多层多区垂直腔面发射激光器装置转让专利
申请号 : CN202010106042.9
文献号 : CN111293584B
文献日 : 2021-04-16
发明人 : 沈志强
申请人 : 浙江博升光电科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,包括垂直腔面发射激光器层,所述垂直腔面发射激光器层包括至少两个区域,每一区域至少具有一个垂直腔面发射激光器;
所述垂直腔面发射激光器层上设置有至少两层第一电极层,相邻所示第一电极层之间设置有绝缘层,所述绝缘层将所述至少两层第一电极层分隔为与所述区域数量一致的连接电极,所述连接电极与所述区域一一对应;
每一所述区域内,所述垂直腔面发射激光器的第一电极与该区域对应的连接电极电连接;不同区域对应的电极层是相互层叠设置的,这样在上层的电极层所对应的区域开设穿过下层的电极层的过孔,使下层的电极层所覆盖区域内的,属于上层的电极层所对应区域的VCSEL与上层的电极层电连接。
2.根据权利要求1所述的多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,各区域设置有多个所述垂直腔面发射激光器,不同所述区域之间至少部分重叠。
3.根据权利要求1所述的多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,所述第一电极层包括多条间隔设置的第一连接电极;
还包括第二电极层,每一所述区域内,所述垂直腔面发射激光器的第二电极与该区域对应的第二电极层电连接,所述第二电极层包括多条间隔设置的第二连接电极;
在垂直于所述垂直腔面发射激光器层的投影上,所述第一连接电极与所述第二连接电极相交,且相交位置为所述区域。
4.根据权利要求1‑3任一项所述的多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,所述多层多区垂直腔面发射激光器装置各区域的出光侧,设置有至少一个用于改变所述垂直腔面发射激光器所出射激光光路的光学结构。
5.根据权利要求4所述的多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,所述光学结构为光栅、菲涅尔透镜、凸透镜、凹透镜、凸透镜阵列和凹透镜阵列中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,所述光学结构为光栅,所述光栅为亚波长光栅或衍射光栅。
7.根据权利要求6所述的多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,所述光栅包括多个光栅周期,同一所述光栅周期内的栅距相同或不同,栅条的宽度相同或不同;和/或,不同光栅周期内的栅距相同或不同,栅条的宽度相同或不同。
8.根据权利要求1‑3任一项所述的多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,每一所述区域包括多个所述垂直腔面发射激光器和一个光学结构,所述光学结构覆盖其所在区域的全部所述垂直腔面发射激光器的光路。
9.根据权利要求1‑3任一项所述的多层多区垂直腔面发射激光器装置,其特征在于,各所述区域包括多个所述垂直腔面发射激光器,各区域的多个所述垂直腔面发射激光器按预定规则排布或随机排布。
说明书 :
多层多区垂直腔面发射激光器装置
技术领域
背景技术
分组成。上下两个DBR与有源层构成谐振腔。有源区由量子阱组成,作为VCSEL的核心部分,
决定着VCSEL的阈值增益、激射波长等重要参数。
VCSEL位于一层,且与其连接的电极亦位于一层,可以认为电极是在一个面分布的,通过图
案化将不同位置的电极进行隔离,由于其是位于一个面,那么VCSEL阵列中的不同区域之间
不能有重叠的区域,且随着VCSEL数量的增多,电极层的面积也势必需要较大的面积,这就
导致整个VCSEL阵列较大,生产成本较高。
发明内容
整体尺寸,降低生产成本。
激光器;
连接电极,所述连接电极与所述区域一一对应;
属于上层的电极层所对应区域的VCSEL与上层的电极层电连接,也即VCSEL阵列中的不同区
域之间具有重叠的区域。此外,由于电极层是层叠设置的,其可以将先有技术中本应该横向
延展的多个电极区域转换为纵向层叠的结构,在设置相同数量VCSEL的情况下,减小了
VCSEL阵列的整体尺寸,降低了生产成本。
附图说明
具体实施方式
便于描述,附图中仅示出了与发明相关的部分。
垂直腔面发射激光器;所述垂直腔面发射激光器层上设置有至少两层第一电极层,相邻所
示第一电极层之间设置有绝缘层,所述绝缘层将所述至少两层第一电极层分隔为与所述区
域数量一致的连接电极,所述连接电极与所述区域一一对应;每一所述区域内,所述垂直腔
面发射激光器的第一电极与该区域对应的连接电极电连接。
面发射激光器的第一电极层电连接,另外一层第一电极层与另外一个垂直腔面发射激光器
的第一电极层电连接。
涂覆可采用已知的涂覆工艺,刻蚀可采用已知的方法,在此不做具体的限定。
示出了第一电极层的形成过程;具体见下文描述。
反射器层1可以为布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector;DBR)层和高对比度光栅
(High Contrast Grating;HCG)层中的至少一种,如图1所示。
光能。当然,在某些示例中还可以采用单量子阱层代替多量子阱层,如图2所示。
反射器层3为P型;相应地,当第一反射器层1为P型时,第二反射器层3为N型。第二反射器层3
可以为布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector;DBR)层和高对比度光栅(High
Contrast Grating;HCG)层中的至少一种,如图3所示。
直腔面发射激光器是顶发射型垂直腔面发射激光器,第一电极7暴露激光出射窗口,以使激
光可以从顶部出射,如图4所示。
射激光器的激光出射窗口,在该工艺步骤完成后,形成了垂直腔面发射激光器阵列,如图5
所示;
亚酰胺(Polyimide;PI)等有机聚合物材料,采用有机聚合物材料可以提供较大的绝缘层厚
度和低介电常数,第一绝缘层8可以为单层、双层或者多层结构,如SiNx/SiOx的复合薄膜,
厚度为30nm~5um;第一绝缘层8可以透光;
面发射激光器的第一电极7电连接,另外一部分与另外一个区域9(为便于表示以下称为第
二区域B)的垂直腔面发射激光器的第一电极7电连接,如图7所示;
位于下层的第一电极层;
电极层形成了与不同区域垂直腔面发射激光器连接的结构,其中图9中向上的箭头为激光
的出射方向。
区域,另一个连接电极是图中标号为9及12的区域,标号为9及12的区域通过过孔13电连接。
于上层的电极层所对应区域的VCSEL与上层的电极层电连接,也即VCSEL阵列中的不同区域
之间具有重叠的区域。此外,由于电极层是层叠设置的,其可以将先有技术中本应该横向延
展的多个电极区域转换为纵向层叠的结构,在设置相同数量VCSEL的情况下,减小了VCSEL
阵列的整体尺寸,降低生产成本。
成第二电极层12,使第一电极层10与位于第一区域A的垂直腔面发射激光器的第一电极7电
连接,第二电极层12与位于第二区域B的垂直腔面发射激光器的第一电极7电连接。
15来分别与三个区域的垂直腔面发射激光器的第一电极7电连接。
中,位于最外层的几个腔面发射激光器的连线所围成的范围。
a、b、c,该三个区域的垂直腔面发射激光器随机排布,由于其具有重叠的位置,则某一区域
内的一个或多个位于其他的区域范围内,形成了区域的相互交叠。
光器不同的填充予以区别),该三个区域对应的第一电极层分别为a、b、c,如第一区域被第
二区域包围,第二区域被第三区域包围。
的第二电极层电连接,第二电极层包括多条间隔设置的第二连接电极21;在垂直于垂直腔
面发射激光器层的投影上,第一连接电极20与第二连接电极21相交,且相交位置为上述区
域。
光器16。当然,这里对应于每个区域还可以采用上述实施例中多层多区垂直腔面发射激光
器装置的结构,只不过在第一连接电极和第二连接电极相交位置再划分的区域可以称为多
个子区域,可以理解为在多层多区垂直腔面发射激光器装置中嵌套一个小的多层多区垂直
腔面发射激光器装置。
极,那么就可以对16个区域进行独立扫描,这样可以大大减小连接电极所需的面积,从而降
低模具尺寸及成本。
在该种情况下,第一电极层的材料例如但不限于为氧化铟锡(Indium Tin Oxide;ITO)。
中所示的第一电极7,其可以覆盖在由未氧化区域6所界定的垂直腔面发射激光器的激光出
射窗口区域。在图15中,设置了两个区域的垂直腔面发射激光器,每个区域具有一个垂直腔
面发射激光器,相应的设置里两层第一电极层,两层第一电极层被绝缘层分隔为左右两个
部分的连接电极10、12,该两个连接电极10、12分别与垂直腔面发射激光器一一对应连接。
图16中,设置了三个区域的垂直腔面发射激光器,每个区域具有一个垂直腔面发射激光器,
相应的设置里三层第一电极层,三层第一电极层被两层绝缘层分隔为左右中三个部分的连
接电极10、12及15,该三个连接电极10、12及15分别与垂直腔面发射激光器一一对应连接。
光的传播路径的光学结构均可。根据设置的光学结构的不同,该多层多区垂直腔面发射激
光器装置可以对激光进行准直或发散等,相应地,该多层多区垂直腔面发射激光器装置可
以作为准直器、发射器等。
结构31,该光学结构31覆盖其所在区域的全部垂直腔面发射激光器16的光路。如图21中,1
个区域有两个垂直腔面发射激光器16,则该区域的一个上述光学结构31覆盖这两个垂直腔
面发射激光器16;如图23中,1个区域有一个垂直腔面发射激光器,则该区域的一个上述光
学结构31覆盖这一个垂直腔面发射激光器16。
同栅距及不同栅条宽度的光栅,即不同参数的光栅,使得不同区域所射出的激光的范围(夹
角)或方向不同。如图21所示,不同区域所射出的激光的范围(夹角)32不同。如图22所示,不
同区域所射出的激光的方向不同,图23中一个区域对应于一个垂直腔面发射激光器16及一
个光学结构31,图21中一个区域对应于两个垂直腔面发射激光器16及一个光学结构31。图
中箭头表示激光出射的方向。
一区域还可以设置不同参数的同类光学结构,例如,在上述同一区域设置多个光栅,多个光
栅采用不同的周期等参数,以使同一区域内不同位置的光线被偏转的角度不同,以在远场
模式下,一部分位置的光强被加强,而其相邻的区域被减弱,甚至是没有光强。光强被加强
的区域可以是不同区域的光线被衍射叠加在一起的区域。如图24所示,通过设置不同种类
的光学结构31,可以获得不同的显示图案。
多个周期,远场模式下获得多个衍射级数的光斑,多个衍射级数的光斑数小于等于光栅周
期数,光栅的衍射角由其周期决定,周期越大则衍射的角度间隔越小。
个光栅周期内,各栅距相同,各栅条宽度不同,或者,同一个光栅周期内,各栅距不同,各栅
条宽度相同,再或者,同一个光栅周期内,各栅距不同,各栅条宽度亦不同。通过改变各栅距
及各栅条的宽度,可以改变光栅对激光光路的改变作用。
再或者,不同光栅周期的栅距不同,栅条的宽度亦不同。
附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,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
本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示
相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可
以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中,除非另有说明,
“多个”的含义是两个或两个以上。
方案,同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下,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。