CN117913659B - 一种vcsel芯片及其制备方法、vcsel激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VCSEL芯片及其制备方法、VCSEL激光器，涉及半导体器件技术领域，该芯片包括：衬底，以及依次层叠于所述衬底之上的N型限制层、有源层与P型限制层；出光层，设于所述P型限制层上，所述出光层远离所述P型限制层的一侧表面设有用于调控芯片反射率的出光口结构，所述出光口结构为所述出光层的表面通过刻蚀形成的表面微结构。本发明通过在P型限制层上制作具有表面微结构的出光层，使其能够调节光场的近场分布与远场分布，解决了现有技术中通过将VCSEL芯片中的氧化孔孔径减小到预设值以内实现单模VCSEL的应用，但是当氧化孔径减小时，VCSEL芯片的出光功率会随之减小的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种VCSEL芯片及其制备方法、VCSEL激光器。
背景技术
VCSEL全名为垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface EmittingLaser)，简称面射型激光，又称VCSEL芯片，与传统的边发射激光器不同，VCSEL的激光出射方向垂直于衬底表面。VCSEL芯片具有阈值电流低、面发射、功耗极低、光束质量好，易于光纤耦合、易于封装等特点，广泛应用于激光显示、信息存储、激光通讯、光传感等领域。
VCSEL芯片材料在衬底材料上进行外延生长，典型的VCSEL芯片的外延结构包含N型限制层、非掺杂的有源层以及P型限制层。在许多应用中，用户希望VCSEL激光的光斑分布（近场分布）以及光场的角度分布（远场分布）为理想的高斯分布或者近似于高斯分布，然而，在现实中，VCSEL激光的光场分布取决于其波导结构所支持的波导模式数，如果仅支持一个模式，那么被称为单模激光，其光场分布近似于高斯分布。
其中，单模VCSEL激光可以通过将VCSEL芯片中的氧化孔孔径减小到5微米以内来实现。但是当氧化孔径减小时，VCSEL芯片的出光功率会随之减小，限制了单模激光的实际应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种VCSEL芯片及其制备方法、VCSEL激光器，旨在解决现有技术中通过将VCSEL芯片中的氧化孔孔径减小到预设值以内实现单模VCSEL的应用，但是当氧化孔径减小时，VCSEL芯片的出光功率会随之减小的技术问题。
本发明的第一方面在于提供一种VCSEL芯片，所述芯片包括：
衬底，以及依次层叠于所述衬底之上的N型限制层、有源层与P型限制层；
出光层，设于所述P型限制层上，所述出光层远离所述P型限制层的一侧表面设有用于调控芯片反射率的出光口结构，所述出光口结构为所述出光层的表面通过刻蚀形成的表面微结构。
根据上述技术方案的一方面，所述表面微结构为以所述出光层的中心为圆心沿着其径向延伸的环形台阶形状，以形成一个环形台阶。
根据上述技术方案的一方面，所述表面微结构为自所述出光层的表面向外凸起的环形台阶形状。
根据上述技术方案的一方面，所述表面微结构为自所述出光层的表面向内凹陷的环形台阶形状。
根据上述技术方案的一方面，所述表面微结构为以所述出光层的中心为圆心沿着其径向延伸的环形渐变台阶形状，以形成多个高度相等的环形台阶。
根据上述技术方案的一方面，所述表面微结构为自所述出光层的表面向外凸起的环形渐变台阶形状。
根据上述技术方案的一方面，所述表面微结构为自所述出光层的表面向内凹陷的环形渐变台阶形状。
根据上述技术方案的一方面，所述出光层还包括重掺杂GaAs接触层。
本发明的第二方面在于提供一种VCSEL芯片的制备方法，用于制备上述技术方案当中所述的VCSEL芯片，所述方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次制作N型限制层、有源层与P型限制层；
在所述P型限制层之上制作出光层，并对所述出光层远离所述有源层的一侧表面进行刻蚀，以形成位于所述出光层上远离所述有源层一侧表面的表面微结构。
本发明的第三方面在于提供一种VCSEL激光器，包括上述技术方案当中所述的VCSEL芯片。
与现有技术相比，采用本发明所示的VCSEL芯片及其制备方法、VCSEL激光器，有益效果在于：
