DE102022126127A1 - VCSEL ELEMENT, SENSOR DEVICE, ELECTRONIC DEVICE AND USER INTERFACE - Google Patents

VCSEL ELEMENT, SENSOR DEVICE, ELECTRONIC DEVICE AND USER INTERFACE Download PDF

Info

Publication number
DE102022126127A1
DE102022126127A1 DE102022126127.1A DE102022126127A DE102022126127A1 DE 102022126127 A1 DE102022126127 A1 DE 102022126127A1 DE 102022126127 A DE102022126127 A DE 102022126127A DE 102022126127 A1 DE102022126127 A1 DE 102022126127A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
vcsel
emitted
lens
vcsel device
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022126127.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Arne Fleissner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Ams Osram International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ams Osram International GmbH filed Critical Ams Osram International GmbH
Priority to DE102022126127.1A priority Critical patent/DE102022126127A1/en
Priority to PCT/EP2023/075606 priority patent/WO2024078823A1/en
Publication of DE102022126127A1 publication Critical patent/DE102022126127A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02092Self-mixing interferometers, i.e. feedback of light from object into laser cavity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/161Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/0014Measuring characteristics or properties thereof
    • H01S5/0028Laser diodes used as detectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18322Position of the structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18388Lenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0207Substrates having a special shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18305Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18341Intra-cavity contacts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

Ein VCSEL-Element (10) umfasst eine VCSEL-Vorrichtung (100), die an einem Substrat (110) angebracht ist, welches für von der VCSEL-Vorrichtung (100) emittierte elektromagnetische Strahlung (16) transparent ist, und eine Linse (113) zur Ablenkung von von der VCSEL-Vorrichtung (100) emittierter elektromagnetischer Strahlung (16). Die Linse (113) ist auf einer von der VCSEL-Vorrichtung (100) abgewandten Seite des Substrats (110) angeordnet, und eine Position einer Apertur (106) der VCSEL-Vorrichtung (100) ist gegenüber einer optischen Achse (115) der Linse (113) horizontal verschoben.A VCSEL element (10) comprises a VCSEL device (100) attached to a substrate (110) which is transparent to electromagnetic radiation (16) emitted by the VCSEL device (100), and a lens (113) for deflecting electromagnetic radiation (16) emitted by the VCSEL device (100). The lens (113) is arranged on a side of the substrate (110) facing away from the VCSEL device (100), and a position of an aperture (106) of the VCSEL device (100) is horizontally shifted with respect to an optical axis (115) of the lens (113).

Description

Sensorvorrichtungen, beispielsweise als Bestandteile von elektronischen Geräten der Unterhaltungselektronik, messen eine minimale Auslenkung des Gehäuses mit optischen Mitteln. Als Messprinzip wird beispielsweise sogenannte SMI („self-mixing interferometry“, selbstmischende Interferometrie) verwendet. Dabei wird beispielsweise elektromagnetische Strahlung, die von einem VCSEL emittiert worden ist, auf das Gehäuse eingestrahlt, von diesem reflektiert und mit der emittierten Strahlung überlagert. Durch Auswerten des Überlagerungssignals lassen sich Informationen über eine Auslenkung des Gehäuses ermitteln.Sensor devices, for example as components of electronic consumer electronics devices, measure a minimal deflection of the housing using optical means. The measuring principle used is, for example, SMI ("self-mixing interferometry"). In this case, electromagnetic radiation emitted by a VCSEL is radiated onto the housing, reflected by it and superimposed with the emitted radiation. By evaluating the superposition signal, information about a deflection of the housing can be determined.

Generell werden Anstrengungen unternommen, verbesserte Sensorvorrichtungen und verbesserte VCSEL-Elemente bereitzustellen.In general, efforts are being made to provide improved sensor devices and improved VCSEL elements.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes VCSEL-Element, eine verbesserte Sensorvorrichtung, eine verbesserte elektronische Vorrichtung sowie eine verbesserte Nutzerschnittstelle zur Verfügung zu stellen.The present invention is based on the object of providing an improved VCSEL element, an improved sensor device, an improved electronic device and an improved user interface.

Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.According to embodiments, the object is solved by the subject matter of the independent patent claims.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Advantageous further developments are defined in the dependent claims.

Ein VCSEL-Element umfasst eine VCSEL-Vorrichtung, die an einem Substrat angebracht ist, welches für von der VCSEL-Vorrichtung emittierte, elektromagnetische Strahlung transparent ist, und eine Linse zur Ablenkung von von der VCSEL-Vorrichtung emittierter elektromagnetischer Strahlung. Die Linse ist auf einer von der VCSEL-Vorrichtung abgewandten Seite des Substrats angeordnet. Eine Position einer Apertur der VCSEL-Vorrichtung ist gegenüber einer optischen Achse der Linse horizontal verschoben. Beispielsweise ist die Position der Apertur der VCSEL-Vorrichtung entlang der Substratoberfläche gegenüber der optischen Achse der Linse verschoben.A VCSEL element comprises a VCSEL device attached to a substrate that is transparent to electromagnetic radiation emitted by the VCSEL device, and a lens for deflecting electromagnetic radiation emitted by the VCSEL device. The lens is arranged on a side of the substrate facing away from the VCSEL device. A position of an aperture of the VCSEL device is horizontally shifted relative to an optical axis of the lens. For example, the position of the aperture of the VCSEL device along the substrate surface is shifted relative to the optical axis of the lens.

Gemäß Ausführungsformen umfasst eine Sensorvorrichtung eine erste und eine zweite VCSEL-Vorrichtung, die an einem gemeinsamen Substrat angebracht sind, welches für von der VCSEL-Vorrichtung emittierte, elektromagnetische Strahlung transparent ist, und eine und eine zweite Linse. Die erste Linse ist zur Ablenkung von von der ersten VCSEL-Vorrichtung emittierter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet, und die zweite Linse ist zur Ablenkung von von der zweiten VCSEL-Vorrichtung emittierter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Die erste und die zweite Linse sind auf einer von den VCSEL-Vorrichtungen abgewandten Seite des Substrats angeordnet. Eine Position einer Apertur der ersten VCSEL-Vorrichtung ist gegenüber einer optischen Achse der ersten Linse verschoben, und eine Position der Apertur der zweiten VCSEL-Vorrichtung ist gegenüber der optischen Achse der zweiten Linse verschoben. Die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung können beispielsweise so angeordnet sein, dass die Apertur der ersten VCSEL-Vorrichtung und die Apertur der zweiten VCSEL-Vorrichtung bei einem Abstand angeordnet sind, der kleiner als der Abstand der optischen Achsen der ersten und der zweiten Linse ist.According to embodiments, a sensor device comprises a first and a second VCSEL device attached to a common substrate that is transparent to electromagnetic radiation emitted by the VCSEL device, and a and a second lens. The first lens is configured to deflect electromagnetic radiation emitted by the first VCSEL device, and the second lens is configured to deflect electromagnetic radiation emitted by the second VCSEL device. The first and the second lens are arranged on a side of the substrate facing away from the VCSEL devices. A position of an aperture of the first VCSEL device is shifted relative to an optical axis of the first lens, and a position of the aperture of the second VCSEL device is shifted relative to the optical axis of the second lens. For example, the first and second VCSEL devices may be arranged such that the aperture of the first VCSEL device and the aperture of the second VCSEL device are arranged at a distance that is smaller than the distance of the optical axes of the first and second lenses.

Die hier beschriebenen Linsen sind zur Ablenkung von Strahlung geeignet, die von einer zugehörigen VCSEL-Vorrichtung emittiert worden ist. Beispielsweise können die Linsen geeignet sein, elektromagnetische Strahlung zu fokussieren, weitgehend zu fokussieren, zu kollimieren oder weitgehend zu kollimieren. Jede andere Art der Ablenkung oder Ausrichtung der Strahlung ist ebenfalls umfasst.The lenses described herein are suitable for deflecting radiation emitted by an associated VCSEL device. For example, the lenses may be suitable for focusing, substantially focusing, collimating, or substantially collimating electromagnetic radiation. Any other type of deflection or direction of the radiation is also included.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine Verbindungslinie zwischen der Apertur der ersten VCSEL-Vorrichtung und der Apertur der zweiten VCSEL-Vorrichtung von einer Verbindungslinie zwischen der optischen Achse der ersten Linse und der optischen Achse der zweiten Linse verschieden ist.According to further embodiments, a connecting line between the aperture of the first VCSEL device and the aperture of the second VCSEL device may be different from a connecting line between the optical axis of the first lens and the optical axis of the second lens.

