浅谈激光器芯片之垂直面发光芯片

侧发光激光芯片依靠衬底晶体的解离面作为谐振腔面，在大功率以及高新能要求的芯片上技术已经成熟，但是也存在很多不足，例如激光性能对腔面的要求较高，不能用常规的晶圆切割，比如砂轮刀片、激光切割等。

 

在实际生产中测试环节又特别麻烦，需要解离成bar条才能继续测试，这个需要消耗切片的生产能力。

因此很多人想研发出面发射激光器芯片。

刻蚀45°镜面反射侧出光。发射特性完全依赖于内部反射镜的倾斜角度和平整度，工艺制作困难，并有光束畸变等问题，早期很多人研究，也有用Mems做镜面的研究，但是很难量产。

这是一种高阶耦合光栅的SELD，尽管可以获得发散角较小的窄细光束，但是其发射界面呈条状结构，由于布拉格反射作用，其纵模选择性好，可以实现动态单纵模工作，但是其发射光的大部分进入衬底，使效率大大降低，而且激光束的反射角度随着波长而变化。

第三种就是Vcsel芯片，其有源区直径和腔长只有微米级，容易实现低Ith，微安电流的级别。

具有高的微分量子效率，光束发散角很小，也易于光纤耦合，同时具备良好的动态单纵模和空间发射模特性。

Vcsel的发射波长取决于外延生长，而不是完全有材料和芯片工艺决定，也因此比较容易实现发射波长的准确控制。可以制备出vcsel阵列，而且可以实现在晶圆表面直接测试。

高功率VCSEL研发的难点主要在于发光孔增多的情况下，如何处理热效应的问题。对此乾照光电在外延方向上优化外延量子阱，提高内量子效率，以及优化外延材料的热阻，改善器件散热特性；在芯片方向通过优化芯片设计结构，提高光电效率。

目前国内Vcsel的产业链已经趋于成熟，晶圆也可以做到6inch的规模，也有在准备8英寸的迹象了。但是长波长比如1310nm1550nm的vcsel芯片目前还面临很多问题，因为其需要更厚的DBR层。

编辑：jq