阅读说明：本技术 具有集成光电二极管的垂直腔面发射激光器装置 (Vertical cavity surface emitting laser device with integrated photodiode ) 是由 P·H·格拉赫 于 2019-01-09 设计创作，主要内容包括：本发明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。(A Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) device, an optical sensor including the VCSEL device, and a method of fabricating such VCSEL device are described. The VCSEL device includes a first electrical contact (105), a third electrical contact (130), a fourth electrical contact (150), and an optical resonator. The optical resonator includes a first distributed bragg reflector (115), a photodiode, a second distributed bragg reflector, and an active layer (120) for emitting light. An active layer (120) is disposed between the first distributed Bragg reflector (115) and the second distributed Bragg reflector. The second distributed Bragg reflector includes a first portion (125), a second portion (135), and a third portion (145). The first portion (125) includes at least one pair of dyads having different indices of refraction. The at least one pair of pairs of layers is characterized as being of the second conductivity type. The second portion (135) includes at least one pair of dyads having different indices of refraction. The at least one pair of pairs of layers is characterized by a first conductivity type different from a second conductivity type. The third portion includes at least one pair of dyads having different indices of refraction, wherein the at least one pair of dyads is characterized as being of the second conductivity type. The light absorbing structure (140) of the photodiode is arranged between the second portion (135) and the third portion (145). The first electrical contact (105) and the further electrical contact are arranged to be able to provide an electrical driving current to electrically pump the optical resonator. The light absorbing structure (140) is arranged outside a current path of the electrical driving current. The third electrical contact (130) and the fourth electrical contact (150) are arranged to be able to electrically contact the photodiode.)

具有集成光电二极管的垂直腔面发射激光器装置

技术领域

本发明涉及一种具有集成光电二极管的垂直腔面发射激光器(VCSEL：VerticalCavity Surface Emitting Laser)装置。本发明还涉及一种制造这样的VCSEL装置的相应方法。

背景技术

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：distributed Bragg reflector)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。

发明内容

本发明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：Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser)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：distributed Braggreflector)、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。pn结可以增大用于对VCSEL装置的有源层泵浦的电驱动电流与光电二极管之间的电隔离。

根据一个实施例，VCSEL装置可以被布置为能够穿过基体(底部发射器)或在基体(底部发射器)的方向上发射激光。掺杂的基体(例如，由于可以以高质量获得而通常被使用的n掺杂的GaAs基体)可引起激光的吸收。因此，可优选的是，使基体变薄或替代地使用未掺杂的半导体基体，以减少激光的吸收。在这种情况下，VCSEL装置可以包括被布置在基体与第一DBR之间的第一电流分布层。第一电流分布层电连接到第一电接触体。第一电接触体通常是VCSEL装置的有源层的n接触体。第一电流分布层的特征在于高电导性(例如，高n掺杂)。激光的吸收可以通过将第一电流分布层布置在VCSEL装置的驻波图案的节点中而被减少。替代地，在处理VCSEL装置之后，可以部分地或者甚至完全地去除基体。

第二DBR的第三部分可以包括不同折射率的成对层、优选地包括在2对至20对之间的不同折射率的成对层、更优选地包括在5对至15对之间的不同折射率的成对层并且最优选地包括在8对至12对之间的不同折射率的成对层。例如，AlGaAs(Al_xGa_(1-x)As)层的Al浓度可以在15％至90％之间变化，以提供不同的折射率。第二DBR的成对层增大腔内驻波图案的强度。

第二DBR的第二部分可以包括第一导电类型的至少两对成对层。第二DBR的第一部分和第二部分可以包括比第二DBR的第三部分多的不同折射率的成对层。由于有源层与吸收结构之间的距离增大，因此随着成对层的数量增加，可以降低通过有源层自发发射的光的强度。

吸收结构可以包括具有小于100纳米的厚度的本征层。光电二极管的本征层可以包括具有低带隙的未掺杂吸收半导体、例如未掺杂GaAs。吸收结构可以被放置为使得其位于激光器腔中的驻波图案的波腹(最大)中，以在VCSEL装置的操作期间对激光具有高吸收。吸收结构的代表性厚度可以是100nm。与对通过有源层自发发射的光的吸收相比，在驻波图案的波腹中放置相对薄的吸收结构可以增大激光吸收的可能性。薄的吸收层的缺点可能是相对高的容量，从而限制VCSEL装置的开关速度。因此，根据一个替代实施例，吸收结构的特征可以在于具有覆盖激光器腔内的驻波图案的两个、三个或更多个波腹的厚度。吸收结构厚度的增大可降低容量，但是由于自发光的总吸收随吸收层的厚度增大而增大，因此其可以使得这种设计对自发光更敏感。

