自混合干涉测量传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及用于感测应用的自混合干涉设备。本文公开了自混合干涉测量(SMI)传感器，诸如可包括垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管和谐振腔光电探测器(RCPD)。本实用新型专利技术公开了VCSEL二极管和RCPD的结构。在一些实施方案中，VCSEL二极管和RCPD横向相邻并由在公共基板上外延形成的一组公共半导体层形成。在一些实施方案中，第一VCSEL二极管和第二VCSEL二极管横向相邻并由在公共基板上外延形成的一组公共半导体层形成，并且RCPD形成在所述第二VCSEL二极管上。在一些实施方案中，VCSEL二极管可包括其间具有隧道结层的两个量子阱层。在一些实施方案中，RCPD可与VCSEL二极管垂直地集成。

【技术实现步骤摘要】
自混合干涉测量传感器
本技术整体涉及垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管和相关联的光电探测器(PD)(诸如谐振腔光电探测器(RCPD))的结构和构型。VCSEL二极管和相关联的PD可以是测量或确定表面或物体的位移、距离、运动、速率或速度的传感器或检测器的一部分。此类检测器或传感器可涉及确定电子设备上的力或触摸输入。VCSEL二极管和/或其相关联的RCPD可利用由VCSEL二极管发射的激光的反射或反向散射引起的自混合干涉。通过自混合干涉，所接收的反射在VCSEL二极管中引起所发射的激光从在不具有所接收的反射的情况下所发射的激光的状态变化或改变。所发射的激光的变化可与物体或目标(诸如电子设备的输入表面)的距离或运动相关。
技术介绍
当今社会中电子设备是非常常见的。示例性电子设备包括移动电话、平板电脑、个人数字助理等。这些电子设备中的一些电子设备包括一个或多个输入元件或表面，诸如按钮或触摸屏，用户可通过该一个或多个输入元件或表面来施加触摸或按压，从而输入命令或数据。该触摸或按压可由电子设备的用于检测输入元件或表面的位移或运动的部件检测到。此类检测部件可利用光源，在该光源中，将光束诸如激光朝向输入表面发射。对输入表面的位移或移动的检测可从来自该输入表面的所发射的激光的反射或反向散射来推断。一种特定类别的此类检测部件可包括VCSEL二极管。VCSEL二极管可发生自混合干涉，其中其所发射的激光的反射被接收回到其激光腔中，并且将所发射的激光的特性(诸如波长)转变为与其在不存在所接收的反射的情况下(即，自由发射)不同的状态。在所接收的反射来自输入表面的情况下，该特性的转变可与该输入表面的位移或运动相关联。
技术实现思路
本
技术实现思路
提供用于以简化形式介绍一系列概念，这些概念在下文的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
并非意图识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用作确定要求保护的主题的范围的辅助手段。本文公开了自混合干涉测量传感器。该自混合干涉测量传感器可包括垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管和谐振腔光电探测器(RCPD)。该VCSEL二极管和RCPD可由一组公共半导体层形成。在第一实施方案中，自混合干涉测量传感器可包括VCSEL二极管和与该VCSEL二极管横向相邻的RCPD。该VCSEL和该RCPD可包括形成在包括有源区层的公共基板上的一组公共半导体层。该VCSEL二极管和该RCPD可至少部分地由穿过该组公共半导体层的沟槽隔开，该沟槽延伸穿过有源区层。该VCSEL二极管可包括与该组公共半导体层堆叠的附加半导体层。该VCSEL二极管被配置为在正向偏置下发射激光，并且发生由来自物体的所发射的激光的第一反射或反向散射引起的自混合干涉，该自混合干涉改变所发射的激光的特性。该RCPD可被配置为在由VCSEL二极管发射激光期间反向偏置，并且接收来自物体的所发射激光的第二反射或反向散射，并且该RCPD可产生与所发射激光的所改变的特性相关的能够测量的参数。在另一个实施方案中，该附加半导体层可形成在该组公共半导体层上，并且可包括与该组公共半导体层相邻的蚀刻阻挡层，该蚀刻阻挡层可为磷化铟镓。偏置电源电接触件可连接到该附加半导体层中的离该组公共半导体层最远的层。