[发明专利]超小型垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的发射器结构以及包括该发射器结构的阵列有效

专利信息
申请号: 201880034124.8 申请日: 2018-04-12
公开(公告)号: CN110692171B 公开(公告)日: 2022-07-22
发明(设计)人: 斯考特·伯勒斯;布伦特·费希尔;詹姆斯·卡特 申请(专利权)人: 感应光子公司
主分类号: H01S5/183 分类号: H01S5/183;H01S5/42;G01S7/481
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 纪雯
地址: 美国北卡*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 超小型 垂直 表面 发射 激光器 vcsel 发射器 结构 以及 包括 阵列
【说明书】:

一种激光二极管包括具有下布拉格反射器层、有源区和上布拉格反射器层的半导体结构。上布拉格反射器层包括激光孔,该激光孔具有垂直于有源区的表面定向的光轴。有源区包含第一材料,并且下布拉格反射器层包含第二材料,其中第一材料和第二材料的相应晶格结构彼此独立。还讨论了相关的激光器阵列和制造方法。

优先权要求

本申请要求于2017年4月12日向美国专利商标局提交的题为“LIGHT DETECTIONAND RANGING(LIDAR)DEVICES AND METHODS OF FABRICATING THE SAME”的美国临时专利申请No.62/484,701以及于2018年1月5日向美国专利商标局提交的题为“ULTRA-SMALLVERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER(VCSEL)AND ARRAYS INCORPORATING THESAME”的美国临时专利申请No.62/613,985的优先权,其公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明构思涉及基于半导体的激光器以及相关器件和操作方法。

背景技术

诸如物联网(IoT)和自主导航的许多新兴技术可以涉及在三维(3D)空间中检测和测量到对象的距离。例如,能够自动驾驶的汽车可能需要3D检测和识别以进行基本操作,并满足安全要求。室内导航也可能需要3D检测和识别,例如通过工业或家用机器人或玩具。

在一些情况下,基于光的3D测量可以优于雷达(角度精度低、笨重)或超声波(精度非常低)。例如,基于光的3D传感器系统可以包括检测器(比如,光电二极管或相机)和发光器件(比如,发光二极管(LED)或激光二极管)作为通常发射可见波长范围以外的光的光源。垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是可以在基于光的传感器中用于在3D空间中测量距离和速度的发光器件的一种类型。VCSEL阵列可以允许功率缩放,并且可以以较高功率密度来提供非常短的脉冲。

发明内容

本文中描述的一些实施例针对激光二极管和包括激光二极管的阵列,激光二极管比如是VCSEL或其他表面发射激光二极管或边缘发射激光二极管或其他半导体激光器。

在一些实施例中,激光二极管可以是表面发射激光二极管。激光二极管包括半导体结构,该半导体结构包括n型层、有源区(其可以包括至少一个量子阱层)和p型层。n型层和p型层中的一个层在其上包括激光孔,该激光孔具有被定向为垂直于n型层与p型层之间的有源区的表面的光轴。激光二极管还包括分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。第一接触和/或第二接触在至少一个尺寸方面小于激光孔。

在一些实施例中,激光二极管可以是边缘发射激光二极管。激光二极管包括n型层、有源区、p型层、以及分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。激光孔具有定向为平行于n型层与p型层之间的有源区的表面的光轴。激光二极管还包括分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。第一接触和/或第二接触可以在至少一个尺寸方面小于激光孔。

根据本文中描述的一些实施例,一种激光二极管包括具有下布拉格反射器层、有源区和上布拉格反射器层的半导体结构。上布拉格反射器层在其上包含激光孔,该激光孔具有垂直于有源区的表面定向的光轴。有源区包含第一材料,并且下布拉格反射器层包含第二材料,其中第一材料和第二材料的相应晶格结构彼此独立。下布拉格反射器的第二材料的带隙可能低于有源区的第一材料的带隙。

在一些实施例中,第一材料和第二材料的相应晶格结构可以是晶格匹配的。

在一些实施例中,下布拉格反射器的第二材料可以是介电材料。在一些实施例中,上布拉格反射器还可以包括介电材料,并且可以在操作的期望波长具有比下布拉格反射器层低的反射率。

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