DE112020001962T5 - Oberflächenemittierender laser mit vertikalem resonator - Google Patents

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Qing Wang
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Ams Sensors Asia Pte Ltd
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Abstract

Ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL) umfasst einen inneren Lichterzeugungsbereich, eine äußere lichtemittierende Oberfläche und einen räumlichen Modulationsbereich, der monolithisch mit dem inneren Lichterzeugungsbereich integriert ist, so dass der räumliche Modulationsbereich zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und der äußeren lichtemittierenden Oberfläche angeordnet ist. Der räumliche Modulationsbereich ist so konfiguriert, dass er das von dem inneren Lichterzeugungsbereich erzeugte Licht formt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren Licht emittierenden Oberfläche emittiert wird. Die VCSEL-Vorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie einen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten Richtung aussendet, einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Strahldivergenz aussendet und/oder einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Form oder Struktur quer zu einer Ausbreitungsrichtung aussendet, so dass der Lichtstrahl einen vorbestimmten Lichtpunkt oder ein vorbestimmtes Lichtmuster bildet, wenn er auf eine Oberfläche projiziert wird. Eine Vielzahl von VCSEL-Vorrichtungen und ein Verfahren zur Herstellung einer VCSEL-Vorrichtung werden ebenfalls offenbart.Der Zusammenfassung ist bei der Veröffentlichung ABB. 1A beizufügen.

Description

  • FELD
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine oberflächenemittierende LaserVorrichtung mit vertikalem Resonator (VCSEL) zum Emittieren eines geformten Lichtstrahls und insbesondere, aber nicht ausschließlich, zum Emittieren eines Lichtstrahls entlang einer vorbestimmten Richtung, zum Emittieren eines Lichtstrahls mit einer vorbestimmten Strahldivergenz und/oder zum Emittieren eines Lichtstrahls mit einer vorbestimmten Form oder Struktur quer zu einer Ausbreitungsrichtung, so dass der Lichtstrahl einen vorbestimmten Lichtpunkt oder ein vorbestimmtes Lichtmuster bildet, wenn er auf eine Oberfläche projiziert wird.
  • HINTERGRUND
  • Es ist bekannt, dass VCSELs zur Lichtemission für verschiedene technische Anwendungen eingesetzt werden. Ein herkömmlicher VCSEL ist im Allgemeinen so konfiguriert, dass er einen kreisförmigen oder elliptischen Strahl in einer Richtung senkrecht zu einer Licht emittierenden Oberfläche des VCSEL aussendet. Wenn eine bestimmte technische Anwendung einen geformten Strahl erfordert, z. B. einen Strahl mit einer bestimmten Abstrahlrichtung, einer bestimmten Strahldivergenz oder einer bestimmten Form oder Struktur quer zur Ausbreitungsrichtung, ist es auch bekannt, ein VCSEL-System oder eine VCSEL-Anordnung mit einem VCSEL und einer oder mehreren zusätzlichen strahlformenden Komponenten in optischer Ausrichtung mit dem VCSEL zu verwenden, um den kreisförmigen Lichtstrahl nach der Emission aus dem VCSEL zu formen. Solche VCSEL-Systeme oder -Anordnungen können z. B. einen VCSEL in optischer Ausrichtung mit einer oder mehreren Linsen, einer oder mehreren Mikrooptiken, einer oder mehreren optischen Masken oder Ähnlichem umfassen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine oberflächenemittierende Lasereinrichtung mit vertikalem Resonator (VCSEL) bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
    • einen inneren, Licht erzeugenden Bereich;
    • eine äußere Lichtaustrittsfläche; und
    • einen räumlichen Modulationsbereich, der monolithisch in den inneren Lichterzeugungsbereich integriert ist, so dass sich der räumliche Modulationsbereich zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und der äußeren lichtemittierenden Fläche befindet,
    • wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass er das von dem inneren lichterzeugenden Bereich erzeugte Licht formt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird.
  • Eine solche VCSEL-Vorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie einen geformten Lichtstrahl aussendet. Beispielsweise kann eine solche VCSEL-Vorrichtung so konfiguriert sein, dass sie einen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten Richtung aussendet, einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Strahldivergenz aussendet und/oder einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Form oder Struktur aussendet, um einen vorbestimmten Lichtpunkt oder ein vorbestimmtes Lichtmuster zu bilden, wenn er auf eine Oberfläche projiziert wird. Eine solche VCSEL-Vorrichtung kann einfacher, kompakter und/oder robuster sein als ein bekanntes VCSEL-System oder eine bekannte VCSEL-Anordnung zum Aussenden eines geformten Lichtstrahls, wobei das bekannte VCSEL-System oder die bekannte VCSEL-Anordnung einen herkömmlichen VCSEL und eine oder mehrere zusätzliche optische Strahlformungskomponenten in optischer Ausrichtung mit dem herkömmlichen VCSEL umfasst. Bei einer solchen VCSEL-Vorrichtung ist auch keine Ausrichtung zwischen der VCSEL-Vorrichtung und einer oder mehreren zusätzlichen optischen Strahlformungskomponenten erforderlich, um einen geformten Lichtstrahl zu erzeugen.
  • Der innere Lichterzeugungsbereich, der räumliche Modulationsbereich und die äußere Lichtaustrittsfläche können entlang einer VCSEL-Achse angeordnet sein. Der räumliche Modulationsbereich kann so konfiguriert sein, dass er dem vom inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine räumliche Quermodulation relativ zur VCSEL-Achse auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird. Der räumliche Modulationsbereich kann so konfiguriert sein, dass er dem von dem inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine räumliche Transversalmodulation in mindestens einer der Größen Amplitude, Phase und Polarisation auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren Lichtaustrittsfläche abgestrahlt wird. Der räumliche Modulationsbereich kann als integrierter Strahlformer dienen oder einen solchen darstellen, z. B. einen diffraktiven oder holografischen integrierten Strahlformer.