Die Sensorvorrichtung kann ferner eine Spannungsquelle aufweisen, wobei die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung gemeinsam durch die Spannungsquelle ansteuerbar sind.The sensor device may further comprise a voltage source, wherein the first and the second VCSEL device can be jointly controlled by the voltage source.

Gemäß weiteren Ausführungsformen können die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung getrennt voneinander durch die Spannungsquelle ansteuerbar sein.According to further embodiments, the first and second VCSEL devices can be controlled separately by the voltage source.

Gemäß Ausführungsformen kann ein erstes Interferenzsignal, das durch kohärente Überlagerung von von der ersten VCSEL-Vorrichtung emittierter erster Strahlung mit einem ersten reflektierten Signal, das sich bei Reflexion der ersten Strahlung an einem Objekt ergibt, erhältlich ist, sowie ein zweites Interferenzsignal, das durch kohärente Überlagerung von von der zweiten VCSEL-Vorrichtung emittierter Strahlung mit einem zweiten reflektierten Signal, das sich bei Reflexion der zweiten Strahlung an dem Objekt ergibt, erhältlich ist, durch Auslesen eines Spannungssignals jeweils an der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung ermittelt werden.According to embodiments, a first interference signal obtainable by coherently superimposing first radiation emitted by the first VCSEL device with a first reflected signal resulting from reflection of the first radiation at an object, and a second interference signal obtainable by coherently superimposing radiation emitted by the second VCSEL device with a second reflected signal resulting from reflection of the second radiation at the object, can be determined by reading out a voltage signal at each of the first and second VCSEL devices.

Die Sensorvorrichtung kann weiterhin einen ersten Detektor zum Nachweisen eines ersten Interferenzsignals, das durch kohärente Überlagerung von von der ersten VCSEL-Vorrichtung emittierter erster Strahlung mit einem ersten reflektierten Signal, das sich bei Reflexion der ersten Strahlung an einem Objekt ergibt, erhältlich ist, aufweisen. Darüber hinaus kann die Sensorvorrichtung einen zweiten Detektor zum Nachweisen eines zweiten Interferenzsignals, das durch kohärente Überlagerung von von der zweiten VCSEL-Vorrichtung emittierter Strahlung mit einem zweiten reflektierten Signal, das sich bei Reflexion der zweiten Strahlung an dem Objekt ergibt, erhältlich ist, enthalten.The sensor device may further comprise a first detector for detecting a first interference signal generated by coherent superposition of first radiation emitted by the first VCSEL device with a first reflected signal. nal that is obtained when the first radiation is reflected from an object. In addition, the sensor device can contain a second detector for detecting a second interference signal that is obtainable by coherently superimposing radiation emitted by the second VCSEL device with a second reflected signal that is obtained when the second radiation is reflected from the object.

Gemäß Ausführungsformen weist eine elektronische Vorrichtung die vorstehend beschriebene Sensorvorrichtung sowie ein Gehäuse auf.According to embodiments, an electronic device comprises the sensor device described above and a housing.

Beispielsweise kann die von der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung emittierte Strahlung jeweils an dem Gehäuse reflektiert werden.For example, the radiation emitted by the first and second VCSEL devices may each be reflected by the housing.

Gemäß Ausführungsformen kann das Gehäuse, für die von der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung emittierte elektromagnetische Strahlung transparent sein. Die von der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung emittierte elektromagnetische Strahlung kann jeweils an einem Gegenstand außerhalb des Gehäuses reflektiert werden.According to embodiments, the housing may be transparent to the electromagnetic radiation emitted by the first and second VCSEL devices. The electromagnetic radiation emitted by the first and second VCSEL devices may each be reflected by an object outside the housing.

Beispielsweise kann eine Benutzerschnittstelle die vorstehend beschriebene elektronische Vorrichtung aufweisen. Eine Benutzereingabe kann über eine örtliche Verformung des Gehäuses erfolgen.For example, a user interface may comprise the electronic device described above. User input may be provided via a local deformation of the housing.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die von der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung emittierte elektromagnetische Strahlung jeweils an einem Finger reflektiert werden. In diesem Fall kann eine Benutzereingabe über eine Bewegung des Fingers erfolgen.According to further embodiments, the electromagnetic radiation emitted by the first and the second VCSEL device can each be reflected by a finger. In this case, a user input can be made via a movement of the finger.

Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.

  • 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines VCSEL-Elements gemäß Ausführungsformen.
  • 1B zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer VCSEL-Vorrichtung.
  • 2A zeigt eine schematische Ansicht einer Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsformen.
  • 2B zeigt eine schematische Ansicht von Elementen einer Sensorvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • 2C zeigt eine schematische Draufsicht von Elementen einer Sensorvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • 2D veranschaulicht das Messprinzip der Sensorvorrichtung.
  • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer elektronischen Vorrichtung.
  • 4A und 4B zeigen Querschnittsansichten zur Veranschaulichung der Herstellung einer VCSEL-Vorrichtung gemäß Ausführungsformen.
The accompanying drawings are intended to provide an understanding of embodiments of the invention. The drawings illustrate embodiments and together with the description serve to explain the same. Further embodiments and many of the intended advantages will become apparent from the detailed description below. The elements and structures shown in the drawings are not necessarily drawn to scale with respect to one another. Like reference numerals refer to like or corresponding elements and structures.
  • 1A shows a schematic cross-sectional view of a VCSEL element according to embodiments.
  • 1B shows a schematic cross-sectional view of a VCSEL device.
  • 2A shows a schematic view of a sensor device according to embodiments.
  • 2 B shows a schematic view of elements of a sensor device according to further embodiments.
  • 2C shows a schematic plan view of elements of a sensor device according to further embodiments.
  • 2D illustrates the measuring principle of the sensor device.
  • 3 shows a schematic cross-sectional view of a portion of an electronic device.
  • 4A and 4B show cross-sectional views illustrating the fabrication of a VCSEL device according to embodiments.

In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part of the disclosure, and in which specific embodiments are shown for purposes of illustration. In this context, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "over", "on", "in front of", "behind", "fore", "backward", etc., refers to the orientation of the figures just described. Since the components of the embodiments can be positioned in different orientations, the directional terminology is for purposes of explanation only and is not in any way limiting.

Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.The description of the embodiments is not limiting, since other embodiments exist and structural or logical changes may be made without departing from the scope defined by the patent claims. In particular, elements of embodiments described below may be combined with elements of other embodiments described, unless the context indicates otherwise.

Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial, beispielsweise einem GaAs-Substrat, einem GaN-Substrat oder einem Si-Substrat oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein.The terms "wafer" or "semiconductor substrate" used in the following description may include any semiconductor-based structure having a semiconductor surface. Wafer and structure are to be understood as including doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers, optionally supported by a base support, and other semiconductor structures. For example, a layer of a first semiconductor material may be grown on a growth substrate of a second semiconductor material, for example a GaAs substrate, a GaN substrate or a Si substrate or of an iso ing material, for example on a sapphire substrate.

Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Al-GaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga2O3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.Depending on the intended use, the semiconductor can be based on a direct or an indirect semiconductor material. Examples of semiconductor materials that are particularly suitable for generating electromagnetic radiation include in particular nitride semiconductor compounds, through which, for example, ultraviolet, blue or longer-wave light can be generated, such as GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Al-GaInBN, phosphide semiconductor compounds, through which, for example, green or longer-wave light can be generated, such as GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, and other semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga 2 O 3 , diamond, hexagonal BN and combinations of the materials mentioned. The stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials can vary. Other examples of semiconductor materials can include silicon, silicon-germanium and germanium. In the context of the present description, the term "semiconductor" also includes organic semiconductor materials.

Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.The term “substrate” generally includes insulating, conductive or semiconductor substrates.

Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.The terms "lateral" and "horizontal" as used in this description are intended to describe an orientation or alignment that is substantially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be, for example, the surface of a wafer or a chip (die).

Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.The horizontal direction can, for example, lie in a plane perpendicular to a growth direction when growing layers.

Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.The term "vertical" as used in this description is intended to describe an orientation that is substantially perpendicular to the first surface of a substrate or semiconductor body. The vertical direction can, for example, correspond to a growth direction when growing layers.

1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines VCSEL-Elements 10 gemäß Ausführungsformen. Das VCSEL-Element 10 umfasst eine VCSEL-Vorrichtung 100, die an einem Substrat 110 angebracht ist, welches für von der VCSEL-Vorrichtung 100 emittierte elektromagnetische Strahlung transparent ist. Das VCSEL-Element 10 umfasst weiterhin eine Linse 113 zur Ablenkung, beispielsweise Fokussierung von elektromagnetischer Strahlung, die von der VCSEL-Vorrichtung 100 emittiert worden ist. Die Linse 113 ist auf einer von der VCSEL-Vorrichtung 100 abgewandten Seite des Substrats 110 angeordnet. Beispielsweise ist die VCSEL-Vorrichtung 100 auf einer zweiten Hauptoberfläche 112 des Substrats angeordnet, und die Linse 113 ist auf einer ersten Hauptoberfläche 111 des Substrats 110 angeordnet. Eine Position einer Apertur der VCSEL-Vorrichtung 100 ist gegenüber einer optischen Achse 115 der Linse verschoben. Beispielsweise kann der Abstand zwischen der optischen Achse 115 und der Apertur 106 der VCSEL-Vorrichtung 100 d betragen. Beispielsweise kann d größer als 2 µm oder als 5 µm sein. Weiterhin kann d kleiner als 20 µm oder als 15 µm sein. Ein typischer Wert kann beispielsweise ungefähr 10 µm sein. 1A shows a schematic cross-sectional view of a VCSEL element 10 according to embodiments. The VCSEL element 10 comprises a VCSEL device 100 attached to a substrate 110 which is transparent to electromagnetic radiation emitted by the VCSEL device 100. The VCSEL element 10 further comprises a lens 113 for deflecting, for example focusing, electromagnetic radiation emitted by the VCSEL device 100. The lens 113 is arranged on a side of the substrate 110 facing away from the VCSEL device 100. For example, the VCSEL device 100 is arranged on a second main surface 112 of the substrate, and the lens 113 is arranged on a first main surface 111 of the substrate 110. A position of an aperture of the VCSEL device 100 is shifted relative to an optical axis 115 of the lens. For example, the distance between the optical axis 115 and the aperture 106 of the VCSEL device 100 may be d. For example, d may be greater than 2 µm or than 5 µm. Furthermore, d may be less than 20 µm or than 15 µm. A typical value may be, for example, approximately 10 µm.

1B zeigt ein Beispiel eines VCSEL-Elements 100, das beispielsweise Bestandteil des in 1A gezeigten VCSEL-Elements sein kann. Die VCSEL-Vorrichtung 100 umfasst einen Halbleiterschichtstapel, der eine erste Halbleiterschicht 101 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend, und eine zweite Halbleiterschicht 102 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend, aufweist. Eine aktive Zone 103 ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 101 und der zweiten Halbleiterschicht 102 angeordnet. 1B shows an example of a VCSEL element 100, which is part of the 1A The VCSEL device 100 comprises a semiconductor layer stack having a first semiconductor layer 101 of a first conductivity type, for example p-type, and a second semiconductor layer 102 of a second conductivity type, for example n-type. An active region 103 is arranged between the first semiconductor layer 101 and the second semiconductor layer 102.

Die aktive Zone 103 kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten.The active zone 103 can, for example, have a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW) or a multiple quantum well structure (MQW) for generating radiation. The term "quantum well structure" has no meaning with regard to the dimensionality of the quantization. It therefore includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.

Ein erster Resonatorspiegel 104 ist angrenzend oder benachbart zur ersten Halbleiterschicht 101 angeordnet. Ein zweiter Resonatorspiegel 105 ist angrenzend oder benachbart zur zweiten Halbleiterschicht 102 angeordnet. Beispielsweise können nun der erste und der zweite Resonatorspiegel 104, 105 als dielektrische Spiegelschicht ausgebildet sein und jeweils eine Vielzahl dielektrischer Schichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes aufweisen.A first resonator mirror 104 is arranged adjacent to or adjacent to the first semiconductor layer 101. A second resonator mirror 105 is arranged adjacent to or adjacent to the second semiconductor layer 102. For example, the first and second resonator mirrors 104, 105 can be designed as a dielectric mirror layer and each have a plurality of dielectric layers with different refractive indices.

Generell umfasst der Begriff „dielektrische Spiegelschicht“ jegliche Anordnung, die einfallende elektromagnetische Strahlung zu einem großen Grad (beispielsweise >90%) reflektiert und nicht leitend ist. Beispielsweise kann eine dielektrische Spiegelschicht durch eine Abfolge von sehr dünnen dielektrischen Schichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n>n0) und einen niedrigen Brechungsindex (n<n0) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke λ/4 betragen, wobei λ die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem jeweiligen Medium angibt. Die vom einfallenden Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke, beispielsweise 3λ/4 haben. Aufgrund der geringen Schichtdicke und des Unterschieds der jeweiligen Brechungsindizes stellt die dielektrische Spiegelschicht ein hohes Reflexionsvermögen bereit und ist gleichzeitig nichtleitend. Eine dielektrische Spiegelschicht kann beispielsweise 2 bis 50 dielektrische Schichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind.In general, the term "dielectric mirror layer" covers any arrangement that reflects incident electromagnetic radiation to a high degree (for example >90%) and is non-conductive. For example, a dielectric mirror layer can be formed by a sequence of very thin dielectric layers, each with a different refractive indices. For example, the layers can alternately have a high refractive index (n>n 0 ) and a low have a constant refractive index (n<n 0 ) and be designed as a Bragg reflector. For example, the layer thickness can be λ/4, where λ indicates the wavelength of the light to be reflected in the respective medium. The layer seen from the incident light can have a greater layer thickness, for example 3λ/4. Due to the small layer thickness and the difference in the respective refractive indices, the dielectric mirror layer provides a high reflectivity and is non-conductive at the same time. A dielectric mirror layer can have, for example, 2 to 50 dielectric layers. A typical layer thickness of the individual layers can be about 30 to 90 nm, for example about 50 nm. The layer stack can further contain one or two or more layers that are thicker than about 180 nm, for example thicker than 200 nm.

Gemäß weiteren Ausgestaltungen können die Schichten der Resonatorspiegel 104 und 105 auch Halbleiterschichten enthalten.According to further embodiments, the layers of the resonator mirrors 104 and 105 may also contain semiconductor layers.

Bei Anlegen einer Spannung zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht 102 wird elektrische Strahlung 16 emittiert. Dabei bildet sich ein optischer Resonator in vertikaler Richtung, d.h. senkrecht zur Oberfläche der einzelnen Schichten aus. Eine Apertur 106 kann beispielsweise in einer blockierenden Schicht 109, d.h. in einer für die elektromagnetische Strahlung undurchlässigen Schicht ausgebildet sein. Die elektromagnetische Strahlung wird durch die Apertur 106 emittiert. Beispielsweise kann ein Durchmesser der Apertur 106 etwa größer als 2 µm sein. Beispielsweise kann der Durchmesser der Apertur 106 kleiner als 8 µm sein. Beispielsweise kann der Durchmesser der Apertur 106 ungefähr 4 µm sein. Die blockierende Schicht 109 kann je nach Ausgestaltung auf der der ersten Halbleiterschicht 101 zugewandten oder abgewandten Seite des ersten Resonatorspiegels 104 angeordnet sein. Gemäß Ausgestaltungen bezeichnet der Begriff „Apertur“ einen Emissionsbereich einer VCSEL-Vorrichtung.When a voltage is applied between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer 102, electrical radiation 16 is emitted. In this case, an optical resonator is formed in the vertical direction, i.e. perpendicular to the surface of the individual layers. An aperture 106 can be formed, for example, in a blocking layer 109, i.e. in a layer that is opaque to the electromagnetic radiation. The electromagnetic radiation is emitted through the aperture 106. For example, a diameter of the aperture 106 can be approximately greater than 2 µm. For example, the diameter of the aperture 106 can be smaller than 8 µm. For example, the diameter of the aperture 106 can be approximately 4 µm. Depending on the design, the blocking layer 109 can be arranged on the side of the first resonator mirror 104 facing or facing away from the first semiconductor layer 101. According to designs, the term “aperture” refers to an emission region of a VCSEL device.

Beispielsweise kann eine elektrische Spannung durch eine Spannungsquelle 108 angelegt werden. Beispielsweise können Anschlüsse der Spannungsquelle 108 über geeignete Kontaktbereiche mit der ersten Halbleiterschicht 101 und der zweiten Halbleiterschicht 102 verbunden sein. Zusätzlich kann die VCSEL-Vorrichtung 100 einen Detektor 116, beispielsweise eine Fotodiode, die beispielsweise monolithisch mit der VCSEL-Vorrichtung 100 integriert sein kann, aufweisen. Der Detektor 116 kann beispielsweise ein Interferenzsignal nachweisen, welches durch so genannte SMI erzeugt wird, bei der die emittierte Strahlung mit reflektierter Strahlung kohärent überlagert wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein durch SMI erzeugtes Signal durch die VCSEL-Vorrichtung 100 selbst, beispielsweise durch Ermitteln der Änderung eines Spannungssignals, beispielsweise durch die Spannungsquelle 108 oder einen Bestandteil der Spannungsquelle nachgewiesen werden.For example, an electrical voltage can be applied by a voltage source 108. For example, terminals of the voltage source 108 can be connected to the first semiconductor layer 101 and the second semiconductor layer 102 via suitable contact areas. In addition, the VCSEL device 100 can have a detector 116, for example a photodiode, which can be monolithically integrated with the VCSEL device 100, for example. The detector 116 can, for example, detect an interference signal generated by so-called SMI, in which the emitted radiation is coherently superimposed with reflected radiation. According to further embodiments, a signal generated by SMI can be detected by the VCSEL device 100 itself, for example by determining the change in a voltage signal, for example by the voltage source 108 or a component of the voltage source.

Das nachgewiesene Signal kann beispielsweise durch eine Auswerteschaltung 119 ausgewertet werden. Die Auswerteschaltung 119 kann mit der Spannungsquelle 108 verbunden sein. Insbesondere kann Information über eine Höhe der angelegten Spannung an die Auswerteschaltung weitergegeben werden.The detected signal can be evaluated, for example, by an evaluation circuit 119. The evaluation circuit 119 can be connected to the voltage source 108. In particular, information about the level of the applied voltage can be passed on to the evaluation circuit.

Dadurch, dass, wie in 1A gezeigt, die Position der Apertur 106 der VCSEL-Vorrichtung 100 gegenüber der optischen Achse 115 der Linse 113 verschoben ist, werden emittierte Strahlen 16 an der Grenzfläche 114 zwischen der Linse 113 und der umgebenden Luft zur optischen Achse hin gebrochen. Entsprechend ist es möglich, die emittierte Strahlung 16 abzulenken.Because, as in 1A shown, the position of the aperture 106 of the VCSEL device 100 is shifted relative to the optical axis 115 of the lens 113, emitted rays 16 are refracted towards the optical axis at the interface 114 between the lens 113 and the surrounding air. Accordingly, it is possible to deflect the emitted radiation 16.

Mit dem gezeigten VCSEL-Element 10 ist es beispielsweise möglich, eine Vielzahl von VCSEL-Elementen 10 räumlich dicht anzuordnen und gleichzeitig die erzeugten Strahlen 16 bei vergrößertem räumlichen Abstand zu erzeugen.With the VCSEL element 10 shown, it is possible, for example, to arrange a large number of VCSEL elements 10 spatially close together and at the same time to generate the generated beams 16 at an increased spatial distance.

2A zeigt eine Sensorvorrichtung 15 gemäß Ausführungsformen. Die in 2A gezeigte Sensorvorrichtung 15 umfasst eine erste VCSEL-Vorrichtung 1001 und eine zweite VCSEL-Vorrichtung 1002. Die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung 1001, 1002 sind an einem gemeinsamen Substrat 110 angebracht. Das gemeinsame Substrat 110 ist für elektromagnetische Strahlung 16, die von den VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 emittiert worden ist, transparent. 2A shows a sensor device 15 according to embodiments. The 2A The sensor device 15 shown comprises a first VCSEL device 1001 and a second VCSEL device 1002. The first and second VCSEL devices 1001, 1002 are attached to a common substrate 110. The common substrate 110 is transparent to electromagnetic radiation 16 emitted by the VCSEL devices 1001, 1002.

Die Sensorvorrichtung 15 umfasst weiterhin eine erste Linse 1131 und eine zweite Linse 1132. Die erste Linse 1131 ist zur Ablenkung, beispielsweise Fokussierung von von der ersten VCSEL-Vorrichtung 101 emittierter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Die zweite Linse 1132 ist zur Ablenkung, beispielsweise Fokussierung von der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 emittierter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Die erste und die zweite Linse 1131, 1132 sind auf einer von den VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 abgewandten Seite des Substrats 110 angeordnet. Eine Position einer Apertur der ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 ist gegenüber der optischen Achse 115 der ersten Linse 1131 um einen Abstand d1 verschoben. Weiterhin ist eine Position der Apertur der zweite VCSEL-Vorrichtung 1002 gegenüber der optischen Achse 115 der zweite Linse 1132 um einen Abstand d2 verschoben. Beispielsweise können die Abstände d1 und d2 zueinander gleich sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Abstände d1 und d2 auch voneinander verschieden sein.The sensor device 15 further comprises a first lens 1131 and a second lens 1132. The first lens 1131 is designed to deflect, for example focus, electromagnetic radiation emitted by the first VCSEL device 101. The second lens 1132 is designed to deflect, for example focus, electromagnetic radiation emitted by the second VCSEL device 1002. The first and second lenses 1131, 1132 are arranged on a side of the substrate 110 facing away from the VCSEL devices 1001, 1002. A position of an aperture of the first VCSEL device 1001 is shifted by a distance d 1 relative to the optical axis 115 of the first lens 1131. Furthermore, a position of the aperture of the second VCSEL device 1002 is shifted relative to the optical axis 115 of the second lens 1132 by a distance d 2 . For example, the distances d 1 and d 2 may be equal to one another. According to further Depending on the guide shapes, the distances d 1 and d 2 can also be different from each other.

Beispielsweise sind die erste VCSEL-Vorrichtung 1001 und die zweite VCSEL-Vorrichtung 1002 so angeordnet, dass die Apertur der ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 und die Apertur der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 bei einem Abstand angeordnet sind, der kleiner als der Abstand der optischen Achsen der ersten und der zweiten Linse ist. Beispielsweise sind sowohl die erste VCSEL-Vorrichtung 1001 als auch die zweite VCSEL-Vorrichtung 1002 einander zugewandt, d.h. die erste VCSEL-Vorrichtung 1001 bzw. die Apertur der ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 ist auf der Seite der optischen Achse 115 der zugehörigen ersten Linse 1131 angeordnet, die der zweiten Linse 1132 zugewandt ist. Weiterhin ist die zweite VCSEL-Vorrichtung 1002 bzw. die Apertur der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 auf der Seite der optischen Achse 115 der zweite Linse 1132 angeordnet, die der ersten Linse 1131 zugewandt ist.For example, the first VCSEL device 1001 and the second VCSEL device 1002 are arranged such that the aperture of the first VCSEL device 1001 and the aperture of the second VCSEL device 1002 are arranged at a distance that is smaller than the distance of the optical axes of the first and second lenses. For example, both the first VCSEL device 1001 and the second VCSEL device 1002 face each other, i.e. the first VCSEL device 1001 or the aperture of the first VCSEL device 1001 is arranged on the side of the optical axis 115 of the associated first lens 1131 that faces the second lens 1132. Furthermore, the second VCSEL device 1002 or the aperture of the second VCSEL device 1002 is arranged on the side of the optical axis 115 of the second lens 1132 which faces the first lens 1131.

Auf diese Weise ist es möglich, einzelne VCSEL-Vorrichtungen bei kleinem Abstand anzuordnen, während die elektromagnetische Strahlung 16 jeweils bei einem größeren Abstand emittiert wird.In this way, it is possible to arrange individual VCSEL devices at a small distance, while the electromagnetic radiation 16 is emitted at a larger distance.

Ähnlich wie in 1B gezeigt, weist gemäß Ausführungsformen auch hier die erste VCSEL-Vorrichtung 1001 einen ersten Detektor 1161 auf. Weiterhin kann die zweite VCSEL-Vorrichtung 1002 einen zweiten Detektor 1162 aufweisen. Die Sensorvorrichtung 15 kann weiterhin eine Spannungsquelle 108 zum Betreiben der ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 und der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 aufweisen. Beispielsweise kann durch die Spannungsquelle 108 die erste VCSEL-Vorrichtung 1001 unabhängig von der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 betrieben werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen können aber auch beide VCSEL-Vorrichtungen gemeinsam betrieben werden. Die Auswerteschaltung 119 kann beispielsweise mit der Spannungsquelle 108 verbunden sein und weiterhin geeignet sein, Signale der Detektoren 1161, 1162 auszuwerten.Similar to 1B shown, according to embodiments, the first VCSEL device 1001 also has a first detector 1161. Furthermore, the second VCSEL device 1002 can have a second detector 1162. The sensor device 15 can also have a voltage source 108 for operating the first VCSEL device 1001 and the second VCSEL device 1002. For example, the first VCSEL device 1001 can be operated independently of the second VCSEL device 1002 by means of the voltage source 108. According to further embodiments, however, both VCSEL devices can also be operated together. The evaluation circuit 119 can, for example, be connected to the voltage source 108 and can also be suitable for evaluating signals from the detectors 1161, 1162.

Gemäß Ausführungsformen kann ein durch SMI erzeugtes Signal auch jeweils durch die VCSELL-Vorrichtung 1001, 1002 nachgewiesen und über ein Spannungssignal ausgelesen werden. Die Auswerteschaltung 119 kann beispielsweise mit der Spannungsquelle 108 verbunden sein und weiterhin geeignet sein, die ermittelten Spannungssignale auszulesen.According to embodiments, a signal generated by SMI can also be detected by the VCSELL device 1001, 1002 and read out via a voltage signal. The evaluation circuit 119 can, for example, be connected to the voltage source 108 and can also be suitable for reading out the detected voltage signals.

Bei einer optischen Sensorvorrichtung, die beispielsweise eine lokale Verformung eines Gehäuses oder die Bewegung eines Fingers nachweist und die auf der self-mixing interference beruht, werden bevorzugt mindestens zwei Messstellen verwendet, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung zu erhöhen. Dadurch, dass, wie in 2A gezeigt ist, die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung 1001 und 1002 in der beschriebenen Weise angeordnet sind, ist es möglich, die einzelnen VCSEL-Vorrichtungen bei kurzem Abstand anzuordnen und einen Mindestabstand der entsprechenden Messstellen bereitzustellen, selbst wenn das reflektierende Gehäuse oder der Finger einen geringen Abstand, beispielsweise von weniger als etwa 10 cm hat. Weiterhin wird durch die in 2A gezeigte Sensorvorrichtung die erste VCSEL-Vorrichtung 1001 und die zweite VCSEL-Vorrichtung 1002 in einem gemeinsamen VCSEL-Chip realisiert. Auf diese Weise kann eine Sensorvorrichtung als VCSEL-Chip realisiert sein, der eine geringe Größe aufweist.In an optical sensor device that detects, for example, a local deformation of a housing or the movement of a finger and that is based on self-mixing interference, at least two measuring points are preferably used in order to increase the accuracy and reliability of the measurement. As in 2A As shown in Fig. 1, the first and second VCSEL devices 1001 and 1002 are arranged in the manner described, it is possible to arrange the individual VCSEL devices at a short distance and to provide a minimum distance of the corresponding measuring points, even if the reflective housing or the finger has a small distance, for example less than about 10 cm. Furthermore, the arrangement shown in 2A the first VCSEL device 1001 and the second VCSEL device 1002 are realized in a common VCSEL chip. In this way, a sensor device can be realized as a VCSEL chip that has a small size.

Wie weiterhin in 2A gezeigt ist, kann in Abhängigkeit von der Krümmung der jeweiligen Linsen 113 der Abstand d zwischen der Apertur 106 und der optischen Achse 115 der Linse so gewählt werden, dass der Winkel α zwischen der Emissionsrichtung des emittierten Laserstrahls 16 und der optischen Achse 115 größer als 20 °, beispielsweise größer als 30 °, beispielsweise etwa 35 ° ist.As continued in 2A As shown, depending on the curvature of the respective lenses 113, the distance d between the aperture 106 and the optical axis 115 of the lens can be selected such that the angle α between the emission direction of the emitted laser beam 16 and the optical axis 115 is greater than 20 °, for example greater than 30 °, for example approximately 35 °.

Der Abstand zwischen den Aperturen der ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 und der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 kann beispielsweise kleiner als 50 µm sein. Der Strahl 16, der von der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 emittiert wird, kann beispielsweise in eine Richtung, die um -α von der optischen Achse 115 der zweiten Linse 1132 abweicht, abgelenkt werden. Der Strahl 16, der von der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1001 emittiert wird, kann beispielsweise gegenläufig zu dem Strahl 16, der von der VCSEL-Vorrichtung 1001 emittiert wird, sein.The distance between the apertures of the first VCSEL device 1001 and the second VCSEL device 1002 may, for example, be less than 50 µm. The beam 16 emitted by the second VCSEL device 1002 may, for example, be deflected in a direction deviating by -α from the optical axis 115 of the second lens 1132. The beam 16 emitted by the second VCSEL device 1001 may, for example, be counter-directional to the beam 16 emitted by the VCSEL device 1001.

In 2A sind die VCSEL-Vorrichtungen 1001 und 1002 jeweils als separate Elemente dargestellt. Gemäß weiteren Ausführungsformen können sie auch gemeinsame Schichten aufweisen und voneinander elektrisch getrennt sein.In 2A VCSEL devices 1001 and 1002 are each shown as separate elements. According to further embodiments, they may also have common layers and be electrically separated from each other.

2B zeigt ein weiteres Beispiel einer Anordnung von VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 bei einer Sensorvorrichtung 15 gemäß weiteren Ausführungsformen. Die in 2B gezeigte Sensorvorrichtung 15 kann beispielsweise ähnliche Komponenten wie die in 2A gezeigte Sensorvorrichtung 15 aufweisen. Wie in 2B gezeigt, können die VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 auch so angeordnet sein, dass ein Abstand zwischen den Aperturen 106 größer als der Abstand zwischen den optischen Achsen 115 der zugehörigen Linsen 1131, 1132 ist. 2 B shows another example of an arrangement of VCSEL devices 1001, 1002 in a sensor device 15 according to further embodiments. 2 B The sensor device 15 shown may, for example, have similar components as those shown in 2A shown sensor device 15. As in 2 B As shown, the VCSEL devices 1001, 1002 may also be arranged such that a distance between the apertures 106 is greater than the distance between the optical axes 115 of the associated lenses 1131, 1132.

2C zeigt eine schematische Draufsicht von Elementen einer Sensorvorrichtung 15 gemäß Ausführungsformen. Wie in 2C gezeigt ist, kann beispielsweise eine Verbindungslinie 118 zwischen der Apertur 106 der ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 und der Apertur 106 der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 von einer Verbindungslinie 117 zwischen der optischen Achse 115 der ersten Linse 1131 und der optischen Achse 115 der zweiten Linse 1132 verschieden sein. Beispielsweise können die beiden Verbindungslinien einander schneiden oder parallel zueinander verschoben sein. Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann der Abstand zwischen den Aperturen 106 der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1001, 1002 von dem Abstand zwischen den optischen Achsen 115 der ersten und der zweiten Linse 1131, 1132 verschieden oder gleich sein. 2C shows a schematic plan view of elements of a sensor device 15 according to embodiments. As in 2C For example, as shown, a connecting line 118 between the aperture 106 of the first VCSEL device 1001 and the aperture 106 of the second VCSEL device 1002 may be different from a connecting line 117 between the optical axis 115 of the first lens 1131 and the optical axis 115 of the second lens 1132. For example, the two connecting lines may intersect each other or be shifted parallel to each other. According to further embodiments, the distance between the apertures 106 of the first and second VCSEL devices 1001, 1002 may be different from or equal to the distance between the optical axes 115 of the first and second lenses 1131, 1132.

2D veranschaulicht eine Messanordnung unter Verwendung der in 2A gezeigten VCSEL-Anordnung. Von einem VCSEL 100 wird ein Strahl 16 emittiert. Dieser wird an einem Objekt 20 reflektiert, so dass der reflektierte Strahl 17 erzeugt wird. Der Detektor 116 ist geeignet, ein Überlagerungssignal aus der emittierten Strahlung 16 und der reflektierten Strahlung 17 zu detektieren. Die in 2D gezeigte VCSEL-Vorrichtung 100 weist ähnliche Komponenten wie die in 1B gezeigte VCSEL-Vorrichtung auf, so dass eine detaillierte Beschreibung entfällt. 2D illustrates a measurement setup using the 2A shown VCSEL arrangement. A beam 16 is emitted by a VCSEL 100. This is reflected by an object 20, so that the reflected beam 17 is generated. The detector 116 is suitable for detecting a superposition signal from the emitted radiation 16 and the reflected radiation 17. The 2D The VCSEL device 100 shown has similar components to the one in 1B shown VCSEL device, so a detailed description is omitted.

3 zeigt einen Teil einer elektronischen Vorrichtung 30 oder der Benutzerschnittstelle 35. Beispielsweise ist die Sensorvorrichtung 15, die unter Bezugnahme auf 2A beschrieben worden ist, auf einem geeigneten Träger 123 angebracht. Die VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 können dabei zwischen dem Träger 123 und dem Substrat 110 angeordnet sein. Die VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 können, wie in 3 angedeutet, als jeweils separate Elemente ausgebildet sein oder gemeinsame Schichten aufweisen. 3 shows a part of an electronic device 30 or the user interface 35. For example, the sensor device 15 described with reference to 2A described, mounted on a suitable carrier 123. The VCSEL devices 1001, 1002 can be arranged between the carrier 123 and the substrate 110. The VCSEL devices 1001, 1002 can, as in 3 indicated, can be formed as separate elements or have common layers.

Ein Gehäuse 120 ist über der Sensorvorrichtung 15 angeordnet. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung 15 in einem elektronischen Gerät 30 angeordnet sein, und das Gehäuse 120 bildet gleichzeitig das Gehäuse der elektronischen Vorrichtung 120. Wie in 3 weiterhin dargestellt ist, bewegt sich ein Finger 121 in Pfeilrichtung und übt dabei einen Druck in Richtung der Sensorvorrichtung 15 aus. Als Ergebnis findet eine Verringerung des Abstands zwischen dem Gehäuse 120 und der Sensorvorrichtung 15 statt. Durch die Position des Schnittpunkts der von der ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 emittierten Strahlung 16 mit dem Gehäuse 120 wird die Position der ersten Messstelle 122 definiert. Weiterhin wird durch die Position des Schnittpunkts der von der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 emittierten Strahlung 16 mit dem Gehäuse 120 die Position der zweiten Messstelle 124 definiert.A housing 120 is arranged above the sensor device 15. For example, the sensor device 15 can be arranged in an electronic device 30, and the housing 120 simultaneously forms the housing of the electronic device 120. As in 3 As is also shown, a finger 121 moves in the direction of the arrow and thereby exerts pressure in the direction of the sensor device 15. As a result, the distance between the housing 120 and the sensor device 15 is reduced. The position of the first measuring point 122 is defined by the position of the intersection point of the radiation 16 emitted by the first VCSEL device 1001 with the housing 120. Furthermore, the position of the second measuring point 124 is defined by the position of the intersection point of the radiation 16 emitted by the second VCSEL device 1002 with the housing 120.

Üblicherweise können die erste Messstelle 122 und die zweite Messstelle 124 einen Abstand von mindestens 1 mm, beispielsweise 2 mm haben. Dadurch, dass, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2A beschrieben worden ist, die Aperturen der jeweils ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 und der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 gegenüber der optischen Achse der Linse 113 verschoben sind, kann dieser Mindestabstand eingehalten werden, auch wenn die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung 1001, 1002 auf einem gemeinsamen Chip angeordnet sind und somit besonders platzsparend ausgeführt sind.Typically, the first measuring point 122 and the second measuring point 124 can have a distance of at least 1 mm, for example 2 mm. As described above with reference to 2A As described above, the apertures of the first VCSEL device 1001 and the second VCSEL device 1002 are shifted relative to the optical axis of the lens 113, this minimum distance can be maintained even if the first and second VCSEL devices 1001, 1002 are arranged on a common chip and are thus designed to be particularly space-saving.

Beispielsweise kann die Bewegung des Fingers, d.h. Abstand und Geschwindigkeit des Fingers, ermittelt werden, indem die Ausgangsleistung der VCSELs oder die Vorwärtsspannung der VCSELs moduliert wird und die von den Detektoren 1161, 1162 nachgewiesenen Signale ausgewertet werden. Diese Konzepte sind bekannt und unter dem Begriff „FMCW-LIDAR“, frequency modulated continuous wave LIDAR) ausführlich beschrieben worden.For example, the movement of the finger, i.e. distance and speed of the finger, can be determined by modulating the output power of the VCSELs or the forward voltage of the VCSELs and evaluating the signals detected by the detectors 1161, 1162. These concepts are known and have been described in detail under the term "FMCW-LIDAR", frequency modulated continuous wave LIDAR.

Gemäß Ausführungsformen können, wie vorstehend beschrieben, die VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 selbst ein erzeugtes SMI-Signal durch Änderung eines Spannungssignals nachweisen. In diesem Fall sind keine separaten Detektoren 1161, 1162 erforderlich.According to embodiments, as described above, the VCSEL devices 1001, 1002 themselves may detect a generated SMI signal by changing a voltage signal. In this case, no separate detectors 1161, 1162 are required.

Die in 3 gezeigte Anordnung kann Teil einer elektronischen Vorrichtung, beispielsweise eines tragbaren Endgeräts, eines Smartphones, einer Kamera oder von beispielsweise Kopfhörern sein.In the 3 The arrangement shown can be part of an electronic device, for example a portable terminal, a smartphone, a camera or, for example, headphones.

Gemäß weiteren Ausführungsformen stellt die in 3 gezeigte Anordnung auch eine Nutzerschnittstelle 35 bereit. Beispielsweise können bei schnurlosen Kopfhörern bzw. Earbuds durch Drücken auf das Gehäuse Befehle eingegeben werden. In diesem Fall kann durch Bewegen des Fingers eine Nutzereingabe vorgenommen werden, um beispielsweise die Lautstärke zu regeln oder eine andere Steuerung zu bewirken.According to further embodiments, the 3 The arrangement shown also provides a user interface 35. For example, in the case of wireless headphones or earbuds, commands can be entered by pressing on the housing. In this case, user input can be made by moving the finger, for example to adjust the volume or to effect another control.

Gemäß Ausführungsformen kann das Gehäuse 120 lichtundurchlässig sein. In diesem Fall wird die Auslenkung des Gehäuses 120 gemessen und führt zu der Erzeugung der gewünschten Signale.According to embodiments, the housing 120 may be opaque. In this case, the deflection of the housing 120 is measured and results in the generation of the desired signals.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Gehäuse 120 auch transparent sein. In diesem Fall kann beispielsweise die emittierte elektromagnetische Strahlung 16 an dem Finger 121 reflektiert werden und somit zur Erzeugung der gewünschten Signale führen. Dabei kann die erste Messstelle 122 dem Schnittpunkt der von der ersten VCSEL-Vorrichtung 1001 emittierten Strahlung 16 mit dem Finger entsprechen. Die zweite Messstelle 124kann dem Schnittpunkt der von der zweiten VCSEL-Vorrichtung 1002 emittierten Strahlung 16 mit dem Finger entsprechen.According to further embodiments, the housing 120 can also be transparent. In this case, for example, the emitted electromagnetic radiation 16 can be reflected on the finger 121. and thus lead to the generation of the desired signals. The first measuring point 122 can correspond to the intersection point of the radiation 16 emitted by the first VCSEL device 1001 with the finger. The second measuring point 124 can correspond to the intersection point of the radiation 16 emitted by the second VCSEL device 1002 with the finger.

Die 4A bis 4C veranschaulichen ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Sensorvorrichtung bzw. einer Anordnung von VCSEL-Elementen gemäß Ausführungsformen.The 4A to 4C illustrate an example of a method for manufacturing the sensor device or an arrangement of VCSEL elements according to embodiments.

Zunächst werden, wie in 4A angedeutet, Schichten zur Ausbildung der jeweiligen VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 auf Waferebene auf einem Substrat 110, das als Wachstumssubstrat wirkt und für die von den VCSEL-Vorrichtung 100 zu emittierende elektromagnetische Strahlung transparent ist, ausgebildet. Die zugehörigen Verfahren sind allgemein bekannt, sodass eine detaillierte Beschreibung weggelassen wird.First, as in 4A As indicated, layers for forming the respective VCSEL devices 1001, 1002 at wafer level are formed on a substrate 110 which acts as a growth substrate and is transparent to the electromagnetic radiation to be emitted by the VCSEL device 100. The associated methods are generally known, so a detailed description is omitted.

Das Substrat 110 wird gedünnt und anschließend zur Ausbildung der Linsen 113 geätzt. Weiterhin werden die zu den einzelnen VCSEL-Vorrichtungen 1001, 1002 gehörenden Halbleiterschichtstapel jeweils voneinander getrennt und elektrisch isoliert, beispielsweise durch Ätzen einer Mesa. Dies ist in 4C veranschaulicht. Das Ätzen der Linsen 113 wird derart durchgeführt, dass die optische Achse 115 der einzelnen Linsen gegenüber der Apertur 106 der einzelnen Laser-Vorrichtungen 100 verschoben ist, wie vorstehend beschrieben worden ist.The substrate 110 is thinned and then etched to form the lenses 113. Furthermore, the semiconductor layer stacks belonging to the individual VCSEL devices 1001, 1002 are each separated from one another and electrically insulated, for example by etching a mesa. This is shown in 4C The etching of the lenses 113 is carried out such that the optical axis 115 of the individual lenses is shifted relative to the aperture 106 of the individual laser devices 100, as described above.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.Although specific embodiments have been illustrated and described herein, those skilled in the art will recognize that a variety of alternative and/or equivalent designs may be substituted for the specific embodiments shown and described without departing from the scope of the invention. This application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein. Therefore, the invention is limited only by the claims and their equivalents.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

1010
VCSEL-ElementVCSEL element
1515
SensorvorrichtungSensor device
1616
emittierte Strahlungemitted radiation
1717
reflektierte Strahlungreflected radiation
2020
Objektobject
3030
elektronische Vorrichtungelectronic device
3535
BenutzerschnittstelleUser interface
100100
VCSEL-VorrichtungVCSEL device
10011001
erste VCSEL-Vorrichtungfirst VCSEL device
10021002
zweite VCSEL-Vorrichtungsecond VCSEL device
101101
erste Halbleiterschichtfirst semiconductor layer
102102
zweite Halbleiterschichtsecond semiconductor layer
103103
aktive Zoneactive zone
104104
erster Resonatorspiegelfirst resonator mirror
105105
zweiter Resonatorspiegelsecond resonator mirror
106106
AperturAperture
108108
SpannungsquelleVoltage source
109109
blockierende Schichtblocking layer
110110
SubstratSubstrat
111111
erste Hauptoberflächefirst main interface
112112
zweite Hauptoberflächesecond main interface
113113
Linselens
11311131
erste Linsefirst lens
11321132
zweite Linsesecond lens
114114
Oberfläche der LinseSurface of the lens
115115
optische Achseoptical axis
116116
Detektordetector
11611161
erster Detektorfirst detector
11621162
zweiter Detektorsecond detector
117117
Verbindungslinie zwischen optischen AchsenConnecting line between optical axes
118118
Verbindungslinie zwischen AperturenConnecting line between apertures
119119
AuswerteschaltungEvaluation circuit
120120
GehäuseHousing
121121
Fingerfinger
122122
erste Messstellefirst measuring point
123123
Trägercarrier
124124
zweite Messstellesecond measuring point

Claims (14)

VCSEL-Element (10), umfassend: eine VCSEL-Vorrichtung (100), die an einem Substrat (110) angebracht ist, welches für von der VCSEL-Vorrichtung (100) emittierte elektromagnetische Strahlung (16) transparent ist; und eine Linse (113) zur Ablenkung von von der VCSEL-Vorrichtung (100) emittierter elektromagnetischer Strahlung (16), wobei die Linse (113) auf einer von der VCSEL-Vorrichtung (100) abgewandten Seite des Substrats (110) angeordnet ist, und eine Position einer Apertur (106) der VCSEL-Vorrichtung (100) gegenüber einer optischen Achse (115) der Linse (113) horizontal verschoben ist.VCSEL element (10), comprising: a VCSEL device (100) mounted on a substrate (110) which is transparent to electromagnetic radiation (16) emitted by the VCSEL device (100); and a lens (113) for deflecting electromagnetic radiation (16) emitted by the VCSEL device (100), the lens (113) being mounted on a side of the substrate facing away from the VCSEL device (100) (110) is arranged, and a position of an aperture (106) of the VCSEL device (100) is horizontally shifted with respect to an optical axis (115) of the lens (113). Sensorvorrichtung (15), umfassend: eine erste und eine zweite VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002), die an einem gemeinsamen Substrat (110) angebracht sind, welches für von der VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) emittierte elektromagnetische Strahlung (16) transparent ist; und eine und eine zweite Linse (1131, 1132), wobei die erste Linse (1131) zur Ablenkung von von der ersten VCSEL-Vorrichtung (1001) emittierter elektromagnetischer Strahlung (16) eingerichtet ist und die zweite Linse (1132) zur Ablenkung von von der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1002) emittierter elektromagnetischer Strahlung (16) eingerichtet ist, wobei die erste und die zweite Linse (1131, 1132) auf einer von den VCSEL-Vorrichtungen (1001, 1002) abgewandten Seite des Substrats (110) angeordnet sind, eine Position einer Apertur (106) der ersten VCSEL-Vorrichtung (1001) gegenüber einer optischen Achse (115) der ersten Linse (1131) verschoben ist und eine Position der Apertur (106) der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1002) gegenüber der optischen Achse (115) der zweiten Linse (113) verschoben ist.Sensor device (15) comprising: a first and a second VCSEL device (1001, 1002) mounted on a common substrate (110) which is transparent to electromagnetic radiation (16) emitted by the VCSEL device (1001, 1002); and one and a second lens (1131, 1132), wherein the first lens (1131) is configured to deflect electromagnetic radiation (16) emitted by the first VCSEL device (1001) and the second lens (1132) is configured to deflect electromagnetic radiation (16) emitted by the second VCSEL device (1002), wherein the first and second lenses (1131, 1132) are arranged on a side of the substrate (110) facing away from the VCSEL devices (1001, 1002), a position of an aperture (106) of the first VCSEL device (1001) is shifted relative to an optical axis (115) of the first lens (1131) and a position of the aperture (106) of the second VCSEL device (1002) relative to the optical axis (115) of the second lens (113) is shifted. Sensorvorrichtung (15) nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) so angeordnet sind, dass ein Abstand zwischen der Apertur (106) der ersten VCSEL-Vorrichtung (1001) und der Apertur (106) der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1002) von einem Abstand der optischen Achsen (115) der ersten und der zweiten Linse (1131, 1132) verschieden ist.Sensor device (15) according to Claim 2 , wherein the first and second VCSEL devices (1001, 1002) are arranged such that a distance between the aperture (106) of the first VCSEL device (1001) and the aperture (106) of the second VCSEL device (1002) is different from a distance of the optical axes (115) of the first and second lenses (1131, 1132). Sensorvorrichtung (15) nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Verbindungslinie (118) zwischen der Apertur (106) der ersten VCSEL-Vorrichtung (1001) und der Apertur (106) der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1002) von einer Verbindungslinie (117) zwischen der optischen Achse (115) der ersten Linse (1131) und der optischen Achse (115) der zweiten Linse (1132) verschieden ist.Sensor device (15) according to Claim 2 or 3 , wherein a connecting line (118) between the aperture (106) of the first VCSEL device (1001) and the aperture (106) of the second VCSEL device (1002) is different from a connecting line (117) between the optical axis (115) of the first lens (1131) and the optical axis (115) of the second lens (1132). Sensorvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Abstand zwischen der Apertur (106) der ersten VCSEL-Vorrichtung (1001) und der Apertur (106) der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1002) kleiner als der Abstand der optischen Achsen (115) der ersten und der zweiten Linse (1131, 1132) ist.Sensor device according to Claim 3 or 4 , wherein the distance between the aperture (106) of the first VCSEL device (1001) and the aperture (106) of the second VCSEL device (1002) is smaller than the distance between the optical axes (115) of the first and second lenses (1131, 1132). Sensorvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner mit einem ersten Detektor (1161) zum Nachweisen eines ersten Interferenzsignals, das durch kohärente Überlagerung von von der ersten VCSEL-Vorrichtung (1001) emittierter erster Strahlung (16) mit einem ersten reflektierten Signal (17), das sich bei Reflexion der ersten Strahlung (16) an einem Objekt (20) ergibt, erhältlich ist, sowie einem zweiten Detektor (1162) zum Nachweisen eines zweiten Interferenzsignals, das durch kohärente Überlagerung von von der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1002) emittierter Strahlung mit einem zweiten reflektierten Signal (17), das sich bei Reflexion der zweiten Strahlung (16) an dem Objekt (20) ergibt, erhältlich ist.Sensor device (15) according to one of the Claims 2 until 5 , further comprising a first detector (1161) for detecting a first interference signal which is obtainable by coherent superposition of first radiation (16) emitted by the first VCSEL device (1001) with a first reflected signal (17) which results when the first radiation (16) is reflected by an object (20), and a second detector (1162) for detecting a second interference signal which is obtainable by coherent superposition of radiation emitted by the second VCSEL device (1002) with a second reflected signal (17) which results when the second radiation (16) is reflected by the object (20). Sensorvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, ferner mit einer Spannungsquelle (108), wobei die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) gemeinsam durch die Spannungsquelle (108) ansteuerbar sind.Sensor device (15) according to one of the Claims 2 until 6 , further comprising a voltage source (108), wherein the first and second VCSEL devices (1001, 1002) can be controlled jointly by the voltage source (108). Sensorvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, ferner mit einer Spannungsquelle (108), wobei die erste und die zweite VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) getrennt voneinander durch die Spannungsquelle (108) ansteuerbar sind.Sensor device (15) according to one of the Claims 2 until 6 , further comprising a voltage source (108), wherein the first and the second VCSEL device (1001, 1002) can be controlled separately from one another by the voltage source (108). Sensorvorrichtung (15) nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein erstes Interferenzsignal, das durch kohärente Überlagerung von von der ersten VCSEL-Vorrichtung (1001) emittierter erster Strahlung (16) mit einem ersten reflektierten Signal (17), das sich bei Reflexion der ersten Strahlung (16) an einem Objekt (20) ergibt, erhältlich ist, sowie ein zweites Interferenzsignal, das durch kohärente Überlagerung von von der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1002) emittierter Strahlung mit einem zweiten reflektierten Signal (17), das sich bei Reflexion der zweiten Strahlung (16) an dem Objekt (20) ergibt, erhältlich ist, durch Auslesen eines Spannungssignals jeweils an der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) ermittelbar ist.Sensor device (15) according to Claim 7 or 8th , wherein a first interference signal, which is obtainable by coherent superposition of first radiation (16) emitted by the first VCSEL device (1001) with a first reflected signal (17) which results when the first radiation (16) is reflected by an object (20), and a second interference signal, which is obtainable by coherent superposition of radiation emitted by the second VCSEL device (1002) with a second reflected signal (17) which results when the second radiation (16) is reflected by the object (20), can be determined by reading out a voltage signal at each of the first and second VCSEL devices (1001, 1002). Elektronische Vorrichtung (30), welche die Sensorvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 2 bis 9 sowie ein Gehäuse (120) aufweist.Electronic device (30) which comprises the sensor device (15) according to one of the Claims 2 until 9 and a housing (120). Elektronische Vorrichtung (30) nach Anspruch 10, wobei die von der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) emittierte Strahlung (16) jeweils an dem Gehäuse (120) reflektiert wird.Electronic device (30) according to Claim 10 , wherein the radiation (16) emitted by the first and second VCSEL devices (1001, 1002) is each reflected by the housing (120). Elektronische Vorrichtung (30) nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse (120) für die von der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) emittierte elektromagnetische Strahlung (16) transparent ist und die von der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) emittierte elektromagnetische Strahlung (16) jeweils an dem Objekt (30) außerhalb des Gehäuses (120) reflektiert wird.Electronic device (30) according to Claim 10 , wherein the housing (120) is transparent to the electromagnetic radiation (16) emitted by the first and second VCSEL devices (1001, 1002), and the electromagnetic radiation (16) emitted by the first and second VCSEL devices (1001, 1002) is reflected by the object (30) outside the housing (120). Benutzerschnittstelle (35), die die elektronische Vorrichtung (30) nach Anspruch 11 aufweist, wobei eine Benutzereingabe über eine örtliche Verformung des Gehäuses (120) erfolgt.User interface (35) which controls the electronic device (30) according to Claim 11 having, wherein a user input is made via a local deformation of the housing (120). Benutzerschnittstelle (35), die die elektronische Vorrichtung (30) nach Anspruch 12 aufweist, wobei die von der ersten und der zweiten VCSEL-Vorrichtung (1001, 1002) emittierte elektromagnetische Strahlung (16) jeweils an einem Finger reflektiert wird, und eine Benutzereingabe über eine Bewegung des Fingers erfolgt.User interface (35) which controls the electronic device (30) according to Claim 12 wherein the electromagnetic radiation (16) emitted by the first and second VCSEL devices (1001, 1002) is reflected by a finger in each case, and a user input is made via a movement of the finger.
DE102022126127.1A 2022-10-10 2022-10-10 VCSEL ELEMENT, SENSOR DEVICE, ELECTRONIC DEVICE AND USER INTERFACE Pending DE102022126127A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022126127.1A DE102022126127A1 (en) 2022-10-10 2022-10-10 VCSEL ELEMENT, SENSOR DEVICE, ELECTRONIC DEVICE AND USER INTERFACE
PCT/EP2023/075606 WO2024078823A1 (en) 2022-10-10 2023-09-18 Vcsel element, sensor device, electronic device and user interface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022126127.1A DE102022126127A1 (en) 2022-10-10 2022-10-10 VCSEL ELEMENT, SENSOR DEVICE, ELECTRONIC DEVICE AND USER INTERFACE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022126127A1 true DE102022126127A1 (en) 2024-04-11

Family

ID=88093803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022126127.1A Pending DE102022126127A1 (en) 2022-10-10 2022-10-10 VCSEL ELEMENT, SENSOR DEVICE, ELECTRONIC DEVICE AND USER INTERFACE

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022126127A1 (en)
WO (1) WO2024078823A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020104957A1 (en) 2000-11-06 2002-08-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of measuring the movement of an input device
US20200374620A1 (en) 2018-04-13 2020-11-26 Apple Inc. Self-Mixing Interference Based Sensors for Characterizing User Input
US20210104873A1 (en) 2018-06-26 2021-04-08 Trumpf Photonic Components Gmbh Vcsel device for an smi sensor for recording three-dimensional pictures

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101561487B1 (en) * 2012-03-19 2015-10-19 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 Optical sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020104957A1 (en) 2000-11-06 2002-08-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of measuring the movement of an input device
US20200374620A1 (en) 2018-04-13 2020-11-26 Apple Inc. Self-Mixing Interference Based Sensors for Characterizing User Input
US20210104873A1 (en) 2018-06-26 2021-04-08 Trumpf Photonic Components Gmbh Vcsel device for an smi sensor for recording three-dimensional pictures

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024078823A1 (en) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10693033B2 (en) Semiconductor chip and method for producing a semiconductor chip
US11004876B2 (en) Method for producing a semiconductor chip and semiconductor chip
DE102017109812A1 (en) Light-emitting semiconductor chip and method for producing a light-emitting semiconductor chip
DE102008022941A1 (en) Sensor system with a lighting device and a detector device
DE112021000475T5 (en) SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT
WO2000052793A1 (en) Vertical resonator laser diode with a light absorbing layer
DE102022126127A1 (en) VCSEL ELEMENT, SENSOR DEVICE, ELECTRONIC DEVICE AND USER INTERFACE
US6441373B1 (en) Infrared photodetector and method of manufacturing the same
DE102018124040A1 (en) OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR DEVICE WITH FIRST AND SECOND OPTOELECTRONIC ELEMENTS
WO2022053294A1 (en) Optoelectronic semiconductor component, optoelectronic semiconductor device, method for operating an optoelectronic semiconductor component, and biosensor
WO2021239407A1 (en) Semiconductor laser with a horizontal laser element and a vertical laser element, lidar system and production method
EP2096459B1 (en) Sensor system with a lighting device and a detection device
DE112022001894T5 (en) LIGHTING DEVICE AND DISTANCE MEASURING DEVICE
WO2022074140A1 (en) Surface-emitting semiconductor laser
DE102012110613A1 (en) Optoelectronic semiconductor component e.g. superluminescent LED laser light source for Pico projection application, has recess that is formed in main surface transversely to radiation direction side of bar-shaped structure
WO2022053349A2 (en) Optoelectronic semiconductor component, optoelectronic semiconductor device and lidar system
WO2023208734A1 (en) Optical microphone
DE102020118824A1 (en) SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONIC DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONIC DEVICE AND LIDAR SYSTEM
DE112019007731T5 (en) OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR CHIP WITH A CONTACT ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR CHIP
JP7129359B2 (en) Semiconductor laser wafers and semiconductor lasers
WO2022053345A1 (en) Laser source, lidar system, and method for controlling a laser source
WO2022053300A1 (en) Optical measuring system and method for measuring a distance or a speed of an object
WO2020109530A1 (en) Optoelectronic semiconductor component having a current distribution layer and method for producing the optoelectronic semiconductor component
DE102023105741A1 (en) SENSOR MODULE, METHOD FOR PRODUCING A SENSOR MODULE AND USE OF A MICRO-LED
DE102018128336A1 (en) OPTICAL ELEMENT, OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR DEVICE WITH LENS, METHOD FOR PRODUCING THE OPTICAL ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING THE SEMICONDUCTOR DEVICE WITH LENS

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified