CN216162114U - 谐振腔、激光单元、激光器和激光雷达 - Google Patents

谐振腔、激光单元、激光器和激光雷达 Download PDF

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Abstract

一种谐振腔、激光单元、激光器和激光雷达，所述谐振腔包括：第一n型反射镜和第二n型反射镜，所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜相对间隔设置；至少一个有源层，所述至少一个有源层位于所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜之间；至少一个隧穿结构，所述隧穿结构至少位于所述第二n型反射镜和所述至少一个有源层之间，所述隧穿结构适宜于将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流。位于所述第二n型反射镜和所述至少一个有源层之间的隧穿结构是使所述谐振腔由两个n型掺杂的反射镜构成，避免p型掺杂的反射镜的使用，能够有效解决p型掺杂反射镜使用所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀等问题。

Description

谐振腔、激光单元、激光器和激光雷达
技术领域
本实用新型涉及激光器领域，特别涉及一种谐振腔、激光单元、激光器和激光雷达。
背景技术
激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。近年来，自动驾驶技术发展迅速，激光雷达作为其距离感知的核心传感器，已不可或缺。激光器，作为激光雷达核心部件之一，其性能的好坏对激光雷达的性能有着的很大的影响。
传统的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL)通常包括N型掺杂衬底上依次外延生长的下层布拉格反射镜(Distributed BraggReflector，简称DBR)、有源层、电流限制层以及上层DBR。其中，电流经电极注入有源层；有源层的材料受激发光，在上层DBR和下层DBR所构成的谐振腔中谐振，形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束。
一种垂直腔面发射激光器的结构示意图如图1所示，在n型掺杂的衬底11上依次外延生长n型布拉格反射镜12(Distributed Bragg Reflector，简称DBR)、发光层13以及p型布拉格反射镜14，其中发光层13一般为多量子阱结构(Multi Quantum Wells，MQWs)；之后，在衬底11背向n型布拉格反射镜12的表面制作n型电极15(N-contact)，在p型布拉格反射镜14背向发光层13的表面制作p型电极16(P-contact)，n型电极15和p型电极16分别用于连接到电源，以提供驱动垂直腔面发射激光器的正向偏压。
由于空穴的迁移率低于电子，导致现有的垂直腔面发射激光器往往存在电流在p型一侧(即图1中发光层13朝向p型电极16的一侧)的分布比较不均匀，使得元件电阻升高，光电特性降低。
实用新型内容
本实用新型解决的问题是垂直腔面发射激光器中，如何提高p型一侧电流分布的均匀性。
为解决上述问题，本实用新型提供一种谐振腔，包括：
第一n型反射镜和第二n型反射镜，所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜相对间隔设置；至少一个有源层，所述至少一个有源层位于所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜之间；至少一个隧穿结构，所述隧穿结构至少位于所述第二n型反射镜和所述至少一个有源层之间，所述隧穿结构适宜于将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流。
可选的，电流方向与所述第二n型反射镜指向所述第一n型反射镜的方向一致；所述隧穿结构适于接收所述第二n型反射镜中n型载流子形成的电流，并转换为p型载流子形成的电流以输出。
可选的，所述有源层的数量为多个；所述隧穿结构的数量也为多个，所述隧穿结构还位于相邻所述有源层之间。
可选的，还包括：包层，所述包层填充于所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜之间以调节所述有源层和所述隧穿结构中至少一个的位置。
可选的，所述有源层位于波腹位置，所述隧穿结构位于波节位置。
可选的，所述隧穿结构包括：p型重掺杂层和n型重掺杂层，沿所述第一n型反射镜指向所述第二n型反射镜的方向，所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层依次堆叠。
