激光阵列器件及其制备方法

技术领域

本申请涉及激光器件技术领域，尤其涉及一种激光阵列器件及其制备方法。

背景技术

垂直共振腔面射型激光(Vertical cavity surface emitter laser，VCSEL)集高输出功率、高转换效率和高质量光束等优点于一身，相比于现有的激光器，VCSEL器件在精确度、小型化、低功耗、可靠性等具有明显的优势。

目前，现有的VCSEL器件有两种基本结构，分别是顶发射结构和背发射结构。如图1所示，顶发射结构是由激光台面结构1’的正面出光，氧化槽孔2’由激光台面结构1’的正面向背面延伸，为了避免正面的接触金属3’遮蔽光源，则氧化层4’的长度L1需要大于接触金属3’到台面边缘的长度L2，这样发光孔之间的距离就难以缩小，单位面积内发光孔数少，产生的光功率密度低，不利于提高VCSEL器件的光输出功率。如图2所示，背发射结构是由激光台面结构1”的背面出光，光源发射方向与正面的正负电极2”的方向相反，正负电极2”可以制作在激光台面结构1”的同侧(都在正面)，这样可以克服顶发射结构的上述缺陷，但这种结构容易增加光源与正负电极2”之间的距离，使电阻增大；另外，通常的激光台面结构主要以N-型半导体层为成长基板，在成长过程中，N-型半导体层通常为磊晶起始层(即晶圆底部)，而P-半导体型层靠近磊晶终止层(即晶圆表面)，因此以上背向发射结构需要利用多层的P-型半导体层当作高反射面镜，然而P-型半导体材料由于载子迁移率较低，导致芯片热阻较高，且对于光源的自由载子吸收也较为严重，影响VCSEL器件的光输出功率。

发明内容

鉴于此，为解决以上缺陷的至少之一，有必要提出一种激光阵列器件。

另，本申请还提出一种该激光阵列器件的制备方法。

本申请实施例提供一种激光阵列器件，该激光阵列器件包括：激光单元、第一导电层、通孔、光学结构孔以及第二导电层，所述激光单元包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第二表面为所述激光单元的磊晶起始面，所述第一表面为所述激光单元的磊晶终止面，所述第一表面包括多个出光区和围绕所述出光区的导电区；所述第一导电层位于所述导电区；所述通孔贯穿所述激光单元，部分所述正第一导电层于所述通孔露出；所述光学结构孔由所述第二表面朝向所述第一表面延伸形成；所述第二导电层位于所述第二表面，所述背第二导电层包括相互分离的第一电极和第二电极，所述第一电极与所述第二表面隔离，所述第一电极延伸至所述通孔且与所述正导第一电层电性连接，所述第二电极与所述第二表面电性连接。

在一些可能的实施例中，所述激光单元包括依次叠设的第一型半导体层、光学增益层及第二型半导体层，所述第一型半导体层背离所述光学增益层的表面为所述第一表面，所述第二型半导体层背离所述光学增益层的表面为所述第二表面。

在一些可能的实施例中，所述光学结构孔为氧化槽孔，所述氧化槽孔的开口位于所述第二表面，所述氧化槽孔贯穿所述第二型半导体层、所述光学增益层及部分所述第一型半导体层，所述氧化槽孔对应所述导电区。

在一些可能的实施例中，沿所述激光单元的厚度方向，所述导电区的投影覆盖所述氧化槽孔的投影。

在一些可能的实施例中，所述激光单元还包括环绕所述氧化槽孔设置的氧化限制层，所述氧化限制层由所述氧化槽孔露出，所述氧化限制层位于所述第一型半导体层，或所述氧化限制层位于所述第一型半导体层和所述第二型半导体层。

在一些可能的实施例中，所述激光单元包括依次叠设的缓冲层、第一梯度折射率层、第一光学披覆层、光学增益层、第二光学披覆层、第二梯度折射率层及导电接触层，所述导电接触层背离所述第二梯度折射率层的表面为所述第一表面，所述缓冲层背离所述第一梯度折射率层的表面为所述第二表面。

在一些可能的实施例中，所述光学结构孔包括至少一隔离孔和位于每一所述隔离孔内侧的多个光子晶体柱状孔，每一所述隔离孔内侧的多个所述光子晶体柱状孔使所述激光单元形成一光子晶体阵列，每一所述光子晶体阵列包括多个光子晶体，所述隔离孔对应所述导电区，所述光子晶体阵列对应所述出光区。

在一些可能的实施例中，所述光子晶体阵列包括多个呈周期性排列的单位晶胞，所述单位晶胞内包含至少一个所述光子晶体。

在一些可能的实施例中，所述隔离孔和所述光子晶体柱状孔的开口均位于所述第二表面，并由所述第二表面朝向所述第一表面延伸，所述隔离孔延伸至所述第一光学披覆层、或所述光学增益层、或所述第二光学披覆层、或所述第二梯度折射率层；所述光子晶体柱状孔延伸至所述第一梯度折射率层、或所述第一光学披覆层、或所述第二光学披覆层、或所述第二梯度折射率层。

在一些可能的实施例中，沿所述激光单元的厚度方向，所述导电区的投影覆盖所述隔离孔的投影。

在一些可能的实施例中，所述出光区上设有光学微结构元件。

本申请还提供一种激光阵列器件的制备方法，该方法包括以下步骤：

在一激光单元上形成第一导电层，所述激光单元包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第二表面为所述激光单元的磊晶起始面，所述第一表面为所述激光单元的磊晶终止面，所述第一表面包括多个出光区和围绕所述出光区的导电区，所述第一导电层位于所述导电区；

