具有集成光电二极管的垂直腔面发射激光器装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)装置、包括VCSEL装置的光学传感器以及制造这样的VCSEL装置的方法。VCSEL装置包括第一电接触体(105)、第三电接触体(130)、第四电接触体(150)和光学谐振器。光学谐振器包括第一分布式布拉格反射器(115)、光电二极管、第二分布式布拉格反射器和用于发光的有源层(120)。有源层(120)被布置在第一分布式布拉格反射器(115)与第二分布式布拉格反射器之间。第二分布式布拉格反射器包括第一部分(125)、第二部分(135)和第三部分(145)。第一部分(125)包括具有不同折射率的至少一对成对层。所述至少一对成对层的特征在于是第二导电类型的。第二部分(135)包括具有不同折射率的至少一对成对层。所述至少一对成对层的特征在于是与第二导电类型不同的第一导电类型的。第三部分包括具有不同折射率的至少一对成对层，其中，所述至少一对成对层的特征在于是第二导电类型的。光电二极管的光吸收结构(140)被布置在第二部分(135)与第三部分(145)之间。第一电接触体(105)和另一电接触体被布置为能够提供电驱动电流，以电泵浦光学谐振器。光吸收结构(140)被布置在电驱动电流的电流路径之外。第三电接触体(130)和第四电接触体(150)被布置为能够电接触光电二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成光电二极管的垂直腔面发射激光器装置
本专利技术涉及一种具有集成光电二极管的垂直腔面发射激光器(VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)装置。本专利技术还涉及一种制造这样的VCSEL装置的相应方法。
技术介绍
对应于US2011/0064110A1的WO2009/136348A1公开了垂直腔面发射激光器装置，垂直腔面发射激光器装置包括具有单片集成光电二极管的VCSEL，单片集成光电二极管布置在基体与VCSEL的第一分布式布拉格反射器(DBR：distributedBraggreflector)之间。光电二极管由半导体材料的第一n掺杂区、p掺杂区、本征区和第二n掺杂区的层顺序形成。光电二极管和激光器共用被实现为在所述第一n掺杂区处的欧姆n接触体的公共电极。US5757837A公开了一种被构造有腔内量子阱光电检测器的VCSEL。EP0993087A1公开了一种具有这样的结构的发光装置与光电检测器的组合：光电检测器的与发光装置接触的层具有与发光装置的极性相反的半导体导电型极性。US5892786A公开了一种用于微腔发光装置的基于腔内传感器的输出功率控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有集成光电二极管的改进的垂直腔面发射激光器装置。根据第一方面，提供一种垂直腔面发射激光器(VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)装置。VCSEL装置包括第一电接触体、基体、第三电接触体、第四电接触体和光学谐振器。光学谐振器包括第一分布式布拉格反射器(DBR：distributedBraggreflector)、光电二极管、第二DBR和用于发光的有源层。有源层被布置在第一DBR与第二DBR之间。第一DBR可以被布置在基体与有源层之间。第二DBR包括第一部分、第二部分和第三部分。第一部分包括具有不同折射率的至少一对成对层。所述至少一对成对层的特征在于是第二导电类型的。第二部分包括具有不同折射率的至少一对成对层。所述至少一对成对层的特征在于是与第二导电类型不同的第一导电类型的。第三部分包括具有不同折射率的至少一对成对层。第三部分的所述至少一对成对层的特征在于是第二导电类型的。光电二极管的光吸收结构被布置在第二部分与第三部分之间。第一电接触体和另一电接触体被布置为能够提供电驱动电流，以电泵浦光学谐振器。光吸收结构被布置在电驱动电流的电流路径之外。第三电接触体和第四电接触体被布置为能够电接触光电二极管。所述另一电接触体可以是第三电接触体或另外的第二电接触体。与现有技术的解决方案相比，光电二极管的在第二(从到基体的距离看上部的)DBR的第二部分与第三部分之间的光吸收结构的布置结构可以减小通过有源层自发发射的光的吸收。因此，可以改善信噪比。此外，因为避免了深蚀刻(穿过几微米的半导体材料)来接触通常放置在第一(从到基体的距离看下部的)DBR中的光电二极管，所以可以简化处理并且特别地可以减少处理时间。