一种面发射激光半导体列阵芯片及其制作方法与流程

本发明涉及激光半导体领域，尤其涉及一种面发射激光半导体列阵芯片及其制作方法。

背景技术：

1、面发射半导体激光器由于具有垂直发光、易于集成、低功耗、圆形光斑等诸多优点，逐渐称为半导体激光器领域发展的新热点。特别是近年来由于人脸识别，激光雷达等智能感知技术的发展，使得垂直腔面发射半导体激光器vcsel列阵芯片称为研究及产业领域的热点。

2、目前用于人脸识别、激光雷达等智能感知技术领域的vcsel列阵芯片主要是基于砷化镓gaas材料体系，依靠氧化孔径205形成光电限制，具有多个发光单元110，发射的激光一般具有单一的中心波长，常用的vcsel列阵的发光波长包括850 nm、910nm、940nm等，整个vcsel列阵芯片的不同发光单元110都基于相同的外延结构制备，具有几乎相同的振荡腔长，因此，整个列阵的发光波长一般为单一波长。而目前，激光雷达领域，特别是车载激光雷达技术主要基于飞行时间差法tof原理，即通过连续发射光脉冲(一般为不可见光)到被测物体上,然后接收从物体反射回去的光脉冲，通过探测光脉冲的往返时间来计算被测物体离相机的距离。该技术在真实路况中面临的一个关键问题是如何区分探测器接收到的光脉冲是由自身发射的还是由其他车辆的雷达所发出的。目前，采用vcsel列阵芯片的激光雷达发射源发出的激光脉冲仅包含能量信息，不同激光雷达发出的激光信号很那相互区分。现有的列阵芯片具有统一的振荡腔长，芯片发射的激光具有单一的中心波长，激光信号不具有独特性，不同激光信号间无法相互区分。

技术实现思路

1、本发明提供了一种面发射激光半导体列阵芯片及其制作方法，面发射激光半导体列阵芯片可以在单一列阵芯片中同时发射多个不同波长的激光，且由该列阵芯片发射的激光光斑中波长分布具有一定规律，以解决至少一种现有技术中存在的技术问题。

2、本发明的一个技术方案如下：一种面发射激光半导体列阵芯片，包括衬底组件、第一反射镜组件、有源区组件、阶梯组件和第二反射镜组件，所述第一反射镜组件设置在所述第衬底组件的上表面，所述有源区组件设置在第一反射镜组件的上表面，所述阶梯组件设置在所述有源区组件的上表面，所述阶梯组件的每级台阶上均设置有第二反射镜组件，台阶组件的每级台阶上设置有发光单元，所述发光单元嵌入第二反射镜组件中。

3、进一步地，所述衬底组件所包括第一电极层和衬底，所述衬底设置在所述第二电极层的上表面。

4、进一步地，所述有源区组件包括有源层、第一限制层和第二限制层，所述有源层设置在第一限制层和第二限制层之间。

5、进一步地，所述阶梯组件包括氧化层和台阶层，所述台阶层设置在氧化层的表面，所述台阶层包含多级不同高度的台阶。

6、进一步地，所述发光单元包括环形槽、第二电极层和绝缘层，所述环形槽嵌入第二反射镜组件、氧化层和台阶层，所述环形槽与包围的氧化层形成氧化孔径，所述氧化层设置在所述环形槽表面和第二反射镜组件的上表面，所述第二电极层设置在氧化层表面，位于所述第二反射镜组件上表面的所述第二电极层和氧化层上开设有通光孔。

7、进一步地，所述台阶层的每级台阶均呈长方形，每级台阶高度逐级变化，每级台阶与面发射激光半导体列阵芯片的边缘平行设置或与面发射激光半导体列阵芯片的边缘呈45°夹角设置。