在所述第二表面形成贯穿所述激光单元的通孔，部分所述第一导电层于所述通孔露出，并在所述第二表面朝向所述第一表面形成光学结构孔；以及

在所述第二表面形成第二导电层，所述第二导电层包括相互分离的第一电极和第二电极，所述第一电极与所述第二表面隔离，所述第一电极延伸至所述通孔且与所述第一导电层电性连接，所述第二电极与所述第二表面电性连接。

在一些可能的实施例中，所述在激光单元上形成第一导电层的步骤之后，所述方法还包括：

在所述第一表面形成粘接层，所述第一导电层内埋于所述粘接层；以及

在所述粘接层背离所述第一表面的表面形成光学基板；

所述激光单元还包括位于所述第二表面的半导体基板，所述在所述粘接层背离所述第一表面的表面形成光学基板的步骤之后，所述方法还包括：

移除部分或全部所述半导体基板，以露出所述第二表面。

在一些可能的实施例中，所述在激光单元上形成第一导电层的步骤中，所述方法还包括：

在所述出光区形成光学微结构元件。

相较于现有技术，本申请提供的激光阵列器件通过所述通孔实现第一导电层与第二导电层的电性连接，同时通过将光学特征结构由第二表面开始蚀刻形成在激光单元内，即在激光单元的磊晶起始层(即背面)开始蚀刻形成光学结构孔，进而形成了由第一表面(即正面)出光的激光阵列器件，相较于现有的顶射型激光器，该激光阵列器件中相邻两出光区之间的距离可以缩小到更小，以提高激光阵列器件的光功率密度，进而提高激光阵列器件的光输出功率；相较于现有的背射型激光器，能降低激光单元的热阻，提高激光阵列器件的光输出功率，且制程良率高。而且，第一表面(即出光面)没有深蚀刻制程，出光面平整度较高，有利于与光学基板的密切接合。另外，本申请的激光阵列器件中第二导电层直接形成于第二表面上，光源和第二导电层的距离较近，有利于减薄激光阵列器件的厚度的同时，降低电阻以提高激光阵列器件的光输出功率。本申请的激光阵列器件可以通过形成不同的光学结构孔进而在激光单元内形成不同的光学特征结构，可制作出多种面射型激光；且能够与覆晶形式的技术兼容，可将常见的散热的鳍状结构直接整合于激光阵列器件的表面，达成高散热目的。

附图说明

图1是现有的顶发射VCSEL器件。

图2是现有的背发射VCSEL器件。

图3是本申请一个实施例的激光阵列器件的剖面结构示意图。

图4a是一实施例中激光阵列器件正面出光区的最密六面排列视图。

图4b是一实施例中激光阵列器件背面的出光区最密六面排列视图。

图4c是另一实施例中激光阵列器件背面的出光区理想最密六面排列视图。

图4d是又一实施例中激光阵列器件背面的出光区排列视图。

图5是本申请另一个实施例的激光阵列器件的剖面结构示意图。

图6是本申请又一个实施例的激光阵列器件的正面去掉光学基板后的俯视图。

图7是图6中沿VII-VII的剖面结构示意图。

图8是图7中不同形式的光子晶体阵列的俯视图。

图9a是图7中单位晶胞内包含单根光子晶体的能带图。

图9b与图9c是图7中单位晶胞内包含单根光子晶体的模态图。

图10a是图7中单位晶胞内包含双根光子晶体的能带图。

图10b与图10c是图7中单位晶胞内包含双根光子晶体的模态图。

图11a是图3中激光阵列器件的制备流程示意图一。

图11b是图3中激光阵列器件的制备流程示意图二。

图11c是图3中激光阵列器件的制备流程示意图三。

图11d是图3中激光阵列器件的制备流程示意图四。

图12a是图7中激光阵列器件的制备流程示意图一。

图12b是图7中激光阵列器件的制备流程示意图二。

图12c是图7中激光阵列器件的制备流程示意图三。

图12d是图7中激光阵列器件的制备流程示意图四。

主要元件符号说明

激光阵列器件 100,200 第一导电层 2 钝化层 9

激光单元 1,1a 通孔 3 半导体基板 10

第一表面 11 光学结构孔 4 厚度方向 a

第二表面 12 氧化槽孔 41 出光区 A

第一型半导体层 13 隔离孔 42 导电区 B

光学增益层 14,16a 光子晶体柱状孔 43 第一区 B1

第二型半导体层 15 光子晶体 44 第二区 B2

氧化限制层 16 光子晶体阵列 20 单位晶胞 C

缓冲层 13a 第二导电层 5 激光台面结构 1’,1”

第一梯度折射率层 14a 第一电极 51 氧化槽孔 2’

第一光学披覆层 15a 第二电极 52 接触金属 3’

第二光学披覆层 17a 光学微结构元件 6 氧化层 4’

第二梯度折射率层 18a 光学基板 7 正负电极 2”