本申请通过在芯片的P型限制层之上设置出光层，出光层远离P型限制层的一侧表面设有用于调控芯片反射率的表面微结构，其相当于芯片主体的出光窗口，该表面微结构的刻蚀深度在径向可以按照设计要求变化，能够有效抑制VCSEL芯片内波导的高阶光场模式，从而确保在大氧化孔条件下，获得高功率单模运行。
附图说明
本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例中VCSEL芯片的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中VCSEL芯片的结构示意图；
图3为本发明第三实施例中VCSEL芯片的结构示意图；
图4为本发明第四实施例中VCSEL芯片的结构示意图；
图5为本发明第五实施例中VCSEL芯片的结构示意图；
图6为本发明第六实施例中VCSEL芯片的结构示意图。
附图元器件符号说明：
衬底10、N型限制层20、有源层30、P型限制层40、出光层50、出光口结构60。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征与优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的第一方面在于提供一种VCSEL芯片，所述芯片包括：
衬底，以及依次层叠于所述衬底之上的N型限制层、有源层与P型限制层；
出光层，设于所述P型限制层上，所述出光层远离所述P型限制层的一侧表面设有用于调控芯片反射率的出光口结构，所述出光口结构为所述出光层的表面通过刻蚀形成的表面微结构。
进一步地，所述表面微结构为以所述出光层的中心为圆心沿着其径向延伸的环形台阶形状，以形成一个环形台阶。
进一步地，所述表面微结构为自所述出光层的表面向外凸起的环形台阶形状。
进一步地，所述表面微结构为自所述出光层的表面向内凹陷的环形台阶形状。
进一步地，所述表面微结构为以所述出光层的中心为圆心沿着其径向延伸的环形渐变台阶形状，以形成多个高度相等的环形台阶。
进一步地，所述表面微结构为自所述出光层的表面向外凸起的环形渐变台阶形状。
进一步地，所述表面微结构为自所述出光层的表面向内凹陷的环形渐变台阶形状。
进一步地，所述出光层还包括重掺杂GaAs接触层。
本发明的第二方面在于提供一种VCSEL芯片的制备方法，用于制备上述技术方案当中所述的VCSEL芯片，所述方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次制作N型限制层、有源层与P型限制层；
在所述P型限制层之上制作出光层，并对所述出光层远离所述有源层的一侧表面进行刻蚀，以形成位于所述出光层上远离所述有源层一侧表面的表面微结构。
本发明的第三方面提供了一种VCSEL激光器，包括上述技术方案当中所述的VCSEL芯片。
与现有技术相比，采用本发明所示的VCSEL芯片及其制备方法、VCSEL激光器，有益效果在于：
本发明通过在芯片的P型限制层之上设置出光层，并在出光层远离P型限制层的一侧表面设有用于调控芯片反射率的表面微结构，其相当于芯片主体的出光窗口，该表面微结构的刻蚀深度在径向可以按照设计要求进行对应变化，通过设置该表面微结构，能够有效抑制VCSEL芯片内波导的高阶光场模式，从而确保在大氧化孔条件下，获得高功率单模运行。
实施例一
请参阅图1，本发明的第一实施例提供了一种VCSEL芯片，本实施例当中所示的VCSEL芯片包括：
衬底10，以及依次层叠于所述衬底10之上的N型限制层20、有源层30与P型限制层40；
出光层50，设于所述P型限制层40上，所述出光层50远离所述P型限制层40的一侧表面设有用于调控芯片反射率的出光口结构60，所述出光口结构60为所述出光层50的表面通过刻蚀形成的表面微结构。
在本实施例当中，衬底10为GaAs衬底，在衬底10之上依次层叠有N型限制层20、有源层30与P型限制层40，即为VCSEL芯片的N型半导体层、发光层与P型半导体层。其中，在VCSEL芯片工作时，N型限制层20生成的电子将迁移至有源层30内，P型限制层40生成的电容同样将迁移至有源层30内，电子与电容在有源层30内发生非辐射复合，从而发出光线。
其中，出光层50为该VCSEL芯片的出光窗口，有源层30发出的光线将通过出光层50照射出，且出光层50远离P型限制层40的一侧表面设有用于调控芯片反射率的出光口结构60，则通过该出光口结构60能够对有源层30中发出光线的反射率进行调控，以修正光场的光形，以调节光场的光斑分布（近场分布）以及光场的角度分布（远场分布）。
在本实施例当中，出光口结构60为出光层50的表面通过刻蚀形成的表面微结构（MSMDR: microstructure with modified DBR reflectivity），该表面微结构通过改变出光层50的结构形态以调控芯片的反射率。
其中，VCSEL的出光层50的厚度设计为“同相状态”，即当VCSEL出光口表面无需镀介质膜、或者所镀的介质膜厚度为半波长的整数倍时，激光器的P面反射率最大。在此种外延设计情形下，为了遏制高阶模的激射，本发明采用实施例当中所示的在出光孔表面通过刻蚀形成如下的表面微结构。
具体而言，该表面微结构为以出光层50的中心为圆心沿其径向延伸的环形台阶形状，形成一个环形台阶，并且该表面微结构是自出光层50的表面向外凸起的，则表面微结构的整体高度高于出光层50的表面。
也就是说，该出光层50远离P型限制层40的一侧具有两个相互平行的水平表面，两个水平表面之间具有一定的高度差，以构成表面微结构的一个环形台阶，从而通过特殊形态的出光层50对光场进行修改，包括调节光场的近场分布与远场分布。
其中，表面微结构的刻蚀深度沿径向增加而增加，由于限制层的反射率（限制层为DBR结构层）与材料表面的厚度有关，因而，当表面微结构的刻蚀深度发生变化时，材料延径向的反射率也随之变化。
本实施例所示VCSEL芯片适合于任何波长的VCSEL激光器件，为了说明本实施例原理，在此采用940nm的VCSEL 芯片进行示例说明。当出光层50的表面微结构为以出光层50的中心为圆心沿其径向延伸、并且向上凸起的环形台阶形状，能够确保在出光口不镀膜或者镀膜厚度为半波长整数倍时，DBR结构层的反射率最大。并且，芯片制作完毕后表面所镀的介质膜厚度为半波长的整数倍。
与现有技术相比，采用本实施例当中所示的VCSEL芯片，有益效果在于：
本发明通过在芯片的P型限制层40之上设置出光层50，并在出光层50远离P型限制层40的一侧表面设有用于调控芯片反射率的表面微结构，其相当于芯片主体的出光窗口，该表面微结构的刻蚀深度在径向可以按照设计要求进行对应变化，通过设置该表面微结构，能够有效抑制VCSEL芯片内波导的高阶光场模式，从而确保在大氧化孔条件下，获得高功率单模运行。
本实施例还提供了一种VCSEL芯片的制备方法，本实施例当中所示的制备方法，包括步骤S1-步骤S3：
步骤S1，提供一衬底10。
步骤S2，在所述衬底10上依次制作N型限制层20、有源层30与P型限制层40。
步骤S3，在所述P型限制层40之上制作出光层50，并对所述出光层50远离所述有源层30的一侧表面进行刻蚀，以形成位于所述出光层50上远离所述有源层30一侧表面的表面微结构。
具体而言，在P型限制层40上制作出光层50之后，将对出光层50远离有源层30的一侧表面进行刻蚀，具体是以出光层50的中心为圆心，沿着出光层50的径向朝着深度方向进行刻蚀，去除出光层50外侧的部分材料，形成环形台阶形状，则刻蚀后的表面微结构是自出光层50的表面向外凸起的，表面微结构的整体高度高于出光层50的表面。
采用本实施例所示制备方法制得的VCSEL芯片，其具有特殊形态的出光层50，在出光时，通过该特殊形态的出光层50的光场进行修改，包括调节光场的近场分布与远场分布。
同样的，本实施例还提供了一种VCSEL器件，该VCSEL器件采用本实施例当中所示的VCSEL芯片进行制作。
实施例二
请参阅图2，本发明的第二实施例同样提供了一种VCSEL芯片，本实施例当中所示的VCSEL芯片与第一实施例当中所述的VCSEL芯片的结构基本相同，不同之处在于：
在本实施例当中，该表面微结构为以出光层50的中心为圆心沿其径向延伸的环形渐变台阶形状，形成多个环形台阶；同样的，该表面微结构是自出光层50的表面向外凸起的，则表面微结构的整体高度低于出光层50的表面。
也就是说，由于表面微结构具有多个环形台阶，即至少两个以上的环形台阶，则出光层50远离P型限制层40的一侧具有三个以上相互平行的水平表面，任意相邻的两个水平表面之间具有一定的高度差，以构成表面微结构的环形台阶，从而通过特殊形态的出光层50对光场进行修改，包括调节光场的近场分布与远场分布。
实施例三
请参阅图3，本发明的第三实施例同样提供了一种VCSEL芯片，本实施例当中所示的VCSEL芯片与第一实施例当中所述的VCSEL芯片的结构基本相同，不同之处在于：
在本实施例当中，该表面微结构为以出光层50的中心为圆心沿其径向延伸的环形线性渐变形状，其外侧具有至少一个水平的环形台阶以及与其相连的环形线性渐变表面，并且该环形线性渐变表面的刻蚀深度是沿着径向变化而线性增加的；同样的，该表面微结构是自出光层50的表面向外凸起的，则表面微结构的整体高度高于出光层50的表面。
也就是说，该出光层50远离P型限制层40的一侧具有两个相互平行的水平表面，两个水平表面之间具有一定的高度差，并且这两个水平表面之间通过环形线性渐变表面连接，以构成出光层50的表面微结构，从而通过特殊形态的出光层50对光场进行修改，包括调节光场的近场分布与远场分布。
实施例四
请参阅图4，本发明的第四施例同样提供了一种VCSEL芯片，本实施例当中所示的VCSEL芯片与第一实施例当中所述的VCSEL芯片的结构基本相同，不同之处在于：
在本实施例当中，该表面微结构为以出光层50的中心为圆心沿其径向延伸的环形非线性渐变形态，该环形非线性渐变表面的刻蚀深度是沿着径向变化而非线性增加的；具体是在环形非线性渐变表面的内侧，其刻蚀深度沿径向增加较大，在环形非线性渐变表面的外侧，其刻蚀深度沿径向增加较小；换言之，该环形非线性渐变表面的内侧较为陡峭，而环形非线性渐变表面的外侧较为平缓；同样的，该表面微结构是自出光层50的表面向外凸起的，则表面微结构的整体高度高于出光层50的表面。
也就是说，该出光层50远离P型限制层40的一侧仅有顶面为水平表面，出光层50的顶面与侧面之间通过非线性的环形非线性渐变表面连接，以构成出光层50的表面微结构，从而通过特殊形态的出光层50对光场进行修改，包括调节光场的近场分布与远场分布。
实施例五
请参阅图5，本发明的第五实施例提供了一种VCSEL芯片，本实施例当中所示的VCSEL芯片，包括：
衬底10，以及依次层叠于所述衬底10之上的N型限制层20、有源层30与P型限制层40；
出光层50，设于所述P型限制层40上，所述出光层50远离所述P型限制层40的一侧表面设有用于调控芯片反射率的出光口结构60，所述出光口结构60为所述出光层50的表面通过刻蚀形成的表面微结构。
在本实施例当中，衬底10为GaAs衬底，在衬底10之上依次层叠有N型限制层20、有源层30与P型限制层40，即为VCSEL芯片的N型半导体层、发光层与P型半导体层。其中，在VCSEL芯片工作时，N型限制层20生成的电子将迁移至有源层30内，P型限制层40生成的电容同样将迁移至有源层30内，电子与电容在有源层30内发生非辐射复合，从而发出光线。
其中，出光层50为该VCSEL芯片的出光窗口，有源层30发出的光线将通过出光层50照射出，且出光层50远离P型限制层40的一侧表面设有用于调控芯片反射率的出光口结构60，则通过该出光口结构60能够对有源层30中发出光线的反射率进行调控，以修正光场的光形，以调节光场的光斑分布（近场分布）以及光场的角度分布（远场分布）。
在本实施例当中，出光口结构60为出光层50的表面通过刻蚀形成的表面微结构（MSMDR: microstructure with modified DBR reflectivity），该表面微结构通过改变出光层50的结构形态以调控芯片的反射率。
其中，VCSEL的出光层50的厚度设计为“反相状态”，即当VCSEL出光口表面无需镀介质膜、或者所镀的介质膜厚度为半波长的整数倍时，激光器的P面反射率最小。在此种外延设计情形下，为了遏制高阶模的激射，本发明采用实施例当中所示的在出光孔表面通过刻蚀形成如下的表面微结构。
具体而言，该表面微结构为以出光层50的中心为圆心沿其径向延伸的环形台阶形状，形成一个环形台阶，并且该表面微结构是自出光层50的表面向内凹陷的，则表面微结构的整体高度低于出光层50的表面。
也就是说，该出光层50远离P型限制层40的一侧具有两个相互平行的水平表面，两个水平表面之间具有一定的高度差，以构成表面微结构的一个凹陷的环形台阶，从而通过特殊形态的出光层50对光场进行修改，包括调节光场的近场分布与远场分布。
其中，表面微结构的刻蚀深度沿径向增加而减小，由于限制层的反射率（限制层为DBR结构层）与材料表面的厚度有关，因而，当表面微结构的刻蚀深度发生变化时，材料延径向的反射率也随之变化。
本实施例所示VCSEL芯片适合于任何波长的VCSEL激光器件，为了说明本实施例原理，在此采用940nm的VCSEL 芯片进行示例说明。当出光层50的表面微结构为以出光层50的中心为圆心沿其径向延伸、并且向内凹陷的环形台阶形状，能够确保在出光口不镀膜或者镀膜厚度为半波长整数倍时，DBR结构层的反射率最小。并且，芯片制作完毕后表面所镀的介质膜厚度为半波长的整数倍。
与现有技术相比，采用本实施例当中所示的VCSEL芯片，有益效果在于：
本发明通过在芯片的P型限制层40之上设置出光层50，并在出光层50远离P型限制层40的一侧表面设有用于调控芯片反射率的表面微结构，其相当于芯片主体的出光窗口，该表面微结构的刻蚀深度在径向可以按照设计要求进行对应变化，通过设置该表面微结构，能够有效抑制VCSEL芯片内波导的高阶光场模式，从而确保在大氧化孔条件下，获得高功率单模运行。
本实施例还提供了一种VCSEL芯片的制备方法，本实施例当中所示的制备方法，包括步骤S1-步骤S3：
步骤S1，提供一衬底10。
步骤S2，在所述衬底10上依次制作N型限制层20、有源层30与P型限制层40。
步骤S3，在所述P型限制层40之上制作出光层50，并对所述出光层50远离所述有源层30的一侧表面进行刻蚀，以形成位于所述出光层50上远离所述有源层30一侧表面的表面微结构。
具体而言，在P型限制层40上制作出光层50之后，将对出光层50远离有源层30的一侧表面进行刻蚀，具体是以出光层50的中心为圆心，沿着出光层50的径向朝着深度方向进行刻蚀，去除出光层50内侧的部分材料，形成一个凹陷的环形台阶，则刻蚀后的表面微结构是自出光层50的表面向内凹陷的，表面微结构的整体高度高于出光层50的表面。
采用本实施例所示制备方法制得的VCSEL芯片，其具有特殊形态的出光层50，在出光时，通过该特殊形态的出光层50的光场进行修改，包括调节光场的近场分布与远场分布。
同样的，本实施例还提供了一种VCSEL器件，该VCSEL器件采用本实施例当中所示的VCSEL芯片进行制作。
实施例六
请参阅图6，本发明的第六实施例同样提供了一种VCSEL芯片，本实施例当中所示的VCSEL芯片与第五实施例当中所述的VCSEL芯片的结构基本相同，不同之处在于：
在本实施例当中，该表面微结构为以出光层50的中心为圆心沿其径向延伸的环形渐变台阶形状，形成多个环形台阶；同样的，该表面微结构是自出光层50的表面向内凹陷的，则表面微结构的整体高度低于出光层50的表面。
也就是说，由于表面微结构具有多个环形台阶，即至少两个以上的环形台阶，则出光层50远离P型限制层40的一侧具有三个以上相互平行的水平表面，任意相邻的两个水平表面之间具有一定的高度差，以构成表面微结构向内凹陷的环形台阶，从而通过特殊形态的出光层50对光场进行修改，包括调节光场的近场分布与远场分布。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体与详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形与改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种VCSEL芯片，其特征在于，所述芯片包括：
GaAs衬底，以及依次层叠于所述GaAs衬底之上的N型限制层、有源层与P型限制层；
出光层，设于所述P型限制层上，所述出光层远离所述P型限制层的一侧表面设有用于调控芯片反射率的出光口结构，所述出光口结构为所述出光层的表面通过刻蚀形成的表面微结构，通过改变出光层的结构形态以调控芯片的反射率；
其中，所述表面微结构为以所述出光层的中心为圆心沿着其径向延伸的环形渐变台阶形状，且自所述出光层的表面向外凸起或向内凹陷，以形成多个高度相等的环形台阶，相邻所述环形台阶的表面之间具有高度差，且相邻所述环形台阶的表面相互平行；
另外，所述出光层还包括重掺杂GaAs接触层。
2.根据权利要求1所述的VCSEL芯片，其特征在于，所述表面微结构为以所述出光层的中心为圆心沿着其径向延伸的环形台阶形状，以形成一个环形台阶。
3.根据权利要求2所述的VCSEL芯片，其特征在于，所述表面微结构为自所述出光层的表面向外凸起的环形台阶形状。
4.根据权利要求2所述的VCSEL芯片，其特征在于，所述表面微结构为自所述出光层的表面向内凹陷的环形台阶形状。
5.一种VCSEL芯片的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-4任一项所述的VCSEL芯片，所述方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次制作N型限制层、有源层与P型限制层；
在所述P型限制层之上制作出光层，并对所述出光层远离所述有源层的一侧表面进行刻蚀，以形成位于所述出光层上远离所述有源层一侧表面的表面微结构。
6.一种VCSEL激光器，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的VCSEL芯片。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060060187A (ko) * | 2004-11-30 | 2006-06-05 | 경북대학교 산학협력단 | 단일 모드 수직 공진 표면방출 레이저 |
| JP2013008743A (ja) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Denso Corp | 面発光レーザ素子 |
| CN103078251A (zh) * | 2011-09-28 | 2013-05-01 | 佳能株式会社 | 表面发光激光器和图像形成装置 |
| CN114497310A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-05-13 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | 侧向光模式控制高功率半导体器件及其制备方法 |
| CN117410416A (zh) * | 2023-03-03 | 2024-01-16 | 惠州视维新技术有限公司 | 发光芯片、发光芯片的制作方法以及显示装置 |
| CN220456888U (zh) * | 2023-05-11 | 2024-02-06 | 浙江老鹰半导体技术有限公司 | 一种具有浮雕曲面的少模垂直光腔面发射激光器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4639249B2 (ja) * | 2008-07-31 | 2011-02-23 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザの製造方法及び面発光レーザアレイの製造方法、面発光レーザ及び面発光レーザアレイ、面発光レーザアレイを備えている光学機器 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060060187A (ko) * | 2004-11-30 | 2006-06-05 | 경북대학교 산학협력단 | 단일 모드 수직 공진 표면방출 레이저 |
| JP2013008743A (ja) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Denso Corp | 面発光レーザ素子 |
| CN103078251A (zh) * | 2011-09-28 | 2013-05-01 | 佳能株式会社 | 表面发光激光器和图像形成装置 |
| CN114497310A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-05-13 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | 侧向光模式控制高功率半导体器件及其制备方法 |
| CN117410416A (zh) * | 2023-03-03 | 2024-01-16 | 惠州视维新技术有限公司 | 发光芯片、发光芯片的制作方法以及显示装置 |
| CN220456888U (zh) * | 2023-05-11 | 2024-02-06 | 浙江老鹰半导体技术有限公司 | 一种具有浮雕曲面的少模垂直光腔面发射激光器 |
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