专利名称：具有有源载流子限制的垂直腔表面发射激光器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。更特别地，本发明涉及具有用于电流限制(confinement)的装置的VCSEL。
背景技术：
对于所有的半导体激光器而言，非常有利的是尽可能地将载流子注入限制到对激光发射活动产生贡献的有源区域。在不与模式分布型(profile)重叠的空间位置处注入的载流子被损失掉。因此，载流子限制越好，则总体效率越高。用于将电流限制为靠近VCSEL的中心的一种已知的措施是在腔体中心具有较高电导率并且在其边缘处具有较低电导率的孔径层。孔径层可以通过高含铝层的横向氧化或者通过局部质子灌注(implantation)而实现。然而，针对这两种方法(氧化和灌注)的载流子注入不一定适于光学模式的横向强度分布型。
发明内容
因此，本发明的一个目的是改善载流子的限制。这个目的是通过权利要求1的主题来解决的。从属权利要求中限定了本发明的有利改进。作为本发明的一般概念，提出了将光电晶体管层结构集成到VCSEL的叠层中。如果激光器发射光，那么光电晶体管变得局部导通，从而将载流子注入横向限制到其中激光透射通过光电晶体管的感光层的区域。因此，光电晶体管提供了分布式有源电流限制。更特别地，依照本发明，一种垂直腔表面发射激光二极管(VCSEL)包括 -衬底，
-衬底上的第一半导体层叠层，该第一叠层形成第一分布式布拉格反射器， -有源区，其包括设置在第一叠层上的一个或多个量子阱层， -设置在有源区上的第二半导体层叠层，其形成第二分布式布拉格反射器，以及 -第一和第二终端接触，其用于将电流注入有源区中。垂直腔表面发射激光二极管进一步包括形成分布式光电晶体管的层，所述分布式光电晶体管对垂直腔表面发射激光二极管产生的激光敏感。这些层包括至少一个基极层、 至少一个发射极层和至少一个集电极层。所述至少一个基极层设置在所述至少一个发射极层与所述至少一个集电极层之间，使得在垂直于衬底的方向上流动的电流流经发射极层、 集电极层和基极层，并且其中基极层设置在最靠近衬底的第一叠层的最低层与第二叠层的最顶层之间。发射极层和集电极层可以有利地至少部分地集成到VCSEL的叠层中。因此，依照本发明的一个改进，形成第一分布式布拉格反射器的第一叠层或者形成第二分布式布拉格反射器的第二叠层的层中的至少一个形成分布式光电晶体管的发射极层或集电极层。进一步有利的是，如果形成分布式光电晶体管的层(尤其是基极层)在光电晶体管的饱和状态下具有比垂直于所述层的方向上的电导率更低的横向电导率。这避免了光电晶体管中产生的光电流的大的横向散布。如果电流横向散布，那么基极层的点状(punctual) 照射导致更大面积的结变得导通，从而电流限制恶化。 理想地，一旦器件已经在发射激光，则仅仅将载流子注入到有源区域中。为了促进载流子的初始注入，有利的是除了第一和第二终端接触之外提供另外的接触。该接触此后称为“启动器电极”或者“启动器终端接触”。启动器终端接触接触有源区与所述至少一个基极层之间的层，使得光电晶体管的一个结通过将启动器终端接触连接到电源而至少部分地被桥接以便将载流子注入有源区中。当结被桥接时，即使电流由于光子的缺乏而被光电晶体管阻挡，也可以经由启动器终端接触将载流子注入有源区中。 一旦VCSEL正在发射激光，则可以将启动器终端接触从电源断开。可替换地，可以将启动器终端接触电连接到第一和第二终端接触之一。如果该终端接触横向偏移激光二极管的中心光轴，并且横向电导率与垂直方向的电导率相比更低，那么当利用激光照射基极-集电极结时，主要的电流在垂直方向上流动。另一种附加或可替换的可能性是通过启动器终端接触直接接触基极层。在这种情况下，可以通过将适当的电流施加到基极层而接通光电晶体管。分布式光电晶体管的层有利地可以是分布式布拉格反射器之一的层。因此，依照本发明的一个优选的改进，第一或第二叠层的至少一个层形成形成分布式光电晶体管的层的发射极层或集电极层。可以采用PNP型或NPN型光电晶体管二者。在PNP晶体管的情况下，形成分布式布拉格反射器的第一和第二叠层之一包括P掺杂层，并且形成分布式光电晶体管的层嵌入包括P掺杂层的叠层中或者邻近该叠层。