导电接触层 19a 粘接层 8 长度 L1,L2

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

以下所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，所述模块或电路的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由同一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图3，为本申请提供的一种激光阵列器件，该激光阵列器件可以是一种氧化型VCSEL器件、光子晶体PCSEL器件、离子布植VCSEL器件等。本实施例中，该激光阵列器件100是一种氧化型VCSEL器件，包括：激光单元1、第一导电层2、通孔3、光学结构孔4以及第二导电层5。所述激光单元1包括相对设置的第一表面11和第二表面12，所述第二表面12为所述激光单元1的磊晶起始面，所述第一表面11为所述激光单元1的磊晶终止面，所述第一表面11包括多个出光区A和围绕所述出光区A的导电区B。所述第一导电层2位于所述导电区B。所述通孔3贯穿所述激光单元1，部分所述第一导电层2于所述通孔3露出。所述光学结构孔4的开口位于所述第二表面12，并朝向所述第一表面11延伸。所述第二导电层5位于所述第二表面12，所述第二导电层5包括相互分离的第一电极51和第二电极52，所述第一电极51与所述第二表面12隔离，所述第一电极51延伸至所述通孔3且与所述第一导电层2电性连接，所述第二电极52与所述第二表面12电性连接。本申请通过所述通孔3实现第一导电层2与第二导电层5的电性连接，同时通过将光学结构孔4制作在第二表面12，即在激光单元1的磊晶起始面开始蚀刻形成光学结构孔4，激光单元1的正面不设置光学结构孔4，进而形成了由第一表面11(即正面)出光的激光阵列器件100，相较于现有的顶射型激光器，该激光阵列器件100中相邻两出光区A之间的距离可以缩小到更小，以提高激光阵列器件100的光功率密度，进而提高激光阵列器件100的光输出功率。第二导电层5直接形成于第二表面12上，光源和第二导电层5的距离较近，有利于减薄激光阵列器件100的厚度的同时，降低电阻以提高激光阵列器件100的光输出功率。

请再次参阅图3，所述激光单元1还包括依次叠设的第一型半导体层13、光学增益层14和第二型半导体层15，所述第一表面11为所述第一型半导体层13背离所述光学增益层14的表面，所述第二表面12为所述第二型半导体层15背离所述光学增益层14的表面。其中第一型和第二型分别指不同导电性的半导体结构，若半导体结构以空穴为多数载流子即为P型半导体，若半导体结构以电子为多数载流子即为N型半导体，所述第一型半导体层13可以为N-型或P-型半导体层，所述第二型半导体层15可以为N-型或P-型半导体层。本实施例中，所述第一型半导体层13为P-型半导体层，所述第二型半导体层15为N-型半导体层。由于，第一型半导体层13是生长在电性相异的第二型半导体层15上的，因此，第二表面12为磊晶起始面，第一表面11为磊晶终止面，在第一型半导体层13和第二型半导体层15的交界处形成PN接口，产生空泛区而发光，因此，在PN介面临近的区域定义出所述光学增益层14。本实施例中，所述光学增益层14包括量子井层，以增进发光效率，但不以此为限。本实施例中，所述第一型半导体层13、第二型半导体层15和光学增益层14的材料包含三五族化合物半导体材料。本实施例中，光学增益层14用于提供电子/电洞复合，材料可为二元材料(如GaAs或InP)、三元材料(如AlGaAs或InGaP)、或四元材料(如AlGaInP或InGaAsP)等。本实施例中，所述第一型半导体层13和所述第二型半导体层15均包括多个叠设的层状结构，以形成分布式布拉格反射镜(distributed braggart reflector，DBR)，使得由光学增益层14发射的激光光线L可以在两个分布式布拉格反射镜中反射以形成同调光后，朝向第一型半导体层13的方向经由第一表面11射出。本申请的激光单元1中第二型半导体层15为高反射层，采用的是N-型半导体材料，其中N-型半导体材料的载子迁移率比较高，且对光源的自由载子的吸收较少，相较于现有的背射型激光器，能降低激光单元1的热阻，提高激光阵列器件100的光输出功率。

请再次参阅图3，所述第一导电层2可以是透明导电薄膜，通过在激光单元1的出光面设置透明导电薄膜作为第一导电层2，不会影响光学射出，能够有利于进一步缩小相邻两出光区A之间的距离，提高发光孔密度。而且，透明导电薄膜的表面平整度较高，有利于激光单元1的出光面与后续的光学基板7的接触紧密，提升接口结合力。

可以理解的是，在其他实施例中，所述第一导电层2还可以是金属导电层，通过电镀的方式在第一表面11形成一层金属层，再蚀刻金属层从而形成所述第一导电层2，其中蚀刻的深度较浅(通常蚀刻深度小于1μm)，能够确保激光单元1的第一表面11(即出光面)平整，与后续的光学基板7的接触紧密，接口结合力较强。

本实施例中，所述第一表面11与所述第一导电层2之间设有第一欧姆接触层(图未示)，以助于所述第一导电层2与第一型半导体层13形成欧姆接触。

如图3所示，多个所述出光区A呈阵列排列，由于第一表面11不需要设计光学特征结构，因此，相邻两个出光区A之间的距离可以更小，从而提高发光孔密度。所述导电区B包括位于相邻两所述出光区A之间的多个第一区B1和位于所述多个出光区A外缘的第二区B2，所述第一区B1与所述光学结构孔4对应，位于所述第二区B2的所述第一导电层2电性连接所述第一电极51。如图4a所示，本实施例中，在第一表面11通过第一导电层2限定出出光区A，其中出光区A的排列形式为最密六面排列，能够使相邻两个出光区A之间的间距最小，充分利用整体晶圆的面积。

本实施例中，所述出光区A的形状可以是圆形，方形，三角形等，本实施例中，所述出光区A为圆形，即形成的发光孔为圆形孔。

请再次参阅图3，本实施例中，所述光学结构孔4包括多个氧化槽孔41，所述氧化槽孔41的开口位于所述第二表面12，所述氧化槽孔41延伸至第一型半导体层13，以形成氧化型VSCEL器件。

本实施例中，沿所述激光单元1的厚度方向a，所述第一导电层2的投影覆盖所述氧化槽孔41的投影，且位于所述第一区B1的所述第一导电层2与所述氧化槽孔41同轴。即氧化槽孔41位于每个第一区B1对应的第一导电层2的正下方，激光单元1的正面不设置光学结构孔4，将光学结构孔4设置在激光单元1的背面，且与对应的第一导电层2同轴设置，能够根据具体器件的结构设计发光孔，有效降低相邻两出光区A之间的距离，进而增加激光阵列器件100的发光孔密度，增加整体晶圆面积的利用率，同时提高激光阵列器件100的光输出功率。

请再次参阅图3，所述激光单元1还包括环绕所述氧化槽孔41设置的氧化限制层16，所述氧化限制层16由所述氧化槽孔41露出。所述氧化限制层16用于提供光学/电流局限，所述氧化限制层16可为单层或多层。所述氧化限制层16和所述氧化槽孔41能形成封闭的发光孔，使得电流与光学特性得以局限，因此称之为光学特征结构。所述氧化限制层16可以位于所述第一型半导体层13，所述氧化限制层16还可以位于所述第一型半导体层13和所述第二型半导体层15。所述氧化限制层16的形状可包含圆形、矩形、六角形或任意几何形状等，能够使得电子电洞可在局限区域(即发光孔)中复合，产生激光特性的几何结构均可。

如图4b所示，本实施例中，从第二表面12看，激光阵列器件100通过氧化槽孔41和氧化限制层16限定出出光孔，其中出光孔与出光区A一一对应，因此，氧化槽孔41与第一导电层2同轴，且排列形式相同，图4b中氧化限制层16的形状为圆形，形成理想的六面排列形式，能够减小相邻两出光区A之间的间距，提高激光阵列器件100的发光孔密度。在其他实施例中，如图4c所示，还可使氧化限制层16之间的距离进一步缩小，形成理想最密排列的形式，能够进一步提高激光阵列器件100的发光孔密度。可以理解的，在其他实施例中，如图4d，还可以改变氧化槽孔41和氧化限制层16的形状，以得到不同形状的出光孔。如图4d所示，将氧化槽孔41的形状设计成六边形，多个六边形的氧化槽孔41间隔设置并大致围成一出光区A，再在每个六边形的氧化槽孔41周围形成六边形的氧化限制层16，使多个氧化限制层16的边缘连接以形成密闭的出光区A，进而使得电子电洞可在局限区域(即出光区A)中复合以产生激光特性。本申请可在磊晶结构中的任何相对位置产生氧化槽孔41和氧化限制层16，且氧化槽孔41和氧化限制层16的形状可为圆形、矩形、六角形、或其他能够使得电子电洞在局限区域(即出光区A)中复合产生激光特性所对应的任意几何形状。

本实施例中，所述氧化限制层16位于光学增益层14靠近第一型半导体层13的一侧。

另一实施方式中，如图5所示，所述第一导电层2对应所述第二区B2设置，即所述第一导电层2环绕多个所述出光区A设置，通过环形的第一导电层2能够简化激光阵列器件100的结构，同时能够进一步缩小相邻两出光区A之间的距离。

请再次参阅图3，所述出光区A上设有光学微结构元件6，所述光学微结构元件6可以是衍射光学元件、微透镜、或光栅等光学元件，所述光学微结构元件6用于实现远场光学效果。所述光学微结构元件6可以通过微蚀刻或贴合的方式形成于第一表面11，其中蚀刻的深度较浅(通常蚀刻深度小于1μm)，能够确保激光单元1的出光面平整，与后续的光学基板7的接触紧密，接口结合力较强。

请再次参阅图3，所述第一导电层2背离所述激光单元1的一侧设有光学基板7，其中所述光学基板7通过粘接层8与激光单元1结合在一起，其中第一导电层2和光学微结构元件6内埋于所述粘接层8。

请再次参阅图3，所述光学结构孔4和所述通孔3的孔壁形成有钝化层9，所述钝化层9延伸至所述第二表面12，所述钝化层9起到绝缘的作用，进而降低激光单元1的电性对电极正常工作造成影响。

请再次参阅图3，所述第一电极51与所述第二表面12之间设有所述钝化层9，以起到绝缘的作用，避免第一电极51与激光单元1之间接触造成短路，因此，第一电极51亦为正极。所述第二电极52与所述第二表面12接触，以与激光单元1电性连接，因此第二电极52亦为负极。

本实施例中，所述第二电极52还可以延伸至所述光学结构孔4内，且所述第二电极52与所述光学结构孔4的孔壁之间形成有所述钝化层9，通过将第二电极52延伸至光学结构孔4内，可以快速将激光单元1内部的热量导出至激光单元1的外部，提高激光阵列器件100的散热效率，进而有利于降低损耗，提高光输出功率。此外第二表面12由第二导电层5紧密包覆，第二表面12的热量能通过第二导电层5传导至外界，提高散热效率。

本实施例中，所述第二表面12上设有第二欧姆接触层(图未示)，以助于所述第二电极52与第二型半导体层15形成欧姆接触。

本实施例中，所述第二导电层5可以是透明导电层或金属导电层。

请再次参阅图3，所述第二表面12上还设有部分半导体基板10，本实施例中，所述半导体基板10位于所述激光单元1的周围区域，在所述激光单元1的周围区域设置半导体基板10，在不影响激光阵列器件100的整体厚度的同时，可以提升激光阵列器件100的强度，保护第二表面12上的第二导电层5以及光学结构孔4等，还可以提高激光阵列器件100的散热效果。

