側(cè)發(fā)光激光芯片依靠襯底晶體的解離面作為諧振腔面,在大功率以及高新能要求的芯片上技術(shù)已經(jīng)成熟,但是也存在很多不足,例如激光性能對(duì)腔面的要求較高,不能用常規(guī)的晶圓切割,比如砂輪刀片、激光切割等。
在實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)試環(huán)節(jié)又特別麻煩,需要解離成bar條才能繼續(xù)測(cè)試,這個(gè)需要消耗切片的生產(chǎn)能力。
因此很多人想研發(fā)出面發(fā)射激光器芯片。
刻蝕45°鏡面反射側(cè)出光。發(fā)射特性完全依賴(lài)于內(nèi)部反射鏡的傾斜角度和平整度,工藝制作困難,并有光束畸變等問(wèn)題,早期很多人研究,也有用Mems做鏡面的研究,但是很難量產(chǎn)。
這是一種高階耦合光柵的SELD,盡管可以獲得發(fā)散角較小的窄細(xì)光束,但是其發(fā)射界面呈條狀結(jié)構(gòu),由于布拉格反射作用,其縱模選擇性好,可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)單縱模工作,但是其發(fā)射光的大部分進(jìn)入襯底,使效率大大降低,而且激光束的反射角度隨著波長(zhǎng)而變化。
第三種就是Vcsel芯片,其有源區(qū)直徑和腔長(zhǎng)只有微米級(jí),容易實(shí)現(xiàn)低Ith,微安電流的級(jí)別。
具有高的微分量子效率,光束發(fā)散角很小,也易于光纖耦合,同時(shí)具備良好的動(dòng)態(tài)單縱模和空間發(fā)射模特性。
Vcsel的發(fā)射波長(zhǎng)取決于外延生長(zhǎng),而不是完全有材料和芯片工藝決定,也因此比較容易實(shí)現(xiàn)發(fā)射波長(zhǎng)的準(zhǔn)確控制??梢灾苽涑鰒csel陣列,而且可以實(shí)現(xiàn)在晶圓表面直接測(cè)試。
高功率VCSEL研發(fā)的難點(diǎn)主要在于發(fā)光孔增多的情況下,如何處理熱效應(yīng)的問(wèn)題。對(duì)此乾照光電在外延方向上優(yōu)化外延量子阱,提高內(nèi)量子效率,以及優(yōu)化外延材料的熱阻,改善器件散熱特性;在芯片方向通過(guò)優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),提高光電效率。
目前國(guó)內(nèi)Vcsel的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)趨于成熟,晶圓也可以做到6inch的規(guī)模,也有在準(zhǔn)備8英寸的跡象了。但是長(zhǎng)波長(zhǎng)比如1310nm1550nm的vcsel芯片目前還面臨很多問(wèn)題,因?yàn)槠湫枰竦腄BR層。
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原文標(biāo)題:激光器芯片之垂直面發(fā)光芯片
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