具有集成监视光电检测器和漫射器的光源制造技术

光源包括具有第一表面和相对的第二表面的衬底。外延层位于衬底的第一表面上。光源还包括外延层中的至少一个光发生器，该光发生器被定位为使得将借以传输的光信号导向衬底。漫射器位于衬底的第二表面上，并且至少一个监视光电检测器定位在外延层中并且接收由漫射器反射的光信号中的一部分。在一种形式中，光发生器可以包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。

【技术实现步骤摘要】
具有集成监视光电检测器和漫射器的光源相关申请的交叉引用本申请要求享有于2019年5月13日提交的美国临时申请No.62/847,086的优先权，其全部内容通过引用的方式合并于此。
本公开内容总体上涉及可以例如产生激光的光源。更具体地但非排他性地，本公开内容涉及一种光源，其可以包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)以及集成的监视光电检测器和漫射器。
技术介绍
产生激光的光源可以用于许多不同的应用中，从用于数据传输的通信部件到3D感测技术。一种用于光学数据传输和3D感测的激光器是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。顾名思义，VCSEL的激光腔夹在两个镜堆之间并由其限定。VCSEL可以被构造在可以包括砷化镓(GaAs)衬底的半导体晶圆上。VCSEL包括构造在半导体晶圆上的底部反射镜。通常，底部反射镜包括具有交替的高和低折射率的多个折射层。当光从一个折射率的层传播到另一折射率的层时，一部分光被反射。通过使用足够数量的交替层，反射镜可以反射高百分比的光。在底部反射镜上形成包括多个量子阱的有源区。有源区形成夹在底部反射镜和顶部反射镜之间的PN结，底部反射镜和顶部反射镜具有相反的导电类型(例如，一个p型镜和一个n型镜)。值得注意的是，顶部反射镜和底部反射镜的概念可能有些随意。在某些配置中，可以从VCSEL的晶圆侧穿过衬底提取光，其中“顶部”反射镜是全反射的-因此是不透明的，其被称为底部发射VCSEL。其他VCSEL可以是顶部发射的或者反向并远离衬底和晶圆发射的。如本文所用，“顶部”反射镜是指与衬底相对并反射光的镜，中间是有源区，并且“底部”是指具有从中提取光的衬底的有源区的衬底侧，而不管其如何放置在物理结构中。一些照明功能受益于其轮廓基本均匀的光源。例如，用户可能希望将轮廓设计为在水平方向上发散30度，在垂直方向上发散50度，以便在远场中照亮矩形区域。以这种照明功能实现的光源可以包括漫射器或工程化漫射器。漫射器可以控制光源轮廓的发散。但是，在这些光源中，漫射器或工程化漫射器被包括在与光源相距一定距离的封装中。因此，在这些光源中包括漫射器涉及到封装级集成和与封装集成相关联的成本。
技术实现思路
在一个实施例中，一种光源包括具有第一表面和相对的第二表面的衬底。外延层位于衬底的第一表面上。光源还包括外延层中的至少一个光发生器，该光发生器被定位为使得将所传输的光信号导向衬底。漫射器位于衬底的第二表面上，并且将外延层中的至少一个监视光电检测器定位为接收由漫射器反射的光信号的一部分。在另一个实施例中，一种系统包括光源，该光源包括衬底，该衬底包括第一表面和相对的第二表面；外延层，位于衬底的第一表面上；外延层中的至少一个光发生器，被定位为使得将借以传输的光信号导向衬底；漫射器，位于衬底的第二表面上；外延层中的至少一个监视光电检测器，被定位为接收由漫射器反射的光信号。该系统还包括控制器，该控制器可操作地与至少一个光发生器和至少一个监视光电检测器耦合。控制器被构造为基于由至少一个监视光电检测器接收的反射光信号来控制至少一个光发生器的操作。在又一个实施例中，一种制备光源的方法包括：提供具有第一表面和与第一表面相对定位的第二表面的衬底；在衬底的第一表面上形成外延层；在外延层中形成至少一个光发生器；在外延层中形成至少一个监视光电检测器；及在衬底的第二表面上形成漫射器。附图说明为了进一步阐明本专利技术的上述和其他优点和特征，将通过参考在附图中示出的本专利技术的特定实施例来呈现本专利技术的更具体的描述。应理解，这些附图仅示出了本专利技术的典型实施例，因此不应视为限制其范围。通过使用附图，借助附加特征和细节来描述和解释本专利技术，附图中：图1是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的示意图；图2是包括VCSEL的光源的一个实施例的示意性局部截面图；图3是包括VCSEL的光源的替代实施例的示意性局部截面图；图4A是包括VCSEL阵列的光源的另一替代实施例的示意性平面图；图4B是包括VCSEL阵列的光源的另一替代实施例的示意性平面图；图5和6是示出包括VCSEL阵列的光源的不同操作方面的截面图；及图7是用于操作光源的系统的示意图。具体实施方式现在将参考附图来描述本专利技术的示例性实施例的各个方面。应当理解，附图是这样的示例性实施例的概略和示意图，并且不限制本专利技术，也不一定按比例绘制。本公开内容总体上涉及可以例如产生或提供激光的光源。更具体地但非排他性地，本公开内容涉及可以包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)以及集成的监视光电检测器和漫射器的光源。尽管在本文呈现的上下文中描述了各种实施例，但是可以在其中本文公开的功能可能有用的其他领域或操作环境中采用本文公开的实施例。因此，本专利技术的范围不应解释为限于本文公开的示例性实施方式和操作环境。一方面，光源包括底部发射配置，该底部发射配置包括光发生器区域，该光发生器区域具有由顶部反射镜和底部反射镜限定的中间有源区。光发生器区域可在顶部反射镜的顶端具有接触层，其中接触层具有将光朝着底部发射器端反射的反射区域。底部发射配置可以包括VCSEL作为光发生器，并且由于通过通常认为是VCSEL的底部的衬底发射光，因此可以将它认为是衬底发射器。光源可包括与衬底集成在一起的漫射器。例如，漫射器可以与衬底的与光发生器相对的底侧集成。光源还可包括监视光电检测器，该监视光电检测器与集成有光发生器和漫射器的同一衬底集成在一起，从而监视从漫射器反射的光。这样，光源可以被配置为包括在衬底的顶面上的监视光电检测器和光发生器，并且漫射器在衬底的底面上。一方面，光发生器、漫射器和监视光电检测器可以被认为是集成封装。可以由分层半导体材料制备光发生器和监视光电检测器，所述分层半导体材料可以例如为半导体外延结构。衬底也可以由半导体外延结构形成。可以将漫射器蚀刻到衬底中，或者可以将其配置为与衬底的底面集成在一起的透光材料，例如玻璃或聚合物材料。光发生器和监视光电检测器在半导体外延结构中可以基本相似，但是监视光电检测器具有反向偏置。在一种形式中，光源可以包括两个或更多个光发生器(例如，单个VCSEL)的阵列，在衬底的顶侧上具有至少一个、两个或更多个监视光电检测器，在衬底的底侧上具有至少一个漫射器。本文描述的光源可以包括许多不同类型的半导体材料。合适材料的示例包括III-V族半导体材料(例如，由一种或多种III族材料(硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)和113号元素(ununtrium)(Uut))和一种或多种V族材料(氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)和115号元素(ununpentium)(Uup)制备)及可选的某些类型的IV族材料。光源可以包括具有有源区的光发生器和监视光电检测器，该有源区具有一个或多个量子阱，并且在相邻的量子阱之间可选地具有一个或多个量子阱势垒。量子阱和量子阱势垒可以由它们之间的一个或多个过渡层隔开。过渡层由于位于量子阱和量子阱势垒之间的界面处，因此也可以称本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光源，包括：/n衬底，包括第一表面和相对的第二表面；/n外延层，位于所述衬底的所述第一表面上；/n所述外延层中的至少一个光发生器，所述光发生器被定位为使得所传输的光信号导向所述衬底；/n漫射器，位于所述衬底的所述第二表面上；及/n所述外延层中的至少一个监视光电检测器，所述监视光电检测器被定位为接收由所述漫射器反射的所述光信号中的一部分。/n

