CN217607196U - 一种垂直腔面发射激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直腔面发射激光器，包括：衬底；至少一个发光单元阵列，设置在所述衬底上，所述发光单元阵列多个发光单元，且所述发光单元包括第一反射层、有源层以及第二反射层；沟槽，设置在相邻的所述发光单元之间和所述发光单元阵列两端；第一电极，包括第一金属层、第二金属层和第三金属层，且第一金属层设置在所述发光单元上，所述第二金属层位于所述沟槽内，所述第二金属层连接所述第一金属层，所述第三金属层设置在所述第二金属层上，且与所述第二金属层连接；以及第二电极，设置所述第一反射层相对于所述发光单元的一侧。通过本实用新型提供的垂直腔面发射激光器，能够提高垂直腔面发射激光器的发光均匀性。

Description

一种垂直腔面发射激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，特别是涉及一种垂直腔面发射激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，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，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。

在激光雷达(Light Detection and Ranging，LiDAR)某些应用场景中，需要的光源是一维的，此时的发光单元是需要线性排列成一维的一个阵列。但由于长边的金属较长，电阻不能完全忽略，导致在长条的排列中，离焊盘近的发光单元亮度大，而远离焊盘的发光单元亮度小。且脉冲信号的时间极短，仅为几个纳秒，趋肤效应导致能量无法有效的传递到远离焊盘的发光单元，导致远离焊盘的发光单元亮度小。这些因素都导致了光斑的不均匀性，严重制约了器件的使用。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型提出一种垂直腔面发射激光器，通过在第二反射层上设置多层金属，从而加大了金属电极的厚度，减小了金属电极的电阻，解决了垂直腔面发射激光器发光不均匀的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种垂直腔面发射激光器，包括：

衬底；

至少一个发光单元阵列，设置在所述衬底上，所述发光单元阵列多个发光单元，且所述发光单元包括第一反射层、有源层以及第二反射层；

沟槽，设置在相邻的所述发光单元之间和所述发光单元阵列两端，所述沟槽暴露所述第一反射层；

第一电极，包括第一金属层、第二金属层和第三金属层，且第一金属层设置在所述发光单元上，所述第二金属层位于所述沟槽内，所述第二金属层连接所述第一金属层，所述第三金属层设置在所述第二金属层上，且与所述第二金属层连接；以及

第二电极，设置所述第一反射层相对于所述发光单元的一侧。

进一步地，所述沟槽内还设置有第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，并延伸至所述第二反射层上。

进一步地，所述第二金属层覆盖所述第一绝缘层和所述第一金属层，且所述第二金属层与所述第一金属层电性连接。

进一步地，所述第二金属层上设置第二绝缘层，且所述第二绝缘层设置有开口，所述开口暴露位于所述沟槽上的所述第二金属层。

进一步地，所述第三金属层覆盖所述第二绝缘层，且通过所述第二绝缘层上的所述开口连接所述第二金属层。

进一步地，所述第三金属层的厚度为0.5～5μm。

进一步地，所述第一电极包括第四金属层及第五金属层，所述第四金属层位于所述第三金属层上，所述第五金属层位于所述第四金属层上。

进一步地，每一所述发光单元阵列的长宽比至少为3:1。

进一步地，所述有源层包括层叠设置的量子阱复合结构，所述量子阱复合结构为砷化镓和砷化铝镓，或者砷化铟镓和砷化铝镓材料层叠排列构成。

进一步地，所述第一反射层和/或所述第二反射层包括多个不同折射率材料的交替叠层，每一所述交替层的有效光厚度为所述垂直腔面发射激光器的工作波长的四分之一奇数整数倍。

本实用新型提供一种垂直腔面发射激光器，通过在第二反射层上重复绝缘层和金属层，可以加厚金属电极的厚度，减少电极的电阻，解决远离焊盘的发光单元发光不均匀现象。通过减薄衬底，在衬底相对发光单元的一侧设置电极，可作为共同阴极，简化了电极制作流程。本实用新型还可以在发光单元一侧电极设置透明衬底，再移除原有衬底，进行背面支撑，无须再次移除透明衬底，键合次数为1次，同时还将第一电极和第二电极设置在同一面上，从而避免打线，节省了工序又易于与其他光学元件组合。因此，本实用新型的提供垂直腔面发射激光器，简化了制备流程，采用多层金属电极，从而提高了垂直腔面发射激光器的发光均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例提出的一种垂直腔面发射激光器的制造方法流程图。