  • Der räumliche Modulationsbereich kann eine äußere Oberfläche definieren, die vom inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, wobei die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs ein unebenes Profil aufweist.
  • Der räumliche Modulationsbereich kann eine Vielzahl von Beugungselementbereichen definieren, wobei jeder Beugungselementbereich eine entsprechende äußere Oberfläche definiert, die von dem inneren lichterzeugenden Bereich weggerichtet ist, und jeder Beugungselementbereich eine entsprechende Dicke aufweist, die in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse gemessen wird, so dass die äußere Oberfläche jedes Beugungselementbereichs in einem entsprechenden Abstand von dem inneren lichterzeugenden Bereich angeordnet ist, der in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse gemessen wird, und wobei die äußeren Oberflächen der Vielzahl von Beugungselementbereichen zusammen die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs definieren.
  • Die Dicken von mindestens zwei der beugenden Elementbereiche können unterschiedlich sein.
  • Die Dicke jedes diffraktiven Elementbereichs kann aus einer endlichen Gruppe von zwei oder mehr verschiedenen Dicken ausgewählt werden.
  • Die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs kann als ein beugender optischer Bereich oder ein geblähtes Beugungsgitter betrachtet werden.
  • Die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs kann durch einen oder mehrere Schritte definiert werden, wobei jeder Schritt das Entfernen, z. B. das Ätzen, von Material von einer oder mehreren der äußeren Oberflächen eines oder mehrerer der Beugungselementbereiche umfasst.
  • Die Vielzahl von Diffraktionselementbereichen kann lithografisch mit einer oder mehreren Lithografiemasken definiert werden.
  • Die Dicke jedes Beugungselementbereichs kann aus einer Gruppe von 2N verschiedenen Dicken ausgewählt werden, wobei N die Anzahl der Lithografiemasken ist, die zur Definition der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs verwendet werden.
  • Die Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs kann durch ein Präge-, Form- oder Stanzverfahren definiert werden. Beispielsweise kann die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch eine Form oder einen Stempel, wie eine Urform oder einen Urstempel, definiert werden.
  • Die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs kann durch einen selektiven Wachstumsprozess, z. B. durch Abscheidung von Atomschichten, definiert werden.
  • Jeder Beugungselementbereich des räumlichen Modulationsbereichs kann an mindestens einen benachbarten Beugungselementbereich des räumlichen Modulationsbereichs angrenzen oder mit ihm zusammenhängen.
  • Jeder diffraktive Elementbereich kann so konfiguriert sein, dass die Außenflächen der mehreren diffraktiven Elementbereiche einen Füllfaktor von 100 % der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs erreichen. Beispielsweise kann jeder Diffraktionselementbereich eine Außenfläche beliebiger Form und/oder Größe haben, so dass die Außenflächen der mehreren Diffraktionselementbereiche einen Füllfaktor von 100 % der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs erreichen. Zwei oder mehr der Diffraktionselementbereiche können Außenflächen mit der gleichen Form und/oder Größe haben. Zwei oder mehr der Diffraktionselementbereiche können Außenflächen mit unterschiedlicher Form und/oder Größe haben.
  • Mindestens zwei der Außenflächen der Beugungselementbereiche können dreieckig, vierseitig, quadratisch, rechteckig oder sechseckig sein.
  • Die Außenflächen aller Bereiche der diffraktiven Elemente können die gleiche Form und Größe haben.
  • Mindestens zwei der Außenflächen der diffraktiven Elementbereiche können unterschiedliche Formen und/oder Größen haben.
  • Die Außenflächen der Beugungselementbereiche können eine Mindestgröße von 0,5 m oder weniger, 0,2 m oder weniger oder 0,1 m oder weniger haben.
  • Die äußere Lichtaustrittsfläche kann durch die Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs definiert sein.
  • Die VCSEL-Vorrichtung kann einen Schutzbereich umfassen, wobei der Schutzbereich den räumlichen Modulationsbereich abdeckt, eine äußere Oberfläche des Schutzbereichs die äußere lichtemittierende Oberfläche definiert und der Schutzbereich für die Übertragung von Licht konfiguriert ist, das von dem inneren lichterzeugenden Bereich erzeugt wird.
  • Der Schutzbereich kann aus mindestens einem der folgenden Stoffe bestehen: Siliziumdioxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und ein Polymer.
  • Der innere lichterzeugende Bereich kann eine oder mehrere Schichten aus Halbleitermaterial umfassen.
  • Der innere lichterzeugende Bereich kann eine oder mehrere Quantenmulden und eine Vielzahl von Barrieren umfassen, wobei jede Quantenmulde zwischen zwei der Barrieren angeordnet ist.
  • Der innere lichterzeugende Bereich kann aus mindestens einem der folgenden Materialien bestehen: Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AIGaAs) und Indiumgalliumarsenid (InGaAs).
  • Der innere lichterzeugende Bereich kann eine oder mehrere Galliumarsenid (GaAs)-Quantentöpfe und eine Vielzahl von Aluminium-Galliumarsenid (AIGaAs)-Barrieren umfassen, wobei jeder Galliumarsenid (GaAs)-Quantentopf zwischen zwei der Aluminium-Galliumarsenid (AIGaAs)-Barrieren liegt.
  • Der innere lichterzeugende Bereich kann einen oder mehrere Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)-Quantentöpfe und eine Vielzahl von Gallium-Arsenid (GaAs)-Barrieren umfassen, wobei jeder Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)-Quantentopf zwischen zwei der Gallium-Arsenid (GaAs)-Barrieren angeordnet ist.
  • Die VCSEL-Vorrichtung kann Folgendes umfassen:
    • ein Substrat;
    • eine untere Spiegelstruktur; und
    • eine obere Spiegelstruktur,
    • wobei das Substrat, die untere Spiegelstruktur, der innere Lichterzeugungsbereich, die obere Spiegelstruktur und der räumliche Modulationsbereich alle monolithisch integriert sind, und
    • wobei die untere Spiegelstruktur näher an dem Substrat liegt als die obere Spiegelstruktur und der innere Lichterzeugungsbereich zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur liegt.
  • Mindestens eine der unteren und oberen Spiegelstrukturen kann aus einer verteilten Bragg-Gitterstruktur bestehen.
  • Die untere Spiegelstruktur, der innere Lichterzeugungsbereich und die obere Spiegelstruktur können epitaktisch auf dem Substrat aufgewachsen werden.
  • Das Substrat kann aus Galliumarsenid (GaAs) bestehen.
  • Mindestens eine der unteren und oberen Spiegelstrukturen kann aus Aluminium-Gallium-Arsenid (AIGaAs) und optional aus Gallium-Arsenid (GaAs) bestehen.
  • Das VCSEL-Bauelement kann ein von oben emittierendes VCSEL-Bauelement sein. Das VCSEL-Bauelement kann so konfiguriert sein, dass es Licht in einer Richtung weg vom Substrat emittiert. Der innere lichterzeugende Bereich kann sich zwischen dem Substrat und der äußeren lichtemittierenden Fläche befinden. Die obere Spiegelstruktur kann sich zwischen dem inneren lichterzeugenden Bereich und dem räumlichen Modulationsbereich befinden. Der räumliche Modulationsbereich kann sich in der Nähe der oberen Spiegelstruktur befinden und/oder auf dieser angeordnet sein. Der räumliche Modulationsbereich kann aus einem Halbleitermaterial bestehen, das dasselbe ist wie das Halbleitermaterial, aus dem mindestens eines von dem Substrat, der unteren Spiegelstruktur, dem inneren lichterzeugenden Bereich und der oberen Spiegelstruktur besteht. Der räumliche Modulationsbereich kann aus GaAs und/oder AlGaAs bestehen. Das Material des räumlichen Modulationsbereichs kann epitaktisch auf die obere Spiegelstruktur aufgewachsen werden. Das Material des räumlichen Modulationsbereichs kann auf die obere Spiegelstruktur aufgebracht werden. Der räumliche Modulationsbereich kann aus einem Polymermaterial und/oder einem dielektrischen Material bestehen.
  • Das VCSEL-Bauelement kann ein von unten emittierendes VCSEL-Bauelement sein. Die VCSEL-Vorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie Licht durch das Substrat emittiert. Das Substrat kann sich zwischen dem inneren lichterzeugenden Bereich und der äußeren lichtemittierenden Fläche befinden. Der räumliche Modulationsbereich kann sich zwischen der unteren Spiegelstruktur und der äußeren Lichtaustrittsfläche befinden. Die untere Spiegelstruktur, der innere lichterzeugende Bereich und die obere Spiegelstruktur können an, bei oder auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet sein. Beispielsweise können die untere Spiegelstruktur, der innere lichterzeugende Bereich und die obere Spiegelstruktur epitaktisch auf der ersten Seite des Substrats aufgewachsen sein. Der räumliche Modulationsbereich kann sich an, bei oder auf einer zweiten Seite des Substrats befinden, die der ersten Seite des Substrats gegenüberliegt. Der räumliche Modulationsbereich kann durch das Substrat auf der zweiten Seite des Substrats definiert sein. Der räumliche Modulationsbereich kann aus epitaktisch gewachsenem oder auf der zweiten Seite des Substrats abgeschiedenem Material bestehen oder daraus gebildet sein. Der räumliche Modulationsbereich kann aus demselben Material bestehen, aus dem auch das Substrat besteht. Der räumliche Modulationsbereich kann aus einem Polymermaterial und/oder einem dielektrischen Material bestehen.
  • Der innere Lichterzeugungsbereich, der räumliche Modulationsbereich und die äußere lichtemittierende Oberfläche können entlang einer VCSEL-Achse angeordnet sein, wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert sein kann, dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten Richtung oder Lichtemissionsachse emittiert, und wobei die vorbestimmte Richtung oder Lichtemissionsachse einen von Null verschiedenen Winkel relativ zur VCSEL-Achse definiert.
  • Der räumliche Modulationsbereich kann so konfiguriert sein, dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl mit einer vorgegebenen Strahldivergenz aussendet.
  • Der räumliche Modulationsbereich kann so konfiguriert sein, dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Form oder Struktur quer zu einer Ausbreitungsrichtung aussendet, so dass der Lichtstrahl einen vorbestimmten Lichtpunkt oder ein vorbestimmtes Lichtmuster bildet, wenn er auf eine Oberfläche projiziert wird.
  • Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann aus einer oder mehreren vorgegebenen Formen bestehen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann aus einem oder mehreren Dreiecken, Vierecken und/oder Polygonen bestehen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann aus einem oder mehreren Punkten bestehen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann eine oder mehrere kreisförmige oder elliptische Formen aufweisen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann aus einem oder mehreren Ringen bestehen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann eine oder mehrere Linien umfassen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann aus einem oder mehreren Kreuzen bestehen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann ein periodisches Lichtmuster in einer und/oder zwei Dimensionen umfassen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann aus einem Schachbrettmuster bestehen.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann ein Hadamard-Muster sein.
  • Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann aus einem oder mehreren Symbolen, Buchstaben und/oder Ziffern bestehen.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Bauelemente kann für den Einsatz in einem mobilen elektronischen Gerät geeignet sein.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Geräte kann für die Laserentfernungsmessung, 3D-Sensorik, 3D-Bildgebung, Näherungssensorik, Umweltsensorik, Gesichtserkennung und Blickverfolgung eingesetzt werden.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Geräte kann für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug geeignet sein.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Bauelemente kann für die Verwendung in mindestens einem der Bereiche LIDAR (Light Detection and Ranging), Fahrerüberwachung, Gestenerkennung und Lichtprojektion geeignet sein.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Geräte kann für die medizinische 3D-Bildgebung, die Überwachung der Pulsfrequenz oder die Haarentfernung verwendet werden.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Geräte eignet sich für den Einsatz in der industriellen Heizung und/oder der additiven Fertigung.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Bauelemente kann für die Beleuchtung z. B. einer Überwachungskamera verwendet werden.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Geräte kann für den Einsatz im Laserdruck geeignet sein.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Bauelemente kann für die Positionierung von Computermäusen verwendet werden.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Bauelemente kann für die Datenkommunikation, z. B. Li-Fi, verwendet werden.
  • Jedes der oben beschriebenen VCSEL-Bauelemente kann für den Einsatz in einer Atomuhr geeignet sein.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein mobiles elektronisches Gerät bereitgestellt, das eine VCSEL-Vorrichtung, wie oben beschrieben, für mindestens eines der folgenden Verfahren umfasst: Laserentfernungsmessung, 3D-Sensorik, 3D-Bildgebung, Näherungssensorik, Umweltsensorik, Gesichtserkennung und Augenverfolgung.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Automobil bereitgestellt, das eine VCSEL-Vorrichtung, wie oben beschrieben, für mindestens eine der Funktionen Lichterfassung und -entfernung (LIDAR), Fahrerüberwachung, Gestenerkennung und Lichtprojektion umfasst.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Mehrzahl von VCSEL-Bauelementen bereitgestellt, wobei jedes VCSEL-Bauelement eines der oben beschriebenen VCSEL-Bauelemente umfasst, wobei die Mehrzahl von VCSEL-Bauelementen auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet oder monolithisch integriert ist. Die mehreren VCSEL-Bauelemente können in einem 1 D- oder 2D-Array angeordnet sein, beispielsweise in einem regelmäßigen 1 D- oder 2D-Array.
  • Der räumliche Modulationsbereich jedes VCSEL-Bauelements kann eine entsprechende Außenfläche definieren, die von dem entsprechenden inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, und wobei die entsprechende Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs jedes VCSEL-Bauelements ein entsprechendes ungleichmäßiges Profil aufweist.
  • Die Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei der VCSEL-Bauelemente können gleich sein.
  • Die Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei der VCSEL-Bauelemente können unterschiedlich sein. Folglich können zwei oder mehr VCSEL-Bauelemente unterschiedlich geformte Strahlen aussenden, obwohl die mehreren VCSEL-Bauelemente zur gleichen Zeit hergestellt werden, z. B. durch einen oder mehrere lithografische Bearbeitungsschritte.
  • Das Profil der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs jedes VCSEL-Bauelements kann so konfiguriert sein, dass es einen entsprechenden geformten Strahl aussendet, so dass die mehreren VCSEL-Bauelemente mehrere geformte Strahlen aussenden, die sich kombinieren oder überlagern, um ein gewünschtes oder vorbestimmtes Strahlenmuster oder eine Lichtintensitätsverteilung im Fernfeld zu erzeugen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) bereitgestellt, wobei das VCSEL-Bauelement eine äußere lichtemittierende Oberfläche umfasst und das Verfahren umfasst:
    • monolithische Integration eines räumlichen Modulationsbereichs der VCSEL-Vorrichtung mit einem inneren Lichterzeugungsbereich der VCSEL-Vorrichtung, so dass sich der räumliche Modulationsbereich zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und der äußeren lichtemittierenden Oberfläche befindet,
    • wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass er das von dem inneren lichterzeugenden Bereich erzeugte Licht vor der Emission von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche formt.
  • Der innere Lichterzeugungsbereich, der räumliche Modulationsbereich und die äußere lichtemittierende Oberfläche können entlang einer VCSEL-Achse angeordnet sein, und wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert sein kann, dass er dem von dem inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine räumliche Modulation quer zur VCSEL-Achse auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird.
  • Der räumliche Modulationsbereich kann so konfiguriert sein, dass er dem vom inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine transversale räumliche Modulation der Amplitude, der Phase und/oder der Polarisation auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Fläche abgestrahlt wird.
  • Das Verfahren kann die Festlegung einer Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs umfassen, die von dem inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, und wobei die Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs ein ungleichmäßiges Profil aufweist.
  • Das Verfahren kann die Verwendung von Lithographie zur Definition der äußeren Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs umfassen.
  • Das Verfahren kann das Definieren einer Vielzahl von Beugungselementbereichen des räumlichen Modulationsbereichs umfassen, wobei jeder Beugungselementbereich eine entsprechende äußere Oberfläche definiert, die von dem inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, und jeder Beugungselementbereich eine entsprechende Dicke aufweist, die in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse gemessen wird, so dass die äußere Oberfläche jedes Beugungselementbereichs in einem entsprechenden Abstand von dem inneren Lichterzeugungsbereich angeordnet ist, der in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse gemessen wird, wobei die äußeren Oberflächen der Vielzahl von Beugungselementbereichen zusammen die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs definieren.
  • Das Verfahren kann die Festlegung der mehreren Beugungselementbereiche des räumlichen Modulationsbereichs durch Lithographie umfassen.
  • Die Dicken von mindestens zwei der beugenden Elementbereiche können unterschiedlich sein.
  • Die Dicke jedes diffraktiven Elementbereichs kann aus einer endlichen Gruppe von zwei oder mehr verschiedenen Dicken ausgewählt werden.
  • Die Dicke jedes Beugungselementbereichs kann aus einer Gruppe von 2N verschiedenen Dicken ausgewählt werden, wobei N die Anzahl der Lithografiemasken ist, die zur Herstellung des räumlichen Modulationsbereichs verwendet werden.
  • Das Verfahren kann die Definition der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch ein Präge-, Form- oder Stempelverfahren umfassen.
  • Beispielsweise kann das Verfahren die Definition der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch Verwendung einer Form oder eines Stempels, wie etwa einer Urform oder eines Urstempels, umfassen, um die Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs zu prägen, zu formen oder zu stanzen.
  • Das Verfahren kann darin bestehen, dass die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch einen selektiven Wachstumsprozess, z. B. durch Abscheidung von Atomschichten, definiert wird.
  • Das Verfahren kann die monolithische Integration des inneren lichterzeugenden Bereichs und des räumlichen Modulationsbereichs mit einem Substrat umfassen, so dass sich das Substrat zwischen dem inneren lichterzeugenden Bereich und der äußeren lichtemittierenden Fläche befindet.
  • Das Verfahren kann darin bestehen, dass die Dicke des Substrats so gewählt wird, dass die VCSEL-Vorrichtung an der lichtemittierenden Oberfläche einen Lichtstrahl einer bestimmten Größe aussendet.
  • Das Verfahren kann die Bildung oder monolithische Integration einer Vielzahl von VCSEL-Vorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat umfassen, wobei jede VCSEL-Vorrichtung eine der oben beschriebenen VCSEL-Vorrichtungen umfasst.
  • Das Verfahren kann das Ausbilden eines räumlichen Modulationsbereichs jedes VCSEL-Bauelements umfassen, so dass der räumliche Modulationsbereich jedes VCSEL-Bauelements eine entsprechende Außenfläche definiert, die von dem entsprechenden inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, und wobei die entsprechende Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs jedes VCSEL-Bauelements ein entsprechendes ungleichmäßiges Profil aufweist.
  • Das Verfahren kann die Ausbildung der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei VCSEL-Vorrichtungen umfassen, so dass die entsprechenden Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche gleich sein können.
  • Das Verfahren kann die Ausbildung der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei VCSEL-Bauelementen umfassen, so dass die entsprechenden Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche unterschiedlich sein können. Folglich können zwei oder mehr der VCSEL-Bauelemente unterschiedlich geformte Strahlen aussenden, obwohl die mehreren VCSEL-Bauelemente zur gleichen Zeit hergestellt werden, z. B. unter Verwendung eines oder mehrerer lithografischer Bearbeitungsschritte.
  • Das Verfahren kann die Bildung des räumlichen Modulationsbereichs jeder VCSEL-Vorrichtung und des entsprechenden Profils der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs umfassen, um einen entsprechenden geformten Strahl zu emittieren, so dass die mehreren VCSEL-Vorrichtungen mehrere geformte Strahlen emittieren, die kombiniert oder überlagert werden, um ein gewünschtes oder vorbestimmtes Strahlmuster oder eine Lichtintensitätsverteilung im Fernfeld zu erzeugen.
  • Es versteht sich, dass jedes oder mehrere der Merkmale eines der vorstehenden Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit jedem oder mehreren der Merkmale eines der anderen vorstehenden Aspekte der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden können.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden werden verschiedene VCSEL-Bauelemente als nicht einschränkende Beispiele nur unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben:
    • ist eine schematische Darstellung eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Resonator (VCSEL);
    • ist eine schematische perspektivische Ansicht der VCSEL-Vorrichtung von , die einen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten Lichtemissionsachse mit einer vorbestimmten Strahldivergenz emittiert;
    • ist eine schematische Seitenansicht der VCSEL-Vorrichtung aus , die einen Lichtstrahl entlang der vorbestimmten Lichtemissionsachse mit der vorbestimmten Strahldivergenz emittiert;
    • ist ein Diagramm der simulierten Intensität gegen den Winkel in Grad für einen Strahl, der von der VCSEL-Vorrichtung aus emittiert wird;
    • ist eine schematische Darstellung eines räumlichen Modulationsbereichs der VCSEL-Vorrichtung aus ;
    • ist eine Darstellung einer transversalen räumlichen Modulation der Phase einer Vielzahl von Sublet-Wellenfronten, die als Ergebnis einer Beugung erzeugt wird, die durch ein Profil einer äußeren Oberfläche des in dargestellten räumlichen Modulationsbereichs verursacht wird;
    • ist ein schematischer Querschnitt der von oben emittierenden VCSEL-Vorrichtung von ;
    • ist ein schematischer Querschnitt einer ersten alternativen, von oben emittierenden VCSEL-Vorrichtung;
    • ist ein schematischer Querschnitt einer zweiten alternativen, von oben emittierenden VCSEL-Vorrichtung;
    • ist ein schematischer Querschnitt einer dritten alternativen, von oben emittierenden VCSEL-Vorrichtung;
    • ist ein schematischer Querschnitt eines von unten emittierenden VCSEL-Bauelements;
    • ist ein schematischer Querschnitt einer ersten alternativen, von unten emittierenden VCSEL-Vorrichtung;
    • ist ein schematischer Querschnitt einer zweiten alternativen, von unten emittierenden VCSEL-Vorrichtung;
    • ist ein schematischer Querschnitt einer dritten alternativen, von unten emittierenden VCSEL-Vorrichtung;
    • zeigt eine Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen einer Außenfläche eines Beugungselementbereichs zur Verwendung in einem räumlichen Modulationsbereich eines VCSEL-Bauelements;
    • zeigt eine Vielzahl verschiedener Lichtpunkte oder -muster, die auf eine Oberfläche projiziert werden können, wenn eine VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Form oder Struktur quer zu einer Ausbreitungsrichtung aussendet;
    • ist eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung von VCSEL-Bauelementen; und
    • ist eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung von VCSEL-Bauelementen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Zunächst ist in ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL) mit der allgemeinen Bezeichnung 2 dargestellt, der eine äußere lichtemittierende Oberfläche 4 und einen monolithisch integrierten räumlichen Modulationsbereich 6 aufweist, der so konfiguriert ist, dass er das von einem inneren lichterzeugenden Bereich (in nicht dargestellt) erzeugte Licht formt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche 4 emittiert wird.
  • Wie im Folgenden näher beschrieben wird, definiert die VCSEL-Vorrichtung 2 eine VCSEL-Achse 8, wobei der räumliche Modulationsbereich 6 so konfiguriert ist, dass er dem von dem inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine räumliche Quermodulation relativ zur VCSEL-Achse 8 auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche 4 emittiert wird. Genauer gesagt ist der räumliche Modulationsbereich 6 so konfiguriert, dass er dem vom inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine transversale räumliche Modulation in mindestens einer der Größen Amplitude, Phase und Polarisation auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren Licht emittierenden Oberfläche 4 emittiert wird.
  • Wie in näher dargestellt, definiert der räumliche Modulationsbereich 6 eine äußere Oberfläche 10 mit einem ungleichmäßigen Profil. Genauer gesagt definiert der räumliche Modulationsbereich 6 eine Vielzahl von diffraktiven Elementbereichen 12, wobei jeder diffraktive Elementbereich 12 eine entsprechende äußere Oberfläche 12a definiert, die von dem inneren lichterzeugenden Bereich (nicht in ), und jeder Beugungselementbereich 12 hat eine entsprechende Dicke, gemessen in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse 8, so dass die äußere Oberfläche 12a jedes Beugungselementbereichs 12 in einem entsprechenden Abstand von dem inneren Lichterzeugungsbereich angeordnet ist, gemessen in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse 8, und wobei die äußeren Oberflächen 12a der mehreren Beugungselementbereiche 12 zusammen die äußere Oberfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 definieren, und wobei die Dicken von mindestens zwei der Beugungselementbereiche 12 unterschiedlich sind. Genauer gesagt, wie in gezeigt, ist die Dicke jedes diffraktiven Elementbereichs 12 aus einer endlichen Gruppe von zwei oder mehr verschiedenen Dicken ausgewählt. Darüber hinaus wird ein Fachmann verstehen, dass die äußere Oberfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 durch einen oder mehrere Schritte definiert werden kann, wobei jeder Schritt das Entfernen von Material von einer oder mehreren äußeren Oberflächen 12a eines oder mehrerer diffraktiver Elementbereiche 12 umfasst, beispielsweise durch Ätzen. Darüber hinaus kann die Vielzahl von Diffraktionselementbereichen 12 lithografisch unter Verwendung einer oder mehrerer Lithografiemasken definiert werden, wobei die Dicke jedes Diffraktionselementbereichs 12 aus einer Gruppe von 2N verschiedenen Dicken ausgewählt werden kann, wobei N die Anzahl der Lithografiemasken ist, die zur Definition der äußeren Oberfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 verwendet werden.
  • Wie in näher dargestellt, umfasst die VCSEL-Vorrichtung 2 ferner ein Substrat 20, eine untere Spiegelstruktur 22, den inneren lichterzeugenden Bereich 24 und eine obere Spiegelstruktur 26, wobei das Substrat 20, die untere Spiegelstruktur 22, der innere lichterzeugende Bereich 24, die obere Spiegelstruktur 26 und der räumliche Modulationsbereich 6 alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur 22 näher an dem Substrat 20 liegt als die obere Spiegelstruktur 26 und der innere lichterzeugende Bereich 24 zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur 22, 26 angeordnet ist. Die äußere lichtemittierende Oberfläche 4 der VCSEL-Vorrichtung 2 wird durch die Außenfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 definiert.