可选的，所述n型重掺杂层的掺杂浓度与所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜中至少一个的掺杂浓度的比值大于或等于5:1；所述p型重掺杂层的掺杂浓度与所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜中至少一个的掺杂浓度的比值大于或等于10:1。
可选的，所述n型重掺杂层的掺杂离子为Si或Te；所述p型重掺杂层的掺杂离子为C。
可选的，所述n型重掺杂层的掺杂离子为Te。
可选的，所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层中至少一个重掺杂层的厚度小于等于10nm。
可选的，所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层中至少一个重掺杂层的材料为GaAs和AlGaAs中的一种。
可选的，还包括：衬底，所述第一n型反射镜位于所述衬底表面。
可选的，所述第二n型反射镜指向所述第一n型反射镜的方向与激光出射方向一致。
可选的，所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜为分布式布拉格反射镜；所述第二n型反射镜的周期数大于所述第一n型反射镜的周期数。
可选的，还包括：电流限制层，所述电流限制层位于每个所述有源层朝向所述第二n型反射镜的一侧。
相应的，本实用新型还提供一种激光单元，包括：
谐振腔，所述谐振腔为本实用新型的谐振腔；第一电极，所述第一电极与所述谐振腔电连接；第二电极，所述第二电极与所述谐振腔电连接。
可选的，所述第一电极位于所述第一n型反射镜远离所述至少一个有源层的一侧；所述第二电极位于所述第二n型反射镜远离所述至少一个有源层的一侧。
可选的，所述第二电极在电流限制层表面的投影位于电流限制层的导电区域内；或者，所述第二电极在电流限制层表面的投影与电流限制层的导电区域相重合。
可选的，所述第一电极具有窗口，沿激光传播方向，所述窗口贯穿所述第一电极。
相应的，本实用新型还提供一种激光器，包括：
激光单元，所述激光单元为本实用新型的激光单元。
可选的，所述激光器为垂直腔面发射激光器。
相应的，本实用新型还提供一种雷达，包括：
光源，所述光源包括本实用新型的激光器。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：
本实用新型技术方案，通过在第二n型反射镜和所述至少一个有源层之间设置隧穿结构，以将第二n型反射镜注入的n型载流子转换为p型载流子。由于所述隧穿结构将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流，从而使所述谐振腔由两个n型掺杂的反射镜构成，避免p型掺杂的反射镜的使用，能够有效解决p型掺杂反射镜使用所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀等问题。
本实用新型可选方案中，所述有源层的数量为多个，所述隧穿结构的数量也为多个，所述多个隧穿结构中的至少一个位于相邻所述有源层之间。所述隧穿结构通过隧穿作用降低n-p之间的势垒，以减小相邻有源层之间材料的电阻，从而能够有效改善所述谐振腔的光电性能。
本实用新型可选方案中，所述激光单元的第二电极在电流限制层表面的投影位于电流限制层的导电区域内，或者与电流限制层的导电区域相重合，也就是说，所述第二电极的位置与电流限制层的导电区域相对应，且第二电极的面积小于或等于电流限制层的导电区域的面积。这种设置方式能够有效提高谐振腔内部电场分布的均匀性，有效改善电流分布情况，有利于提高光电性能。
附图说明
图1是一种垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图；
图2是另一种垂直腔面发射激光器的剖面结构示意图；
图3是本实用新型谐振腔一实施例的剖面结构示意图；
图4是图3所示谐振腔实施例中最靠近所述第二n型反射镜的有源层130和所述第二n型反射镜120之间部分膜层的剖面结构示意图；
图5是本实用新型激光单元一实施例的剖面结构示意图；
图6是本实用新型激光单元另一实施例的剖面结构示意图；
图7是表1所示两个激光器的电流电压关系曲线比较；
图8是表1所示的两个激光器在3mA驱动电流下位于电流最上游的第一个有源层内的电流分布情况；
图9是表1所示的两个激光器在6mA驱动电流下位于电流最上游的第一个有源层内的电流分布情况；
图10是表1所示两个激光器的发光功率与驱动电流的关系曲线。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术中垂直腔面发射激光器存在p型一侧电流分布不均匀的问题。现结合一种垂直腔面发射激光器分析其p型一侧电流分布不均匀问题的原因：
如图1所示，当n型电极15和p型电极16连接电源以提供正向偏压时，电子由n型电极15经由衬底11和n型布拉格反射镜12注入发光层13，空穴经由p型布拉格反射镜14注入发光层13；电子和空穴在发光层13复合发生受激辐射以释放出光子。