同样地，如果光电晶体管为NPN型，那么形成分布式布拉格反射器的第一和第二叠层之一包括η掺杂层，并且形成分布式光电晶体管的层嵌入包括η掺杂层的叠层中或者邻近该叠层。通常，有利的是将光电晶体管的光敏结定位在沿着VCSEL的光轴的位置处，其中驻波图型(pattern)具有高的强度。在这个方面，优选地是将基极层定位在其中VCSEL内的激光的驻波图型具有其最大值的至少三分之二的位置处。就其中嵌入了基极层的对应分布式布拉格反射器的层配对而言，有利的是将基极层定位在距有源区的一定距离处，其中该距离具有布拉格反射器的一些镜配对。布拉格反射器的镜配对从而由不同折射率的两个层构成。优选地，该距离介于二至十五个层配对之间。类似地，基极层有利地可以具有VCSEL发射的激光的四分之一波长的光学厚度， 并且可以嵌入到形成分布式布拉格反射器的第一或第二叠层中。通过这种方式，基极层作为对应分布式布拉格反射器的反射层而变得有效。依照本发明的一个可替换的实施例，基极层小于四分之一波长的光学厚度。优选地，在该实施例中，基极层具有小于激光波长八分之一的光学厚度。如果在该实施例中基极层位于形成分布式布拉格反射器的叠层之一内，那么邻近层之一的厚度有利地可以适于基极层厚度，使得对应叠层的界面处反射的部分波的相位关系对于激光模式的反射保持正确。当然，如果基极层以及形成分布式布拉格反射器的叠层的邻近层之一的厚度总计为大约四分之一波长的光学厚度，那么这是容易实现的。更薄的基极层可以有利于减少分布式光电晶体管中的吸收。如果光电晶体管的增益非常高，那么晶体管可能甚至在其中光强度为低的区域中也变得局部地饱和。因此，有利的是选择低至适度的增益或者避免非常高的增益。优选地， 光电晶体管被设计成具有小于500的增益。另一方面，有利的是设计光电晶体管并且将其位置设置成使得光电晶体管在沿着基极层围绕最大光强度的区域内确实变得局部地饱和。适当地，该区域不应当沿着腔体的整个横向尺寸散布。例如，光电晶体管可以被设计成使得它在至多由横向光强度分布的 FffHM限定的尺寸的区域内变得饱和。如果光电晶体管局部地饱和，那么通过激光二极管的电流不严格地与光强度成比例。因此，驱动电流可能不是监视激光输出的可靠参数。然而，如果基极层设有终端接触， 那么基极-集电极结中产生的光电流可以利用连接到基极层和所述至少一个集电极层的监视电路进行测量。对于该电路到集电极层的连接而言，可以使用用于注入电流的第一或第二终端接触，这取决于这些接触中的哪一个处于集电极层的相对于基极层的相同侧。该配置也具有以下优点可以通过这些接触注入小电流以便开关光电晶体管并且从而允许通过第一和第二终端接触注入载流子以便启动激光发射操作。除了效率提高的效果之外，本发明具有以下另外的益处分布式光电晶体管通常也改善光束质量。这归因于以下事实光电晶体管将正反馈提供给横向强度分布，使得具有较高强度的模式被进一步增强。同样地，经常用于载流子限制的电流孔径通常具有导致光学模式的横向引导的横向折射率变化。这进而增大多模激光发射的倾向。由于依照本发明可以省略氧化物孔径，因而避免了现有VCSEL的这种缺点。因此，预期依照本发明的激光器件具有改善的单模特征，例如较高的单模输出功率和较小的远场角度。较小的远场角度特别地由缺乏横向折射率变化而造成，所述横向折射率变化以别的方式由氧化物孔径引起。这些优点类似地适用于在多模下发射激光的依照本发明的器件。对于多模激光发射而言，改善的M2因子是所预期的。本发明有利地适用于高功率顶部或底部发射VCSEL。由于自适应电流限制提供了改善的模式选择性，因而本发明进一步特别适合于实现单模VCSEL。此外，有可能利用发明的VCSEL器件提供简化的自混合干涉传感器。与采用监视光电二极管的已知干涉传感器件形成对照的是，可以容易地从激光器电压中提取自混合信号。因此，这种器件的VCSEL只需两个用于操作和测量的终端接触，即用于载流子注入的第一和第二终端接触。电路系统被提供，其测量跨第一和第二终端接触的电压的交流部分。该交流部分主要由光电晶体管的依赖于光强度的电导造成。因此，光电晶体管也可以用作放大由激光腔中的自混合干涉引起的激光器电流和电压的变化的放大元件。特别地，如果光电晶体管在非饱和状况下操作， 那么出现激光器电压对于光输出的强烈依赖。依照除了上述干涉传感器之外或者作为上述干涉传感器的替代方案的另一实施例，分布式光电晶体管也可以有利地作为自动地在至少两个并联地电连接的VCSEL之间切换(如果这些VCSEL之一发生故障，情况尤其如此)的开关而工作。这归因于以下事实 VCSEL中的光电晶体管的依赖于光发射的放大率导致通过首先开始激光发射的那个VCSEL 的高度增强的电导率。通过另一个光电晶体管的电导率保持为低，使得电流几乎完全流经首先开始激光发射的那个VCSEL，并且另一个VCSEL的激光发射由于载流子的缺乏而被阻止。然而，如果发射激光的VCSEL发生故障，那么下一个VCSEL将开始激光发射。这种自动切换行为可以利用具有启动器终端接触的VCSEL相当简单地实现，所述启动器终端接触桥接光电晶体管的一个结以实现VCSEL的自启动能力。因此，依照本发明的该改进，提供了一种VCSEL器件，该器件包括至少两个VCSEL， 每个VCSEL包括形成对所述垂直腔表面发射激光二极管产生的激光敏感的分布式光电晶体管的层，其中形成分布式光电晶体管的层包括至少一个基极层、至少一个发射极层和至少一个集电极层，并且所述器件包括桥接对应光电晶体管的至少一个结的启动器终端接触。用于将电流注入VCSEL的有源区中的第一和第二终端接触联合地连接到例如芯片上的共享的终端接触。
图1示出了具有分布式NPN光电晶体管的垂直腔表面发射激光二极管器件的第一实施例。图2示出了具有薄基极层的分布式光电晶体管的实施例。图3示出了分布式光电晶体管的模式分布型和局部电导率的示图。图4和图5示出了图1的实施例的变型。图6示出了依照图5的器件的电压和强度特性的曲线图。图7绘出了在共享的衬底上具有三个VCSEL的实施例。图8示出了图7的实施例的等效电路图。
具体实施例方式图1示出了具有用于自适应载流子限制的集成的NPN光电晶体管的VCSEL器件1 的示意图。VCSEL器件1包括衬底3、其上的形成第一分布式布拉格反射器5的第一半导体层叠层、具有一个或多个量子阱层的有源区7以及形成第二分布式布拉格反射器9的第二半导体层叠层。用于衬底的适当且经常使用的材料是砷化镓GaAs。然而，也可以使用诸如磷化铟 αηΡ)或feilnAsN之类的其他材料。如果GaAs用作衬底材料，那么分布式布拉格反射器5、9可以通过交替外延生长 GaAs和AlGaAs层而制造。如果衬底负掺杂，那么下面的或者第一分布式布拉格反射器5也负掺杂，而上面的或者第二分布式布拉格反射器正掺杂。第二分布式布拉格反射器9被设计为半透明镜，使得预定量的激光在该反射器处耦合出去。为此目的，与第一分布式布拉格反射器5相比，第二分布式布拉格反射器9包括更少的交替层配对。例如，第一和第二布拉格反射器5、9可以分别由35个和28个GaAs/AWaAs层配对构成。当光通过上面的布拉格反射器耦合出去时，图1的实例为顶部发射VCSEL。当然，也有可能的是将第一分布式布拉格反射器设计成耦合元件，使得向外耦合的激光透射通过衬底3。为了将载流子注入分布式布拉格反射器5、9形成的腔体中，提供第一终端接触11 和第二终端接触13。第一终端接触11为设置在衬底3背侧的金属层。第二终端接触13形成为环电极，使得向外耦合的激光可以透射通过环的中心。在图1的实例中，形成第一分布式布拉格反射器5的叠层被形成分布式光电晶体管60的基极的基极层6中断。因此，基极层7将布拉格反射器5的叠层细分成叠层51、53。然而，基极层本身可以有利地具有由VCSEL器件1发射的激光的四分之一波长的光学厚度。通过这种方式，基极层可以在光学上用作分布式布拉格反射器形成的镜的一部分。可替换地，采用具有小于四分之一波长的光学厚度的基极层。例如，所述厚度可以介于 5至25纳米之间。图2示出了通过这种方式嵌入到叠层5中的分布式光电晶体管60的一个实例。叠层5包括第一类型的层451、453、455和第二类型的层452、454、456。第一和第二类型的层在其折射率方面不同。然而，这些层中的每一个具有四分之一波长的光学厚度以形成布拉格反射器。