本申请的激光阵列器件100不局限于特定波段或是光学共振腔设计，还可以应用于不同激光应用波段，或应用结构。

本申请提供的激光阵列器件100通过所述通孔3实现第一导电层2与第二导电层5的电性连接，同时通过将光学结构孔4制作在第二表面12，即在激光单元1的背面形成光学结构孔4，进而形成了由第一表面11(即正面)出光的激光阵列器件100，相较于现有的顶射型激光器，该激光阵列器件100中相邻两出光区A之间的距离可以缩小到很小，以提高激光阵列器件100的光功率密度，进而提高激光阵列器件100的光输出功率；相较于现有的背射型激光器，能降低激光单元1的热阻，提高激光阵列器件100的光输出功率，且制程良率高；第二导电层5直接形成于第二表面12上，光源和第二导电层5的距离较近，有利于减薄激光阵列器件100的厚度的同时，降低电阻以提高激光阵列器件100的光输出功率；本申请的激光单元1中N-型半导体层为高反射层，N-型半导体材料的载子迁移率比较高，对光源的自由载子的吸收较少，相较于现有的背射型激光器，能降低激光单元1的热阻，提高激光阵列器件100的光输出功率。而且，所述光学结构孔4从激光单元1的第二表面12(即背面)成型，不会破坏激光单元1第一表面11的第一导电层2的结构，同时不会影响第一表面11的表面平整性，有利于光学基板7与第一表面11的密合。另外，从激光单元1的第二表面12成型光学结构孔4，制程易于实现，能降低制程过程中激光单元1破裂的风险，且能够与覆晶形式的技术兼容，可将常见的散热的鳍状结构直接整合于激光阵列器件100的表面，达成高散热目的。

请参阅图6与图7，本申请另一实施例的激光阵列器件200，与前述激光阵列器件100的区别在于：本实施例的激光阵列器件200为拓扑光子晶体激光(Photonics cavitysurface emitter laser,PCSEL)，激光阵列器件200中的激光单元1a包括依次叠设的缓冲层13a、第一梯度折射率层14a、第一光学披覆层15a、光学增益层16a、第二光学披覆层17a、第二梯度折射率层18a及导电接触层19a，所述导电接触层19a背离所述第二梯度折射率层18a的表面为所述第一表面11，所述缓冲层13a背离所述第一梯度折射率层14a的表面为所述第二表面12。所述光学结构孔4包括至少一隔离孔42和位于每一所述隔离孔42内侧的多个光子晶体柱状孔43，位于同一个隔离孔42内侧的多个所述光子晶体柱状孔43使所述激光单元1a形成一光子晶体阵列20，每个光子晶体阵列20包括多个光子晶体44，所述隔离孔42对应所述导电区B，所述光子晶体阵列20对应所述出光区A。本实施例中，结合参阅图8，所述光子晶体阵列20包括多个呈周期性排列的单位晶胞C，所述单位晶胞C内包含两个所述光子晶体44。所述第二电极52位于所述光子晶体阵列20的表面且延伸至所述隔离孔42内侧的缓冲层13a的表面。本申请的激光阵列器件200利用隔离孔42直接将激光单元1a进行绝缘分区，并在隔离孔42的包围区域内形成一光子晶体阵列20，且同一光子晶体阵列20中相邻两个光子晶体44之间的间距较小，能有效减小相邻两出光区A之间的相对距离，进一步增加整体激光单元1a面积的利用率。

请再次参阅图6与图7，所述隔离孔42和所述光子晶体柱状孔43的开口均位于所述第二表面12，并由所述第二表面12朝向所述第一表面11延伸。光子晶体44属于二维光栅的光学设计，当设计于半导体激光中，可通过光子晶体44的几何形状，产生特定的光共振方向。其中，光子晶体44蚀刻深度(即光子晶体柱状孔43)可延伸停止于所述第一梯度折射率层14a或所述第一光学披覆层15a，或是穿过光学增益层16a停止于所述第二光学披覆层17a或所述第二梯度折射率层18a。所述隔离孔42可以延伸停止于所述第一光学披覆层15a、或所述光学增益层16a、或所述第二光学披覆层17a、或所述第二梯度折射率层18a。

本实施例中，沿所述激光单元1a的厚度方向a，所述导电区B的投影覆盖所述隔离孔42的投影，即隔离孔42位于对应的第一导电层2的正下方，激光单元1的正面不设置光学结构孔4，将光学结构孔4设置在激光单元1的背面，且隔离孔42与对应的第一导电层2同轴设置，能够根据具体器件的结构设计发光孔，有效降低相邻两出光区A之间的距离，进而增加激光阵列器件200的发光孔密度，增加整体晶圆面积的利用率，同时提高激光阵列器件200的光输出功率。

第一梯度折射率层14a、第一光学披覆层15a、第二光学披覆层17a和第二梯度折射率层18a均可以为P-型或N-型半导体材料。本实施例中，第一梯度折射率层14a和第一光学披覆层15a为N-型半导体材料，第二光学披覆层17a和第二梯度折射率层18a为P-型半导体材料。光学增益层16a用于提供电子/电洞复合，材料可为二元材料(如GaAs或InP)、三元材料(如AlGaAs或InGaP)、或四元材料(如AlGaInP或InGaAsP)等。

请再次参阅图6所示，本实施例中，多个所述出光区A呈阵列排列，由于第一表面11不需要设计光学特征结构，因此，相邻两个出光区A之间的距离可以更小，从而提高发光孔密度。所述导电区B包括位于相邻两所述出光区A之间的多个第一区B1和位于所述多个出光区A外缘的第二区B2，所述第一区B1与所述隔离孔42对应，位于所述第二区B2的所述第一导电层2电性连接所述第一电极51。

请参阅图7与图8，呈阵列排列的光子晶体44的大小、间距和表面形貌可以通过形成光子晶体柱状孔43时被精确控制。每个光子晶体44均具有但不限于六角形或三角形的结构。也就是说，它们都有一个六边形或三角形的横截面。光子晶体阵列20包括多行光子晶体44，每一行包括多列光子晶体44。其中，光子晶体阵列20包括多个呈周期性排列的单位晶胞C，单位晶胞C内可以包含一个光子晶体44，如图8中的8-a，8-c和8-e所示；单位晶胞C内也可以包含两个光子晶体44，如图8中的8-b，8-d和8-f所示。本申请的光子晶体阵列20的单位晶胞C内包含至少一个光子晶体44，相邻两个单位晶胞C等间距排列，即单元晶胞C呈周期性排列，如图8中各个图中包含单根或双根光子晶体44的单位晶胞C周期数均为9(即N＝9)。同一单位晶胞C内具有两个光子晶体44，不同单位晶胞C内的两个光子晶体44的排列形式相同，且相邻两个单位晶胞C等间距排列。每个光子晶体44具有均匀的长度、光滑的侧壁和较高的长宽比，由于光子晶体44能有效的将横向的应力松弛掉，单个光子晶体44的纳米结构不会出现位错，能降低差排效应和磊晶缺陷等问题。光子晶体44的光萃取方向能通过光子晶体阵列20的结构设计进行精确控制，并通过可调控的单位晶胞C的周期数与光学模态控制发光波长和光束发射方向，使周期性排列的光子晶体44在模态控制及波长可调节性上具有更大的优势。而单位晶胞C内包含两根光子晶体44可有效降低激光阈值，同时提高输出功率。另外，利用本申请的光子晶体阵列20，能提高光束准直性，且发散角较小，激光光斑较小，可提高显示器的解析率与画质。本实施例中，所述光子晶体阵列20中的光子晶体44排列在四方晶格中，一个四方晶格内具有至少一个光子晶体44。可以理解的，在其他实施例中，还可以选择六方晶格或蜂巢晶格结构。

请参阅图9a至图10c所示，一并结合参阅图6至图8，以四方晶格为例，本申请针对单位晶胞C内放置一根六角形的前述光子晶体44和两根六角形的前述光子晶体44进行了以下仿真分析。

请参阅图9a所示，为单位晶胞C含一根(即单颗)如前所述的六角光子晶体44的能带图，请参阅图9b和图9c所示，为单位晶胞C含一根如前所述的六角光子晶体44的模态图。请参阅图10a所示，为单位晶胞C内含有如前所述的两根(即双颗)六角光子晶体44的能带图，请参阅图10b和图10c，为单位晶胞C含如前所述的两跟六角光子晶体44的模态图。如图9a中虚线框内的几个能带，在Γ点上的蓝红绿三个模态非常靠近，会因制程因素使主导激光行为的模态由模态1转移到其它高阶模态(即模态1下方的模态)，但高阶模态与光子晶体44的光耦合程度较差，从而使光子晶体44较难达到增益损耗平衡而发射出激光，对制程要求较高，即虚线区域，能带非常靠近，邻近模态容易争抢量子井的光学增益，而提高激光阈值，同时降低了光输出功率。如图10a中虚线框内的几个能带，单位晶胞C内放置两根光子晶体44，可使最低的几个相邻模态的波长相对位置分开，在Γ点上的模态1的波长离其它模态比较远，因此不会有其它模态参与产生激光的行为，即不会有模态竞争问题，易使光子晶体44达到增益损耗平衡而发射出激光，光学增益显著，有利于降低激光阈值，同时提高了光输出功率。通常短波长的高阶模态的电场分布与光子晶体44的耦合程度较差，其模态如图9c和图10c所示；而长波长的低阶模态的电场分布与光子晶体44的耦合程度较好，因此，设计上会以波长最长(针对频率而言是频率最低)的基模为主，以提高基模的光学耦合程度，其模态如图9b和图10b所示。而图9b-9c与图10b-10c的区别在于，单位晶胞C内放置两根光子晶体44，可使最低的几个相邻模态的波长相对位置分开，有利于降低激光阈值，同时提高了光输出功率。因此，本申请以四方晶格设计为主，单位晶胞C内放置两根光子晶体44。

本申请还提供一种激光阵列器件100的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤S11，请参阅图11a，在一激光单元1上形成第一导电层2，该激光单元1包括相对设置的第一表面11和第二表面12，所述第一表面11包括多个出光区A和围绕所述出光区A的导电区B，第一导电层2位于导电区B。

所述激光单元1还包括依次叠设的第一型半导体层13、光学增益层14和第二型半导体层15，所述第一表面11为所述第一型半导体层13背离所述光学增益层14的表面，所述第二表面12为所述第二型半导体层15背离所述光学增益层14的表面。本实施例中，所述第一型半导体层13为P-型半导体层，所述第二型半导体层15为N-型半导体层。由于，第一型半导体层13是生长在电性相异的第二型半导体层15上的，因此，第二表面12为磊晶起始面，第一表面11为磊晶终止面。

所述出光区A的形状可以是圆形，方形，三角形等，本实施例中，所述出光区A为圆形，即形成的发光孔为圆形。

本实施例中，多个所述出光区A呈阵列排列。

本实施例中，所述激光单元1的第二表面12设有半导体基板10。

所述导电区B包括位于相邻两所述出光区A之间的多个第一区B1和位于所述多个出光区B1外缘的第二区B2，本实施例中，所述第一导电层2为一整片导电层，位于所述第一区B1和第二区B2。

可以理解的，在形成第一导电层2之前，还需在第一表面11上形成蚀刻缓冲层、蚀刻停止层以及第一欧姆接触层。

本实施例中，所述第一导电层2还可以是透明导电薄膜，通过贴合的方式在激光单元1的出光面设置透明导电薄膜作为第一导电层2。

可以理解的是，在其他实施例中，所述第一导电层2还可以是金属层导电层，通过电镀的方式在第一表面11形成一层金属层，再蚀刻金属层从而形成所述第一导电层2，其中蚀刻的深度较浅(通常蚀刻深度小于1μm)，能够确保激光单元1的出光面平整，与后续的光学基板7的接触紧密，接口结合力较强。

本实施例中，在形成所述第一导电层2的步骤中，所述方法还包括：在所述出光区A形成光学微结构元件6。所述光学微结构元件6可以是衍射光学元件、微透镜、或光栅等光学元件，所述光学微结构元件6用于实现远场光学效果。所述光学微结构元件6可以通过微蚀刻或贴合的方式形成于第一表面11，其中蚀刻的深度较浅(通常蚀刻深度小于1μm)，能够确保激光单元1的出光面平整，与后续的光学基板7的接触紧密，接口结合力较强。

一些实施例中，在形成第一导电层2之后，所述方法还包括：

步骤S11a，请参阅图11b，在所述第一表面11形成粘接层8，并在所述粘接层8背离第一表面11的表面形成光学基板7，所述第一导电层2内埋于所述粘接层8。

本实施例中，所述光学微结构元件6也内埋于粘接层8。

所述粘接层8可以是胶层，也可以是金属键合层。本实施例中，所述粘接层8为光学透明胶层。步骤S11b，请参阅图11c，移除部分或全部所述半导体基板10，以露出第二表面12。

可以通过研磨或蚀刻的方式去除部分或全部所述半导体基板10至第二表面12。

本实施例中，去除部分半导体基板10，保留位于第二表面12边缘的部分。

步骤S12，请参阅图11d，在所述第二表面12形成贯穿所述激光单元1的通孔3，部分所述第一导电层2于所述通孔3露出，并在所述第二表面12朝向所述第一表面11形成氧化槽孔41。

所述氧化槽孔41的开口位于所述第二表面12，所述氧化槽孔41延伸至第一型半导体层13，形成的激光阵列器件100为氧化型VCSEL器件。

沿所述激光单元1的厚度方向a，所述第一导电层2的投影覆盖所述氧化槽孔41的投影，且位于所述第一区B1的所述第一导电层2与所述光学结构孔4同轴。即氧化槽孔41位于每个第一区B1对应的第一导电层2的正下方，激光单元1的正面不设置光学结构孔4，能够根据具体器件的结构设计发光孔，有效降低相邻两出光区A之间的距离，进而增加激光阵列器件100的发光孔密度，增加整体晶圆面积的利用率，同时提高激光阵列器件100的光输出功率；而且制程易于实现，成孔过程中不会对激光单元1造成损伤，无需额外的保护制程，有利于提高良率。

本实施例中，所述光学结构孔4对应所述第一区B1，所述通孔3对应所述第二区B2。

所述通孔3和所述光学结构孔4的孔壁表面设有钝化层9，所述光学增益层14靠近所述第一型半导体层13的一侧对应所述氧化槽孔41的周围设有氧化限制层16。

具体地，成孔步骤包括：蚀刻氧化槽孔41→以水氧的方式对应氧化槽孔41形成氧化限制层16→蚀刻通孔3→钝化以上通孔3和氧化槽孔41的孔壁以形成钝化层9。

另一实施方式中，请再次参阅图5，所述第一导电层2对应所述第二区B2设置，即所述第一导电层2环绕多个所述出光区A设置，通过环形的第一导电层2能够简化激光阵列器件100的结构和制程，同时能够进一步缩小相邻两出光区A之间的距离。

步骤S13，请结合参阅图3，所述第二表面12形成第二导电层5，所述第二导电层5包括相互分离的第一电极51和第二电极52，所述第一电极51延伸至所述通孔3且与所述第一导电层2电性连接。

可以理解的，在形成第二导电层5之前，还可以在第二表面12上形成蚀刻缓冲层、蚀刻停止层以及第二欧姆接触层。

本实施例中，所述第一电极51与位于所述第二区B2的所述第一导电层2电性连接。所述第一电极51与所述第二表面12之间设有所述钝化层9，以起到绝缘的作用，避免第一电极51与激光单元1之间接触造成短路，因此，第一电极51亦为正极。所述第二电极52与所述第二表面12电性连接，以与激光单元1电性连接，因此第二电极52亦为负极。

本实施例中，所述第二导电层5可以是透明导电层或金属导电层。

本实施例中，所述第二电极52还可以延伸至所述氧化槽孔41内。

本申请提供的激光阵列器件100的制备方法将激光台面反转，从激光单元1的第二表面12(即磊晶起始面)形成通孔3和氧化槽孔41，同时保证从激光单元1的第一表面11(即磊晶终止面)出光，制程易于实现且工艺简单，便于量产，且良率高，能够实现根据实际器件需要设计相邻两出光区A之间的距离的目的，有利于缩小相邻两出光区A之间的距离，提高激光单元1面积的利用率，进而增加发光孔的密度，提升激光阵列器件100的光输出功率。