【技术特征摘要】
20190513 US 62/847,0861.一种光源，包括：
衬底，包括第一表面和相对的第二表面；
外延层，位于所述衬底的所述第一表面上；
所述外延层中的至少一个光发生器，所述光发生器被定位为使得所传输的光信号导向所述衬底；
漫射器，位于所述衬底的所述第二表面上；及
所述外延层中的至少一个监视光电检测器，所述监视光电检测器被定位为接收由所述漫射器反射的所述光信号中的一部分。


2.根据权利要求1所述的光源，其中，将所述漫射器直接蚀刻到所述衬底的所述第二表面中。


3.根据权利要求1所述的光源，其中，所述漫射器直接耦合到所述衬底的所述第二表面。


4.根据权利要求3所述的光源，其中，所述漫射器包括位于所述衬底的所述第二表面上的一个或多个小透镜。


5.根据权利要求1所述的光源，其中，所述至少一个光发生器包括至少一个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，并且所述至少一个监视光电检测器位于所述VCSEL的侧面。


6.根据权利要求5所述的光源，其中，所述至少一个光发生器包括VCSEL的阵列。


7.根据权利要求6所述的光源，其中，所述阵列中的每个VCSEL的操作是可单独控制的。


8.根据权利要求1所述的光源，其中，所述至少一个光发生器位于至少两个监视光电检测器之间。


9.根据权利要求1所述的光源，其中，所述至少一个监视光电检测器被配置为提供指示所述反射的光信号的电信号。


10.一种系统，包括：
光源，包括：
衬底，包括第一表面和相对的第二表面；
外延层，位于所述衬底的所述第一表面上；
所述外延层中的至少一个光发生器，被定位为使得将借以传输的光信号导向所述衬底；
漫射器，位于所述衬底的所述第二表面上；
所述外延层中的至少一个监视光电检测器，被定位为接收由所述漫射器反射的反射光信号；及
控制器，与所述至少一个光发生器和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：美国;US