基极层6的厚度相当小，例如小于波长的八分之一。为了维持界面处反射的部分波之间的相位关系，叠层的邻近基极层6的一层453可以具有被基极层6的厚度减小的厚度，使得基极层6和邻近层453的光学厚度再次总计为四分之一波长的厚度。邻近基极层6的叠层51和53的层形成光电晶体管的发射极层和集电极层。由于叠层51、53是η掺杂的，因而分布式光电晶体管被设计为NPN晶体管。因此，叠层53的层形成集电极，叠层51的层形成发射极，并且基极层6是ρ掺杂的。如果VCSEL正在发射激光，那么光强度沿着基极层6依照激光束的模式分布型变化。图1中示意性地示出了在光轴处具有其最大强度的希望的模式分布型17。光将在基极-集电极结中引起光电流，该光电流进而控制通过光电晶体管的局部电流，使得驱动电流沿着光电晶体管的未被照射的区域是低的或者为零。因此，嵌入到VCSEL的腔体中的分布式光电晶体管提供了一种简单而有效的自适应电流限制。基极层6在层的子序列中的位置优选地被选择成使得希望的激光发射模式的驻波图型在基极层处具有高强度。优选地，基极层6位于这样的位置处，其中VCSEL腔体内的激光的驻波图型具有其最大值的至少三分之二。与图1不同的是，也可能将其集电极层放置成邻近有源区。在这种情况下，确保了高的光强度。此外，自适应限制靠近有源区最有效，因为光电晶体管与有源区7之间的电流的横向散布被最小化。另一方面，集电极-基结充当光电二极管并且因而吸收光。因此，如图1中所示， 用于基极层的良好位置离开有源区域7—些镜配对以便实现高整体性能。通常，不限于图1 中所示的特定实施例，有利的是将基极层嵌入到分别形成第一和第二分布式布拉格反射器的叠层5、9之一中，使得该叠层被基极层6划分成两个子叠层，其中有源区近侧的子叠层比有源区远侧的子叠层更薄。优选地，有源区近侧的子叠层的厚度处于有源区远侧的子叠层厚度的五分之二至八分之一的范围内。例如，叠层53可以具有2至15个层配对的厚度并且叠层51可以包括20至30个另外的层。除了第一和第二终端接触11、13之外，VCSEL还包括启动器终端接触15。启动器终端接触15接触有源区7与基极层6之间的叠层53的层并且横向偏移VCSEL的中心光轴地定位。因此，如果用于将载流子注入腔体中的电源连接到启动器终端接触15和第二终端接触13，那么基极和基极-发射极结被桥接。通过这种方式，注入的电流可以通过横向流经叠层53而进入有源区。通过这种方式，虽然光电晶体管关闭，也可以启动激光操作。此外，如果形成分布式光电晶体管的层在光电晶体管的饱和状态下具有比垂直于这些层的方向上的电导率更低的横向电导率，那么即使启动器终端接触15和第一终端接触11在激光操作启动之后保持连接，主要的电流也将在终端接触11与13之间流动。因此， 依照本发明的一个简单实施例，启动器终端接触和第一终端接触可以永久地短路。图3示出了通过光电晶体管的光强度和电流密度的示图。横坐标的原点由VCSEL的光轴给定。光强度由图1中已经示出的模式分布型表示。模式分布型17的强度从其在光轴处(R=O处)的最大值朝腔体的边缘减小。同样地，由光电晶体管传输的局部电流密度 18从腔体的边缘朝光轴增大。由光轴附近电流密度的平稳段可见，光电晶体管在特定光强度下变得饱和。这有利于允许VCSEL中心处载流子的几乎不受阻碍的传输。因此，光电晶体管优选地被设计成具有这样的增益因子，该增益因子足够大，使得它至少在希望的激光发射模式的最大强度处变得饱和。然而，如果选择非常高的增益，那么电流密度的迹线(course)将接近正方形形状，并且甚至在具有低光强度的区域内最大电流密度也将注入有源区中。因此，增益因子优选地被选择为至多500。取决于所希望的模式分布型，适当的增益因子可以范围从5至 500。另一方面，光电晶体管是否变得饱和也取决于光吸收。如果选择了只有小的吸收的薄基极层，那么增益可以被选择成高于500。关于这一点，光电晶体管的光敏区中的低吸收被认为是每次透射小于5%的激光的吸收。后者的激光光线的每次透射小于5%的吸收的特征通常是有利的并且也可以适用于具有较低增益的光电晶体管。分布式光电晶体管的光敏区中的低吸收通常有利于维持激光腔或者对应布拉格反射器的高质量。图4示出了图1的实施例的变型。依照VCSEL器件1的该变型，启动器终端接触 15沉积到基极层6上。这允许通过经由启动器终端接触15将电流施加到基极层6而控制光电晶体管，就像常规晶体管那样。特别地，通过在终端接触13、15之间施加电压，可以开关光电晶体管，使得电流可以在终端接触11与13之间流动，从而启动激光操作。此外，监视电路20可以经由启动器终端接触15连接到基极层6并且连接到终端接触13，使得该监视电路测量光电晶体管的基极-集电极结中产生的光电流。监视的光电流可以进而用作稳定光强度的稳定电路的输入。与上面讨论的示例性实施例不同的是，基极层6也可以嵌入到形成上面的分布式布拉格反射器9的第二叠层中。此外，在如图1和图3所示的实施例中，可以使用正掺杂的衬底3和同样地正掺杂的第一分布式布拉格反射器5。嵌入到第一分布式布拉格反射器5 中的基极层6在这种情况下为η掺杂的，从而实现PNP光电晶体管。图5示出了 VCSEL器件1的另一变型。特别地，实现了只有两个到VCSEL的电连接的自混合干涉传感器。类似于图1的实施例，提供了启动器电极15，其桥接光电晶体管 60的集电极-基结。在该实施例中，桥接不是通过使第一终端接触11和启动器电极15短路而完成的。相反地，启动器电极15接触两个叠层51和53的层。然而，对于自混合干涉传感器的工作原理而言，图1的启动器电极15和第一终端接触11短路的实施例也是起作用的。VCSEL经由第一和第二终端接触11、13而接触电流源。无需另外的电接触以获得代表由激光腔中的自混合干涉造成的VCSEL的强度振荡的信号。AC电压测量电路M测量例如如图所示相对于地电位或者另一个参考电位的激光器电压的交流部分。如果VCSEL在其中分布式光电晶体管60在饱和之下工作的电流或强度下操作，那么获得叠加到激光器电压的强的交流电压部分。这点关于图6更详细地加以解释。图6示出了作为激光器电流的函数的电压的特性30和激光强度的特性32。为了进行比较，示出了普通的VCSEL的电压的特性32。由特性32可见，在没有分布式光电晶体管的普通VCSEL的情况下，电压随着激光器电流的增大而稳步上升。如果在特定电流处达到激光发射阈值，那么激光强度或功率分别随着激光器电流几乎线性地增大。这对于依照本发明的器件也成立。然而，由特性30可见，施加到终端接触11、13的电压不再随着激光器电流单调地增大。更特别地，在电压特性30内可以区分三个区。在激光发射阈值之下的低电流处 (区1)，电压与普通VCSEL相比强烈得多地增大。这归因于被关断并且锁定垂直通过分布式布拉格反射器5的层的电流路径的光电晶体管。激光器电流只能经由启动器电极横向流动。由于该电流路径的电导率比垂直通过叠层的电导率低得多，因而出现较高的电压降。如果达到激光发射阈值，那么光电晶体管由于激光的原因而变得导通。这导致这样的跨光电晶体管的电压降，该电压降过度补偿VCSEL的其他层上的电压增加。因此，在区2中，激光器电压随着电流的增大而减小。如果激光强度变得足以使光电晶体管饱和(区3)，那么所述特性接近普通VCSEL的特性。然而，发明的VCSEL的电压按照跨光电晶体管的结的电压降偏移。因此，普通VCSEL和发明的VCSEL在区3中的特性类似但是被偏移。由于作为激光器电流的函数的电压变化率在区2内特别强，因而VCSEL可以在该区内操作以获得激光器电压中的强的自混合振荡。由于只需两个终端接触以便将VCSEL连接到电路系统，因而可以大大减小VCSEL 芯片的总体尺寸，因为终端接触面积与VCSEL台面(mesa)覆盖的面积相比是大的。光电晶体管可以进一步有利地用来提供在一个VCSEL发生故障的情况下选择另一个VCSEL以便继续操作的自动切换装置。图7示出了该实施例的一个实例并且图8示出了其等效电路图。依照该实施例的VCSEL器件1包括由衬底3上的台面43、44、45形成的三个VCSEL 40、41、42。两个终端接触垫50、51沉积到衬底3上。启动器电极151、152、153 联合地连接到第一终端接触垫50。该终端接触垫50进一步连接到衬底3的背侧，其中设置了与图1、图4和图5的实施例类似的第一电极11，其因此由所有VCSEL 40、41、42共享。 第二终端接触131、132、133联合地连接到第二终端接触垫51。为了进行操作，将电源电流施加到终端接触垫50、51。在等效电路图中，电阻器64、65、66代表电流路径中来自启动器电极151、152、153 的较高的电阻。这些电阻器共同地连接到终端接触垫50以及对应VCSEL 40、41、42的光电晶体管60、61、62与有源区70、71、72之间。如果将电压施加到终端接触垫50、51，那么电流最初分别经由电阻器64、65、66或者启动器电极150、151、152流经有源区。通常，这些VCSEL 的激光阈值将稍有不同。因此，VCSEL 40、41、42之一于是将在其他VCSEL之前开始激光发射。发射激光的VCSEL的对应光电晶体管然后开关，使得电流主要流经该光电晶体管，从而减小通过发射激光的VCSEL的电流路径的总体电阻。因此，激光器电流主要流经已经开始激光发射的VCSEL，并且避免了达到其他VCSEL之一的激光发射阈值。然而，如果发射激光的VCSEL发生故障，那么对应光电晶体管60、61或62阻挡电流，使得下一个VCSEL通过达到其激光发射阈值而自动地接通。因此，集成的光电晶体管允许实现非常简单的冗余激光器件。例如，依照图7的VCSEL器件在与图5的实施例类似地用作自混合传感器的情况下可以用作高度可靠的运动传感器。尽管已经在附图中图示了且在前面的说明中描述了本发明的优选实施例，但是应当理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，而是能够在不脱离如以下权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下进行许多修改。
权利要求
1.一种垂直腔表面发射激光二极管器件(1)，包括-衬底(3);-所述衬底上的第一半导体层叠层，所述第一叠层形成第一分布式布拉格反射器(5)；-有源区(7)，其包括在所述第一叠层上的一个或多个量子阱层；-所述有源区上的第二半导体层叠层，所述第二叠层形成第二分布式布拉格反射器(9)；-第一和第二终端接触(11，13)，其用于将电流注入所述有源区(7)中，所述垂直腔表面发射激光二极管器件(1)进一步包括-形成分布式光电晶体管的层，所述分布式光电晶体管对所述垂直腔表面发射激光二极管(1)产生的激光敏感，形成分布式光电晶体管的所述层包括至少一个基极层(6)、至少一个发射极层和至少一个集电极层，所述至少一个基极层(6)设置在所述至少一个发射极层与所述至少一个集电极层之间，使得在垂直于所述衬底的方向上流动的电流流经所述发射极层、所述集电极层和所述基极层(6 )，并且其中所述基极层(6 )设置在最靠近所述衬底 (3)的所述第一叠层的最低层与所述第二叠层的最顶层之间。
2.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中形成第一分布式布拉格反射器(5)的所述第一叠层或者形成第二分布式布拉格反射器(9)的所述第二叠层的层中的至少一个形成所述光电晶体管的发射极层或集电极层。
3.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，特征在于，形成分布式光电晶体管的所述层在所述光电晶体管的饱和状态下具有比垂直于所述层的方向上的电导率更低的横向电导率。
4.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，除了所述第一和第二终端接触 (11，13)之外包括启动器终端接触(15)，所述启动器终端接触(15)接触所述基极层(6)或者有源区(7)与所述至少一个基极层(6)之间的层，使得所述光电晶体管的一个结通过将所述启动器终端接触(15)连接到电源而至少部分地被桥接以便将载流子注入所述有源区 (7)中。
5.依照前一权利要求的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中所述启动器终端接触 (15)横向偏移所述垂直腔表面发射激光二极管器件(1)的中心光轴地接触有源区(7)与所述至少一个基极层(6 )之间的所述层。