本申请还提供一种激光阵列器件200的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤S21，请参阅图12a，在一激光单元1a上形成第一导电层2，该激光单元1a包括相对设置的第一表面11和第二表面12，所述第一表面11包括多个出光区A和围绕所述出光区A的导电区B，第一导电层2位于导电区B。其中，形成第一导电层2具体方法请参见前述激光阵列器件100的制备方法。

所述激光单元1a还包括依次叠设的缓冲层13a、第一梯度折射率层14a、第一光学披覆层15a、光学增益层16a、第二光学披覆层17a、第二梯度折射率层18a及导电接触层19a，所述导电接触层19a背离所述第二梯度折射率层18a的表面为所述第一表面11，所述缓冲层13a背离所述第一梯度折射率层14a的表面为所述第二表面12，第二表面12为磊晶起始面，第一表面11为磊晶终止面。

所述出光区A的形状可以是圆形，方形，三角形等，本实施例中，所述出光区A为圆形，即形成的发光孔为圆形。

本实施例中，所述激光单元1a的第二表面12设有半导体基板10。

一些实施例中，在激光单元1a上形成第一导电层2的步骤之后，所述方法还包括：步骤S21a，请参阅图12b，在所述第一表面11形成粘接层8，并在所述粘接层8背离第一表面11的表面形成光学基板7，所述第一导电层2内埋于所述粘接层8。具体方法请参见前述激光阵列器件100的制备方法。

步骤S21b，请参阅图12c，移除部分或全部所述半导体基板10，以露出第二表面12。具体方法请参见前述激光阵列器件100的制备方法。

步骤S22，请参阅图12d，在所述第二表面12形成贯穿所述激光单元1a的通孔3，部分所述第一导电层2于所述通孔3露出，并在所述第二表面12朝向所述第一表面11形成至少一隔离孔42和位于每一所述隔离孔42内侧的多个光子晶体柱状孔43。位于同一个隔离孔42内侧的多个所述光子晶体柱状孔43使所述激光单元1a形成一光子晶体阵列20，每个光子晶体阵列20包括多个呈阵列排列的光子晶体44，所述隔离孔42对应所述导电区B，所述光子晶体阵列20对应所述出光区A。

本实施例中，结合参阅图8，所述光子晶体阵列20的单位晶胞C内包含两个光子晶体44。

所述隔离孔42和所述光子晶体柱状孔43的开口均位于所述第二表面12，并由所述第二表面12朝向所述第一表面11延伸。光子晶体44蚀刻深度(即光子晶体柱状孔43)可延伸停止于所述第一梯度折射率层14a或所述第一光学披覆层15a，或是穿过光学增益层16a停止于所述第二光学披覆层17a或所述第二梯度折射率层18a。所述隔离孔42可以延伸停止于所述第一光学披覆层15a、或所述光学增益层16a、或所述第二光学披覆层17a、或所述第二梯度折射率层18a。

本实施例中，沿所述激光单元1a的厚度方向a，所述导电区B的投影覆盖所述隔离孔42的投影，即隔离孔42位于对应的第一导电层2的正下方，激光单元1的正面不设置光学结构孔4，将光学结构孔4设置在激光单元1的背面，且隔离孔42与对应的第一导电层2同轴设置，能够根据具体器件的结构设计发光孔，有效降低相邻两出光区A之间的距离，进而增加激光阵列器件200的发光孔密度，增加整体晶圆面积的利用率，同时提高激光阵列器件200的光输出功率。

本实施例中，所述隔离孔42对应所述第一区B1，所述通孔3对应所述第二区B2。

所述通孔3、所述隔离孔42和所述光子晶体柱状孔43的孔壁表面设有钝化层9。

步骤S23，请结合参阅图7，所述第二表面12形成第二导电层5，所述第二导电层5包括相互分离的第一电极51和第二电极52，所述第一电极51延伸至所述通孔3且与所述第一导电层2电性连接。所述第二电极52位于所述光子晶体阵列20的表面且延伸至所述隔离孔42内侧的缓冲层13a的表面。

可以理解的，在形成第二导电层5之前，还可以在第二表面12上形成蚀刻缓冲层、蚀刻停止层以及第二欧姆接触层。

本实施例中，所述第一电极51与位于所述第二区B2的所述第一导电层2电性连接。所述第一电极51与所述第二表面12之间设有所述钝化层9，以起到绝缘的作用，避免第一电极51与激光单元1之间接触造成短路，因此，第一电极51亦为正极。所述第二电极52与所述第二表面12电性连接，以与激光单元1电性连接，因此第二电极52亦为负极。

本实施例中，所述第二导电层5可以是透明导电层或金属导电层。

本实施例中，所述第二电极52还可以延伸至所述隔离孔42内，以提高散热效果。

本申请提供的激光阵列器件200的制备方法将激光台面反转，从激光单元1a的第二表面12(即磊晶起始面)形成通孔3、隔离孔42和光子晶体柱状孔43，同时保证从激光单元1的第一表面11(即磊晶终止面)出光，制程易于实现且工艺简单，便于量产，且良率高，能够实现根据实际器件需要设计相邻两出光区A之间的距离的目的，有利于缩小相邻两出光区A之间的距离，提高激光单元1a面积的利用率，进而增加发光孔的密度，提升激光阵列器件200的光输出功率。