在各种实施方案中，该VCSEL二极管可被配置为具有940纳米(nm)、850nm、1060nm的固有波长或另一固有波长。在另一个实施方案中，自混合干涉测量传感器可包括第一VCSEL二极管和第二VCSEL二极管，该第二VCSEL二极管和该第一VCSEL二极管横向相邻。该第一VCSEL二极管和该第二VCSEL二极管包括形成在公共基板上的一组公共半导体层，该公共基板包括有源区层。该自混合干涉测量传感器还可包括RCPD，该RCPD被定位成在该第二VCSEL二极管的与该公共基板相对的一侧上与该第二VCSEL二极管垂直地相邻。该第一VCSEL二极管和该第二VCSEL二极管至少部分地由穿过该组公共半导体层的沟槽分开。该第一VCSEL二极管可被配置为在正向偏置的同时发射激光，并且发生由接收来自物体的第一反射或反向散射引起的自混合干涉，该自混合干涉改变所发射的激光的特性。该RCPD和该第二VCSEL二极管可被配置为在由该第一VCSEL二极管发射激光期间反向偏置。该RCPD可被配置为接收来自物体的所发射的激光的第二反射或反向散射，并且所发射的激光的所改变的特性可能够使用该RCPD的所测量的参数来检测。在一些实施方案中，该RCPD可包括隧道结层，该隧道结层包含第一半导体材料，该第一半导体材料可为不同于该有源区层中的第二半导体材料的砷化铟镓。在该RCPD和该第二VCSEL二极管之间可存在蚀刻阻挡层，该蚀刻阻挡层可为磷化铟镓。在一个示例中，该VCSEL二极管可被配置为发射具有940纳米的固有波长的激光，但在其他实施方案中，该VCSEL可具有850nm、1060nm的固有波长或另一固有波长。有源区层可包括第一有源区层、第二有源区层，以及位于该第一有源区层和该第二有源区层之间的隧道结层。在另一个实施方案中，自混合干涉测量传感器可包括VCSEL二极管和与该VCSEL二极管垂直地相邻的RCPD。该RCPD可包括形成在基板上的第一组半导体层，并且该VCSEL二极管可包括形成在与该基板相对的第一组半导体层上的第二组半导体层。该VCSEL二极管可被配置为在正向偏置时发射激光，并且在接收到来自物体的所发射的激光的反射或反向散射时发生自混合干涉，该自混合干涉改变所发射的激光的特性。该RCPD可被配置为在由该VCSEL二极管发射激光期间反向偏置，并且检测所发射激光的特性的改变。在该第一组半导体层和该第二组半导体层之间可存在蚀刻阻挡层，该蚀刻阻挡层可为磷化铟镓。该VCSEL二极管可被配置为发射具有940nm、850nm、1060nm的固有波长或另一固有波长的激光。附图说明本技术通过下面结合附图的具体描述将更易于理解，其中类似的附图标记表示类似的结构元件。图1A示出了根据一个实施方案的使用垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管来感测物体的第一构型。图1B示出了根据一个实施方案的使用VCSEL二极管和相关联的光电探测器(PD)来感测物体的第二构型。图1C示出了根据一个实施方案的使用VCSEL二极管和垂直地集成的PD来感测物体的第三构型。图2A示出了根据一个实施方案的激光二极管的示例性部件。图2B示出了根据一个实施方案的激光器内的自混合干涉。图2C是根据一个实施方案的来自发生自混合干涉的激光二极管的激光的功率变化相对于反馈腔长度的曲线图。图3A示出了根据一个实施方案的VCSEL二极管的结构。图3B示出了根据一个实施方案的另一个VCSEL二极管的结构。图4示出了根据一个实施方案的自混合干涉测量(SMI)传感器的部件的构型。图5A示出了根据一个实施方案的SMI传感器的部件的另一种构型。图5B示出了根据一个实施方案的谐振腔光电探测器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自混合干涉测量传感器，其特征在于包括：/n垂直腔面发射激光二极管；以及/n谐振腔光电探测器，所述谐振腔光电探测器与所述垂直腔面发射激光二极管横向相邻；/n其中：/n所述垂直腔面发射激光二极管和所述谐振腔光电探测器包括形成在公共基板上的一组公共半导体层；/n所述一组公共半导体层包括有源区层；/n所述垂直腔面发射激光二极管和所述谐振腔光电探测器至少部分地由至少部分地延伸穿过所述一组公共半导体层的沟槽分开，所述沟槽延伸穿过所述有源区层；以及/n所述垂直腔面发射激光二极管包括与所述一组公共半导体层堆叠的附加半导体层。/n

