

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，本实施例提出一种垂直腔面发射激光器的制造方法，包括，

S1：提供一衬底；

S2：形成一层叠结构于所述衬底上；

S3：形成多个沟槽于所述层叠结构上；

S4：形成电流限制层于所述层叠结构内，通过所述电流限制层形成多个发光孔；

S5：形成多个导电连接层于所述沟槽内。

如图2所示，在步骤S1-S2中，首先提供一衬底101，然后在衬底101形成第一接触层102，在第一接触层102上形成第一反射层103，在第一反射层103上形成有源层104，在有源层104上形成第二反射层105，在第二反射层105上形成第二接触层106。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）或其他半导体材料的衬底。在本实施例中，该衬底101例如为绝缘性衬底。在本实施例中，将第一接触层102，第一反射层103，有源层104，第二反射层105及第二接触层106定义为层叠结构或外延结构。

如图2所示，在本实施例中，第一接触层102可以是N型掺杂的接触层，也可以是P型掺杂的接触层，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，该第一接触层102例如为N型掺杂的接触层。该第一接触层102可以有效释放衬底101和第一反射层103之间的应力及位错过滤，其中第一接触层102可例如采用GaAs或AlGaAs材料。第一反射层103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103可以为N型反射镜，该第一反射层103可以为N型的布拉格反射镜，该第一反射层103也可以为P型的布拉格反射镜，本发明不限于此。有源层104包括层叠设置的量子阱复合结构，由GaAs和AlGaAs，或者InGaAs和AlGaAs材料层叠排列构成，有源层104用以将电能转换为光能。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，该第一反射层103也可以为N型的布拉格反射镜，本发明不限于此。第一反射层103和第二反射层105用于对有源层104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。在本实施例中，该第二接触层106例如为P型掺杂的接触层，其中第二接触层106可例如采用GaAs或AlGaAs材料。

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接触层102，第一反射层103，有源层104，第二反射层105及第二接触层106。

在一些实施例中，第一反射层103，有源层104和第二反射层105的厚度总和在8-10微米。

在一些实施例中，第一反射层103或第二反射层105包括一系列不同折射率材料的交替层。用于形成第一反射层103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103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103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104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3-4所示，在步骤S3中，首先在第二接触层106上形成图案化光阻层107，然后根据图案化光阻层107对第二接触层106向下刻蚀，形成多个沟槽。

如图4所示，通过刻蚀工艺从第二接触层106向下进行刻蚀，形成多个沟槽，例如形成多个第一沟槽108a，第二沟槽108b及第三沟槽108c。其中，第一沟槽108a暴露至第一反射层103，两个第一沟槽108a之间形成台面结构108，台面结构108从上至下依次包括第二接触层106，第二反射层105，有源层104及部分第一反射层103，该台面结构108用于形成发光孔。在本实施例中，第二沟槽108b及第三沟槽108c可例如通过多次刻蚀步骤，例如可通过两次刻蚀步骤形成第二沟槽108b及第三沟槽108c，其中，第一次刻蚀至第一反射层103，然后通过第二次刻蚀至第一接触层102或衬底101。通过两次刻蚀，在第一反射层103中形成平台结构，本实施例不对平台结构的尺寸进行限定。在本实施例中，第二沟槽108b暴露第一接触层102，第三沟槽108c暴露衬底101，其中，相邻两个发射单元共用第二沟槽108b，即通过第二沟槽108b将多个发射单元分隔开。在本实施例中，第三沟槽108c用于分隔相邻的发射器，每个发射器至少包括两个发光单元，所述发光单元例如为垂直腔面发射激光器。

如图4所示，在本实施例中，第一沟槽108a的侧壁可例如竖直状，第二沟槽108b及第三沟槽108c的截面可例如为两个上宽下窄的梯形，且上面的梯形大于下面的梯形。第二沟槽108b及第三沟槽108c的形状可根据制程来确定。在一些实施例中，第二沟槽108b及第三沟槽108c的横截面也可以为矩形状，在一些实施例中，第二沟槽108b及第三沟槽108c的横截面也可以为一个上宽下窄的梯形，本发明并不限于此。

