[发明专利]一种VCSEL耦合阵列与光学移相器阵列片上集成的光束扫描芯片

摘要

本发明公开了一种VCSEL耦合阵列与表面光学移相器片上集成的光束扫描芯片，属于半导体激光器技术和光束扫描技术的交叉技术领域。本发明通过采用质子注入、光子晶体或腔诱导反波导等技术，实现VCSEL阵列单元间的耦合，阵列各单元发射出功率一致的相干光。利用VCSEL阵列平面结构的特点，通过光刻、溅射、PECVD、ICP、蒸镀等工艺，在VCSEL耦合阵列表面集成透射式光学移相器阵列，从而获得体积小、结构紧凑、集成度高的光束扫描芯片。它解决了传统的光学相控阵光束扫描装置中因激光光源与移相器阵列在空间上分离而导致的体积大、可靠性低、安装复杂等问题，应用前景广阔。

主权项

1.一种VCSEL耦合阵列与光学移相器阵列片上集成的光束扫描芯片，其特征在于：S1.通过质子注入限制、或光子晶体或腔诱导反波导技术，使VCSEL阵列各发光单元的光场在器件内部耦合，单元间有固定的相位关系，从而制备出能够获得高光束质量相干光输出的VCSEL耦合阵列；S2.采用平面结构的VCSEL耦合阵列作为激光源，通过光刻、溅射、PECVD、刻蚀、蒸镀、液晶成盒工艺在其表面集成液晶透射式光学移相器阵列，将激光源与移相器阵列集成在同一个芯片上；VCSEL耦合阵列各单元发射出功率一致的相干光，均匀入射到集成在其表面的透射式相移器阵列；通过调节施加于移相器阵列各个单元的电压来调节各个单元的相移量，使从各个相移器单元输出光波的相位在特定方向上相同，从而该特定方向的光波相长干涉，实现特定方向上的光束偏转；光束扫描芯片的集成工艺如下：首先生长VCSEL外延结构，然后采用质子注入、光子晶体或腔诱导反波导耦合机制，通过光刻、溅射、PECVD、刻蚀工艺制备出VCSEL耦合阵列，以获得相干光输出；接着采用PECVD在VCSEL阵列表面淀积一层厚度为50nm～3μm厚的SiO₂或SiN_x绝缘膜作为移相器阵列的下基板，再利用掩膜版，将VCSEL阵列正电极压焊点上方的SiO₂或SiN_x绝缘膜刻蚀掉，以实现对VCSEL阵列的电流注入；然后在剩余的SiO₂或SiN_x绝缘膜上溅射厚度为100nm～500nm的Au薄膜，利用掩膜版，将透光区域以及其他设计区域的Au薄膜刻蚀掉；然后蒸镀厚度为20nm～80nm的ITO薄膜，再利用掩膜版对ITO薄膜刻蚀形成条形透明电极；采用下表面蒸镀有20nm～80nm ITO薄膜的玻璃片作为相移器阵列的上基板；在上基板的ITO表面以及下基板ITO条形电极表面旋涂取向膜，然后在200℃～300℃烘烤2～3小时后摩擦取向；接着在液晶盒边框胶内掺杂直径1μm～5μm金球，以实现上基板公共电极与下基板公共电极点的电连接；最后灌入液晶，以反平行方式成盒，完成光束扫描芯片的集成。