DE102021122386A1

DE102021122386A1 - Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser (VCSEL), Lasersensor und Verfahren zur Herstellung eines VCSEL

Info

Publication number: DE102021122386A1
Application number: DE102021122386.5A
Authority: DE
Inventors: Holger Mönch; Ulrich Weichmann
Original assignee: Trumpf Photonic Components GmbH
Current assignee: Trumpf Photonic Components GmbH
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2023-03-02
Also published as: CN117882255A; WO2023031058A1

Abstract

Ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) wird offenbart, der einen optischen Resonator (12), eine Fotodiode (28) und eine elektrische Kontaktanordnung umfasst. Der optische Resonator umfasst einen Halbleiter-Mehrschichtstapel (14). Der Mehrschichtstapel (14) umfasst in Wachstumsrichtung des Mehrschichtstapels (14) einen ersten verteilten Bragg-Reflektor (20) und einen zweiten verteilten Bragg-Reflektor (26) sowie einen aktiven Bereich (24) zur Laseremission, der zwischen dem ersten und dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor (20, 26) angeordnet ist. Die elektrische Kontaktanordnung ist so angeordnet, dass sie den optischen Resonator (12) elektrisch pumpt und die Fotodiode (28) elektrisch kontaktiert. Der zweite verteilte Bragg-Reflektor (26) hat ein höheres Reflexionsvermögen als der erste verteilte Bragg-Reflektor (20). Die Fotodiode hat einen absorbierenden Bereich (30), der im zweiten verteilten Bragg-Reflektor (26) angeordnet ist. Ein Tunnelübergang (42) ist zwischen der Fotodiode (28) und dem aktiven Bereich (24) angeordnet. Ein Lasersensor, der den VCSEL enthält, und ein Verfahren zur Herstellung des VCSEL werden ebenfalls offenbart.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) mit integrierter Photodiode. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen optischen Sensor, der einen solchen VCSEL umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines VCSEL.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
VCSEL mit integrierten Photodioden, allgemein kurz als ViPs bezeichnet, können als miniaturisierte Sensoren für die Messung von z. B. Abständen, Verschiebungen, Geschwindigkeiten, Teilchendichten usw. verwendet werden. Alle diese Messungen können auf dem Prinzip der selbstmischenden Interferenz (SMI) beruhen. Optische Sensoren dieser Art könnten so einfach sein, dass sie leicht in mobile Geräte, z. B. in Mobiltelefone, integriert werden können.
US 8 467 428 B2 offenbart eine ViP, die Laserstrahlung zur Vorderseite, d.h. zur dem Substrat abgewandten Seite hin emittiert. Die Fotodiode ist in den unteren verteilten Bragg-Reflektor in der Nähe des Substrats integriert. Dieses ViP hat zusätzlich zu den pn-Übergängen der Photodiode und der Laserdiode einen dritten pn-Übergang zwischen der Photodiode und dem aktiven Bereich des ViP.
Die WO 2019/141545 A1 offenbart ein ViP, das eine in den oberen DBR integrierte Fotodiode umfasst. Die ViP hat zwei intrakavitäre Kontakte, was die ViP zu einem Bauelement mit vier Anschlüssen macht, das eine komplexere epitaktische Struktur und Verarbeitung erfordert. Die ViP umfasst einen hochdotierten p-Kontakt innerhalb des optischen Resonators, der so dünn wie möglich sein muss, was ein selektives Ätzen mit einer Ätzstoppschicht erfordert.
US 7 184 454 B2 offenbart einen monolithisch hergestellten Laser und eine Fotodiode. Der monolithisch hergestellte Laser und die Photodiode umfassen einen VCSEL, der einen ersten pn-Übergang aufweist. Eine Tunneldiode ist mit dem VCSEL sowohl physisch als auch elektronisch durch einen Waver-Herstellungsprozess verbunden. Eine Fotodiode ist mit der Tunneldiode verbunden. Die Fotodiode ist durch physikalische und elektronische Verbindungen mit der Tunneldiode verbunden. Die Tunneldiode und die Fotodiode können einige gemeinsame Schichten aufweisen. Bei dieser ViP sind der optische Resonator des VCSEL und die Fotodiode separate Blöcke des Bauelements, d. h. die Fotodiode ist nicht in den optischen Resonator integriert.
Die oben erwähnten bekannten ViPs haben Nachteile in Bezug auf mindestens eine der folgenden Eigenschaften: Kapazität, zusätzliche Vorspannung, geringere Designflexibilität, komplexere Epitaxiestruktur und Verarbeitung und erfordern einen komplexeren ASIC (Treiber und Verstärker) für den Betrieb.
Daher besteht ein Bedarf an einem verbesserten VCSEL mit integrierter Fotodiode.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen VCSEL bereitzustellen, der zumindest einen Teil der Nachteile der bekannten ViPs überwindet.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen VCSEL mit integrierter Fotodiode bereitzustellen, der eine geringere Kapazität aufweist und/oder eine niedrigere Vorspannung benötigt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen VCSEL mit integrierter Photodiode bereitzustellen, der weniger konstruktive Einschränkungen hinsichtlich der Epitaxiestruktur des ViP aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Lasersensor bereitzustellen, der einen verbesserten VCSEL mit integrierter Photodiode umfasst.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten VCSEL mit integrierter Photodiode bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein oberflächenemittierender Vertical Cavity Laser (VCSEL) bereitgestellt, der einen optischen Resonator, eine Fotodiode und eine elektrische Kontaktanordnung umfasst, wobei der optische Resonator einen Halbleiter-Mehrschichtstapel umfasst, wobei der Mehrschichtstapel in Wachstumsrichtung des Halbleiter-Mehrschichtstapels einen ersten verteilten Bragg-Reflektor und einen zweiten verteilten Bragg-Reflektor sowie einen aktiven Bereich für die Laseremission umfasst, der zwischen dem ersten und dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor angeordnet ist, wobei die elektrische Kontaktanordnung angeordnet ist, um den optischen Resonator elektrisch zu pumpen und die Photodiode elektrisch zu kontaktieren, wobei der zweite verteilte Bragg-Reflektor ein höheres Reflexionsvermögen als der erste verteilte Bragg-Reflektor aufweist, wobei die Photodiode einen absorbierenden Bereich aufweist, der in dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor angeordnet ist, und wobei ein Tunnelübergang zwischen der Photodiode und dem aktiven Bereich angeordnet ist.
Beim erfindungsgemäßen VCSEL ist die Photodiode im vorderseitigen (oberen oder oberen) verteilten Bragg-Reflektor angeordnet, insbesondere monolithisch integriert (im Folgenden wird ein verteilter Bragg-Reflektor kurz DBR genannt). Die Laseremission erfolgt durch den rückseitigen (unteren oder unteren) DBR. Ein rückseitig emittierender Laser hat einige Vorteile gegenüber vorderseitig emittierenden Lasern, wie z. B. integrierte Optik und kleinere Kontaktflächen.
Die Anordnung der Fotodiode im DBR auf der nicht emittierenden Seite des VCSEL hat mehrere Vorteile. Ist die Fotodiode dagegen in den auskoppelnden DBR eines von unten emittierenden VCSEL integriert, so muss der auskoppelnde DBR, bestehend aus n-Kontakt, Fotodiode und pn-Übergang von der Fotodiode zur Laserdiode, nur etwa die Hälfte der DBR-Paare im Vergleich zur vorderseitigen Emission aufweisen, um eine höhere Emission zu ermöglichen. Dieser Nachteil wird durch den erfindungsgemä-ßen VCSEL überwunden. Der erfindungsgemäße VCSEL bietet somit eine höhere Flexibilität, um die einzelnen Gruppen des Schichtstapels unabhängig voneinander und in einer idealen Position zu positionieren.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Fotodiode im oberen DBR auf der Nicht-Emissionsseite ist, dass die Fotodiode weniger empfindlich auf Umgebungslicht reagiert und daher zusätzliches Rauschen und Nichtlinearitäten bei einer SMI-Messung reduziert werden. Die Gefahr der Sättigung der Photodiode durch einen starken Umgebungshintergrund wird vermieden oder zumindest verringert.
Die Anordnung der Fotodiode im oberen Bereich des epitaktischen Mehrschichtstapels hat außerdem den Vorteil, dass die Fotodiode z. B. durch eine Grabenätzung oder eine Implantation leicht erreicht werden kann, um die Kapazität und die Hintergrundabsorption zu verringern. Ist die Fotodiode dagegen in den unteren Bereichen des epitaktischen Stapels angeordnet, ist es schwieriger, die Fotodiode z. B. durch eine Grabenätzung oder eine Implantation zu erreichen.
Darüber hinaus umfasst der erfindungsgemäße VCSEL einen Tunnelübergang in dem Mehrschichtstapel zwischen der Fotodiode und dem aktiven Bereich. Der Hauptvorteil des Tunnelübergangs besteht darin, dass der Spannungsabfall über den Tunnelübergang deutlich geringer ist als der Spannungsabfall über einen „normalen“ pn-Übergang. Der Tunnelübergang ermöglicht es nicht nur, die Fotodiode in Wachstumsrichtung des Multilayer-Stapels gesehen hinter dem aktiven Bereich im Multilayer-Stapel anzuordnen, sondern auch das DBR-Design und die Kontaktierungsstrategie unverändert zu lassen. Insbesondere ermöglicht er ein Bauelement mit drei Anschlüssen und nur einem Kontakt in der Kavität.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen VCSEL sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und werden hier weiter beschrieben.
In einer Ausführungsform kann der zweite verteilte Bragg-Reflektor einen äußeren ersten Teil und einen inneren oder dazwischen liegenden zweiten Teil aufweisen, wobei der absorbierende Bereich der Fotodiode zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil angeordnet ist, wobei der äußere erste Teil ein p-dotierter Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels ist und der innere zweite Teil ein n-dotierter Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels ist.
Eine solche Konfiguration ist vorteilhaft, weil die Fotodiode eine p-i-n-Struktur aufweisen kann (in Richtung entgegengesetzt zur Wachstumsrichtung des Mehrschichtstapels gesehen), wobei i den absorbierenden Bereich der Fotodiode bezeichnet, so dass die Fotodiode über einen intrakavitären n-Kontakt und einen äußeren p-Kontakt elektrisch kontaktiert werden kann. Ein intrakavitärer n-Kontakt hat gegenüber einem intrakavitären p-Kontakt den Vorteil, dass letzterer so dünn wie möglich sein muss, so dass mit selektivem Ätzen unter Verwendung einer Ätzstoppschicht gearbeitet werden kann.
Eine solche komplexere Verarbeitung ist bei der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich. Wenn der Intrakavitätskontakt im n-leitenden Bereich realisiert wird, besteht der weitere Vorteil darin, dass die unerwünschte Absorption gering und die laterale Leitfähigkeit hoch ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite verteilte Bragg-Reflektor einen inneren dritten Teil aufweisen, der ein p-dotierter Bereich ist, wobei der Tunnelübergang zwischen dem zweiten Teil und dem dritten Teil des zweiten verteilten Bragg-Reflektors angeordnet ist.
Vorteilhaft ist hier, dass der Tunnelübergang die parasitäre Diode zwischen dem zweiten Teil und dem dritten Teil des zweiten DBR und damit die parasitäre Diode zwischen der Fotodiode im oberen Bereich des Mehrschichtstapels und der Laserdiode (aktiver Bereich) im unteren Bereich des Mehrschichtstapels beseitigt. Der Tunnelübergang kann durch hoch- oder ultrahochdotierte und sehr dünne Schichten auf beiden Seiten des Polaritätswechsels zwischen dem zweiten und dritten Teil des zweiten DBR realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Durchmesser oder die Breite des absorbierenden Bereichs kleiner sein als der Durchmesser oder die Breite des aktiven Bereichs.
