CN113809639A - Vcsel及控制vcsel发光方向的方法 - Google Patents

Vcsel及控制vcsel发光方向的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种VCSEL及控制VCSEL发光方向的方法，该VCSEL包括依次层叠的一次蚀刻台面、二次蚀刻台面和三次蚀刻台面，其中，所述一次蚀刻台面内设有氧化孔，在所述氧化孔的光窗平台上设有微透镜，当所述微透镜的焦点与所述光窗平台的中心轴之间的距离大于0，使出射光偏向所述微透镜的焦点相对于所述光窗平台的中心轴的一侧。

Description

VCSEL及控制VCSEL发光方向的方法
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种VCSEL及控制VCSEL发光方向的方法。
背景技术
现有的VCSEL，出光都是沿轴向散射的，发散角度大，在实际应用过程中，通常都需要额外的准直镜或者聚焦透镜，这样导致光的耦合率较低，并且控制发光方向也需要通过镜组多次折射和反射，成本高，操作也十分不方便。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提出一种方便控制发光角度的VCSEL及控制VCSEL发光方向的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种VCSEL，包括依次层叠的一次蚀刻台面、二次蚀刻台面和三次蚀刻台面，其中，所述一次蚀刻台面内设有氧化孔，在所述氧化孔的光窗平台上设有微透镜，所述微透镜的焦点与所述光窗平台的中心轴之间的距离大于0，使出射光偏向所述微透镜的焦点相对于所述光窗平台的中心轴的一侧。
进一步的，在所述微透镜上还设有抗反射镀膜。
进一步的，所述抗反射镀膜覆盖所述一次蚀刻台面、所述二次蚀刻台面和所述三次蚀刻台面并具有供电极露出以供电流通入的避位孔。
进一步的，所述电极包括设置在所述一次蚀刻台面上的p型电极和设置在所述三次蚀刻台面上的n型电极。
进一步的，所述抗反射镀膜的制作材料包括SiOxNy或SiN。
进一步的，所述一次蚀刻台面蚀刻至n型布拉格反射层。
进一步的，所述二次蚀刻台面蚀刻至n型奥姆接触层。
进一步的，所述三次蚀刻台面蚀刻至衬底。
进一步的，所述微透镜的外径小于所述光窗平台的直径。
本发明还提供一种控制VCSEL发光方向的方法，包括以下步骤：
在外延成长后的p-DBR上通过光阻烘烤形成微透镜的形状；
对微透镜和p-DBR进行干蚀刻，使微透镜形成在VCSEL的表面；
进行一次台面蚀刻形成一次蚀刻台面；
进行湿氧化制程，在一次蚀刻台面内形成氧化层；
进行二次台面蚀刻形成二次蚀刻台面；
进行三次蚀刻台面形成三次蚀刻台面；
其中，在光阻烘烤时通过控制微透镜的形状调整微透镜的曲率和/或焦距，并在光阻烘烤时和/或一次台面蚀刻时通过调整微透镜的位置，控制微透镜的焦点与光窗平台的中心轴之间的距离，从而控制VCSEL的发射角度和发光方向。
本发明的有益效果在于：在一次蚀刻台面上设置了微透镜，通过微透镜可以减少散射，降低发散角度，从而提高耦合率；并且微透镜的焦点与光窗平台的中心轴偏离，使得出射光能够在微透镜的折射下向该侧偏离，并且可以根据微透镜的曲率及其焦点与中心轴的距离调整出光角度。
附图说明
图1是本发明实施例一种VCSEL的结构示意图。
标号说明：
100、一次蚀刻台面；110、氧化孔；120、光窗平台；130、微透镜；
140、n型电极；101、p型布拉格反射层；102、MQW；200、二次蚀刻台面
201、n型布拉格反射层；300、三次蚀刻台面；301、奥姆接触层；
400、p型电极；500、衬底；600、抗反射镀膜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种VCSEL及控制VCSEL发光方向的方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，一种VCSEL，包括依次层叠的一次蚀刻台面100、二次蚀刻台面200和三次蚀刻台面300，其中，一次蚀刻台面100内设有氧化孔110，在氧化孔110的光窗平台120上设有微透镜130，微透镜130的焦点与光窗平台120的中心轴之间的距离大于0，使出射光偏向微透镜130的焦点相对于光窗平台120的中心轴的一侧。
在一次蚀刻台面100上设置了微透镜130，通过微透镜130可以减少散射，降低发散角度，从而提高耦合率；并且微透镜130的焦点与光窗平台120的中心轴偏离，使得出射光能够在微透镜130的折射下向该侧偏离，并且可以根据微透镜130的曲率及其焦点与中心轴的距离调整出光角度。
请参照图1，在微透镜130上还设有抗反射镀膜600。抗反射镀膜600一般采用电镀或沉积的方式设置。设置抗反射镀膜600可以降低反射，提高光的通过效率。
请参照图1，抗反射镀膜600覆盖一次蚀刻台面100、二次蚀刻台面200和三次蚀刻台面300并具有供电极露出以供电流通入的避位孔。降低接触电阻，从而提供更好的光学性质，降低高频阻抗，提升高频特性，减少热效应，并增加可靠度。
请参照图1，电极包括设置在一次蚀刻台面100上的p型电极400和设置在三次蚀刻台面300上的n型电极140。
优选的，抗反射镀膜600的制作材料包括SiOxNy或SiN。
请参照图1，一次蚀刻台面100蚀刻至n型布拉格反射层201。进一步的，二次蚀刻台面200蚀刻至n型奥姆接触层301。进一步的，三次蚀刻台面300蚀刻至衬底500。可以理解的，VCSEL的外延层一般从下至上包括衬底500、接触层、p-DBR(p型布拉格反射层101)、MQW102(MultipleQuantumWell)，多量子阱)和n-DBR(n型布拉格反射层201)，其中一次蚀刻台面100由n-DBR、MQW102组成，在一些时候也包括部分p-DBR，二次蚀刻台面200由一次蚀刻台面100下方的p-DBR蚀刻形成；三次蚀刻台面300则由接触层组成。衬底500一般采用砷化镓衬底500。
优选的，微透镜130的外径小于光窗平台120的直径。方便控制发光角度。特别的，微透镜130的外径为光窗平台120的直径的0.5-1倍。特别的，微透镜130的焦点与光窗平台120的中心轴之间的距离L一般小于微透镜130的半径。
特别的，微透镜130可以采用干蚀刻的方式设置在一次蚀刻台面100的光窗平台120上。
本发明还提供一种控制VCSEL发光方向的方法，包括以下步骤：在外延成长后的p-DBR(p型布拉格反射层101)上通过光阻烘烤形成微透镜的形状；
对微透镜130和p-DBR进行干蚀刻，使微透镜形成在VCSEL的表面；
进行一次台面蚀刻形成一次蚀刻台面100；
进行湿氧化制程，在一次蚀刻台面内形成氧化层；
进行二次台面蚀刻形成二次蚀刻台面200；
进行三次蚀刻台面形成三次蚀刻台面300；
其中，在光阻烘烤时通过控制微透镜130的形状调整微透镜130的曲率和/或焦距，并在光阻烘烤时和/或一次台面蚀刻时通过调整微透镜130的位置，控制微透镜130的焦点与光窗平台120的中心轴之间的距离，从而控制VCSEL的发射角度和发光方向。
可以理解的，本申请的VCSEL先通过外延磊晶成长制作外延结构；进行光阻烘烤，确定微透镜130的材料和形状；进行干蚀刻，蚀刻p-DBR和微透镜130，使微透镜呈现在VSCEL的表面；进行一次蚀刻，蚀刻至n-DBR210形成一次蚀刻台面100；通过湿氧化制程，在一次蚀刻台面内形成氧化层；进行二次蚀刻，蚀刻至奥姆接触层形成二次蚀刻台面200；进行三次蚀刻，蚀刻至衬底500；金属电极蒸镀，形成p电极400和n电极140；镀上抗反射镀膜600，并在镀膜时或者通过蚀刻使p电极400和n电极140露出供电流通过。
由于微透镜130采用光阻烘烤和干蚀刻制成，可以由原本的p-DBR层形成，使得微透镜130的稳定性强，不易脱落。
特别的，多个本申请的VCSEL可以组成阵列，并且可以通过控制每个VCSEL的发光角度控制阵列的发光方向，可以减少封装段制作时间，增加生产速率。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
综上所述，本发明提供的一种VCSEL及控制VCSEL发光方向的方法，在一次蚀刻台面上设置了微透镜，通过微透镜可以减少散射，降低发散角度，从而提高耦合率；并且微透镜的焦点与光窗平台的中心轴偏离，使得出射光能够在微透镜的折射下向该侧偏离，并且可以根据微透镜的曲率及其焦点与中心轴的距离调整出光角度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种VCSEL，其特征在于，包括依次层叠的一次蚀刻台面、二次蚀刻台面和三次蚀刻台面，其中，所述一次蚀刻台面内设有氧化孔，在所述氧化孔的光窗平台上设有微透镜，所述微透镜的焦点与所述光窗平台的中心轴之间的距离大于0，使出射光偏向所述微透镜的焦点相对于所述光窗平台的中心轴的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种VCSEL，其特征在于，在所述微透镜上还设有抗反射镀膜。
3.根据权利要求2所述的一种VCSEL，其特征在于，所述抗反射镀膜覆盖所述一次蚀刻台面、所述二次蚀刻台面和所述三次蚀刻台面并具有供电极露出以供电流通入的避位孔。
4.根据权利要求3所述的一种VCSEL，其特征在于，所述电极包括设置在所述一次蚀刻台面上的p型电极和设置在所述三次蚀刻台面上的n型电极。
5.根据权利要求2所述的一种VCSEL，其特征在于，所述抗反射镀膜的制作材料包括SiOxNy或SiN。
6.根据权利要求1所述的一种VCSEL，其特征在于，所述一次蚀刻台面蚀刻至n型布拉格反射层。
7.根据权利要求1所述的一种VCSEL，其特征在于，所述二次蚀刻台面蚀刻至n型奥姆接触层。
8.根据权利要求1所述的一种VCSEL，其特征在于，所述三次蚀刻台面蚀刻至衬底。
9.根据权利要求1所述的一种VCSEL，其特征在于，所述微透镜的外径小于所述光窗平台的直径。
10.一种控制VCSEL发光方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在外延成长后的p-DBR上通过光阻烘烤形成微透镜的形状；
对微透镜和p-DBR进行干蚀刻，使微透镜形成在VCSEL的表面；
进行一次台面蚀刻形成一次蚀刻台面；
进行湿氧化制程，在一次蚀刻台面内形成氧化层；
进行二次台面蚀刻形成二次蚀刻台面；
进行三次蚀刻台面形成三次蚀刻台面；
其中，在光阻烘烤时通过控制微透镜的形状调整微透镜的曲率和/或焦距，并在光阻烘烤时和/或一次台面蚀刻时通过调整微透镜的位置，控制微透镜的焦点与光窗平台的中心轴之间的距离，从而控制VCSEL的发射角度和发光方向。
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