最后，可以通过将光吸收结构布置在用于电泵浦有源层的驱动电流的电流路径之外来改善有源层与光电二极管之间的电隔离。第二DBR可以包括四个、五个或更多个部分。成对层中的每个层的特征可以在于具有VCSEL装置的在层的相应材料中的发射波长的四分之一的厚度。VCSEL装置可以包括其他层、例如电流分布层和电流限制层(例如，氧化物孔径)。层中的每个可以包括构建层的两个、三个、四个或更多个子层。有源层可以例如包括构建量子阱结构或层的多个子层。VCSEL装置可以是底部发射器(穿过第一DBR或穿过基体发射激光)或顶部发射器(远离第一DBR或基体发射激光)。根据一个实施例，基体或者更具体地说是半导体基体(例如，砷化镓基体)和第一DBR可以是第一导电类型的。根据一个替代实施例，基体可以基本上不导电。基体可以例如包括未掺杂的半导体材料或由未掺杂的半导体材料构成。用于n掺杂或p掺杂半导体材料的材料的浓度在未掺杂的半导体中优选地低于1017/cm3。可能无法避免相应半导体材料被任何掺杂材料(背景掺杂)的污染。第一导电类型的特征可以在于具有n掺杂材料，第二导电类型的特征可以在于具有p掺杂材料。所述另一电接触体是另外的第二电接触体。第二电接触体电接触第一部分。第三电接触体电接触第二部分。第二电接触体和第三电接触体通过半导体层结构分开。半导体层结构可以例如是第一导电类型的材料。在第一电接触体与第二电接触体之间设置单独和另外的第二电接触体还可以改善借助于第一电接触体和第二电接触体提供的电驱动电流与可以经由第三电接触体和第四电接触体测量的通过光电二极管产生的例如自混合干涉传感器信号之间的电隔离。半导体层结构可以是被布置为将第三电接触体与第二电接触体电隔离的隔离结构。隔离结构提供电隔离，但不提供光隔离。因此，隔离结构在VCSEL结构的发射波长的波长范围中基本上是透明的。隔离结构可以是被布置在第二DBR的第一部分与第二DBR的第二部分之间的单独的半导体层结构。隔离结构可以包括至少一对成对层。一对或两对以上层中的每对包括具有第一折射率的第一层和具有与第一折射率不同的第二折射率的第二层。第一层和第二层可以是对第二DBR的反射率有贡献的四分之一波长层。隔离结构可以增大有源层与光电二极管的吸收结构之间的距离。因此，隔离结构在垂直于有源层的方向上的厚度可以由于有源层与光电二极管之间的距离增大而减小检测通过有源层自发发射的光的概率。被隔离结构所包括的所述至少一对成对层可以例如包括未掺杂的半导体材料，以增大电隔离。这导致能带图中出现可增大第二电接触体与第三电接触体之间的电隔离的强的异质偏移。第一层的材料可以包括第一铝浓度，第二层的材料包括比第一铝浓度低的第二铝浓度，其中，铝浓度决定相应层的折射率，其中，第一层与第二层之间的其中第一铝浓度改变为第二铝浓度的界面的特征在于具有小于lnm的厚度。在第一层和第二层之间的急剧分级支持电隔离。急剧分级可能受到表面粗糙度和生产公差的限制。隔离结构可以替代地或另外地包括多对包括第一层和第二层的成对层，其中，第一层中的至少两个是第一导电类型的，其中，第二层中的至少两个是第二导电类型的。隔离结构可以例如包括交替的p-n-p-n(或n-p-n-p)掺杂，以增大电隔离。第二电接触体可以与被布置在VCSEL装置的操作期间的光学谐振器的驻波图案的节点中的高导电p掺杂接触体层电接触。高导电p掺杂接触体层的特征可以在于具有优选地大于1019/cm3、更优选地大于1020/cm3的碳掺杂浓度。p掺杂接触体层的高导电性可以横跨有源层提供良好的电流分布。将高掺杂的p掺杂接触体层置于驻波图案的节点中可以避免或至少减少在VCSEL装置的操作期间产生的激光模态吸收。所述另一电接触体可以替代地是第三电接触体。第三电接触体与第二DBR的第一部分电接触。第二DBR的第一部分和第二DBR的第二部分之间的结可以是被布置在第三电接触体与第四电接触体之间的pn结。pn结在VCSEL装置的操作期间的正向方向(方向偏置)上接触。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直腔面发射激光器装置，所述垂直腔面发射激光器装置包括第一电接触体(105)、第三电接触体(130)、第四电接触体(150)和光学谐振器，其中，光学谐振器包括第一分布式布拉格反射器(115)、光电二极管、第二分布式布拉格反射器和用于发光的有源层(120)，其中，有源层(120)被布置在第一分布式布拉格反射器(115)与第二分布式布拉格反射器之间，其中，第二分布式布拉格反射器包括第一部分(125)、第二部分(135)和第三部分(145)，其中，第一部分(125)包括具有不同折射率的至少一对第一成对层，其中，所述至少一对第一成对层是第二导电类型的，其中，第二部分(135)包括具有不同折射率的至少一对第二成对层，其中，所述至少一对第二成对层是与第二导电类型不同的第一导电类型的，其中，第三部分包括具有不同折射率的至少一对第三成对层，其中，所述至少一对第三成对层是第二导电类型的，其中，光电二极管的光吸收结构(140)被布置在第二部分(135)与第三部分(145)之间，其中，第一电接触体(105)和另一电接触体被布置为能够提供电驱动电流，以电泵浦光学谐振器，其中，光吸收结构(140)被布置在电驱动电流的电流路径之外，其中，第三电接触体(130)和第四电接触体(150)被布置为能够电接触光电二极管，其中，所述另一电接触体为第二电接触体(127)，其中，第二电接触体(127)电接触第一部分(125)，其中，第三电接触体(130)电接触第二部分(135)，其中，第二电接触(127)和第三电接触(130)通过半导体层结构分开。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180119 EP 18152476.01.一种垂直腔面发射激光器装置，所述垂直腔面发射激光器装置包括第一电接触体(105)、第三电接触体(130)、第四电接触体(150)和光学谐振器，其中，光学谐振器包括第一分布式布拉格反射器(115)、光电二极管、第二分布式布拉格反射器和用于发光的有源层(120)，其中，有源层(120)被布置在第一分布式布拉格反射器(115)与第二分布式布拉格反射器之间，其中，第二分布式布拉格反射器包括第一部分(125)、第二部分(135)和第三部分(145)，其中，第一部分(125)包括具有不同折射率的至少一对第一成对层，其中，所述至少一对第一成对层是第二导电类型的，其中，第二部分(135)包括具有不同折射率的至少一对第二成对层，其中，所述至少一对第二成对层是与第二导电类型不同的第一导电类型的，其中，第三部分包括具有不同折射率的至少一对第三成对层，其中，所述至少一对第三成对层是第二导电类型的，其中，光电二极管的光吸收结构(140)被布置在第二部分(135)与第三部分(145)之间，其中，第一电接触体(105)和另一电接触体被布置为能够提供电驱动电流，以电泵浦光学谐振器，其中，光吸收结构(140)被布置在电驱动电流的电流路径之外，其中，第三电接触体(130)和第四电接触体(150)被布置为能够电接触光电二极管，其中，所述另一电接触体为第二电接触体(127)，其中，第二电接触体(127)电接触第一部分(125)，其中，第三电接触体(130)电接触第二部分(135)，其中，第二电接触(127)和第三电接触(130)通过半导体层结构分开。


2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器装置，所述垂直腔面发射激光器装置包括基体(110)，其中，第一分布式布拉格反射器被布置在基体(110)与有源层(120)之间。


3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器装置，所述垂直腔面发射激光器装置包括基体(110)，其中，基体(110)是第一导电类型的，其中，第一分布式布拉格反射器(115)是第一导电类型的。


4.根据权利要求2或3所述的垂直腔面发射激光器装置，其中，第一导电类型的特征在于具有n掺杂材料，其中，第二导电类型的特征在于具有p掺杂材料。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的垂直腔面发射激光器装置，其中，半导体层结构是被布置为将第三电接触体(130)与第二电接触体(127)电隔离的隔离结构(128)。


6.根据权利要求5所述的垂直腔面发射激光器装置，其中，隔离结构(128)包括至少一对成对层，成对层中的每对包括具有第一折射率的第一层和具有与第一折射率不同的第二折射率的第二层。


7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器装置，其中，隔离结构(128)包括多对包括第一层和第二层的成对层，其中，第一层中的至少两个是第一导电类型的，其中，第二层中的至少两个是第二导电类型的。


8.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·H·格拉赫，
申请(专利权)人：通快光电器件有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE