本发明专利技术涉及一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)(10)，该垂直腔表面发射激光器包括光学谐振器(20)，该光学谐振器具有第一分布式布拉格反射器(12)、第二分布式布拉格反射器(16)和布置在第一分布式布拉格反射器(12)与第二分布式布拉格反射器(16)之间的用于激光发射的有源区(14)。VCSEL(10)包括电接触装置(32、34)，该电接触装置布置成提供电驱动电流以对光学谐振器(20)供电。布置在光学谐振器(20)中的附加损耗层(18)提供光学损耗和/或电损耗。这些附加损耗增加了VCSEL(10)的波长偏移，该波长偏移对于依赖于自混合干涉的传感器应用来说是重要参数。本发明专利技术还涉及一种包括这种VCSEL的光学传感器及其制造方法。VCSEL的光学传感器及其制造方法。VCSEL的光学传感器及其制造方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波长对驱动电流依赖性增加的VCSEL
[0001]本专利技术涉及一种波长对驱动电流依赖性增加的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。本专利技术还涉及一种包括这种VCSEL的光学传感器。本专利技术还涉及一种制造这种VCSEL的对应方法。
技术介绍
[0002]在设计外延层堆叠体以获得高效且可靠的VCSEL时，总是寻求减少光学和电损耗并增加从有源层的除热。由于光强度和相应的光学吸收在接近有源层是最高的，因此接近有源层的光学损耗是特别受关注的。此外，接近有源层的高电阻是不期望的，因为接近有源层的电损耗增加了所述有源层的温度并降低了VCSEL的效率并且可能甚至降低了寿命。
[0003]当VCSEL在不同电流下操作时，会出现典型的波长偏移。随驱动电流而变的这种波长偏移是依赖于自混合干涉的传感器应用的重要参数，现在典型地使用具有集成光电二极管(ViP)的VCSEL。对于激光发射的有源直径小的VCSEL，波长偏移典型地较大，因此追求高波长偏移的传感器应用典型地使用有源直径非常小(低至仅1μm或2μm)的VCSEL。即将出现的问题是，对于相同的激光器驱动电流，有源直径小的VCSEL以高得多的电流密度驱动，这可能降低可靠性。
[0004]US 2014/0023380 A1披露了一种VCSEL，其包括形成在反射器之一与有源区之间的腔延伸区，该腔延伸区具有大于振荡波长的光学膜厚度，并且包括在选定纵向模式的驻波的至少一个波节处的光学损耗引起层。
[0005]US 2019/0173263 A1披露了一种具有叠层结构的VCSEL，其中，至少两个吸光材料层平行于有源层占据的虚拟平面形成。
[0006]US 2016/0064899 A1披露了一种VCSEL，其具有：第一半导体多层反射器和第二半导体多层反射器；腔区，该腔区位于多层反射器之间；以及柱状结构，该柱状结构从反射器之一延伸到腔区；以及电流限制层，该电流限制层形成在柱状结构内，其中，腔区包括有源区以及插入在有源区与多层反射器中的一个多层反射器之间的腔延伸区。
[0007]US 2007/0041414 A1披露了一种VCSEL，其在激光谐振器中包含至少一个吸收层，其中，吸收层减少激光辐射在激光谐振器中的传输，目的是降低激光对由反馈到激光谐振器中的辐射产生的干扰的敏感性。这减少了由于反馈辐射引起的输出功率波动。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的是提供一种改进的VCSEL，其为VCSEL的固定有源直径提供波长对驱动电流的增加的依赖性。另外，本专利技术的目的是提供一种制造这种VCSEL的对应方法并提供一种包括这种VCSEL的光学传感器。
[0009]在本专利技术的第一方面，提出了一种VCSEL，其包括：
[0010]光学谐振器，该光学谐振器具有第一反射器、第二反射器和布置在第一反射器与第二反射器之间的用于激光发射的有源区；以及
[0011]电接触装置，该电接触装置布置成能够提供电驱动电流以对光学谐振器供电，
[0012]其中，该光学谐振器还包括损耗层，该损耗层提供光学损耗和/或电损耗以在改变驱动电流时增加激光发射的波长偏移，其中，如果损耗层是光学损耗层，则损耗层引入的光学损耗高于光学谐振器的剩余区中的光学损耗，如果损耗层是电损耗层，则损耗层引入的电损耗是光学谐振器的剩余区中的电损耗的至少5倍，这些剩余区不包括有源区。
[0013]在本专利技术的另一方面，提出了一种制造这种VCSEL的对应方法，该方法包括以下步骤：
[0014]提供光学谐振器；以及
[0015]电接触该光学谐振器以提供电驱动电流以对该光学谐振器供电，
[0016]其中，提供光学谐振器的步骤包括以下步骤：
[0017]提供第一反射器，
[0018]提供用于激光发射的有源区，以及
[0019]提供第二反射器，
[0020]提供损耗层，该损耗层提供光学损耗和/或电损耗以在改变驱动电流时增加激光发射的波长偏移，其中，如果损耗层是光学损耗层，则损耗层引入的光学损耗高于光学谐振器的剩余区中的光学损耗，如果损耗层是电损耗层，则损耗层引入的电损耗是光学谐振器的剩余区中的电损耗的至少5倍，这些剩余区不包括有源区。
[0021]在本专利技术的又一方面，提供了一种包括这种VCSEL的光学传感器。
[0022]从属权利要求中限定本专利技术的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法以及所要求保护的光学传感器具有与所要求保护的VCSEL类似和/或相同的优选实施例、特别是如从属权利要求中所限定并且如本文所披露的优选实施例。
[0023]如今，许多使用VCSEL的传感器应用都依赖于VCSEL的发射波长的波长偏移。增加的波长偏移可以实现例如更准确的传感器测量，这些测量依赖于自混合干涉。本专利技术基于以下认识：减小VCSEL的有源直径产生期望的波长偏移，但也产生若干缺点，例如VCSEL的操作可靠性降低。
[0024]因此，本专利技术提供了一种完全不同的解决方案来增加波长对驱动电流的依赖性。本专利技术提供了波长对不依赖于VCSEL的有源直径的驱动电流的增加的依赖性。本专利技术基于以下令人惊讶的效果：在VCSEL的光学谐振器中有意提供的这种损耗层(提供超出VCSEL中通常或普通损耗的额外光学和/或电损耗)与具有相同有源直径但没有该损耗层的VCSEL相比，对于相同驱动电流变化使得VCSEL的波长偏移增加。由损耗层引入的光学损耗和/或电损耗可能超过光学谐振器中剩余部分或区中的光学损耗和/或电损耗。在电损耗的情况下，由损耗层引入的损耗可以超过电损耗、至少是其5倍、例如超过10倍，其中，在这种比较中不包括有源区。在损耗层引入的光学损耗的情况下，光学损耗可能高于光学区的剩余区中的光学损耗，其中，在这种比较中不包括有源区。损耗层引入的光学损耗可以更高，是至少2倍、5倍、10倍、或甚至是100倍或超过100倍。由损耗层引入的额外光学和/或电损耗甚至可超过光学谐振器中所有其他损耗的总和，其中，在这种比较中不包括有源区。
[0025]VCSEL优选地还包括光电二极管区，该光电二极管区集成到谐振器中，例如集成到反射器之一中，由损耗层引入的光学损耗比光电二极管区中的高。当这种比较中不包括有源区时，损耗层引入的损耗甚至可超过了包括光电二极管区的光学谐振器中所有其他损耗
的总和。损耗层可以引入光学损耗和电损耗，即损耗层可以具有光学损耗层和电损耗层的功能。
[0026]在光学损耗层的情况下，由损耗层引入的损耗可以由在损耗层的开始和结束处垂直于损耗层观察的光学功率通量的差异除以损耗层的厚度(在本文中也称为每层厚度的光学损耗)来表征。在电损耗层的情况下，由电损耗层引入的电损耗可以由损耗层中的电流密度乘以损耗层两端的电压降并除以损耗层的厚度(在本文中也称为每层厚度的电损耗)来表征。
[0027]损耗层被实现为充当VCSEL的谐振器内的局部热源，该局部热源局部地增加VCSEL的温度，从而在改变驱动电流时使得激光发射的波长偏移增加。因此，有意增加了VCSEL的本征光学损本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种垂直腔表面发射激光器(10)，包括：光学谐振器(20)，所述光学谐振器具有第一反射器(12)、第二反射器(16)和布置在所述第一反射器(12)与所述第二反射器(16)之间的用于激光发射的有源区(14)；以及电接触装置(32、34)，所述电接触装置布置成能够提供电驱动电流以对所述光学谐振器(20)供电，其中，所述光学谐振器(20)还包括损耗层(18)，所述损耗层引入光学损耗和/或电损耗以在改变驱动电流时增加激光发射的波长偏移，如果所述损耗层是光学损耗层，则所述损耗层引入的光学损耗高于所述光学谐振器(20)的剩余区中的光学损耗，如果所述损耗层是电损耗层，则所述损耗层引入的电损耗是所述光学谐振器(20)的剩余区中的电损耗的至少5倍，所述剩余区不包括所述有源区。2.根据权利要求1所述的垂直腔表面发射激光器(10)，其中，所述损耗层(18)布置在所述有源区(14)与所述第一反射器(12)之间或在所述有源区(14)与所述第二反射器(16)之间，或者是所述第一反射器(12)的第一层或所述第二反射器(16)的第一层，所述第一层面向所述有源区(14)。3.根据权利要求1所述的垂直腔表面发射激光器(10)，其中，所述垂直腔表面发射激光器还包括集成到谐振器(20)中的光电二极管区，由所述损耗层引入的光学损耗除以所述损耗层的厚度后比所述光电二极管区中的损耗高。4.根据前述权利要求中任一项所述的垂直腔表面发射激光器(10)，其中，所述损耗层(18)布置成与所述有源区(14)接触。5.根据前述权利要求中任一项所述的垂直腔表面发射激光器(10)，其中，所述损耗层(18)包括在所述垂直腔表面发射激光器(10)的发射波长下具有基本吸收的材料。6.根据前述权利要求中任一项所述的垂直腔表面发射激光器(10)，其中，所述损耗层(18)的厚度在5nm至30nm的范围内。7.根据前述权利要求中任一项所述的垂直腔表面发射激光器(10)，其中，所述损耗层(18)包括比所述第一反射器或所述第二反射器(12...
【专利技术属性】
技术研发人员：U，
申请(专利权)人：通快光电器件有限公司，
类型：发明
国别省市：
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