【技术特征摘要】
20190701 US 62/869,442;20200626 US 16/913,6451.一种自混合干涉测量传感器，其特征在于包括：
垂直腔面发射激光二极管；以及
谐振腔光电探测器，所述谐振腔光电探测器与所述垂直腔面发射激光二极管横向相邻；
其中：
所述垂直腔面发射激光二极管和所述谐振腔光电探测器包括形成在公共基板上的一组公共半导体层；
所述一组公共半导体层包括有源区层；
所述垂直腔面发射激光二极管和所述谐振腔光电探测器至少部分地由至少部分地延伸穿过所述一组公共半导体层的沟槽分开，所述沟槽延伸穿过所述有源区层；以及
所述垂直腔面发射激光二极管包括与所述一组公共半导体层堆叠的附加半导体层。


2.根据权利要求1所述的自混合干涉测量传感器，其特征在于：
所述附加半导体层包括与所述一组公共半导体层相邻的蚀刻阻挡层；以及
偏置电源电接触件连接到所述附加半导体层中的离所述一组公共半导体层最远的层。


3.根据权利要求2所述的自混合干涉测量传感器，其特征在于所述附加半导体层形成在所述一组公共半导体层上。


4.根据权利要求1所述的自混合干涉测量传感器，其特征在于：
所述垂直腔面发射激光二极管被配置为在正向偏置下发射激光，并且发生由来自物体的所发射的激光的第一反射或反向散射引起的自混合干涉，所述自混合干涉改变所发射的激光的特性；
所述谐振腔光电探测器被配置为在由所述垂直腔面发射激光二极管发射所述激光期间反向偏置，并且接收来自所述物体的所发射的激光的第二反射或反向散射；以及
所述谐振腔光电探测器产生与所发射的激光的所改变的特性相关的能够测量的参数。


5.根据权利要求4所述的自混合干涉测量传感器，其特征在于所述自混合干涉测量传感器还包括：
处理电路，所述处理电路被配置为：
测量由所述谐振腔光电探测器产生的所述能够测量的参数；以及
使用至少所测量的参数来确定所述物体的位移或运动中的至少一者。


6.根据权利要求4所述的自混合干涉测量传感器，其特征在于所述垂直腔面发射激光二极管被配置为发射具有940纳米的固有波长的所述激光。


7.根据权利要求1所述的自混合干涉测量传感器，其特征在于所述谐振腔光电探测器内的所述有源区层被掺杂为具有比所述垂直腔面发射激光二极管内的所述有源区层窄的带隙。


8.一种自混合干涉测量传感器，其特征在于包括：
第一垂直腔面发射激光二极管；
第二垂直腔面发射激光二极管，所述第二垂直腔面发射激光二极管与所述第一垂直腔面发射激光二极管横向相邻；以及
谐振腔光电探测器；
其中：
所述第一垂直腔面发射激光二极管和所述第二垂直腔面发射激光二极管包括形成在公共基板上的一组公共半导体层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈飞，A·拉弗莱奎尔，林劲翰，K·里昂，M·A·德拉德尔，李卫平，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：新型
国别省市：美国;US