8、进一步地，当每级台阶与面发射激光半导体列阵芯片的边缘呈45°夹角设置时，位于中间位置的台阶的长度大于两侧的台阶的长度，位于最外侧的台阶的长度最短。

9、进一步地，所述台阶层的台阶呈环形并呈同心排布，台阶的高度从中心至边缘依次降低或从中心至边缘依次降低升高。

10、进一步地，环形的台阶宽度为20~500微米，发光单元的出光口径为5~ 200微米。

11、本发明的另一种技术方案如下：一种用于制备上述任一所述的面发射激光半导体列阵芯片的制作方法，包括：

12、选取衬底组件，通过外延设备，在衬底组件上依次外延生长第一反射镜组件、有源区组件以及阶梯组件基底；

13、通过光刻和干法刻蚀工艺，在阶梯组件基底上刻蚀出高度不同的多级台阶；

14、在每级台阶上二次外延生长第二反射镜组件，在每级台阶上的第二反射镜组件上刻蚀出发光单元。

15、本发明的有益效果：本发明提供了一种在光斑中含图形化的波长信息的列阵芯片，通过设计不同的列阵芯片的图形和波长组合，每一批次的列阵芯片均有自己独特的id，采用本发明提供的vcsel列阵芯片作为激光雷达的信号发射光源，可以有效解决不同雷达间的信号相互影响问题。

技术特征：

1.一种面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，包括衬底组件、第一反射镜组件（102）、有源区组件、阶梯组件和第二反射镜组件（108），所述第一反射镜组件（102）设置在所述第衬底组件的上表面，所述有源区组件设置在第一反射镜组件（102）的上表面，所述阶梯组件设置在所述有源区组件的上表面，所述阶梯组件的每级台阶上均设置有第二反射镜组件（108），台阶组件的每级台阶上设置有发光单元（110），所述发光单元（110）嵌入第二反射镜组件（108）中。

2.如权利要求1所述的面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，所述衬底组件所包括第一电极层（201）和衬底（101），所述衬底（101）设置在所述第一电极层（201）的上表面。

3.如权利要求1所述的面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，所述有源区组件包括有源层（104）、第一限制层（103）和第二限制层（105），所述有源层（104）设置在第一限制层（103）和第二限制层（105）之间。

4.如权利要求1所述的面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，所述阶梯组件包括氧化层（106）和台阶层（107），所述台阶层（107）设置在氧化层（106）的表面，所述台阶层（107）包含多级不同高度的台阶。

5.如权利要求4所述的面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，所述发光单元（110）包括环形槽（206）、第二电极层（203）和绝缘层（202），所述环形槽（206）嵌入第二反射镜组件（108）、氧化层（106）和台阶层（107），所述环形槽（206）与包围的氧化层（106）形成氧化孔径（205），所述氧化层（106）设置在所述环形槽（206）的表面和第二反射镜组件（108）的上表面，所述第二电极层（203）设置在氧化层（106）表面，位于所述第二反射镜组件（108）上表面的所述第二电极层（203）和氧化层（106）上开设有通光孔（204）。

6.如权利要求4所述的面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，所述台阶层（107）的每级台阶均呈长方形，每级台阶高度逐级变化，每级台阶与面发射激光半导体列阵芯片的边缘平行设置或与面发射激光半导体列阵芯片的边缘呈45°夹角设置。

7.如权利要求6所述的面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，当每级台阶与面发射激光半导体列阵芯片的边缘呈45°夹角设置时，位于中间位置的台阶的长度大于两侧的台阶的长度，位于最外侧的台阶的长度最短。

8.如权利要求4所述的面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，所述台阶层（107）的台阶呈环形并呈同心排布，台阶的高度从中心至边缘依次降低或从中心至边缘依次降低升高。

9.如权利要求8所述的面发射激光半导体列阵芯片，其特征在于，环形的台阶宽度为20~500微米，发光单元（110）的出光口径为5~ 200微米。

10.一种用于制备权利要求1-9任一所述的面发射激光半导体列阵芯片的制作方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及激光半导体领域，尤其涉及一种面发射激光半导体列阵芯片及其制作方法。面发射激光半导体列阵芯片包括衬底组件、第一反射镜组件、有源区组件、阶梯组件和第二反射镜组件，所述第一反射镜组件设置在所述第衬底组件的上表面，所述有源区组件设置在第一反射镜组件的上表面，所述阶梯组件设置在所述有源区组件的上表面，所述阶梯组件的每级台阶上均设置有第二反射镜组件，台阶组件的每级台阶上设置有发光单元，所述发光单元嵌入第二反射镜组件中。本发明通过设计不同的列阵芯片的图形和波长组合，每一批次的列阵芯片均有自己独特的ID，采用本发明作为激光雷达的信号发射光源，可以有效解决不同雷达间的信号相互影响问题。

技术研发人员：张星
受保护的技术使用者：江苏长光时空光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14