图2为一实施例提出的一种垂直腔面发射激光器的俯视图。

图3-4为步骤S11～S12中一实施例提出的一种垂直腔面发射激光器沿A-A方向的剖视图。

图5为步骤S11～S12中一实施例提出的一种垂直腔面发射激光器的俯视图。

图6为沿A-A方向在第一金属层和外延层上形成钝化层。

图7为沿B-B方向在第一金属层和外延层上形成钝化层。

图8为沿A-A方向的图案化光阻示意图。

图9为B-B方向的图案化光阻示意图。

图10为沿A-A方向形成台型结构的示意图。

图11为沿B-B方向的形成台型结构的示意图。

图12为沿A-A方向的电流限制层结构示意图。

图13为沿B-B的电流限制层结构示意图。

图14为步骤S14沿A-A方向的结构示意图。

图15为步骤S14沿B-B方向的结构示意图。

图16为步骤S15沿A-A方向的结构示意图。

图17为步骤S15沿B-B方向的结构示意图

图18、20为步骤S16沿A-A方向的结构示意图。

图19、21为步骤S16沿B-B方向的结构示意图。

图22为步骤S17沿A-A方向的结构示意图。

图23为步骤S176沿B-B方向的结构示意图。

图24至图25为另一实施例中发光阵列沿A-A方向和B-B方向的剖面图。

图26为一实施例提出的一种垂直腔面发射激光器的俯视图。

图27为另一实施例提出的一种垂直腔面发射激光器的俯视图。

图28至图31为图27沿C-C剖面的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型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实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型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。

在本实用新型中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”仅用于描述和区分目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，

S11、提供一衬底。

S12、形成外延结构于所述衬底的第一表面上，所述外延结构依次包括第一反射层、有源层以及第二反射层，在第二反射层上设置第一金属层。

S13、形成多个沟槽于所述外延结构内，以将所述外延结构分成多个发光单元。

S14、形成第一绝缘层于所述多个发光单元之间。

S15、形成多个第二金属层，所述第二金属层与所述第一金属层连接。

S16、形成第三金属层于第二金属层上，所述第三金属层与所述第二金属层之间设置有第二绝缘层，且所述第三金属层与所述第二金属层通过第二绝缘层上的开口连接。

S17、形成第二电极于衬底相对于发光单元的一侧。

如图2所示，在本实施例中，提出为的垂直腔面发射激光器的俯视结构示意图。垂直腔面发射激光器包括多个发光阵列，且发光阵列包括多个发光单元且多个发光单元呈线性排列。多个发光单元可以为单列线性排列，也可以为多列线性排列。将单列发光阵列的长记为a，发光阵列的宽记为b，则发光阵列的长宽比，即a/b例如至少为3:1，具体例如为3:1～15:1，优选例如为5:1。

如图3至图22所示，在本实施例中，提出为垂直腔面发射激光器沿A-A以及B-B方向的制备过程。

如图3至图4所示，图3-4为步骤S11～S12中一实施例提出的一种垂直腔面发射激光器沿A-A方向的剖视图。首先提供衬底101，然后在衬底101的第一表面101a形成外延结构2，外延结构2包括第一反射层102、有源层103以及第二反射层104，且第一反射层102设置在衬底101上，有源层103设置在第一反射层102上，第二反射层104设置在有源层103上。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)基板。且衬底101可以为N掺杂的半导体衬底，也可以是P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的欧姆接触的接触电阻，在本实施例中，衬底101例如为N型掺杂半导体衬底。

如图3所示，在本实施例中，第一反射层102可包括例如为砷化铝镓(AlGaAs)和砷化镓(GaAs)，或者例如为高铝组分的砷化铝镓(AlGaAs)和低铝组分的砷化铝镓(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(N-Distributed Bragg Reflection，N-DBR)。有源层103包括层叠设置的量子阱复合结构，例如由砷化镓(GaAs)和砷化铝镓(AlGaAs)，或者砷化铟镓(InGaAs)和砷化铝镓(AlGaAs)材料层叠排列构成，有源层103用以将电能转换为光能。第二反射层104可例如由砷化铝镓(AlGaAs)和砷化镓(GaAs)，或者高铝组分的砷化铝镓(AlGaAs)和低铝组分的砷化铝镓(AlGaAs)两种不同折射率的材料层叠构成，第二反射层104可以为P型反射镜，第二反射层104可以为P型的布拉格反射镜(P-DBR)。第一反射层102和第二反射层104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104的表面射出。