Diese Ausführungsform wird dadurch ermöglicht, dass die Fotodiode im oberen Bereich des Mehrschichtstapels angeordnet wird. Der Durchmesser bzw. die Breite des absorbierenden Bereichs der Fotodiode kann z.B. durch eine Mesa-Ätzung des Mehrschichtstapels im Bereich der Fotodiode oder durch eine lonenimplantation leicht hergestellt werden. Ein möglichst kleiner Photodiodendurchmesser oder -breite hat den vorteilhaften Effekt einer geringen Kapazität der Photodiode. Außerdem wird weniger Licht aus spontaner Emission (ungerichtet) von der Fotodiode empfangen.
In einer weiteren Ausführungsform kann der absorbierende Bereich einen Durchmesser oder eine Breite von weniger als 15 □m, vorzugsweise weniger als 10 □m, vorzugsweise in einem Bereich von 4 □m bis 8 □m haben.
Ein absorbierender Bereich mit einem Durchmesser oder einer Breite in den angegebenen Bereichen wäre groß genug, um ausreichend Licht einzufangen, ist aber klein genug, um die Kapazität zu verringern. Wenn Galliumarsenid (GaAs) als Materialsystem für den Mehrschichtstapel verwendet wird, ist eine Fotodiode mit einem Durchmesser von 4 µm bis 8 µm ausreichend, da die Strahldivergenz in GaAs gering ist. Je kleiner der Photodiodendurchmesser ist, desto weniger Licht aus spontaner (ungerichteter) Emission wird von der Photodiode empfangen, so dass ein für die SMI-Erkennung nicht nützlicher Hintergrund reduziert wird. Außerdem kann die Kapazität sehr klein sein, was bei der Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen von Vorteil ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann die elektrische Kontaktanordnung einen intrakavitären Kontakt aufweisen, der eine gemeinsame Anode der Fotodiode und zum Pumpen des aktiven Bereichs bildet. Vorzugsweise ist der intrakavitäre Kontakt ein n-Kontakt.
Wenn die Fotodiode und die Laserdiode (aktiver Bereich) eine gemeinsame Anode haben, ermöglicht dies einen weniger komplexen und weniger rauschenden ASIC (Treiber plus Verstärker) im Vergleich zu einem Design, bei dem der Hohlraumkontakt die Kathode für die Fotodiode, aber die Anode für die Laserdiode sein muss. Im letzteren Fall ist eine galvanische Trennung im ASIC erforderlich, die keine Lösungen mit gemeinsamer Masse zulässt. Ein intrakavitärer n-Kontakt, der eine n-dotierte Schicht, insbesondere eine dicke n-Pufferschicht, kontaktiert, hat den Vorteil, dass die laterale Leitfähigkeit hoch ist und somit die Injektion von Ladungsträgern von der lateralen Seite gut funktioniert.
In einer Ausführungsform kann die elektrische Kontaktanordnung so beschaffen sein, dass die Fotodiode und der Tunnelübergang mit Sperrvorspannung und der aktive Bereich mit Durchlassvorspannung betrieben werden.
Der Betrieb der Photodiode und des Tunnelübergangs mit Sperrvorspannung ist optimal für das ordnungsgemäße Funktionieren dieser Komponenten. Der Betrieb des aktiven Bereichs oder der Laserdiode in Vorwärtsrichtung und der Photodiode und des Tunnelübergangs in Sperrichtung kann vorteilhaft in einem Drei-Terminal-Design realisiert werden, das durch das Designkonzept des erfindungsgemäßen VCSEL ermöglicht wird. Ein aufwändigeres vierpoliges Design ist somit nach den Prinzipien der Erfindung nicht erforderlich.
Vorzugsweise kann der Tunnelübergang in oder neben einem Knotenpunkt eines Stehwellenmusters der Laseremission im optischen Resonator angeordnet sein. Diese Anordnung des Tunnelübergangs verringert vorteilhaft die Absorption durch den Tunnelübergang, wenn man das hohe Dotierungsniveau der Schichten des Tunnelübergangs berücksichtigt.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Tunnelübergang eine hoch oder ultrahoch dotierte n---Schicht aufweisen, die mit Tellur dotiert sein kann, und/oder in einer anderen Ausführungsform kann der Tunnelübergang eine hoch oder ultrahoch dotierte p++-Schicht aufweisen, die mit Kohlenstoff dotiert sein kann.
Die Dotierungskonzentration der n---Schicht kann bis zu 8 x 1018 cm-3 oder noch höher und die der p++-Schicht bis zu 1019 cm-3 oder noch höher sein. Die Dicken der Tunnelübergangsschichten können weniger als 20 nm betragen.
Die anderen n-dotierten Schichten des Halbleiter-Mehrschichtstapels können mit Silizium (Si) dotiert sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann der optische Resonator eine Oxidöffnung oder eine lonenimplantation neben oder in der Nähe des absorbierenden Bereichs der Fotodiode aufweisen.
Eine Oxidöffnung oder Ionenimplantation neben oder in der Nähe des absorbierenden Bereichs der Fotodiode kann vorteilhaft den effektiven Fotodiodendurchmesser verringern, wodurch die spontane Emission, die die Fotodiode erreicht, und das Hintergrundlicht, das die Fotodiode erreicht, reduziert werden, was für SMI-Sensorzwecke nicht nützlich ist. Es ist zu beachten, dass die Oxidöffnung oder Ionenimplantation neben oder in der Nähe des absorbierenden Bereichs der Fotodiode nicht notwendigerweise die einzige Oxidöffnung oder Ionenimplantation in dem Halbleiter-Mehrschichtstapel ist. Eine oder mehrere weitere Oxidöffnungen oder lonenimplantationen zur Strom- und/oder optischen Begrenzung können im Halbleiter-Mehrschichtstapel vorgesehen sein, z. B. in der Nähe des aktiven Bereichs.
In einer weiteren Ausführungsform kann der VCSEL ferner ein Substrat umfassen, das auf einer Rückseite des ersten DBR angeordnet ist, wobei das Substrat vorzugsweise eine optische Struktur aufweist, die auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein kann, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der der Mehrschichtstapel gewachsen ist.
In dieser Ausführungsform kann ein von unten emittierender VCSEL mit integrierter Photodiode und integrierter Optik für z.B. Strahlformung vorteilhaft realisiert werden. Bei der optischen Struktur kann es sich um eine oder mehrere divergierende oder konvergierende Linsen, eine streuende Struktur, eine beugende optische Struktur, z. B. ein Gitter, usw. handeln.
In bestimmten Fällen kann das Substrat auf 150 µm oder sogar 180 µm verdünnt werden, um die Größe und die Absorption zu verringern, beispielsweise wenn die optische Struktur für eine einfache Strahlablenkung sorgen soll. In einem solchen Fall kann die optische Struktur z. B. eine Vielzahl von Mikrolinsen oder Mikroprismenelemen-ten umfassen.
In anderen Fällen, z. B. zur Fokussierung oder Kollimation, kann ein grö-ßerer Linsendurchmesser hilfreich sein, und dann kann das Substrat so dick wie möglich sein, z. B. die typischen 625 µm.
Es ist auch möglich, das Substrat vollständig zu entfernen und eine separate oder gar keine Optik in anderen Ausführungen zu haben.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße VCSEL ein Bauelement mit drei Anschlüssen. Ferner ist der erfindungsgemäße VCSEL vorzugsweise ein von unten (oder von der Rückseite) emittierender ViP.
Die Mehrschichtstruktur oder der Stapel des erfindungsgemäßen VCSEL kann durch eine Abfolge von p- und n-dotierten und intrinsischen Bereichen gekennzeichnet sein, z. B. in der Reihenfolge p-i-n-n++-p++-p-i-n. „Intrinsisch“ bedeutet hier, dass es nicht absichtlich dotiert ist oder keine signifikante Menge an Fremdatomen enthält, und bedeutet nicht notwendigerweise frei von Fremdatomen.
Das Substrat, falls vorhanden, kann ein n-dotiertes Halbleitersubstrat oder ein halbisolierendes Halbleitersubstrat sein.
Die elektrische Kontaktanordnung kann einen n-Kontakt auf der Außenseite (Rückseite) des Substrats aufweisen. Alternativ kann ein n-Kontakt auf der Oberseite des Substrats hergestellt werden, entweder im Substrat selbst oder in einer n-dotierten Pufferschicht. Im letzteren Fall könnte das Substrat halbisoliert sein, um die Absorption zu minimieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Lasersensor bereitgestellt, der einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Hohlraum gemäß dem ersten Aspekt umfasst, wobei der Lasersensor mindestens einer der folgenden Sensoren ist: ein Verschiebungssensor, ein Näherungssensor, ein Abstandssensor, ein Partikelsensor, ein berührungsloser Benutzerschnittstellensensor. Der Sensor kann insbesondere ein Sensor sein, der SMI zur Detektion oder Messung verwendet.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum mit einem optischen Resonator, einer Fotodiode und einer elektrischen Kontaktanordnung bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Anordnen eines ersten verteilten Bragg-Reflektors, eines aktiven Bereichs für Laseremission und eines zweiten verteilten Bragg-Reflektors durch Aufwachsen eines Halbleiter-Mehrschichtstapels, wobei der aktive Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor angeordnet ist, Versehen des zweiten verteilten Bragg-Reflektors mit einem höheren Reflexionsvermögen als der erste verteilte Bragg-Reflektor, Anordnen eines absorbierenden Bereichs der Fotodiode in dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor und Anordnen eines Tunnelübergangs zwischen der Fotodiode und dem aktiven Bereich, und
elektrischer Kontakt mit dem optischen Resonator zum Pumpen des aktiven Bereichs und elektrischer Kontakt mit der Fotodiode.

Es versteht sich, dass der hier beschriebene VCSEL und der Lasersensor sowie das Verfahren zur Herstellung des VCSEL ähnliche und/oder identische Ausführungsformen aufweisen, insbesondere wie in den Ansprüchen definiert. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden im Folgenden definiert.
Figurenliste
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und verdeutlicht. In den Zeichnungen:

1 zeigt eine Skizze eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum und integrierter Photodiode gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 zeigt einen Vertical Cavity Surface Emitting Laser mit integrierter Photodiode gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 zeigt ein elektrisches Schaltbild des oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum und integrierter Photodiode aus 1 und 2;
4 zeigt eine Skizze eines Lasersensors; und
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 wird eine erste Ausführungsform eines VCSEL 10 beschrieben.
Der VCSEL 10 umfasst einen optischen Resonator 12, der auch als La-serresonator bezeichnet wird. Der optische Resonator 12 besteht aus einem Halbleiter-Mehrschichtstapel 14, der eine Vielzahl von Halbleiterschichten umfasst, die in 1 nur schematisch angedeutet sind. Die Dicken der in den Zeichnungen dargestellten Schichten sind nicht maßstabsgetreu und nicht einschränkend, und auch die Anzahl der dargestellten Schichten ist nicht einschränkend. Der Halbleiter-Mehrschichtstapel 14 kann z.B. aus Halbleiterschichten des Materialsystems AlGaAs/GaAs oder InGaAs/GaAs bestehen. Auch andere Materialsysteme sind denkbar. Die Halbleiterschichten des Halbleiter-Mehr-schichtstapels 14 können mit herkömmlichen Epitaxieverfahren auf ein Substrat 16 aufgewachsen werden. Ein Pfeil 18 zeigt die Wachstumsrichtung des Mehrschichtstapels 14 an.
