[发明专利]一种VCSEL芯片及其制造方法

说明书

本发明提供一种VCSEL芯片及其制造方法，所述VCSEL芯片包括芯片主体，所述芯片主体上设有出光窗口，所述出光窗口内设置有光栅结构，所述光栅结构的光栅周期随其中心距的增大而减少。本发明通过直接在VCSEL芯片的出光窗口内、设置光栅周期随其中心距的增大而减少的光栅结构，以通过光栅的衍射作用对VCSEL芯片的光束进行整形，相比于现有设置光学整形透镜系统的方案，无疑降低了VCSEL芯片的整体成本，并保证了VCSEL芯片的整体厚度，有利于小型化。

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，特别涉及一种VCSEL芯片及其制造方法。

背景技术

VCSEL全名为垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface EmittingLaser)，简称面射型激光，又称VCSEL芯片，与传统的边发射激光器不同，VCSEL的激光出射方向垂直于衬底表面。VCSEL芯片具有阈值电流低、面发射、发光效率高、功耗极低、光束质量好，易于光纤耦合、超窄的线宽、极高的光束质量、高偏振比和造价便宜等特点，广泛应用于激光显示、信息存储、激光通讯、光传感等领域。

其中，VCSEL芯片一般在衬底材料(如GaAs)上外延生长而成，如图1所示，一个典型的VCSEL芯片的外延结构包含n型限制层、非掺杂的有源区以及p型限制层，现今的VCSEL芯片输出光形状为一扩散的光斑，如图1所示，为了使VCSEL芯片输出平行光束或者聚焦光束，则需要对VCSEL芯片的光束进行整形。

现有技术当中，目前通过在后续的封装中加上复杂的光学整形透镜系统对VCSEL芯片的光束进行整形，而光学整形透镜系统成本高且占用一定体积，无疑增加了VCSEL芯片的整体成本和体积，不利于小型化。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种VCSEL芯片及其制造方法，以解决现有技术当中VCSEL芯片的整体成本高的技术问题。

本发明实施例提供一种VCSEL芯片，包括芯片主体，所述芯片主体上设有出光窗口，所述出光窗口内设置有光栅结构，所述光栅结构的光栅周期随其中心距的增大而减少。

进一步地，所述光栅结构的光栅周期Λ和中心距r之间满足以下条件式：

Λ＝k/rⁿ，n为任意正数，k为比例系数。

进一步地，所述光栅结构的深度大于或等于所述VCSEL芯片的发射光线在所述光栅结构中的波长。

进一步地，所述光栅结构的深度大于或等于268nm。

进一步地，所述光栅结构为圆形光栅或条形光栅，所述光栅结构通过蚀刻成型。

进一步地，所述光栅结构的材料为半导体材料或所述芯片主体的介质材料。

进一步地，所述芯片主体包括依次层叠的n型限制层、有源区以及p型限制层，所述光栅结构设置在所述p型限制层的顶部。

进一步地，所述p型限制层内设有限流圈，所述p型限制层顶部设有上电极，所述n型限制层底部设有下电极，所述上电极的中心部位围成所述出光窗口。

进一步地，所述芯片主体经刻蚀形成一台面，所述台面分布在所述n型限制层、所述有源区以及所述p型限制层上。

本发明实施例另一方面还提出一种VCSEL芯片制造方法，所述VCSEL芯片为上述的VCSEL芯片，所述制造方法包括：

在衬底材料上外延生长形成芯片主体，所述芯片主体包括依次层叠的n型限制层、有源区以及p型限制层；

对所述芯片主体进行刻蚀，以在所述芯片主体上形成一台面；

在所述p型限制层内氧化成型限流圈；