如图3至图5所示，其中，图5为步骤S11～S12中一实施例提出的一种垂直腔面发射激光器的俯视图。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及第二反射层104。

如图3至图5所示，在一些实施例中，第一反射层102、有源层103和第二反射层104的厚度总和在8-10微米。

如图3至图5所示，在一些实施例中，第一反射层102或第二反射层104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。然不限于此，在一些实施例中，第一反射层102和第二反射层104也可由其他的材料所形成。

如图3至图5所示，在一些实施例中，该有源层103可以包括一个或多个半导体层，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至图7所示，其中，图6为沿A-A方向在第一金属层和外延层上形成钝化层。图7为为沿B-B方向在第一金属层和外延层上形成钝化层。在第二反射层104上还形成有一个第一金属层105a，第一金属层105a可作为后续工艺的光刻校准参比，从而制备精度较高的垂直腔面发射激光器，同时第一金属层105a还可以作为后续金属电极的金属接触垫。其中，第一金属层105a例如为P型欧姆金属，且第一金属层105a的材料可包括Au金属、Ag金属、Pt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，接触第一金属层105a的第二反射层104的表面具有浓度较高的掺杂以形成一欧姆接触层，如此以降低第一金属层105a与第二反射层104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。

如图5所示，在本实施例中，第一金属层105a的形状可例如为圆环状，在一些实施例中，第一金属层105a的形状还可以为椭圆形环状，矩形环状，六边形环状，第一金属层105a的形状可根据需要进行选择。在本实施例中，第一金属层105a的内径例如在5～97um，第一金属层105a的外径例如在7～99um，在一些实施例中，还可以对第一金属层105a的内径及外径不作限定，可根据需要进行选择。

如图6至图9所示，其中，图8为沿A-A方向的图案化光阻示意图，图9为B-B方向的图案化光阻示意图。在步骤S13中，在形成第一金属层105a后，还可以在外延层2与第一金属层105a上沉积钝化层106，进一步保护外延层2以及第一金属层105a5。然后在钝化层106上形成一图案化光阻层1071，图案化光阻层1071覆盖第一金属层105a，且图案化光阻层109暴露出部分钝化层106，然后根据图案化光阻层1071对第二反射层104向下刻蚀，形成多个沟槽。在一个衬底101可以形成多个发光单元，多个发光单元呈一维线性排列，形成发光阵列。图8和图9中的箭头方向表示刻蚀方向。

如图10-11所示，其中，图10为沿A-A方向形成台型结构的示意图。图11为为沿B-B方向的形成台型结构的示意图。在本实施例中，通过刻蚀工艺从钝化层106向下进行刻蚀，以形成多个沟槽107。沟槽107刻蚀至第一反射层102，沟槽107暴露第一反射层102，即沟槽107从上至下依次刻蚀钝化层106、第二反射层104和有源层103，因此将有源区分成多个部分。沟槽107从上至下依次刻蚀钝化层106、第二反射层104及有源层103，也就是沟槽107暴露至第一反射层102的表面，或沟槽107刻蚀部分第一反射层102。其中，沟槽107用于隔离发光单元与发光单元，以及发光单元和发光阵列的端部。

如图10所示，通过沟槽107在衬底101上形成多个台型结构，例如第一台型结构109a，第二台型结构109b，第三台型结构110a及第四台型结构110b。第一台型结构109a，第二台型结构109b，第三台型结构110a及第四台型结构110b分别用于形成发光单元。

如图2、图10和图11所示，在本实施例中，在衬底101的两端形成台型结构，其中一端的台型结构包括第四台型结构110b和第五台型结构116，两个台型结构之间设置有支撑结构115，支撑结构115与台型结构通过沟槽107，以隔开相邻发光单元，并保证后期电极高度一致。在其他实施例中，也可直接通过沟槽107隔离相邻台型结构，不设置支撑结构115。