VCSEL装置可以被光学传感器所包括。光学传感器可以被移动通信装置所包括。光学传感器可用于距离检测、速度检测、颗粒密度检测(PM 2.5测量)、手势控制以及特别是基于自混合干涉测量的所有传感器应用。

根据另一方面，提供一种制造具有集成光电二极管的VCSEL装置的方法。所述方法包括以下步骤：

设置基体，

设置第一电接触体，其中，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VCSEL装置，

设置第一DBR，

设置有源层，使得第一DBR被布置在有源层与基体之间，

设置第二DBR的第一部分，使得有源层被布置在第一DBR与第一部分之间，其中，第一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，

设置第二DBR的第二部分，其中，第二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与第二导电类型不同的第一导电类型的，

设置第二DBR的第三部分，其中，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，

在第二部分与第三部分之间设置光电二极管的光吸收结构，其中，光吸收结构被布置在电驱动电流的电流路径之外，

设置第三电接触体，

设置第四电接触体，其中，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，

其中，所述另一电接触体是第二电接触体(127)，所述方法还包括通过第二电接触体(127)电接触第一部分(125)，并且通过第三电接触体(130)电接触第二部分(135)，并且通过半导体层结构将第二电接触体(127)和第三电接触体(130)分开。

这些步骤不必按照上面给出的顺序执行。可以通过外延方法、例如MOCVD、MBE等来沉积不同的层。可以在随后的处理步骤中去除基体。

应理解的是，根据上述任何实施例的VCSEL装置和制造VCSEL装置的方法具有相似和/或相同的实施例、特别是如从属权利要求中所限定的实施例。

应理解的是，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任意组合。

下面限定另外的有利实施例。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得清楚并且得到阐明。

现将参考附图，基于实施例，以示例的方式描述本发明。

在附图中：

图1示出了具有集成光电二极管的第一VCSEL装置的原理简图。

图2示出了具有集成光电二极管的第二VCSEL装置的原理简图。

图3示出了具有集成光电二极管的第三VCSEL装置的原理简图。

图4示出了与集成光电二极管的层布置结构有关的第四VCSEL装置的驻波图案的一部分的原理简图。

图5示出了具有集成光电二极管的第五VCSEL装置的顶视图的原理简图。

图6示出了第五VCSEL装置的等效电路。

图7示出了具有集成光电二极管的第六VCSEL装置的原理简图。

图8示出了光学传感器的一个实施例。

图9示出了包括光学传感器的移动通信装置的一个实施例。

图10示出了根据本发明的制造VCSEL的方法的工艺流程的原理简图。

在附图中，相似的附图标记始终指代相似的对象。附图中的对象不必然按比例绘制。

具体实施方式

现将借助于附图描述本发明的各种实施例。

图1示出了具有集成光电二极管的第一VCSEL装置的原理简图。第一VCSEL是在如箭头所示的远离基体110的方向上发射激光的顶部发射VCSEL装置。基体110包括n掺杂的砷化镓。第一电接触体105设置在基体110的底部侧上。第一电接触体105是VCSEL装置的有源层120的n接触体。在基体110的顶部侧上设置第一DBR 115，第一DBR 115包括40对具有第一折射率和第二折射率的层。第一DBR 115的成对层包括n掺杂的AlGaAs层。层的厚度适应于VCSEL的发射波长，以提供大于99.9％的所要求的反射率。在第一DBR 115的顶部上设置有源层120。有源层120包括用于光产生的量子阱结构。n电流注入层(未示出)可以布置在第一DBR 115与有源层120之间。第二DBR的第一部分125设置在有源层120的顶部上。第二DBR的第一部分125包括15对具有第一折射率和第二折射率的层。第二DBR的第一部分125的成对层包括p掺杂的A1GaAs层。第二DBR的第一部分125的最上层是高导电性的，并且与第三电接触体130接触。第二DBR的第二部分135设置在第二DBR的第一部分125的顶部上。第二DBR的第二部分135包括一对具有第一折射率和第二折射率的层。第二DBR的第二部分135的成对层包括n掺杂的AlGaAs层。吸收结构140设置在第二DBR的第二部分135的顶部上。吸收结构包括具有90nm厚度的未掺杂GaAs的本征层。第二DBR的第三部分145设置在吸收层的顶部上。第二DBR的第三部分145包括八对具有第一折射率和第二折射率的层。第二DBR的第三部分145的成对层包括p掺杂的AlGaAs层。第四电接触体150、例如环形的第四电接触体150设置在第二DBR的第三部分145的顶部上。第四电接触体150是通过第三电接触体130、第四电接触体150和中间半导体层构建的光电二极管的p接触体。在VCSEL装置的该实施例中，第三电接触体130是有源层120的p接触体。光电二极管借助于第三电接触体130和第四电接触体150间接接触。VCSEL装置的不同结构的掺杂顺序(第一DBR 115和第二DBR的不同部分125、135、145)在可以用于底部发射器的情况(见下文)的p掺杂基体110(昂贵)或未掺杂基体110的情况下可以不同。电接触体的极性可以根据不同结构的掺杂顺序来调整。

图2示出了具有集成光电二极管的第二VCSEL装置的原理简图。第二VCSEL装置的构造与关于图1描述的相似。主要区别在于，VCSEL装置的发光部分的电接触与光电二极管的电接触分开。第二DBR的第一部分125与第二电接触体127接触。第二电接触体127设置在第二DBR的第一部分125的最上面的高p导电层的顶部上。第二电接触体127为激光器腔的p接触体。第三电接触体130设置在第二DBR的第二部分135的一个优选地高n导电层的顶部上，所述一个优选地高n导电层优选地布置在驻波图案的节点中，以减小光吸收。第三电接触体130是布置在第三电接触体130与第四电接触体150之间的光电二极管的n接触体。在第二电接触体与第三电接触体之间存在至少一个中间层(例如，具有不同折射率的成对层)，以增大VCSEL装置的发光部分与光检测部分之间的电绝缘性。

图3示出了具有集成光电二极管的第三VCSEL装置的原理简图。第三VCSEL装置的构造与关于图2描述的相似。主要区别在于，存在设置在第二DBR的第一部分125与第二DBR的第二部分135之间的隔离结构128。隔离结构128被布置为能够增大VCSEL装置的发光部分与VCSEL装置的光检测部分之间的电隔离。隔离结构128可以被布置为能够使得避免借助于VCSEL装置的光发射的干扰。隔离结构128可以被布置为能够支持第二DBR的反射率。在该实施例中，第三VCSEL装置的隔离结构128包括一对未掺杂半导体材料的层(例如，具有不同Al含量的Al_xGa_(1-x)As层)。成对层中的两个层具有不同的折射率以及VCSEL装置的发射波长的四分之一的厚度。因此，隔离结构128对第二DBR的反射率有贡献，并且在这种情况下可以被认为是第二DBR的一部分。使用基本上未掺杂的半导体材料避免或至少减少光损耗。

图4示出了与集成光电二极管的层布置结构有关的第四VCSEL装置的驻波图案的一部分的原理简图。第四VCSEL装置也是如关于图1至图3所讨论的顶部发射器。第四VCSEL装置包括n掺杂的GaAs基体以及具有如示出铝浓度201的y轴所示的根据从左到右的到激光器刻面的距离203而改变的铝含量的Al_xGa_(1-x)As层。图4示出了以图4的左侧上所示的第四电接触体150开始的图1至图3中所讨论的半导体层堆叠的上部部分。第四电接触体150与高p掺杂的盖层电接触，并且构建光电二极管的阳极接触体。盖层终止于反相位置，使得可以使用光栅蚀刻工艺来处理光栅148，以实现第二DBR的偏振敏感反射率。光栅是第二DBR的第三部分145的一部分，第二DBR的第三部分145还包括(在图4中从左到右的)具有位于具有不同折射率的Al_xGa_(1-x)As层之间的分级界面的一些p掺杂的DBR层。对于发射具有850nm发射波长的激光的VCSEL装置，如通过铝分布211所示，Al浓度可以在15％至90％之间变化。在该实施例中，第二DBR的第三部分145中的层的对数为10。吸收结构140被布置在第二DBR的第三部分145与第二DBR的第二部分135之间。吸收结构140包括光电二极管的吸收层，所述吸收层是具有120nm的厚度且包括具有低带隙的未掺杂吸收GaAs的本征层141。本征层141被放置为使得其位于驻波图案213的波腹(最大)中。第二DBR的第二部分135跟随在光电二极管(吸收结构140)下方，并且包括具有不同折射率的n掺杂的成对的Al_xGa_(1-x)As层，以继续VCSEL结构的第二DBR。第二DBR的第二部分135在两对层之后包括第二DBR中的成对层内的中断结构。中断结构是用于停止蚀刻以提供光电二极管的n接触体、即第三电接触体130的本征层。在该实施例中，材料是低含铝的(例如，15％的AlGas)。本征层足够厚，以应付蚀刻不均匀性的扩散。本征层的厚度为n*λ/2(其中，n＝1、2、3……)，并且λ为VCSEL装置的在本征层的材料内的发射波长。光电二极管的光电二极管阴极接触体(第三电接触体130)将放置在该本征层中(例如，见图5的描述)。应注意的是，蚀刻中的扩散将转变为本征层与第三电接触体130之间的接触的不同接触位置。由于材料相同，因此接触品质不取决于位置和实际蚀刻深度。隔离结构128被布置在第二DBR的第二部分135与第二DBR的第一部分125之间。隔离结构128包括两对具有不同铝浓度以及VCSEL装置的发射波长的四分之一的厚度的未掺杂Al_xGa_(1-x)As的层。未掺杂Al_xGa_(1-x)As层对第二DBR的反射率有贡献，并且确保包括有源层(未示出)的VCSEL装置的光电二极管与发光部分之间的电隔离。第二DBR的另外的中断结构设置在隔离结构128的右(或下)端处。中断结构包括具有例如4nm厚度的薄AlAs层，所述薄AlAs层在该实施例中用于提供蚀刻停止，以处理干法蚀刻工艺中的不确定性，所述干法蚀刻工艺可用于打开半导体层堆叠，以在第二DBR的第一部分125的顶部上设置第二电接触体127。AlAs层正上方的本征层的厚度被设计为能够使得干法蚀刻能够停止在该层中。干法蚀刻应刚好在薄AlAs层上方停止(如上面所讨论的，本征层的厚度为n*λ/2，其中，n＝1、2、3……，并且λ为VCSEL装置的在本征层的材料内的发射波长)。在干法蚀刻之后，使用选择性湿法化学蚀刻停止在AlAs层上。湿法化学蚀刻工艺需要对AlAs具有很高的选择性。柠檬酸可用于此目的。在湿法化学蚀刻之后，由于其停止对AlAs的选择性的事实，蚀刻深度在晶片上是均匀的。在AlAs层下面设置高p掺杂的接触体层。接触体层被放置在驻波图案213的节点中，使得高掺杂不会导致强的激光模态吸收。接触体层被设计为能够用作第二电接触体127(VCSEL阳极接触体)的接触体层。如上所述，第二DBR的第一部分125在接触体层下方，并且包括p掺杂的成对的Al_xGa_(1-x)As层。具有高折射率和低折射率的层的铝浓度在第二DBR的第一部分125、第二部分135或第三部分145中可以相同或可以不同。其余结构可以与关于图1至图3所讨论的相似。

图5示出了具有集成光电二极管的第五VCSEL装置的顶视图的原理简图。第五VCSEL装置的半导体层结构与关于图3所讨论的相似。VCSEL装置的发光结构的第一电接触体(n-接触体)105设置在基体的背面上并且与图5中未示出的第一键合焊盘接触。沉积在平坦化层上的第二键合焊盘327经由到VCSEL装置的发光结构的p接触体层的下蚀刻结构364接触VCSEL装置的第二电接触体127。第三键合焊盘330经由到VCSEL装置的光电二极管的n接触体层的下蚀刻结构362接触VCSEL装置的第三电接触体130。第四键合焊盘350接触顶部第四电接触体150、即VCSEL装置的光电二极管的p接触体。图5示出了到孔径层(图1至图4中未示出)的另外的下蚀刻结构366，所述孔径层用于提供电流孔径，以用于将电流限制在第二DBR中。

图6示出了第五VCSEL装置的等效电路。VCSEL装置的发光激光二极管借助于第一键合焊盘325和第二键合焊盘327接触。光电二极管借助于第三键合焊盘330和第四键合焊盘350接触。激光二极管与光电二极管之间的电隔离借助于如图3和图4所讨论的隔离结构(未示出)来提供。

图7示出了具有集成光电二极管的第六VCSEL装置的原理简图。第六VCSEL装置是包括布置在同一基体110上的具有集成光电二极管的两个VCSEL的底部发射VCSEL装置。第六VCSEL装置是穿过基体110发射激光(由箭头表示)的底部发射器。具有集成光电二极管的VCSEL中的每个包括与关于图3所讨论的相似的第一DBR 115、有源层120、第二DBR的第一部分125、第二电接触体127、隔离结构128、第三电接触体130、第二DBR的第二部分135、吸收结构140、第二DBR的第三部分145和第四电接触体150。第一DBR 115和第二DBR的不同部分125、135、145的导电类型与关于图3所讨论的相同。第一DBR包括30对具有交替折射率的层，以提供98.5％的反射率，使得能够穿过基体110发射激光。第二DBR的第一部分125包括20对具有交替折射率的层，以增大第二(顶部)DBR的反射率。隔离结构128包括三对具有交替折射率的层，其中，层中的每个包括pn结。因此，隔离结构128包括具有以附接到第二DBR的第一部分125的隔离结构128的层开始的n-p-n-p-n-p顺序的导电类型的六个层。第二DBR的第二部分135包括另外的七对具有交替折射率的层。第二DBR的第三部分145包括另外的十对具有交替折射率的层，使得第二DBR的特征在于在VCSEL装置的发射波长的波长范围内的反射率大于99.95％。最后，具有集成光电二极管的每个VCSEL的第二DBR完全被第四电接触体150覆盖，以提供光电二极管的p接触体。n型公共第一电流分布层106被布置在具有集成光电二极管的两个VCSEL的第一DBR 115与基体110之间。第一电流分布层106被布置在驻波图案的节点中，并且借助于第一电接触体105接触。基体110包括未掺杂的砷化镓，以减少光学损耗。激光经由附接到或蚀刻在基体110的下表面(与在其上沉积半导体层的表面相对的表面)中的光学结构112(例如，微透镜)发射。第二电接触体127可以是激光二极管的公共p接触体，使得所有激光二极管同时发射激光。公共接触体可以实现这样的VCSEL阵列的非常紧凑的设计。第二电接触体127可以替代地是激光二极管的可单独寻址的p接触体，使得每个VCSEL可以被单独寻址，以发射激光。第四电接触体150可以借助于倒装芯片凸块接触，以单独地读出每个VCSEL的光电二极管。VCSEL装置可以包括具有集成光电二极管的VCSEL的二维阵列。关于图7所讨论的底部发射阵列构造中的关于图1所讨论的半导体层结构与公共第一电接触体和公共第三电接触体(没有第二电接触体)的结合可以实现具有在具有集成光电二极管的相邻VCSEL之间的20μm间距的致密封装。仅需要两个接触体焊盘接触激光二极管的n接触体(第一电接触体)和第三电接触体(激光二极管的p接触体和光电二极管的n接触体)。这样的激光器阵列可以包括5×5、6×6、8×10等的具有集成光电二极管的激光二极管，并且可以与适当的光学器件结合使用，例如用于自混合干涉传感器。

图8示出了根据第一实施例的光学传感器300的剖面。光学传感器300被布置为能够借助于自混合干涉测量来确定物体的存在、距离和运动。光学传感器300包括如上所讨论的VCSEL装置100、透射窗310和用于电驱动VCSEL装置100的驱动电路320。驱动电路320电连接到VCSEL装置100，以按照限定的方式向VCSEL装置100提供电力。驱动电路320包括用于存储用于操作驱动电路320的数据和指令的存储装置以及用于执行用于操作驱动电路320的数据和指令的处理单元。光学传感器300还包括分析评估器323。被VCSEL装置100所包括的光电二极管被布置为能够确定耦接到相应光电二极管的激光器腔内的驻波图案的变化。分析评估器323包括至少一个存储装置、例如存储芯片和至少一个处理装置、例如微处理器。分析评估器323适应于从VCSEL装置100接收电信号，并且可选地从驱动电路320接收电信号，以基于被相应物体反射的激光315(反射激光317)和相应激光器腔内的光学驻波的干涉来确定一个或两个以上物体的距离或运动。光学传感器可用于颗粒检测(例如，空气质量)、距离/速度测量或用户界面。