在本实施例中，第一沟槽108a的形状不做任何限定，可例如为椭圆形，六边形，正八边形，矩形或其他图形。

在一些实施例中，可例如通过湿法刻蚀或干法刻蚀形成第一沟槽108a，第二沟槽108b及第三沟槽108c。

在一些实施例中，第一沟槽108a的深度可在3-5微米，深度例如为3微米，4微米，宽度可在2-30微米，例如宽度可以为2微米，3微米或5微米或10微米等，台面结构108的宽度可在2-40微米，例如为5微米，7微米或15微米。

如图5所示，在步骤S4中，在形成台面结构108后，在台面结构108内形成电流限制层109，以形成发光孔。通过高温氧化高掺铝的方法，对第一沟槽108a的侧壁进行氧化，以在第二反射层105内形成电流限制层109，并由电流限制层109定位发光孔。由于第一沟槽108a及电流限制层109切断了相应区域的电流路径，使得有源层104产生的光线从发光孔内出射。

在一些实施例中，电流限制层109可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。

在一些实施例中，电流限制层109还可以形成在第一反射层103内。

如图6所示，图6显示为通过电流限制层109形成的发光孔109a的结构示意图，从图6可知，由于将第一沟槽108a设计矩形状，因此形状矩形发光孔109a，其中该发光孔109a的宽度（短轴）可以为各种微米单位下长度，例如5-18微米，该发光孔109的长宽比（长轴与短轴比例）可为3倍至20倍之间，例如长轴是短轴的5倍或10倍。在本实施例中，将发光孔109a设计成矩形，可以克服圆形大孔径电流注入差的问题。

如图7所示，在一些实施例中，还可以将该发光孔109a 设计带倒角的矩形或椭圆形，该发光孔109a为带倒角的矩形时，该发光孔109a的短轴D可例如为5-18微米，该发光孔109a的长轴L与短轴D的比例可例如为3倍至20倍之间。当该发光孔109a为椭圆形时，该发光孔109a的短轴D可例如为5-18微米之间，该发光孔109a的长轴L与短轴D的比例可例如为3倍至20倍之间。

在一些实施例中，该发光孔109a还可以为圆形，环形，六边形或其他多边形。

在一些实施例中，该发光孔109a还可以为环形发光孔，例如为矩形发射环，圆形发射环。

在一些实施例中，该发光孔109a还可以为带有矩形中空区域的圆形发光区域，还可以形成带有圆形中空区域的方形发光区域，还可以形成带有六边形中空区域的圆形发光区域，还可以形成带有椭圆形中空区域的圆形发光区域。需要说明的是，圆形中空区域，矩形中空区域，椭圆形中空区域及多边形中空区域均为封闭的区域。

如图8所示，在形成电流限制层109后，还可以第二接触层106上形成钝化层110，部分钝化层110位于第二接触层106上，部分钝化层110位于第一沟槽108a内，部分钝化层110位于第二沟槽108b及第三沟槽108c内。其中，钝化层110位于第一沟槽108a的侧壁及底部上，当钝化层110位于第二沟槽108b及第三沟槽108c内时，钝化层110未覆盖全部第二沟槽108b及第三沟槽108c，钝化层110位于第二沟槽108b及第三沟槽108c的上半部分。在本实施例中，钝化层110的材料可以是氮化硅或氧化硅或其他绝缘材料，该钝化层110的厚度可在100-300纳米，该钝化层110可以保护台面结构，尤其是台面结构的电流限制层109，还可以有效隔离相邻的台面结构。

在本实施例中，可例如通过化学气相沉积的方式形成该钝化层110。

如图9所示，在形成钝化层110后，还可以在钝化层110上形成沟道保护层111，沟道保护层111位于钝化层110上。沟道保护层111还位于第一沟槽108a，第二沟槽108b及第三沟槽108c内。当沟道保护层111位于第一沟槽108a内时，沟道保护层111位于钝化层110上。当沟道保护层111位于第二沟槽108b内时，沟道保护层111位于第二沟槽108b的侧壁及底部上，即，部分沟道保护层111位于钝化层110上，部分沟道保护层111位于第二沟槽108b的侧壁上，部分沟道保护层111位于第二沟槽108b的底部（第一接触层102）上。当沟道保护层111位于第三沟槽108c内时，沟道保护层111位于第三沟槽108c的侧壁及底部上，即，部分沟道保护层111位于钝化层110上，部分沟道保护层111位于第三沟槽108c的侧壁上，部分沟道保护层111位于第三沟槽108c的底部（衬底101）上。在本实施例中，沟道保护层111可例如采用氧化硅层或由氧化硅层及氮化硅层形成的组合，沟道保护层111的厚度可例如为100-300nm，沟道保护层111的厚度还可以根据具体设计进行调整。

如图9所示，在本实施例中，该沟道保护层111用于形成绝缘区，当沟道保护层111位于第三沟槽108c内，由于衬底101及沟道保护层111为绝缘性材料，因此实现相邻两个发射器的相互绝缘，由此避免电流由一侧的发射器流向另一侧的发射器。

如图10所示，在步骤S5中，在形成沟道保护层111后，首先在沟道保护层111上形成图案化光阻层，然后根据该图案化光阻层向下进行刻蚀。具体地，通过刻蚀工艺暴露出多个凹部，多个凹部位于台面结构以及第二沟槽108b的底部上，当多个凹部位于台面结构上时，凹部位于台面结构的两端，且凹部暴露第二接触层106，当凹部位于第二沟槽108b内时，凹部暴露第一接触层102。在形成凹部后，可在所述凹部内形成第一导电连接层112a及第二导电连接层112b，其中第一导电连接层112a位于第二沟槽108b内，第一导电连接层112a与第一接触层102接触，第二导电连接层112b位于台面结构上，第二导电连接层112b与第二接触层106接触。第一导电连接层112a及第二导电连接层112b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。

在一些实施例中，第二导电连接层112b还可以包括自下而上的Ti层、Pt层及Au层所组成的叠层结构，该叠层结构可以与第二接触层106具有较好的结合强度，且形成欧姆接触后，具有较小的接触电阻。

在一些实施例中，可例如通过蒸镀法形成第一导电连接层112a及第二导电连接层112b。

在一些实施例中，还可以首先在第二接触层106上形成第二导电连接层112b，然后在形成沟槽，从而提高刻蚀精度，提高产品良率，同时形成的第二导电连接层112b也可以作为后续光刻、刻蚀等工艺的对准标记。

如图11所示，在形成第一导电连接层112a及第二导电连接层112b后，还可以在沟道保护层111上形成焊盘电极113，其中，焊盘电极113填充第一沟槽108a，部分焊盘电极113位于台面结构上，且焊盘电极113与第二导电连接层112b接触。需要说明的是，焊盘电极113未遮挡发光孔。焊盘电极113的材料可例如为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12-13所示，本实施例提出一种发射器100，该发射器100包括第一发射单元100a及第二发射单元100b，第一发射单元100a与第二发射单元100b之间通过一沟槽（第二沟槽108b）隔开，第一发射单元100a与第二发射单元100b为对称结构或大致对称。该发射器100可以为垂直腔面发射激光器。

如图12所示，本实施例以第一发射单元100a为例说明发射器100的结构，第一发射单元100a包括一衬底101；第一接触层102，位于衬底101上；第一反射层103，位于第一接触层102上；有源层104，位于第一反射层103上；第二反射层105，位于有源层104上；第二接触层106，位于第二反射层105上；多个第一沟槽108a，所述第一沟槽108a从第二接触层106延伸至第一反射层103，即该第一沟槽108a贯穿第二接触层106，第二反射层105，有源层104，延伸至第一反射层103。第一发射单元100a还包括多个电流限制层109，多个电流限制层109位于第二反射层105内，通过多个电流限制层109定义出发光孔。第一发射单元100a还包括钝化层110，钝化层110位于第二接触层106上，钝化层110还位于多个第一沟槽内，第一发射单元100a还包括沟道保护层111，沟道保护层111位于钝化层110上，以及沟道保护层111位于多个第一沟槽108a内。第一发射单元100a还包括第二导电连接层112b及焊盘电极113，第二导电连接层112a位于多个第一沟槽108a之间，第二导电连接层112b位于第二反射层105上，第二导电连接层112b与第二接触层106接触，焊盘电极113位于沟道保护层111上，且焊盘电极113与第二导电连接层112b接触，焊盘电极113填充多个第一沟槽108a，且焊盘电极113未遮挡发光孔。

如图12所示，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）。在本实施例中，该衬底101可例如为半绝缘性衬底或绝缘性衬底。第一接触层102可例如为掺杂有硅(Si)的GaAs层，以有效释放衬底101和第一反射层103之间的应力及位错过滤，第一接触层102可例如为N型接触层。第一反射层103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103可以为N型反射镜，该第一反射层103可以为N型的布拉格反射镜。有源层104包括层叠设置的量子阱复合结构，由GaAs和AlGaAs，或者InGaAs和AlGaAs材料层叠排列构成，有源层104用以将电能转换为光能。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103和第二反射层105用于对有源层104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。在本实施例中，第二接触层106可以为P型接触层，第二接触层106可例如采用GaAs或AlGaAs材料。

如图12所示，在本实施例中，可例如通过高温氧化高掺铝的方法，对第一沟槽108a的侧壁进行氧化，用以在第二反射层105内形成多个电流限制层109，并由多个电流限制层109定义出发光孔。由于第一沟槽108a及多个电流限制层107切断了相应区域的电流路径，使得有源层104产生的光线从发光孔内出射。

在一些实施例中，电流限制层109可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13所示，图13显示为图12的俯视图，需要说明的是，图13仅为显示出第一发光单元100a与第二发光单元100b的连接关系，在本实施例中，第一发射单元100a的发光孔109a可例如为矩形，该发光孔109a的宽度(短轴)可以为5-18微米，例如5-6微米，7-8微米，8-9微米或10-12微米，该发光孔109a的长宽比（长轴与短轴的比例）可为3倍至20倍之间。

在一些实施例中，该发光孔109a还可以为圆形，椭圆形，六边形，正八边形或其他图形。

如图12所示，在本实施例中，在第一发射单元100a及第二发射单元100b之间形成有第二沟槽108b，即第一发射单元100a及第二发射单元100b共用第二沟槽108b，第二沟槽108b包括上下两个部分，其中上下两个部分均为上宽下窄的倒梯形状，第二沟槽108b暴露第一接触层102。在一些实施例中，可例如通过两次刻蚀工艺形成第二沟槽108b。

如图12所示，在本实施例中，在第二沟槽108b的侧壁上形成钝化层110及沟道保护层111，沟道保护层111位于钝化层110上，钝化层110位于第二沟槽108b的上半部分的侧壁上，沟道保护层111完全覆盖第二沟槽108b的侧壁。在第二沟槽108b的底部上还形成有第一导电连接层112a，第一导电连接层112a位于第一接触层102上。第一导电连接层112a及第二导电连接层112b的材质可例如为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12所述，在本实施例中，在第二发射单元100b的一端还设置有第三沟槽108c，第三沟槽108c的结构与第二沟槽108b的结构基本一致，两者不同之处在于，第三沟槽108c暴露衬底101，且在第三沟槽108c的底部及侧壁上形成有沟道保护层111。需要说明的是，当形成多个发射器100时，多个发射器100通过第三沟槽108c隔开，也可以理解为相邻两个发射器100共用同一个第三沟槽108c。通过第三沟槽108c内的沟道保护层111即可将相邻两个发射器100相互绝缘。

如图12所示，当该发射器100工作时，电流从第二导电连接层112b注入，经过第二反射层105，进入有源层104，由于电流限制层109及沟槽的存在，电流无法通过电流限制层109及沟槽，因此只能在发光孔内受激发射，形成波导结构，并在第二反射层105，第一反射层103形成的谐振腔内形成激光振荡，从第二反射层105出射，形成出射光线。图12中的箭头方向为电流方向。

如图13所示，在本实施例中，第一发射单元100a与第二发射单元100b通过焊盘电极113连接，第一发射单元100a与第二发射单元100b之间为第二沟槽108b，在第二沟槽108b内设置有第一导电连接层112a，且第一导电连接层112a的一端还连接焊盘电极113。从图13可知，第二沟槽108b的长度大于第一发射单元100a的长度，第二沟槽108b的长度大于第二发射单元100b的长度，需要说明的是，第二沟槽108b的长度以发光孔的长轴方向为参考方向，第一发射单元100a的长度以发光孔的长轴方向为参考方向。当第一发射单元100a连接第二发射单元100b时，通过在第二沟槽108b内蒸镀焊盘电极113，从而实现第一发射单元100a连接第二发射单元100b。需要说明的是，第一导电连接层112a的一端还连接焊盘电极113是为了连接另一个发射器100的第二导电连接层112b，从而实现多个发射器100的串联。

在本实施例中，该垂直腔面发射激光器为正面发射结构，在一些实施例中，该垂直腔面发射激光器还可以为背面发射结构。

如图14所示，本实施例提出一种垂直腔面发射激光器阵列的制造方法，包括：

S11：提供至少两个发射器；

S12：形成至少一个绝缘区于所述至少两个发射器之间，并将所述至少两个发射器串联。

如图15所示，在步骤S11-S12中，首先提供多个发射器，图15中显示了三个发射器，例如第一发射器201，第二发射器202及第三发射器203第一发射器201，第二发射器202及第三发射器203的结构基本相同，第一发射器201的结构及制造方法可参阅上述描述。以下以第一发射器201为例阐述发射器的结构。第一发射器201包括包括两个发射单元，两个发射单元之间设置有第二沟槽108b，两个发射单元之间共用一个衬底101，第二沟槽108b的底部设置有第一导电连接层112a。在第一发射器201及第二发射器202之间设置有第三沟槽108c，在第三沟槽108c内形成有沟道保护层111，通过该沟道保护层111可实现第一发射器201与第二发射器202之间的绝缘。沟道保护层111的材料可例如为氮化硅，氧化硅或氮氧化硅。

需要说明的是，在第一发射器201，第二发射器202及第三发射器203上形成有第一焊盘电极113a，第一焊盘电极113a可例如为P型焊盘电极。其中，图15中的第三发射器203仅显示部分结构。如图15所示，在本实施例中，在形成该垂直腔面发射激光器阵列200时，可以同时形成第一发射器201，第二发射器202及第三发射器203。需要说明的是，还可以同时形成更多个发射器，例如形成第四发射器及第五发射器。

如图15-16所示，图16显示为图15的俯视图，需要说明的是，图15为图16的局部截面图，图16中的第二焊盘电极113b未在图15中体现。第一发射器201，第二发射器202及第三发射器203通过串联形成垂直腔面发射激光器阵列200。如图16所示，第一发射器201的第一发射单元100a及第二发射单元100b通过第一焊盘电极113a连接起来，第一发射器201的第一导电连接层112a通过导电层与第二发射器202的第一焊盘电极113a连接，从而使得第一发射器201的第一导电连接层112a与第二发射器202的第二导电连接层112b连接起来。同理，第二发射器202的第一导电连接层112a与第三发射器203的第二焊盘电极113a连接起来，从而实现第一发射器201，第二发射器202及第三发射器203的串联。

如图15-16所示，当使用该垂直腔面发射激光器阵列时，电流从第一发射器201的第一焊盘电极113a流入，然后通过第二导电连接层112b，流向第一导电连接层112a，然后流向第二发射器202的第一焊盘电极113a，接着流向第二导电层112b，流向第一导电连接层112a，然后流向第三发射器203的第一焊盘电极113a，然后流向第二导电连接层112b，流向第一导电连接层112a，最后流向第二焊盘电极113b。在本实施例中，第一焊盘电极113a例如为P型焊盘电极，第二焊盘电极113b可例如为N型焊盘电极，电流可以从第一焊盘电极113a流向第二焊盘电极113b，无法从第二焊盘电极113b流向第一焊盘电极113a。其中，图15中的箭头表示电流的方向。

如图16所示，在本实施例中，发光孔109a可例如为矩形发光孔，矩形发光孔的宽度可例如在5-18微米，例如为9-10微米，矩形发光孔的长度与宽度的比例可在3倍至20倍之间。

在一些实施例中，发光孔109a还可以为圆形发光孔，椭圆形发光孔，六边形发光孔或环形发光孔。

如图17所示，本实施例还提出一种光发射装置10，该光发射装置10包括一基板11以及设置在基板11上的发光元件12。发光元件12内包括至少一个垂直腔面发射激光器阵列13，该垂直腔面发射激光器阵列13内包括多个垂直腔面发射激光器，多个垂直腔面发射器通过串联连接，每一垂直腔面发射激光器内包括多个发射单元，每一发射单元内包括一发射孔，该发射孔可例如为矩形发光孔，圆形发光孔，椭圆形发光孔或环形发光孔。

在本实施例中，该垂直腔面发射激光器阵列及其应用的光发射装置10可用做光发射的各种光源，垂直腔面发射激光器的阵列也可以作为多束光源使用。本实施例中的垂直腔面发射激光器可用于成像设备中，成像设备包括激光束打印机，复印机和传真机。

本实施例提出的垂直腔面发射激光器阵列可例如用于激光雷达，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，该垂直腔面发射激光器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，本发明提出一种垂直腔面发射激光器阵列及其制造方法与应用，通过串联连接多个发射器，且将每一发光孔设计成长方形，由此可实现高能量密度的垂直腔面发射激光器阵列，提高有效发光面积。

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 (7)

1.一种垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，包括，

至少两个发射器，每一所述发射器包括至少两个发射单元，所述至少两个发射单元之间设置有第一导电连接层；

至少一个绝缘区，设置在所述发射器之间；

其中，所述至少两个发射器通过串联连接；

其中，所述至少两个发射单元之间设置有第二沟槽，所述第二沟槽的长度大于所述发射单元的长度；

其中，至少两个所述发射单元通过焊盘电极连接，部分所述焊盘电极位于所述第二沟槽内；

其中，所述第一导电连接层位于所述第二沟槽内，所述第一导电连接层的一端还连接所述焊盘电极；

其中，每一所述发射单元内包括第二导电连接层，所述第二导电连接层位于所述发射单元的第二接触层上；

其中，所述焊盘电极接触并设置在所述第二导电连接层上，相邻两个所述发射器之间通过所述焊盘电极及所述第一导电连接层串联。

2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，每一所述发射单元包括一发光孔，所述发光孔包括长轴及短轴，所述长轴的长度大于所述短轴的长度。

3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，所述第二沟槽暴露所述发射单元的第一接触层，所述第一导电连接层接触所述第一接触层。

4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，相邻两个所述发射器之间设置有第三沟槽，所述第三沟槽的长度大于所述发射单元的长度，所述第三沟槽暴露所述发射单元的衬底。

5.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器阵列，其特征在于，所述绝缘区设置在所述第三沟槽内，所述绝缘区接触所述衬底。

6.一种垂直腔面发射激光器阵列的制造方法，其特征在于，包括，

形成至少两个发射器，每一所述发射器包括至少两个发射单元，所述发射单元之间设置有第一导电连接层；

形成至少一个绝缘区于所述至少两个发射器之间；

其中，所述至少两个发射器通过串联连接；

其中，所述至少两个发射单元之间设置有第二沟槽，所述第二沟槽的长度大于所述发射单元的长度

其中，至少两个所述发射单元通过焊盘电极连接，部分所述焊盘电极位于所述第二沟槽内，

其中，所述第一导电连接层位于所述第二沟槽内，所述第一导电连接层的一端还连接所述焊盘电极；

每一所述发射单元内包括第二导电连接层，所述第二导电连接层位于所述发射单元的第二接触层上；

其中，所述焊盘电极接触并设置在所述第二导电连接层上，相邻两个所述发射器之间通过所述焊盘电极及所述第一导电连接层串联。

7.一种光发射装置，其特征在于，包括，

基板；

至少一发光元件，所述至少一发光元件包括至少一垂直腔面发射激光器阵列；

其中，所述至少一垂直腔面发射激光器阵列，包括，

至少两个发射器，每一所述发射器包括至少两个发射单元，所述至少两个发射单元之间设置有第一导电连接层；

至少一个绝缘区，设置在所述发射器之间；

其中，所述至少两个发射器通过串联连接；

其中，所述至少两个发射单元之间设置有第二沟槽，所述第二沟槽的长度大于所述发射单元的长度

其中，至少两个所述发射单元通过焊盘电极连接，部分所述焊盘电极位于所述第二沟槽内，

其中，所述第一导电连接层位于所述第二沟槽内，所述第一导电连接层的一端还连接所述焊盘电极；

其中，每一所述发射单元内包括第二导电连接层，所述第二导电连接层位于所述发射单元的第二接触层上；

其中，所述焊盘电极接触并设置在所述第二导电连接层上，相邻两个所述发射器之间通过所述焊盘电极及所述第一导电连接层串联。

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