如图10和图11所示，在一些实施例中，可例如通过干法刻蚀形成多个沟槽。

如图12和图13所示，在本实施例中，在形成多个沟槽之后，还需要在台型结构内形成电流限制层108，以形成发光孔。其中，图12为沿A-A方向的电流限制层结构示意图，图13为沿B-B的电流限制层结构示意图。本实施例如通过高温氧化高掺铝的方法，对沟槽107的侧壁进行氧化，以在第二反射层104内形成多个电流限制层108。在本实施例中，通过对沟槽107的侧壁进行氧化，以在第二反射层104内形成多个电流限制层108。

如图12和图13所示，在一些实施例中，电流限制层108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14至图15所示，其中，图14为步骤S14沿A-A方向的结构示意图。图15为步骤S14沿B-B方向的结构示意图。在本实施例中，在形成电流限制层108之后，在沟槽内形成第一绝缘层111。在本实施例中，第一绝缘层111形成于钝化层106以沟槽的底部和侧壁上，在第一绝缘层形成后，通过刻蚀，去除位于第一金属层105a上的第一绝缘层111和钝化层106，暴露出第一金属层105a。即部分第一绝缘层111位于沟槽107内以及台型结构上除第一金属层105a上以外区域的钝化层106上。本实施例以位于中间的沟槽107内的第一绝缘层111为例进行说明，部分第一绝缘层111位于沟槽107内的底部及侧壁上，且第一绝缘层111沿着沟槽107的侧壁延伸至第二反射层104上，且与钝化层106接触。同理，位于沟槽107内的第一绝缘层111从沟槽107的侧壁延伸至第二反射层104上，且与钝化层106a接触，从而实现发光单元的绝缘隔离。在本实施例中，部分第一绝缘层111还覆盖支撑结构115上的钝化层106。

如图13至图15所示，第一绝缘层111的材料可以是氮化硅或氧化硅或其他绝缘材料，且第一绝缘层111的厚度可在100～300nm，该第一绝缘层111可以保护电流限制层108，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第一绝缘层111。

如图14至图17所示，其中，图16为步骤S15沿A-A方向的结构示意图，图17为步骤S15沿B-B方向的结构示意图。首先在第一沟槽107a、第二沟槽107b及第三沟槽107c内形成第二金属层105b，以实现第二金属层105b连接第一金属层105a。

如图16至17所示，在本实施例中，第二金属层105b形成在第一绝缘层111上，即部分第二金属层105b位于沟槽107内的第一绝缘层111上，部分第二金属层105b位于第二反射层104上的第一绝缘层111上，同时部分第二金属层105b还位于钝化层106和第一金属层105a上，且与第一金属层105a电性连接。第二金属层105b的侧壁与第一金属层105a的侧壁对齐，即第二金属层105b未覆盖或遮挡发光孔，即位于发光孔的外周。在本实施例中，部分第二金属层105b还覆盖支撑结构115上的第一绝缘层111。

如图16所示，在本实施例中，将第一台型结构109a定义为第一发光单元，将第二台型结构109b定义为第二发光单元。第一台型结构109a与第二台型结构109b的结构相同，本实施例以第一台型结构109a为例进行阐述。第一台型结构109a从下至上包括第一反射层102、有源层103、第二反射层104、第一金属层105a、钝化层106及第二金属层105b，在第二反射层104内形成有电流限制层108，即电流限制层108从第二反射层104的侧壁向第二反射层104内延伸。且第一台型结构109a内的电流限制层108为环形结构，并通过电流限制层108定义出发光孔。其中，电流限制层108的第一端与第二反射层104的侧壁接触，另一端位于第二反射层104内，并延伸至第一金属层105a的内径中，也就是第一金属层105a位于发光孔的外周，以便后期形成的电极不遮挡发光孔。

如图16所示，在本实施例中，第一台型结构109a与第二台型结构109b的结构相同，因此第一发光单元与第二发光单元的结构相同。在本实施例中，将第三台型结构110a定义为第三发光单元，将第四台型结构110b定义为第四发光单元，第三台型结构110a与第四台型结构110b的结构相同，由此，将第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元以及第四发光单元定义为发光阵列中的一部分。

如图16所示，在本实施例中，第一台型结构109a与第二台型结构109b之间形成有沟槽107，且在沟槽107内形成有第二金属层105b，且第二金属层105b连接第一台型结构109a与第二台型结构109b上的第一金属层105b，由此将第一台型结构109a与第二台型结构109b连接，即第一台型结构109a与第二台型结构109b通过第二金属层105b与第一金属层105a连接，也就是第一发光单元与第二发光单元连接。同理可知，第三发光单元和第二发光单元连接，第四发光单元和第三发光单元连接。在实际生产中，单个发光阵列中，设置多个发光单元，多个发光单元结构相同，且多个发光单元之间通过沟槽107内的第二金属层105b进行串联。

如图13和17所示，在本实施例中，第四台型结构110b和第五台型结构116与第一台型结构109a结构一致，且电流限制层108的形成方法和结构相同，在此不多做阐述。在沟槽107内形成有第二金属层105b，且第二金属层105b连接第四台型结构110b和第五台型结构116上的第一金属层105a，以形成两个发光单元，包括第四发光单元和第五发光单元。且第二金属层105b覆盖两个沟槽107且连接，所以两个发光单元通过第二金属层105b与第一金属层105a连接。

如图18至图21所示，其中，图18和图20为步骤S16沿A-A方向的结构示意图，图19和图21为步骤S16沿B-B方向的结构示意图。在本实施例中，在步骤S16中，在第二金属层105b上形成第二绝缘层112，部分第二绝缘层112位于第二金属层105b上，部分第二绝缘层112位于钝化层106和第一绝缘层111上，即覆盖发光孔及第二金属层105b的侧面。且在沟槽107上方的第二金属层105b上未设置第二绝缘层112，即在形成第二绝缘层112时，第二绝缘层112覆盖全部的衬底101的表层，后增加一道刻蚀工艺，将沟槽107上方的第二金属层105b上的第二绝缘层112刻蚀去除，以暴露部分第二金属层105b，以便后续金属层与第二金属层105b的连接。在本实施例中，第二绝缘层112、第一绝缘层111以及钝化层106的总光学厚度满足半波长的整数倍，即第二绝缘层112的厚度乘以第二绝缘层112折射率，加上第一绝缘层111的厚度乘以第一绝缘层111折射率，加上钝化层106的厚度乘以其折射率的总和，满足半波长的整数倍。

如图19所示，在本实施例中，在刻蚀去除部分第二绝缘层112时，同时去除支撑结构115上方的第二金属层105b上的第二绝缘层112，以及第四台型结构110b和第五台型结构116两端的第二金属层105b上的第二绝缘层112，即支撑结构115以及台型结构两端上的第二金属层105b上未设置第二绝缘层112，以便后续金属层与第二金属层105b的连接。

如图18至图19所示，第二绝缘层112的材料可以是氮化硅或氧化硅或其他绝缘材料，且第二绝缘层112的厚度例如在100～300nm，该第二绝缘层112可以保护第二金属层105b，还可以有效隔离相邻的台面结构。在本实施例中，例如通过化学气相沉积的方式形成该第二绝缘层112。

如图20至图21所示，在步骤S16中，首先在第二绝缘层112及第二金属层105b上形成第三金属层105c，第三金属层105c与第二金属层105b连接。且第三金属层105c、第二金属层105b、以及第一金属层105a电性连接，形成第一电极105。在不同实施例中，第一电极105还可以包括第四金属层、第五金属层等，第四金属层设置在第三金属层105c上，第五金属层设置在第四金属层上，即在第三金属层105c上继续制作绝缘层和金属层，且绝缘层设置有开口，保证金属层之间电性连接以构成第一电极，增加第一电极105的厚度。多个第一电极105连接多个发光单元，形成公共阳极。在本实用新型中，第三金属层105c的俯视图的边界形状不限，例如可以为弧形、多边形等，具体例如为圆形、矩形或三角形等，以不遮挡发光孔为宜。在本实施例中，第三金属层105c设置为弧形，与发光孔的外径匹配，且第三金属层105c的厚度例如为0.5～5μm，具体例如为4μm。第三金属层105c的材料可包括Au金属或Cu金属等，具体可根据需要进行选择电阻率小的金属或金属组合。通过第三金属层105c与第二金属层105b连接，以加大金属电极的厚度，减低由于线性发光单元的长边过长造成的光斑不均匀，提高光斑均匀性。本实用新型并不限制发光单元上金属层的层数，在实际生产中，可根据需要，设置多层金属层，确保多层金属层不会遮挡发光孔。且多层金属层之间通过绝缘层隔开，且同时在绝缘层上设置开口，以连接多层金属层，形成第一电极。

如图22和图23所示，其中，图22为步骤S17沿A-A方向的结构示意图。图23为步骤S176沿B-B方向的结构示意图。在本实用新型一实施例中，可以对衬底101进行减薄，减薄后衬底101的厚度例如为2～150μm，具体例如为100μm。在减薄后的衬底101相对于发光单元的一侧形成第二电极114。其中，第二电极114的材料可包括Au金属、Ag金属、Pt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。由于衬底101为半导体材料制成，可以通过第二电极114将多个发光单元连接，第二电极114作为共同阴极。

如图24和图25所示，其中，图24至图25为另一实施例中发光阵列沿A-A方向和B-B方向的剖面图。在本实用新型另一实施例中，在形成沟槽107时，贯穿外延结构2，或再刻蚀部分衬底101，暴露出衬底101，再形成第一台型结构109a、第二台型结构109b、第三台型结构110a、第四台型结构110b、第五台型结构116。其中，在各台型结构上形成有第一金属层105a和第二金属层105b，第一金属层105a和第二金属层105b通过第一绝缘层111上的开口连接，形成第一电极105。在衬底101相对于发光单元的一侧形成第二电极114。在本实施例中，将沟槽107刻蚀至衬底101，增大了N-DBR的电阻，从而增大了发光单元的等效电阻。同时由于沟槽的深度增加，在形成第二金属层时，可以增加金属的填充体积，从而减小金属的等效电阻。在垂直腔面发射激光器工作时，一维阵列发光单元器件的分压增加，金属传输线的电阻减小，从而一维线性阵列的首尾发光单元减小注入电流的差异，从而提高发光单元的发光均一性。

如图2所示，在本实施例中，将制备好的垂直腔面发射激光器焊接到焊盘1上，单个发光单元阵列中发光单元113的个数不做限制，例如设置6～15个，具体例如为11个，即多个发光单元构成发光阵列。在本实施例中，垂直腔面发射激光器的发光阵列的列数也不做限制，在发光单元113制备过程中，同时可制备多个发光阵列，例如设置1～6列，具体例如为2列，以满足不同使用场景。

如图26所示，在本实用新型另一实施例中，提供的垂直腔面发射激光器的列数为1列，且发光单元113例如设置6个，其发光单元的制作方法与本实施的制作方法一致。在发光单元113之间的第三金属层105c的俯视图的边界形状也可以设置为多种形状，例如弧形、多边形等，以不遮挡发光孔为宜。

如图27所示，在本实用新型另一实施例中，提供的垂直腔面发射激光器的列数例如为2～4列，又例如为2列，且在垂直腔面发射激光器中设置两组电路，在垂直腔面发射激光器的两端分别设置焊盘，可通过单一焊盘对激光器中的发光阵列进行控制，以实现对不同发光阵列进行发光控制。

如图28至图31所示，为两组电路的两列垂直腔面发射激光器沿C-C方向的制备过程。

如图28所示，在第二金属层105b制备完成之前，其制备方法与图3至图16的制备方法一致，这里不多做阐述。在第一绝缘层111形成后，形成第二金属层105b，部分第二金属层105b位于沟槽107内的第一绝缘层111上，部分第二金属层105b位于第二反射层104上的第一绝缘层111上，同时部分第二金属层105b还位于钝化层106和第一金属层105a上，且与第一金属层105a电性连接。第二金属层105b的侧壁与第一金属层105a的侧壁对齐，即第二金属层105b未覆盖或遮挡发光孔，即位于发光孔的外周。在本实施例中，第二金属层105b未覆盖支撑结构115。

如图29所示，在本实施例中，在第二金属层105b上形成第二绝缘层112，且第二绝缘层112覆盖全部衬底101的上表面。第二绝缘层112的材料可以是氮化硅或氧化硅或其他绝缘材料，且第二绝缘层112的厚度可在100～300nm，该第二绝缘层112可以保护第二金属层105b。在本实施例中，可例如通过化学气相沉积的方式形成该第二绝缘层112。