图9示出了包括光学传感器300的移动通信装置380的原理简图。光学传感器300可以例如与在移动通信装置380上运行的软件应用结合使用。软件应用可以使用用于感测应用的光学传感器300。这样的感测应用可以例如是自混合干涉(SMI：self-mixinginterference)传感器、颗粒传感器或基于手势的用户界面。

图10示出了根据本发明的制造VCSEL的方法的工艺流程的原理简图。在步骤410中，设置基体110。在步骤415中，设置第一电接触体105。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，以对VCSEL装置电泵浦来发射激光。在步骤420中，设置第一分布式布拉格反射器115。在步骤425中，设置有源层120，使得第一分布式布拉格反射器115被布置在有源层120与基体110之间。可以在步骤430中设置第二分布式布拉格反射器的第一部分125，使得有源层120被布置在第一分布式布拉格反射器115与第一部分125之间。第一部分125包括具有不同折射率的至少一对层。所述至少一对层的特征在于是第二导电类型。在步骤435中，设置第二分布式布拉格反射器的第二部分135。第二部分135包括具有不同折射率的至少一对层。所述至少一对层的特征在于是与第二导电类型不同的第一导电类型。在步骤440中，设置第二分布式布拉格反射器的第三部分145。第三部分145包括具有不同折射率的至少一对层。所述至少一对层的特征在于是第二导电类型。在步骤445中，在第二部分135与第三部分145之间设置光电二极管的光吸收结构140。光吸收结构140被布置在电驱动电流的电流路径之外。在步骤450中，设置第三电接触体130。在步骤455中，设置第四电接触体150。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。

电接触体的设置可以包括如上面关于图4所述的利用适当的蚀刻技术(干法蚀刻、湿法蚀刻等)下蚀刻到相应的接触体层的一个或两个以上步骤。制造工艺还可以包括氧化过程，以在VCSEL装置的每个VCSEL中提供氧化物孔径。制造工艺还可以包括钝化或平坦化过程，以提供用于沉积键合焊盘的光滑表面(例如，见图5)。可以在沉积VCSEL结构的半导体层之后打磨基体110。可以在减薄或打磨基体110之后在基体110的减薄的背面上设置VCSEL二极管的n接触体。

可以通过外延方法、例如MOCVD或MBE来沉积第一DBR的层、有源层和作为电流注入层的任何其他层等。

尽管已经在附图和前述描述中详细示出和描述了本发明，但是这样的示出和描述应被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。

通过阅读本公开，其他修改对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的修改可以包括本领域中已知的并且可以代替或附加于已经在此描述的特征使用的其他特征。

通过研究附图、公开内容和所附的权利要求，本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，而单数形式不排除多个元件或步骤。特定措施被记载在相互不同的从属权利要求中的这个事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

附图标记列表：

105 第一电接触体

106 第一电流分布层

110 基体

112 光学结构

115 第一DBR

120 有源层

125 第二DBR的第一部分

127 第二电接触体

128 隔离结构

130 第三电接触体

135 第二DBR的第二部分

140 吸收结构

141 本征层

145 第二DBR的第三部分

148 光栅

150 第四电接触体

201 铝浓度

203 到激光器刻面的距离

211 铝分布

213 驻波图案

300 光学传感器

310 透射窗

315 发射激光

317 反射激光

320 驱动电路

323 分析评估器

325 第一键合焊盘

327 第二键合焊盘

330 第三键合焊盘

350 第四键合焊盘

362 到光电二极管阴极接触体层的下蚀刻结构

364 到VCSEL阳极接触体层的下蚀刻结构

366 到孔径层的下蚀刻结构

380 移动通信装置

410 设置基体的步骤

415 设置第一电接触体的步骤

420 设置第一DBR的步骤

425 设置有源层的步骤

430 设置第二DBR的第一部分的步骤

435 设置第二DBR的第二部分的步骤

440 设置第二DBR的第三部分的步骤

445 设置光吸收结构的步骤

450 设置第三电接触体的步骤

455 设置第四电接触体的步骤