6.依照前一权利要求的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中将所述启动器终端接触 (15)电连接到所述第一和第二终端接触(11，13)之一以便将电流注入所述垂直腔表面发射激光二极管器件(1)的腔体中。
7.依照权利要求4的垂直腔表面发射激光二极管器件，包括至少两个垂直腔表面发射激光二极管，每个垂直腔表面发射激光二极管包括形成对所述垂直腔表面发射激光二极管产生的激光敏感的分布式光电晶体管的层，形成分布式光电晶体管的层包括至少一个基极层、至少一个发射极层和至少一个集电极层，所述垂直腔表面发射激光二极管中的每一个包括桥接对应光电晶体管的至少一个结的启动器终端接触，其中用于将电流注入所述垂直腔表面发射激光二极管的有源区中的第一终端接触联合地连接，并且用于将电流注入所述垂直腔表面发射激光二极管的有源区中的第二终端接触联合地连接。
8.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中形成第一和第二分布式布拉格反射器(5，9)的所述第一和所述第二叠层之一包括ρ掺杂层，并且形成分布式光电晶体管的所述层嵌入包括P掺杂层的所述叠层中或者邻近该叠层，并且其中形成分布式光电晶体管的所述层形成PNP晶体管。
9.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中形成第一和第二分布式布拉格反射器(5，9)的所述第一和所述第二叠层之一包括η掺杂层，并且形成分布式光电晶体管的所述层嵌入包括η掺杂层的所述叠层中或者邻近该叠层，并且其中形成分布式光电晶体管的所述层形成NPN晶体管。
10.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中将所述基极层(6)定位在其中所述垂直腔表面发射激光二极管器件内的激光的驻波图型具有其最大值的至少三分之二的位置处。
11.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中将所述基极层(6)定位在距所述有源区(7)的一定距离处，所述距离介于所述第一第二分布式布拉格反射器(11， 13)之一的二至十五个层配对之间。
12.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中将所述基极层(6)嵌入到分别形成第一和第二分布式布拉格反射器(5，9)的所述第一和第二叠层之一内，使得该叠层被所述基极层(6)划分成两个子叠层(51，53)，其中所述有源区(7)近侧的子叠层(53)比所述有源区(7 )远侧的子叠层(51)更薄。
13.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中所述基极层嵌入到形成第一和第二分布式布拉格反射器的所述第一和所述第二叠层之一内并且具有小于四分之一波长的光学厚度，并且其中所述基极层以及形成分布式布拉格反射器的其中嵌入了所述基极层的叠层的邻近层之一的厚度总计为大约所述激光的四分之一波长的光学厚度。
14.依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，其中所述光电晶体管被设计成使得它在沿着基极层(6)围绕最大光强度的区域内变得局部地饱和。
15.一种自混合干涉传感器件，包括依照权利要求1的垂直腔表面发射激光二极管器件，所述自混合干涉传感器件包括用于测量跨所述第一和第二终端接触的电压的交流部分的电路系统。
全文摘要
本发明的目的是改善VCSEL内载流子的限制。作为本发明的一般概念，提出了将光电晶体管层结构集成到VCSEL的叠层中。
文档编号H01S5/06GK102474072SQ201080035587
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年8月10日
发明者H. 格拉克 P. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司