如图30所示，在本实施例中，形成第二绝缘层112后，在第二绝缘层112上形成图案化光阻层(图中未显示)，对第二绝缘层112进行刻蚀，形成多个开口。刻蚀后的部分第二绝缘层112覆盖发光孔及第二金属层105b的侧面，并延伸至部分第二金属层105b上，部分二绝缘层112覆盖支撑结构115。即在发光单元上的部分第二金属层105b上，未设置第二绝缘层112，以便后续金属层与第二金属层105b的连接。

如图27和图31所示，在本实施例中，在第二绝缘层112刻蚀完成后，在第二金属层105b上沉积第三金属层。其中，第四台型结构110b上的第三金属层定义为第一部分金属层117，第五台型结构116上的金属层定义为第二部分金属层118。即部分第一部分金属层117位于第四台型结构110b一端的第二金属层105b以及第二绝缘层112上，部分第一部分金属层117位于部分第四台型结构110b和支撑单元115上。第二部分金属层118位于第五台型结构116上，分别位于发光孔两侧的第二金属层105b上，与第五台型结构116上的第二金属层105b的连接。在本实施例中，第一部分金属层117和第二部分金属层118的上表面齐平，且第一部分金属层117和第二部分金属层118在支撑结构115上，通过部分第二绝缘层112进行绝缘。在本实施例中，通过第一部分金属层117与第一焊盘3连接，可从一端控制一列发光单元的发光。第二部分金属层118与第二焊盘4连接，可用来从另一端控制一列发光单元的发光。即设置多个焊盘，实现了通过单一焊盘对激光器中的一列发光阵列进行控制。

如图31所示，在本实施例中，第一部分金属层117和第二部分金属层118的形状不限，例如第一部分金属层117和第二部分金属层118的俯视图的边界可以为弧形、多边形等，具体例如为圆形、矩形或三角形等，以不遮挡发光孔为宜。在本实施例中，第一部分金属层117和第二部分金属层118设置为弧形，与发光孔的外径匹配，且第一部分金属层117和第二部分金属层118的厚度例如为1～8μm，具体例如为2μm。第一部分金属层117和第二部分金属层118的材料可包括Au金属或Cu金属等，具体可根据需要进行选择。通过设置第一部分金属层117和第二部分金属层118，一方面可以加大金属电极的厚度，减低由于发光单元的长边过长造成的光斑不均匀，提高光斑均匀性。另一方面可以设置不同线路，连接不同外线路，可通过不同线路对垂直腔面发射激光器进行控制，提高发光效率。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括，

衬底；

至少一个发光单元阵列，设置在所述衬底上，所述发光单元阵列多个发光单元，且所述发光单元包括第一反射层、有源层以及第二反射层；

沟槽，设置在相邻的所述发光单元之间和所述发光单元阵列两端，所述沟槽暴露所述第一反射层；

第一电极，包括第一金属层、第二金属层和第三金属层，且第一金属层设置在所述发光单元上，所述第二金属层位于所述沟槽内，所述第二金属层连接所述第一金属层，所述第三金属层设置在所述第二金属层上，且与所述第二金属层连接；以及

第二电极，设置所述第一反射层相对于所述发光单元的一侧。

2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述沟槽内还设置有第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述沟槽的底部和侧壁，并延伸至所述第二反射层上。

3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二金属层覆盖所述第一绝缘层和所述第一金属层，且所述第二金属层与所述第一金属层电性连接。

4.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二金属层上设置第二绝缘层，且所述第二绝缘层设置有开口，所述开口暴露位于所述沟槽上的所述第二金属层。

5.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第三金属层覆盖所述第二绝缘层，且通过所述第二绝缘层上的所述开口连接所述第二金属层。

6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第三金属层的厚度为0.5～5μm。

7.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一电极包括第四金属层及第五金属层，所述第四金属层位于所述第三金属层上，所述第五金属层位于所述第四金属层上。

8.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，每一所述发光单元阵列的长宽比至少为3:1。

9.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有源层包括层叠设置的量子阱复合结构，所述量子阱复合结构为砷化镓和砷化铝镓，或者砷化铟镓和砷化铝镓材料层叠排列构成。

10.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一反射层和/或所述第二反射层包括多个不同折射率材料的交替叠层，每一所述交替层的有效光厚度为所述垂直腔面发射激光器的工作波长的四分之一奇数整数倍。

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