一般的半导体材料内，由于有效质量的差异，空穴的迁移率比电子的迁移率小，从而导致电流在p型一侧的分布的均匀性较差，p型一侧结构的电阻值较高，容易造成谐振腔整体光电特性的降低。
特别是，为了提高发光功率，垂直腔面发射激光器经常采用多结结构。如图2所示，所述垂直腔面发射激光器包括多个发光层23，每个发光层23均设置于谐振腔内电场驻波平方的波腹位置31。由于波腹位置31的电场强度更高，能够最大限度的放大发光能量。相邻发光层23之间均设置有电流限制层27以使电流集中在发光层23的中心区域，并且相邻发光层23之间通过包层28填充。每个发光层23及其两侧的包层28可视为一个p-i-n结，故图2所示的以包层间隔的多个发光层构成的垂直腔面发射激光器称为多结激光器。
多结结构的垂直腔面发射激光器中，由于发光层23数量较多，谐振腔的导通电压较大，驱动电流较大，所以p型布拉格反射镜24中空穴迁移率较低所导致的电流分布不均匀更严重，电阻升高所导致的发热问题严重，激光器工作稳定性更差。
为解决所述技术问题，本实用新型提供一种谐振腔，包括：
第一n型反射镜和第二n型反射镜，所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜相对间隔设置；至少一个有源层，所述至少一个有源层位于所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜之间；至少一个隧穿结构，所述隧穿结构至少位于所述第二n型反射镜和所述至少一个有源层之间，所述隧穿结构适宜于将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流。
本实用新型技术方案中，由于所述隧穿结构将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流，从而使所述谐振腔由两个n型掺杂的反射镜构成，避免p型掺杂的反射镜的使用，能够有效解决p型掺杂反射镜使用所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀、以及较强的光吸收等问题。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
参考图3，示出了本实用新型谐振腔一实施例的剖面结构示意图。
所述谐振腔包括：第一n型反射镜110和第二n型反射镜120，所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120相对间隔设置；至少一个有源层130，所述至少一个有源层130位于所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120之间；至少一个隧穿结构140，所述隧穿结构140至少位于所述第二n型反射镜120和所述至少一个有源层130之间，所述隧穿结构140适宜于将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流。
通过在第二n型反射镜120和所述至少一个有源层130之间设置隧穿结构140，以将第二n型反射镜120注入的n型载流子转换为p型载流子。由于所述隧穿结构140将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流，从而使所述谐振腔由两个n型掺杂的反射镜构成，避免p型掺杂的反射镜的使用，能够有效解决p型掺杂反射镜使用所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀、以及较强的光吸收等问题。
需要说明的是，本实施例中，所述谐振腔为垂直腔面发射激光器的谐振腔。
下面结合附图详细说明本实用新型技术方案。
所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120反射光线，从而使光线在所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120之间来回振荡以提供光能反馈的谐振腔。
形成所述谐振腔的两个反射镜均为n型反射镜，避免了p型反射镜的使用，能够有效克服p型掺杂反射镜使用所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀、以及较强的光吸收等问题。
本实用新型一些实施例中，所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120为分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，简称DBR)。具体的，所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120均包括高折射率薄膜和低折射率薄膜，高折射率薄膜和低折射率薄膜交替设置。相邻的高折射率薄膜和低折射率薄膜构成一个周期。例如，所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120可以为依次交替排列的AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs薄膜，其中x和y的取值可以不同。
为了保证谐振腔的增益，所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120的周期数应当满足高反射率的要求。而且为了保证出射激光具有窄线宽，光线经所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120多次反射之后，在所述谐振腔内形成驻波。因此，所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120的反射率需要满足预设要求。
本实用新型一些实施例中，所述第二n型反射镜指向所述第一n型反射镜的方向与激光出射方向A一致，因此，所述第一n型反射镜110的反射率低于所述第二n型反射镜120的反射率，从而使所形成的激光能够从第一n型反射镜110的一侧出射。而分布式布拉格反射镜的反射率与其中高低折射率薄膜的周期数相关，因此所述第二n型反射镜120的周期数大于所述第一n型反射镜110的周期数。
具体的，所述第二n型反射镜120可以大于或等于99.9％，所述第二n型反射镜120的周期数大于或等于30，以满足谐振腔高反射率的要求；所述第一n型反射镜110的反射率大于或等于98％，所述第一n型反射镜110的周期数大于或等于11，从而一方面，保证第一n型反射镜110和第二n型反射镜120的整体周期数量，使所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120达到高反射率要求以构成谐振腔，提高所述谐振腔的增益、降低光能损耗，另一方面，保证第一n型反射镜110一侧出光强度，保证发光强度。
本实用新型另一些实施例中，所述第一n型反射镜指向所述第二n型反射镜的方向与激光出射方向一致，即所述第二n型反射镜110的反射率低于所述第一n型反射镜120的反射率以使所形成的激光能够从第二n型反射镜的一侧出射。
所述有源层130内具有能够实现粒子数反转的增益介质，产生受激辐射放大作用。
本实用新型一些实施例中，所述谐振腔为多结结构的谐振腔，以提高发光强度，也就是说，所述谐振腔内，所述有源层的数量为多个，即所述谐振腔具有多个有源层130。所述多个有源层130在所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120连线方向上依次层叠设置。
具体的，每个所述有源层130包括多个量子阱(Multi Quantum Wells，MQWs)结构，即所述有源层130是由窄带隙及宽带隙两种材料薄膜交替生长所形成的量子阱结构。例如，每个所述有源层130包括2～3组量子阱结构。例如，当所述谐振腔为940nm激光器的谐振腔时，所述量子阱结构为InGaAs/GaAs量子阱结构或InGaAs/GaAsP量子阱结构。
本实用新型一些实施例中，电流方向I与所述第二n型反射镜120指向所述第一n型反射镜110的方向一致，也就是说，对于任意有源层130而言，空穴沿第二n型反射镜120指向第一n型反射镜110的方向注入所述有源层130，电子沿第一n型反射镜110指向第二n型反射镜120的方向注入所述有源层130。
所述隧穿结构140用于将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流，从而在使用两个n型反射镜构成谐振腔的同时，保证空穴注入有源层130以产生光线，从而既能够使两个n型反射镜的使用并不影响谐振腔的功能，又能够避免p型反射镜的使用，能够有效克服p型反射镜所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀、以及较强的光吸收等问题。
由于电流方向I与所述第二n型反射镜120指向所述第一n型反射镜110的方向一致，因此所述隧穿结构140至少位于所述第二n型反射镜120和所述至少一个有源层130之间，适于接收所述第二n型反射镜120中n型载流子形成的电流，并转换为p型载流子形成的电流以输出。
结合参考图4，示出了图3所示谐振腔实施例中最靠近所述第二n型反射镜的有源层130和所述第二n型反射镜120之间部分膜层的剖面结构示意图。
本实用新型一些实施例中，所述隧穿结构140包括：p型重掺杂层141和n型重掺杂层142，沿所述第一n型反射镜110指向所述第二n型反射镜120的方向，所述p型重掺杂层141和所述n型重掺杂层120依次堆叠。所述隧穿结构140接收所述第二n型反射镜120注入的、电子作为载流子的电流转换为空穴作为载流子的电流，向所述有源层130输出，从而在所述源层130内与电子复合释放出光子。
本实用新型一些实施例中，所述p型重掺杂层141和所述n型重掺杂层142中至少一个重掺杂层的厚度小于等于10nm，以改变所传输的载流子。
此外，为了实现载流子转换，所述p型重掺杂层141和所述n型重掺杂层142均为重掺杂层，即所述p型重掺杂层141和所述n型重掺杂层142内的掺杂浓度相当高。
本实用新型一些实施例中，所述n型重掺杂层142的掺杂浓度与所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120中至少一个的掺杂浓度的比值大于或等于5:1，即所述n型重掺杂层142的掺杂浓度是反射镜掺杂浓度的5倍以上。所述p型重掺杂层141的掺杂浓度与所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120中至少一个的掺杂浓度的比值大于或等于10:1，即所述p型重掺杂层141的掺杂浓度是反射镜掺杂浓度的10倍以上。
一般而言，所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜110中至少一个的掺杂浓度大于或等于1e18 atom/cm3；所以所述n型重掺杂层的掺杂浓度大于或等于5e19 atom/cm3；所述p型重掺杂层的掺杂浓度大于或等于1e20atom/cm3。
本实用新型一些实施例中，所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层中至少一个重掺杂层的材料为GaAs和AlGaAs中的一种，从而与反射镜材料接近，以保证材料生长质量。
本实用新型一些实施例中，所述n型重掺杂层的掺杂离子为Si或Te；所述p型重掺杂层的掺杂离子为C。具体的，所述n型重掺杂层的掺杂离子为Te，以进一步提高掺杂浓度。
继续参考图3，本实用新型一些实施例中，所述谐振腔还包括：包层，所述包层填充于所述第一n型反射镜110和所述第二n型反射镜120之间以调节所述有源层130和所述隧穿结构140中至少一个的位置。
本实用新型一些实施例中，所述有源层130位于波腹位置，所述隧穿结构140位于波节位置。由于波腹位置的电场强度最高，因此将所述有源层130设置于波幅位置能够最大限度的放大发光能量。
如图3所示，本实用新型一些实施例中，所述包层分为n型包层151和p型包层152，所述n型包层151位于每个有源层130靠近所述第一n型反射镜110的一侧，所述p型包层152位于每个有源层130靠近所述第二n型反射镜110的一侧。
在谐振腔正偏时，相邻有源层130之间具有较大的势垒，特别是本实用新型一些实施例中，所述谐振腔还包括包层，每个所述有源层130和两侧的包层可以等效的视为一个p-i-n结，相邻有源层的n-p接触部分为反偏，产生相当大的势垒。因此本实用新型一些实施例中，所述隧穿结构140的数量也为多个，所述隧穿结构140还位于相邻所述有源层130之间。在相邻有源层130之间设置隧穿结构140，基于载流子隧穿原理降低势垒，以降低所述谐振腔的电阻。
需要说明的是，本实用新型一些实施例中，所述谐振腔还包括：衬底100。所述谐振腔采用现有工艺制备，所述衬底110用以提供工艺操作平台和机械支撑。
如图3所示，本实用新型一些实施例中，所述第一n型反射镜110位于所述衬底表面。在形成所述谐振腔的过程中，提供衬底100之后，在所述衬底100上依次形成所述第一n型反射镜110、所述有源结构、所述隧穿结构以及所述第二n型反射镜120等结构。
所述衬底100的材料可以是n、p型掺杂的GaAs、InP、GaSb或InSb中的一种。由于所述衬底100上设置所述第一n型反射镜110，因此所述衬底100为n型衬底，即所述衬底100的材料为n型掺杂的半导体材料(例如n型掺杂的GaAs、InP、GaSb或InSb中的一种)。n型掺杂的半导体材料的衬底工艺相对成熟、材料质量相对较高，采用n型掺杂的半导体材料作为衬底100，除了与第一n型反射镜110的掺杂类型相同之外，更重要的是，能够为后续所述第一n型反射镜110、所述有源结构、所述隧穿结构以及所述第二n型反射镜120的生长提供良好的生长表面和工艺平台，能够有效提高后续材料膜层的质量。
具体的，所述衬底100为GaAs衬底。本实用新型其他实施例中，所述衬底也可以为其他半导体材料。当所述衬底为其他半导体材料时，所述有源结构的材料可以根据所述衬底的材料进行选择以实现应力平衡。
此外，本实用新型一些实施例中，所述谐振腔还包括：电流限制层160，所述电流限制层160位于每个所述有源层130朝向所述第二n型反射镜120的一侧。
所述电流限制层160用以对电流的分布范围进行限制，抑制电流分散效应，从而增大有源层130内发光区域的电流密度以提高增益。本实用新型一些实施例中，所述电流限制层160包括：导电区域(图中未标示)和填充于所述导电区域之间的绝缘区域(图中未标示)，其中所述导电区域沿电流方向贯穿所述电流限制层160。
本实用新型一些实施例中，所述绝缘区域的电流限制层160的材料为氧化物；所述导电区域的电流限制层160的材料为半导体化合物。具体的，所述电流限制层160是通过对半导体化合物氧化而形成的，被氧化的半导体化合物用以形成所述绝缘区域，未被氧化的半导体化合物用以形成所述导电区域。通过氧化半导体化合物的方式形成所述电流限制层160的做法，一方面能够有效保证所形成电流限制层160的表面平整度以获得平整界面，另一方面能够有效降低所形成电流限制层160的内部应力以降低对光线的影响，此外这种方式能够在不更换腔室的情况下形成所述电流限制层160，能够有效保证膜层质量。例如，在一些实施例中，所述导电区域的电流限制层160的材料为铝镓砷(Al1-xGaxAs)；所述绝缘区域的电流限制层160的材料为氧化铝(Al2O3)或氧化铝镓。
还需要说明的是，本实施例中，为了简化工艺步骤，提高材料质量，形成所述电流限制层160的工艺中，在完成所有材料的生长之后，对所述半导体化合物进行氧化，也就是说，图3所示实施例中，在形成所述第二n型反射镜120之后，对用以形成电流限制层160的半导体化合物进行氧化。但是这种做法仅为一示例，本实用新型其他实施例中，可以采用二次外延的方式形成所述谐振腔，即在形成所述半导体化合物之后，更换机台进行氧化的步骤，本实用新型对此并不限定。
此外，在本实用新型的一些实施例中，所述电流限制层160的导电区域在所述有源层130表面的投影位于所述有源层130的几何中心。将所述导电区域设置在所述有源层130几何中心相对应的位置上，能够将电流局限在所述有源层130的中心区域，从而增大所述有源层130内发光区域的电流密度，有益于高增益的获得。本实施例中，所述电流限制层160的导电区域在所述有源层130表面的投影呈圆形，由于电流限制层160具有提高电流密度的作用，因此将所述导电区域的形状设置为圆形，以避免尖角形状的形成，从而能够有效避免尖端放电的问题。
相应的，本实用新型还提供一种激光单元。参考图5，示出了本实用新型激光单元一实施例的剖面结构示意图。
所述激光单元包括：谐振腔500，所述谐振腔501为本实用新型的谐振腔；第一电极501，所述第一电极501与所述谐振腔500电连接；第二电极502，所述第二电极502与所述谐振腔500电连接。
需要说明的是，本实施例中，所述激光单元为垂直腔面发射激光器的激光单元。所述谐振腔500为本实用新型的谐振腔。具体的，所述谐振腔500的具体技术方案参考前述谐振腔的实施例，本实用新型在此不再赘述。
所述第一电极501和所述第二电极502实现所述谐振腔与外部电路的连接。
本实用新型一些实施例中，所述第一电极501位于所述第一n型反射镜510远离所述至少一个有源层530的一侧；所述第二电极502位于所述第二n型反射镜520远离所述至少一个有源层530的一侧。
具体的，所述第一电极501位于所述衬底503的表面，所以所述第一电极501通过所述衬底503和所述第一n型反射镜510实现与所述谐振腔500的电连接。所述第二电极502位于所述第二反射镜520的表面，所以所述第二电极502通过所述第二n型反射镜520实现与所述谐振腔500的电连接。
如图5所示，本实用新型一些实施例中，第一n型反射镜510指向所述第二n型反射镜520的方向与激光出射方向B一致。因此所述第二电极502具有窗口(图中未标示)以实现激光出射。沿第一n型反射镜510指向第二n型反射镜的方向，窗口贯穿所述第二电极502。
本实用新型一些实施例中，所述第一n型反射镜510和所述第二n型反射镜520依次堆叠于衬底503上，因此所述激光单元为正面发光的激光单元。所述激光单元，可以在所述衬底503上形成谐振腔的各个结构膜层之后，在谐振腔两个表面上形成电极，之后通过刻蚀形成发光台面，形成电流限制层的导电区域，以形成所述激光单元。
本实用新型其他实施例中，所述激光单元也可以是背面发光的激光单元。
结合参考图6，示出了本实用新型激光单元另一实施例的剖面结构示意图。
如图6所示，所述第二n型反射镜620指向所述第一n型反射镜610的方向与激光出射方向D一致，所述激光单元是背面发光的激光单元。所以所述第一电极601具有窗口(图中未标示)，沿激光出射方向D，所述窗口贯穿所述第一电极601，以实现激光出射。
此外，本实用新型一些实施例中，所述第二电极602在所述电流限制层660表面的投影位于所述电流限制层660的导电区域内，即所述第二电极602的位置与所述电流限制层660的导电区域位置相对应，且面积小于所述电流限制层660的导电区域。本实用新型另一些实施例中，所述第二电极在电流限制层表面的投影与电流限制层的导电区域相重合。
使所述第二电极602位于所述第二n型反射镜的部分表面上，并使所述第二电极602的位置与所述电流限制层660的导电区域的位置相对应，且面积等于或略小于所述电流限制层660的导电区域的做法，能够减少导电区域边缘的电流集中效应，进一步改善谐振腔内电流分布的均匀性，提高激光单元的光电性能。
此外，本实用新型还提供一种激光器，具体包括：激光单元，所述激光单元为本实用新型的激光单元。由于所述激光单元为本实用新型的激光单元，因此，所述激光单元的具体技术方案参考前述激光单元的实施例，本实用新型在此不再赘述。本实用新型一些实施例中，所述激光器为垂直腔面发射激光器。
所述激光器中，所述谐振腔为本实用新型的谐振腔，通过设置隧穿结构实现由两个n型反射镜构成，无需设置p型反射镜，从而能够有效解决p型掺杂反射镜使用所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀等问题，因此谐振腔光电性能更好，从而能够有效改善所述激光器的光电性能。
需要说明的是，前述实施例中，不论是谐振腔的实施例还是激光单元的实施例，均以3个有源层的结构、即三结结构为例进行说明。但是所述谐振腔所包含的有源层的数量、即多结结构的结数可以根据谐振腔的发光功率要求设定，例如也可以设置为5～7结，即包括5～7个有源层。相应的，在结数变化之后，所述包层、隧穿结构、电流限制层等谐振腔中其他结构适应性增减复制即可。
参考表1，示出了采用本实用新型激光器一实施例与具有P型反射镜的激光器的电阻值比较。
表1
结构 电阻(驱动电流为5～6mA)
具有p型反射镜的6结结构 176Ω
具有2个n型反射镜的6结结构 100Ω
由表1可知，在驱动电流为5～6mA时，在相同结构下，采用本实用新型谐振腔实施例的激光器的电阻值约为100欧姆，与传统的、具有p型反射镜的激光器约为176欧姆的电阻值相比，降低了43％。
结合参考图7，示出了表1所示两个激光器的电流电压关系曲线比较。
横轴表示电压值，纵轴表示最靠近第二n型反射镜的有源层的中心位置的电流值。其中，实线701表示传统的、具有p型反射镜的激光器的电流电压关系，虚线702表示采用本实用新型谐振腔实施例的激光器的电流电压关系。如图7所示，随着电压和电流的升高，载流子密度增大，由于载流子迁移率的差异所引起的p型反射镜和n型反射镜之间的电流差异也随之增大。
结合参考图8和图9，其中图8示出了表1所示的两个激光器在3mA驱动电流下位于电流最上游的第一个有源层内的电流分布情况，图9示出了表1所示的两个激光器在6mA驱动电流下位于电流最上游的第一个有源层内的电流分布情况。
图中，横坐标为所述有源层内与电流限制层的导电区域的几何中心的投影之间的距离(单位：μm)，纵坐标为电流密度值。实线801和实线901均表示传统的、具有p型反射镜的激光器的电流分布情况；虚线802和虚线802均表示采用本实用新型谐振腔实施例的激光器的电流分布情况。
从图8中可以看到，在3mA驱动电流下，传统的、具有p型反射镜的激光器的中心电流密度约为1800A/cm2；采用本实用新型谐振腔实施例的激光器的中心电流密度约为2000A/cm2。
从图9中可以看到，在6mA驱动电流下，传统的、具有p型反射镜的激光器的中心电流密度约为3000A/cm2；采用本实用新型谐振腔实施例的激光器的中心电流密度约为3750A/cm2。
由此可见，本实用新型谐振腔的技术方案，能够有效降低具有多结结构的激光器的电阻，对提高电流密度具有显著效果。
进一步结合参考图10，示出了表1所示两个激光器的发光功率与驱动电流的关系曲线。
其中，横坐标表示驱动电流(单位：mA)，纵坐标表示发光功率。实线1001表示传统的、具有p型反射镜的激光器的发光功率随驱动电流的变化情况；虚线1002表示采用本实用新型谐振腔实施例的激光器的发光功率随驱动电流的变化情况。
从图10可以看到，在相等的驱动电流下，采用本实用新型谐振腔实施例的激光器的发光功率均大于传统的、具有p型反射镜的激光器的发光功率。这是因为本实用新型的谐振腔具有较低的电阻，能够有效降低元器件的热效应，从而能够在同等电流下获得更高的发光功率。
此外，本实用新型还提供一种激光雷达，具体包括：光源，所述光源包括本实用新型的激光器。
本实用新型的激光器中，所述谐振腔为本实用新型的谐振腔，通过设置隧穿结构实现由两个n型反射镜构成，无需设置p型反射镜，从而能够有效解决p型掺杂反射镜使用所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀等问题，因此谐振腔光电性能更好，从而能够有效改善所述激光器的光电性能。
综上，本实用新型技术方案，通过在第二n型反射镜和所述至少一个有源层之间设置隧穿结构，以将第二n型反射镜注入的n型载流子转换为p型载流子。由于所述隧穿结构将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流，从而使所述谐振腔由两个n型掺杂的反射镜构成，避免p型掺杂的反射镜的使用，能够有效解决p型掺杂反射镜使用所引起的载流子迁移率过低、电阻过高、电流分布不均匀等问题。
而且，所述有源层的数量为多个，所述隧穿结构的数量也为多个，所述多个隧穿结构中的至少一个位于相邻所述有源层之间。所述隧穿结构通过隧穿作用降低n-p之间的势垒，以减小相邻有源层之间材料的电阻，从而能够有效改善所述谐振腔的光电性能。
此外，所述激光单元的第二电极在电流限制层表面的投影位于电流限制层的导电区域内，或者与电流限制层的导电区域相重合，也就是说，所述第二电极的位置与电流限制层的导电区域相对应，且第二电极的面积小于或等于电流限制层的导电区域的面积。这种设置方式能够有效提高谐振腔内部电场分布的均匀性，有效改善电流分布情况，有利于提高光电性能。
虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (21)

1.一种谐振腔，其特征在于，包括：
第一n型反射镜和第二n型反射镜，所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜相对间隔设置；
至少一个有源层，所述至少一个有源层位于所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜之间；
至少一个隧穿结构，所述隧穿结构至少位于所述第二n型反射镜和所述至少一个有源层之间，所述隧穿结构适宜于将n型载流子所形成的电流转换为p型载流子所形成的电流。
2.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，电流方向与所述第二n型反射镜指向所述第一n型反射镜的方向一致；
所述隧穿结构适于接收所述第二n型反射镜中n型载流子形成的电流，并转换为p型载流子形成的电流以输出。
3.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述有源层的数量为多个；
所述隧穿结构的数量也为多个，所述隧穿结构还位于相邻所述有源层之间。
4.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，还包括：包层，所述包层填充于所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜之间以调节所述有源层和所述隧穿结构中至少一个的位置。
5.如权利要求1或4所述的谐振腔，其特征在于，所述有源层位于波腹位置，所述隧穿结构位于波节位置。
6.如权利要求1或2所述的谐振腔，其特征在于，所述隧穿结构包括：
p型重掺杂层和n型重掺杂层，沿所述第一n型反射镜指向所述第二n型反射镜的方向，所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层依次堆叠。
7.如权利要求6所述的谐振腔，其特征在于，所述n型重掺杂层的掺杂离子为Si或Te；所述p型重掺杂层的掺杂离子为C。
8.如权利要求7所述的谐振腔，其特征在于，所述n型重掺杂层的掺杂离子为Te。
9.如权利要求6所述的谐振腔，其特征在于，所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层中至少一个重掺杂层的厚度小于等于10nm。
10.如权利要求6所述的谐振腔，其特征在于，所述p型重掺杂层和所述n型重掺杂层中至少一个重掺杂层的材料为GaAs和AlGaAs中的一种。
11.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，还包括：衬底，所述第一n型反射镜位于所述衬底表面。
12.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述第二n型反射镜指向所述第一n型反射镜的方向与激光出射方向一致。
13.如权利要求1或12所述的谐振腔，其特征在于，所述第一n型反射镜和所述第二n型反射镜为分布式布拉格反射镜；
所述第二n型反射镜的周期数大于所述第一n型反射镜的周期数。
14.如权利要求1或2所述的谐振腔，其特征在于，还包括：电流限制层，所述电流限制层位于每个所述有源层朝向所述第二n型反射镜的一侧。
15.一种激光单元，其特征在于，包括：
谐振腔，所述谐振腔为权利要求1～14中任一项所述的谐振腔；
第一电极，所述第一电极与所述谐振腔电连接；
第二电极，所述第二电极与所述谐振腔电连接。
16.如权利要求15所述的激光单元，其特征在于，所述第一电极位于所述第一n型反射镜远离所述至少一个有源层的一侧；所述第二电极位于所述第二n型反射镜远离所述至少一个有源层的一侧。
17.如权利要求15或16所述的激光单元，其特征在于，所述第二电极在电流限制层表面的投影位于电流限制层的导电区域内；
或者，所述第二电极在电流限制层表面的投影与电流限制层的导电区域相重合。
18.如权利要求15或16所述的激光单元，其特征在于，所述第一电极具有窗口，沿激光传播方向，所述窗口贯穿所述第一电极。
19.一种激光器，其特征在于，包括：
激光单元，所述激光单元为权利要求15～18中任一项所述的激光单元。
20.如权利要求19所述的激光器，其特征在于，所述激光器为垂直腔面发射激光器。
21.一种激光雷达，其特征在于，包括：
光源，所述光源包括权利要求19～20中任一项所述的激光器。
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