Der optische Resonator 12 umfasst einen ersten verteilten Bragg-Reflektor (DBR) 20. Der erste DBR 20 kann direkt auf dem Substrat 16 oder, wie in 1 gezeigt, auf einer auf dem Substrat 16 angeordneten Pufferschicht 22 angeordnet sein. Die Pufferschicht 22 wird später näher beschrieben.
Der erste DBR 20 kann eine Vielzahl von Paaren von Halbleiterschichten umfassen, wobei jedes Paar eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex und eine Schicht mit hohem Brechungsindex aufweist.
Der Halbleiter-Mehrschichtstapel 14 umfasst außerdem einen aktiven Bereich 24. Der aktive Bereich 24 kann eine oder mehrere Quantenmulden umfassen, wie sie in der Technik bekannt sind. Der aktive Bereich 24 erzeugt Laseremissionen, wenn der aktive Bereich 24 elektrisch gepumpt wird.
Der Halbleiter-Mehrschichtstapel 14 umfasst außerdem einen zweiten DBR 26. Der aktive Bereich 24 ist zwischen dem ersten DBR 20 und dem zweiten DBR 26 angeordnet. Der zweite DBR 26 kann eine Vielzahl von Paaren von Halbleiterschichten umfassen, wobei jedes Paar eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex und eine Schicht mit hohem Brechungsindex umfasst.
Der zweite DBR 26 wird auch als vorderseitiger oder oberer DBR bezeichnet, der erste DBR 20 als rückseitiger oder unterer DBR.
In den zweiten DBR 26 ist eine Fotodiode 28 monolithisch integriert oder eingebettet, die einen absorbierenden Bereich 30 umfasst. Die Halbleiterschicht oder die Halbleiterschichten des absorbierenden Bereichs 30 können aus demselben Materialsystem bestehen wie die Quantentopfschichten des aktiven Bereichs 24. Der absorbierende Bereich 30 kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen.
Der zweite DBR 26 und der erste DBR 20 sind so beschaffen, dass das Reflexionsvermögen des zweiten DBR 26 höher ist als das des ersten DBR 20. Zum Beispiel kann das Reflexionsvermögen des zweiten DBR 26 höher als 99 % sein, während das Reflexionsvermögen des ersten DBR 20 niedriger als 99 %, z. B. etwa 98 %, sein kann. Wenn der optische Resonator 12 elektrisch gepumpt wird, wird das im aktiven Bereich 24 erzeugte Laserlicht durch den ersten DBR 20 und durch das Substrat 16 emittiert. Das Substrat 16 kann z. B. für Laserwellenlängen > 940 nm durchlässig sein. Da die Laseremission durch den ersten DBR 20, d. h. durch den DBR auf der Substratseite, aus dem Resonator 12 ausgekoppelt wird, ist der VCSEL 10 ein Boden- oder Rückseitenemitter. In 1 ist die Laseremission durch einen Pfeil 32 dargestellt.
Die Fotodiode 28 ist so angeordnet, dass sie das vom aktiven Bereich 24 erzeugte Laserlicht empfängt und absorbiert. Wenn der VCSEL 10 für selbstmischende Interferenzmessungen (SMI) verwendet wird, interferiert das von einem Objekt in der Umgebung des VCSEL 10 in den optischen Resonator 12 reflektierte oder zurückgestreute Laserlicht mit der stehenden Welle im optischen Resonator 12, was zu Lichtinten-sitätsschwankungen im optischen Resonator 12 führt, die von der Fotodiode 28 erfasst werden können.
Der zweite DBR 26 besteht in der vorliegenden Ausführungsform aus drei Teilen, nämlich einem äußeren oder oberen ersten Teil 34, einem inneren oder mittleren zweiten Teil 36 und einem inneren dritten Teil 38. Der äußere erste Teil 34 ist vorzugsweise ein p-dotierter Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels 14. Der innere oder mittlere zweite Teil 36 ist vorzugsweise ein n-dotierter Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels 14. Der innere dritte Teil 38 des zweiten DBR 26 ist vorzugsweise ein n-dotierter Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels 14. Die Fotodiode 28 wird durch den äußeren ersten Teil 34 des zweiten DBR 26, den absorbierenden Bereich 30 und den inneren oder mittleren zweiten Teil 36 des zweiten DBR 26 gebildet. Die Fotodiode 28 ist somit eine p-i-n-Fotodiode. Der innere dritte Teil 38 des zweiten DBR 26, bei dem es sich vorzugsweise um einen p-dotierten Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels 14 handelt, der aktive Bereich 24 und der erste DBR 20, bei dem es sich vorzugsweise um einen n-dotierten Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels 14 handelt, bilden den Laserdiodenteil 40 des VCSEL 10. Somit wäre ein dritter pn-Übergang in dem Mehrschichtstapel 14 vorhanden, nämlich zwischen der Fotodiode 28 und der Laserdiode 40. Ein solcher zusätzlicher „normaler“ pn-Übergang verursacht einen relativ hohen Spannungsabfall über dem pn-Übergang. Ein hoher Spannungsabfall an einem „normalen“ pn-Übergang erfordert eine zusätzliche Vorspannung von etwa 0,6 V, um einen Strom durch den pn-Übergang zu erzeugen. Diese zusätzliche Vorspannung mal dem Strom ist eine unerwünschte Abwärme, die die Temperatur des VCSEL erhöht.
Daher ist zwischen der p-i-n-Photodiode 28 und der p-i-n-Laserdiode 40 ein Tunnelübergang oder eine Tunneldiode 42 angeordnet. Mit anderen Worten, der pn-Übergang zwischen der Fotodiode 28 und dem aktiven Bereich 24 ist als Tunnelübergang realisiert. Der Tunnelübergang 42 hat eine hoch oder ultrahoch dotierte n---Schicht 42a, die dem n-dotierten Bereich des inneren oder mittleren zweiten Teils 36 des zweiten DBR 26 zugewandt ist, und eine hoch oder ultrahoch dotierte p++-Schicht 42b auf der Seite, die dem p-dotierten Bereich des inneren dritten Teils 38 des zweiten DBR 26 zugewandt ist. Die Dotierungskonzentration der n---Schicht kann bis zu 8 x 1018 cm-3 oder noch höher und die der p++-Schicht bis zu 1019 cm-3 oder noch höher betragen. Die Tunnelübergangsschichten 42a und 42b sind sehr dünn, z.B. mit Dicken < 20 nm. Auf der n-Seite wird vorzugsweise Tellur als Dotierstoff verwendet, und auf der p-Seite des Tunnelübergangs kann Kohlenstoff als Dotierstoff verwendet werden, da Kohlenstoff ein Standard-p-Dotierstoff ist und in hoher Konzentration eingebaut werden kann. Der Spannungsabfall über dem Tunnelübergang 42 kann << 0,2 V betragen, so dass die erforderliche zusätzliche Vorspannung viel geringer ist als bei Ausführungen mit einer „normalen“ parasitären Diode. Der Tunnelübergang 42 ist vorzugsweise in einem Knoten des Stehwellenmusters der Laseremission im optischen Resonator 12 angeordnet, um die Absorption durch die hochdotierten Schichten des Tunnelübergangs 42 so gering wie möglich zu halten.
Durch die Anordnung der Fotodiode 28 im oberen Teil des Halbleiter-Mehrschichtstapels 14 kann der absorbierende Bereich 30 der Fotodiode 28 leicht mit einem reduzierten Durchmesser oder einer reduzierten Breite hergestellt werden, die kleiner ist als der Durchmesser oder die Breite des aktiven Bereichs, wie in 1 gezeigt. Eine Fotodiode 28 mit verringertem Durchmesser oder verringerter Breite kann leicht hergestellt werden, wenn die Fotodiode 28 im oberen Teil des VCSEL 10 angeordnet ist, da der obere Teil des Halbleiter-Mehrschichtstapels 14 durch eine Mesa-Ätzung oder Ionen-implantation gut zugänglich ist. Der in 1 gezeigte VCSEL 10 kann daher durch eine „Photodioden-Mesa“ charakterisiert werden. Der Durchmesser der Fotodiode 28 sollte groß genug sein, um den Laserstrahl einzufangen, muss aber nicht unbedingt größer sein. Bei einem Durchmesser der Oxidapertur (oder allgemeiner: des optischen Begrenzungsbereichs) der Laserdiode 40 von etwa 3 µm wäre beispielsweise ein Absorptionsbereich 30 der Photodiode von 4-5 µm ausreichend, insbesondere für das Materialsystem GaAs, bei dem die Strahldivergenz gering ist. Je kleiner der Durchmesser des absorbierenden Bereichs 30 gestaltet werden kann, desto weniger Licht aus spontaner (ungerichteter) Emission wird von der Fotodiode 28 empfangen, so dass der für die SMI-Erkennung nicht nützliche Hintergrund reduziert wird. Darüber hinaus trägt eine Fotodiode mit kleinem Durchmesser dazu bei, die Kapazität klein zu halten, was bei der Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen von Vorteil ist. Der Durchmesser oder die Breite des absorbierenden Bereichs 30 kann durch eine Oxidöffnung 44 weiter verringert werden. Es ist zu beachten, dass eine weitere Oxidöffnung 45 wie gezeigt im inneren dritten Teil 38 des zweiten DBR 26 oder (nicht gezeigt) im ersten DBR 20 zur Strom- und/oder optischen Begrenzung im Laserdiodenteil 40 angeordnet sein kann. Die in den Zeichnungen dargestellten Breiten der Oxidöffnungen 44 und 45 sind nur schematisch und nicht maßstabsgerecht.
Der VCSEL 10 umfasst außerdem eine elektrische Kontaktanordnung. Die elektrische Kontaktanordnung kann einen ersten Kontakt 48 auf der Oberseite des zweiten DBR 26 umfassen. Der erste Kontakt 48 ist vorzugsweise ein p-Kontakt. Die oberste Schicht des zweiten DBR 26 ist vorzugsweise eine hochdotierte p-Schicht, da in diesem Fall ein Metalllegierungskontakt mit geringem Schichtwiderstand realisiert werden kann. Die Fläche eines solchen Kontakts auf der Mesa ist eher begrenzt, so dass ein geringer Widerstand von Vorteil ist.
Die elektrische Kontaktanordnung kann ferner einen Hohlraumkontakt 50 umfassen. Der Intrakavitätskontakt 50 ist vorzugsweise im n-leitenden Bereich des inneren oder mittleren zweiten Teils 36 des zweiten DBR 26 realisiert. Eine Anordnung des Hohlraumkontakts 50 im n-leitenden Bereich hat den Vorteil, dass die Absorption gering und die laterale Leitfähigkeit hoch ist.
Die elektrische Kontaktanordnung umfasst ferner einen dritten elektrischen Kontakt 52. Der elektrische Kontakt 52 ist in der gezeigten Ausführungsform auf der Oberseite des Substrats 16 angeordnet, hier auf oder in der Pufferschicht 22, die vorzugsweise n-dotiert ist. In diesem Fall kann das Substrat 16 halbisolierend sein, um die Absorption zu minimieren. Alternativ kann der elektrische Kontakt 52 auch auf der Oberseite des Substrats 16 ohne Pufferschicht 22 angeordnet sein. In diesem Fall ist das Substrat 16 vorzugsweise vom n-leitenden Typ. Der Antriebsstrom zum Pumpen des aktiven Bereichs 24 fließt zwischen den Kontakten 50 und 52. Der Fotostrom fließt zwischen 50 und 48.
2 zeigt eine Ausführungsform des VCSEL 10, die gegenüber dem VCSEL 10 in 1 modifiziert ist. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zwischen dem VCSEL 10 in 2 und dem VCSEL in 1 beschrieben. Wenn nicht anders angegeben, gilt die Beschreibung des VCSEL 10 in 1 auch für den VCSEL 10 in 2. Für gleiche oder ähnliche Elemente des VCSEL 10 in 2 werden die gleichen Bezugsziffern wie in 1 verwendet.
Ein Unterschied des VCSEL 10 in 2 gegenüber dem VCSEL 10 in 1 besteht darin, dass der dritte elektrische Kontakt 52 der elektrischen Kontaktanordnung auf der Rückseite des Substrats 16 angeordnet ist. Der elektrische Kontakt 52 kann als großer Ringkontakt ausgeführt sein. Das Substrat 16 muss in diesem Fall vom n-leitenden Typ sein.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem VCSEL 10 in 2 und dem VCSEL 10 in 1 besteht darin, dass das Substrat 16 eine optische Struktur 54 zur Formung oder Umwandlung des durch das Substrat 16 emittierten Laserlichts aufweist. Die optische Struktur 54 ist auf einer Oberfläche des Substrats 16 angeordnet (auch monolithisch integriert), die einer Oberfläche des Substrats gegenüberliegt, auf der der Mehrschichtstapel 14 angeordnet ist. Die optische Struktur 54 kann je nach dem gewünschten optischen Effekt, den die optische Struktur 54 haben soll, von beliebiger Art sein. In der Ausführungsform in 2 ist die optische Struktur 54 als eine Vielzahl von Linsen 56 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann die optische Struktur 54 aus einer größeren Anzahl von Mikrolinsen bestehen. In anderen Ausführungsformen kann die optische Struktur eine beugende Struktur sein. Bei der optischen Struktur kann es sich um eine divergierende, konvergierende oder kollimierende Struktur handeln. Wenn eine einfache Strahlablenkung durch die optische Struktur 54 gewünscht wird, kann die optische Struktur 54 z. B. eine prismatische Struktur sein. In diesem Fall kann das Substrat 16 auf eine Dicke unter 200 µm, z. B. 150 µm oder sogar 100 µm, ausgedünnt werden, um die Größe und die Absorption durch das Substrat 16 zu verringern. In anderen Fällen, z. B. zur Fokussierung oder Kollimation, kann ein größerer Nutzlinsendurchmesser hilfreich sein, und dann sollte das Substrat so dick wie möglich sein, z. B. dicker als 500 µm, z. B. 625 µm, was eine typische ursprüngliche Dicke eines Substrats ist.
In anderen Ausführungsformen ist es auch möglich, das Substrat 16 vollständig zu entfernen und die optische Struktur 54 als separate Optik zu verwenden.
3 zeigt ein elektrisches Schaltbild, das die bevorzugte Funktionsweise des VCSEL 10 in 1 bzw. in 2 veranschaulicht. Ein Vorteil des VCSEL 10 in den 1 und 2 besteht darin, dass die Fotodiode 28 und die Laserdiode 40 (aktiver Bereich) eine gemeinsame Anode 60 haben können, die in dieser Ausführungsform durch den Kontakt 50 gebildet wird. Die Fotodiode 28 und der Tunnelübergang 42 werden in Sperrrichtung betrieben, und die Laserdiode 40 (aktiver Bereich 24) wird in Durchlassrichtung betrieben. Die gemeinsame Anode 60 für die Fotodiode 28 und die Laserdiode 40 kann in einem ASIC 64 (4) entsprechend gestaltet werden, z.B. abgeschirmt werden, um das Rauschen zu minimieren. Der Aufbau eines Lasertreibers im Kathodenteil ist vorteilhaft, weil n-Typ-Transistoren einfacher herzustellen sind.
Bei den VCSELs 10 in den 1 und 2 handelt es sich um dreipolige Bauelemente, die im Vergleich zu vierpoligen Bauelementen den Vorteil einer geringeren Komplexität und einer höheren Flexibilität bieten.
4 zeigt einen Lasersensor 70, der den VCSEL 10 aus 1 oder 2 und einen ASIC 64 (Lasertreiber und Verstärker) umfasst. Die Laserlichtaussendung und der Laserlichtempfang des Lasersensors 70 sind durch einen Doppelpfeil 72 dargestellt. Bei dem Lasersensor 70 kann es sich um einen Verschiebungssensor, einen Näherungssensor, einen Abstandssensor, einen Partikelsensor oder einen berührungslosen Benutzerschnittstellensensor handeln.
Der Lasersensor 70 kann in ein mobiles Gerät wie ein Mobiltelefon, ein Tablet, ein Fahrzeug usw. integriert werden.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Herstellung des VCSEL 10 der 1 oder 2. in Schritt 102 wird das Substrat 16 bereitgestellt. Der Halbleiter-Mehrschichtstapel 14 wird epitaktisch auf das Substrat 16 aufgewachsen, um den ersten DBR 20, den aktiven Bereich 24, den dritten Teil 38 des zweiten DBR 26, den Tunnelübergang 42, den zweiten Teil 36 des zweiten DBR 26, den absorbierenden Bereich 30 der Fotodiode 28 und den ersten Teil 34 des zweiten DBR 26 zu bilden. In Schritt 102 kann auch ein Mesa-Ätzen durchgeführt werden, um die Fotodioden-Mesa zu bilden, wie in den 1 und 2 gezeigt. Alternativ kann auch eine lonenimplantation durchgeführt werden, um den Durchmesser oder die Breite der Fotodiode 28 zu verringern. Die Oxidöffnung 44 kann nach dem Mesa-Ätzen durch Oxidieren einer oder mehrerer Schichten des zweiten DBR 26 im Bereich der Mesa realisiert werden. Schritt 102 kann auch die Bildung der optischen Struktur 54 in dem Substrat 16 umfassen.
Schritt 104 umfasst die elektrische Kontaktierung des optischen Resonators 12 zum Pumpen des aktiven Bereichs 24 und die elektrische Kontaktierung der Fotodiode 28. Die elektrische Kontaktierung des optischen Resonators 12 umfasst die Anordnung des oberen Kontakts 48 auf der Oberseite des zweiten DBR 26, die Anordnung des intrakavitären Kontakts 50 auf oder in der n-Region des zweiten Teils 36 des zweiten DBR 26 und die Anordnung des elektrischen Kontakts 52 auf der Oberseite der Pufferschicht 22 oder auf der Oberseite des Substrats 16 oder auf der Rückseite des Substrats 16.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8467428 B2 [0003]
WO 2019141545 A1 [0004]
US 7184454 B2 [0005]

Claims

Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser, der einen optischen Resonator (12), eine Fotodiode (28) und eine elektrische Kontaktanordnung umfasst, wobei der optische Resonator einen Halbleiter-Mehrschichtstapel (14) umfasst, wobei der Mehrschichtstapel (14) in Wachstumsrichtung des Mehrschichtstapels (14) einen ersten verteilten Bragg-Reflektor (20) und einen zweiten verteilten Bragg-Reflektor (26) und einen aktiven Bereich (24) für die Laseremission umfasst, der zwischen dem ersten und dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor (20, 26) angeordnet ist, wobei die elektrische Kontaktanordnung angeordnet ist, um den optischen Resonator (12) elektrisch zu pumpen und die Photodiode (28) elektrisch zu kontaktieren, wobei der zweite verteilte Bragg-Reflektor (26) ein höheres Reflexionsvermögen als der erste verteilte Bragg-Reflektor (20) aufweist, wobei die Photodiode einen absorbierenden Bereich (30) aufweist, der in dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor (26) angeordnet ist, und wobei ein Tunnelübergang (42) zwischen der Photodiode (28) und dem aktiven Bereich (24) angeordnet ist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach Anspruch 1, wobei der zweite verteilte Bragg-Reflektor (26) einen äußeren ersten Teil (34) und einen inneren oder zwischenliegenden zweiten Teil (36) aufweist, wobei der absorbierende Bereich (30) der Photodiode (28) zwischen dem ersten Teil (34) und dem zweiten Teil (36) angeordnet ist, wobei der äußere erste Teil (34) ein p-dotierter Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels (14) ist und der innere oder zwischenliegende zweite Teil (36) ein n-dotierter Bereich des Halbleiter-Mehrschichtstapels (14) ist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach Anspruch 2, wobei der zweite verteilte Bragg-Reflektor (26) einen inneren dritten Teil (38) aufweist, der ein p-dotierter Bereich ist, wobei der Tunnelübergang (42) zwischen dem zweiten Teil (36) und dem dritten Teil (38) des zweiten verteilten Bragg-Reflektors (26) angeordnet ist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Durchmesser oder eine Breite des absorbierenden Bereichs (30) kleiner ist als ein Durchmesser oder eine Breite des aktiven Bereichs (24).
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der absorbierende Bereich (30) einen Durchmesser oder eine Breite von weniger als 15 □m, vorzugsweise weniger als 10 □m, vorzugsweise in einem Bereich von 4 □m bis 8 □m aufweist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Kontaktanordnung so angeordnet ist, dass die Fotodiode (28) und der Tunnelübergang (42) mit Sperrvorspannung und der aktive Bereich (24) mit Vorwärtsvorspannung betrieben werden.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Tunnelübergang (42) in oder neben einem Knotenpunkt eines Stehwellenmusters der Laseremission in dem optischen Resonator (12) angeordnet ist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Tunnelübergang (42) eine hoch- oder ultrahochdotierte n---Schicht aufweist, die vorzugsweise mit Tellur dotiert ist.
Oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Hohlraum nach Anspruch 8, wobei die Dotierstoffkonzentration in der n----Schicht gleich oder höher als 8 x 1018 /cm3 ist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Tunnelübergang (42) eine hoch- oder ultrahochdotierte p++-Schicht aufweist, die vorzugsweise mit Kohlenstoff dotiert ist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach Anspruch 10, wobei die Dotierstoffkonzentration in der p++-Schicht gleich oder höher als 1019/cm3 ist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der optische Resonator (12) eine Oxidöffnung (44) oder eine lonenimplantation neben oder in der Nähe des absorbierenden Bereichs (30) der Photodiode (28) aufweist.
Vertikaler oberflächenemittierender Hohlraumlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit einem Substrat (16), wobei das Substrat (16) vorzugsweise eine optische Struktur aufweist, die auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, die dem Mehrschichtstapel (14) gegenüberliegt.
Lasersensor, der einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Hohlraum (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst, wobei der Lasersensor (70) mindestens einer der folgenden ist: ein Verschiebungssensor, ein Geschwindigkeitssensor, ein Näherungssensor, ein Abstandssensor, ein Partikelsensor, ein kontaktloser Benutzerschnittstellensensor.
Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Lasers (10) mit vertikalem Hohlraum, der einen optischen Resonator (12), eine Fotodiode (28) und eine elektrische Kontaktanordnung aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Anordnen eines ersten verteilten Bragg-Reflektors (20), eines aktiven Bereichs (24) für Laseremission und eines zweiten verteilten Bragg-Reflektors (26) durch Aufwachsen eines Halbleiter-Mehrschichtstapels (14), wobei der aktive Bereich (24) zwischen dem ersten und dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor (20, 26) angeordnet ist, Bereitstellen des zweiten verteilten Bragg-Reflektors (26) mit einem höheren Reflexionsvermögen als der erste verteilte Bragg-Reflektor (20), Anordnen eines absorbierenden Bereichs (30) der Fotodiode (28) in dem zweiten verteilten Bragg-Reflektor (26) und Anordnen eines Tunnelübergangs (42) zwischen der Fotodiode (28) und dem aktiven Bereich (24), und elektrische Kontaktierung des optischen Resonators (12) zum Pumpen des aktiven Bereichs (24) und elektrische Kontaktierung der Fotodiode (28).