  • Das Substrat 20 ist aus Galliumarsenid (GaAs) hergestellt. Der innere lichterzeugende Bereich 24 wird aus einer oder mehreren Schichten aus Halbleitermaterial gebildet. Insbesondere umfasst der innere lichterzeugende Bereich 24 eine oder mehrere Quantenmulden und eine Vielzahl von Barrieren, wobei sich jede Quantenmulde zwischen zwei der Barrieren befindet. Genauer gesagt umfasst der innere lichterzeugende Bereich 24 eine oder mehrere Galliumarsenid (GaAs)-Quantenmulden und eine Vielzahl von Aluminium-Galliumarsenid (AIGaAs)-Barrieren, wobei jede Galliumarsenid (GaAs)-Quantenmulde zwischen zwei der Aluminium-Galliumarsenid (AIGaAs)-Barrieren angeordnet ist. Die unteren und oberen Spiegelstrukturen 22, 26 bestehen aus verteilten Bragg-Gitterstrukturen. Die untere Spiegelstruktur 22, der innere Lichterzeugungsbereich 24 und die obere Spiegelstruktur 26 sind epitaktisch auf dem Substrat 20 aufgewachsen. Die untere Spiegelstruktur 22 und die obere Spiegelstruktur 26 umfassen jeweils eine Vielzahl von alternierenden Aluminium-Gallium-Arsenid-Schichten (AIGaAs) unterschiedlicher Zusammensetzung, d. h. alternierende AlGaAs-Schichten mit unterschiedlichen Aluminiumanteilen. Die Dicken und Zusammensetzungen der Schichten der unteren Spiegelstruktur 22 sind so gewählt, dass die untere Spiegelstruktur 26 das im inneren Lichterzeugungsbereich 24 erzeugte Licht stark reflektiert. Die Dicken und Zusammensetzungen der Schichten der oberen Spiegelstruktur 26 sind so gewählt, dass die obere Spiegelstruktur 26 das in dem inneren Lichterzeugungsbereich 24 erzeugte Licht nur teilweise reflektiert.
  • Wie aus ersichtlich ist, handelt es sich bei der VCSEL-Vorrichtung 2 um eine von oben emittierende VCSEL-Vorrichtung. Insbesondere ist die VCSEL-Vorrichtung 2 so konfiguriert, dass sie Licht in einer Richtung weg vom Substrat 20 emittiert. Der innere lichterzeugende Bereich 24 befindet sich zwischen dem Substrat 20 und der äußeren lichtemittierenden Fläche 4. Die obere Spiegelstruktur 26 befindet sich zwischen dem inneren lichterzeugenden Bereich 24 und dem räumlichen Modulationsbereich 6. Der räumliche Modulationsbereich 6 ist auf der oberen Spiegelstruktur 26 angeordnet. Der räumliche Modulationsbereich 6 umfasst ein Halbleitermaterial, das dasselbe ist wie das Halbleitermaterial, aus dem mindestens eines von dem Substrat 20, der unteren Spiegelstruktur 22, dem inneren lichterzeugenden Bereich 24 und der oberen Spiegelstruktur 26 besteht, oder ist daraus gebildet. Genauer gesagt ist der räumliche Modulationsbereich 6 aus AlGaAs gebildet. Das Material des räumlichen Modulationsbereichs 6 wird epitaktisch auf die obere Spiegelstruktur 26 aufgewachsen.
  • Die VCSEL-Vorrichtung 2 umfasst auch einen Abstandsbereich 30, der den inneren Lichterzeugungsbereich 24 und die obere Spiegelstruktur 26 umgibt. Die VCSEL-Vorrichtung 2 umfasst ferner eine obere Elektrode 32, die auf einer oberen Fläche 34 des Abstandsbereichs 30 ausgebildet oder aufgebracht ist, und eine untere Elektrode 36, die auf einer unteren Fläche 38 des Substrats 20 ausgebildet oder aufgebracht ist.
  • Bei der Verwendung wird ein elektrischer Strom zwischen der oberen und der unteren Elektrode 32, 36 geleitet, was zur Erzeugung von Licht im inneren Lichterzeugungsbereich 24 und zur Verstärkung des erzeugten Lichts im inneren Lichterzeugungsbereich 24 führt, da das erzeugte Licht zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur 22, 26 durch den inneren Lichterzeugungsbereich 24 reflektiert wird. Die obere Spiegelstruktur 26 überträgt einen Teil des vom inneren lichterzeugenden Bereich 24 erzeugten Lichts.
  • Als Folge des unebenen Oberflächenprofils der Außenfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 unterliegt der Teil des erzeugten Lichts, der von der oberen Spiegelstruktur 26 übertragen wird, einer transversalen räumlichen Modulation oder Beugung, wenn der Teil des erzeugten Lichts durch den räumlichen Modulationsbereich 6 und die äußere lichtemittierende Oberfläche 4 der VCSEL-Vorrichtung 2 übertragen wird, die durch die Außenfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 definiert ist, um einen emittierten Lichtstrahl zu bilden. In der Tat kann die äußere Oberfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 als ein beugender optischer Bereich oder ein Beugungsgitter zur Formung des Teils des erzeugten Lichts betrachtet werden, der von der oberen Spiegelstruktur 26 übertragen wird, bevor das Licht durch die äußere lichtemittierende Oberfläche 4 der VCSEL-Vorrichtung 2 emittiert wird. Genauer gesagt, mit Bezug auf , bricht die Vielzahl von Beugungselementbereichen 12 eine Wellenfront des Teils des erzeugten Lichts, der von der oberen Spiegelstruktur 26 übertragen wird, in eine Vielzahl von sphärischen Sublet-Wellenfronten auf. Die Größe und Form jedes Beugungselementbereichs 12 ist so ausgelegt, dass Amplitude und Phase jeder Sublet-Wellenfront variieren. zeigt beispielsweise die transversale räumliche Modulation der Phase jeder der Sublet-Wellenfronten, die aus der Beugung an der Außenfläche jedes der Beugungselementbereiche 12 resultiert, die das Profil der in gezeigten Außenfläche 10 definieren. Nach der Übertragung durch den räumlichen Modulationsbereich 6 und die äußere lichtemittierende Oberfläche 4 der VCSEL-Vorrichtung 2, die durch die äußere Oberfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 definiert ist, bewegen sich die Sublet-Wellenfronten kohärent im Raum. Eine gewünschte räumliche Verteilung des von der VCSEL-Vorrichtung 2 emittierten Lichts kann durch Steuerung der Dicken der verschiedenen Beugungselementbereiche 12 des räumlichen Modulationsbereichs 6 erreicht werden, um das Profil der Außenfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 und die Amplitude und Phase jedes der Sublet-Wellenfronten zu steuern. So kann beispielsweise eine gewünschte räumliche Verteilung des von der VCSEL-Vorrichtung 2 emittierten Lichts im Fernfeld erzielt werden, indem die Dicken der verschiedenen Beugungselementbereiche 12 des räumlichen Modulationsbereichs 6 so gesteuert werden, dass das Profil der Außenfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 und die Amplitude und Phase jedes der Sublet-Wellenfronten so gesteuert werden, dass eine gewünschte kohärente Überlagerung der mehreren Sublet-Wellenfronten im Fernfeld entsteht.
  • Beispielsweise kann der räumliche Modulationsbereich 6 so konfiguriert sein, dass die VCSEL-Vorrichtung 2 einen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten Richtung oder Lichtemissionsachse emittiert, wobei die vorbestimmte Richtung oder Lichtemissionsachse einen von Null verschiedenen Winkel relativ zur VCSEL-Achse 8 definiert und/oder der räumliche Modulationsbereich 6 so konfiguriert sein kann, dass die VCSEL-Vorrichtung 2 einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Strahldivergenz emittiert. Beispielsweise kann, wie in den , und gezeigt, der räumliche Modulationsbereich 6 so konfiguriert sein, dass die VCSEL-Vorrichtung 2 einen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten Richtung oder Lichtemissionsachse 40 emittiert, wobei die vorbestimmte Richtung oder Lichtemissionsachse 40 einen Winkel von ungefähr 50 Grad relativ zur VCSEL-Achse 8 definiert und der Lichtstrahl eine Strahlendivergenz mit voller Breite und halbem Maximum (FWHM) von ungefähr 60 Grad aufweist.
  • In ist eine erste alternative, von oben emittierende VCSEL-Vorrichtung dargestellt, die allgemein mit 102 bezeichnet ist. Wie ein Fachmann erkennen kann, weist die erste alternative VCSEL-Vorrichtung 102 viele Merkmale auf, die den Merkmalen der VCSEL-Vorrichtung 2 von entsprechen, wobei die Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 102 von mit denselben Bezugsziffern wie die gleichen Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 2 von , erhöht um „100“, gekennzeichnet sind. Wie die VCSEL-Vorrichtung 2 von umfasst auch die VCSEL-Vorrichtung 102 von ein Substrat (120), eine untere Spiegelstruktur (122), einen inneren Lichterzeugungsbereich (124), eine obere Spiegelstruktur (126) und einen räumlichen Modulationsbereich (106), wobei das Substrat (120), die untere Spiegelstruktur (122), der innere Lichterzeugungsbereich (124), die obere Spiegelstruktur (126) und der räumliche Modulationsbereich (106) alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur (122) näher an dem Substrat (120) liegt als die obere Spiegelstruktur (126) und der innere Lichterzeugungsbereich (124) zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur (122, 126) angeordnet ist. Im Gegensatz zu der VCSEL-Vorrichtung 2 von enthält die VCSEL-Vorrichtung 102 von jedoch einen Siliziumdioxid-Schutzbereich in Form einer Verkapselung 150, wobei die Verkapselung 150 den räumlichen Modulationsbereich 106 bedeckt, eine äußere Oberfläche der Verkapselung 150 eine äußere lichtemittierende Oberfläche 104 der VCSEL-Vorrichtung 102 definiert und wobei die Verkapselung 150 für die Übertragung von Licht konfiguriert ist, das von dem inneren lichterzeugenden Bereich 124 erzeugt wird. Bei der Verwendung kann davon ausgegangen werden, dass die äußere Oberfläche 110 des räumlichen Modulationsbereichs 106 einen optischen Beugungsbereich oder ein geblähtes Beugungsgitter umfasst oder definiert, um den Teil des erzeugten Lichts zu formen, der von der oberen Spiegelstruktur 126 übertragen wird. Die Verkapselung 150 kann den Teil des erzeugten Lichts, der von der oberen Spiegelstruktur 126 durchgelassen wird, weiter formen, bevor das Licht durch die äußere lichtemittierende Oberfläche 104 der VCSEL-Vorrichtung 102 emittiert wird.
  • In ist eine zweite alternative, von oben emittierende VCSEL-Vorrichtung dargestellt, die allgemein mit 202 bezeichnet ist. Wie dem Fachmann klar sein dürfte, weist die zweite alternative VCSEL-Vorrichtung 202 viele Merkmale auf, die den Merkmalen der VCSEL-Vorrichtung 2 von entsprechen, wobei die Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 202 von mit denselben Bezugsziffern wie die gleichen Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 2 von , erhöht um „200“, gekennzeichnet sind. Wie die VCSEL-Vorrichtung 2 von umfasst auch die VCSEL-Vorrichtung 202 von ein Substrat 220, eine untere Spiegelstruktur 222, einen inneren lichterzeugenden Bereich 224, eine obere Spiegelstruktur 226 und einen räumlichen Modulationsbereich 206, wobei das Substrat 220, die untere Spiegelstruktur 222, der innere lichterzeugende Bereich 224, die obere Spiegelstruktur 226 und der räumliche Modulationsbereich 206 alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur 222 näher am Substrat 220 liegt als die obere Spiegelstruktur 226 und der innere lichterzeugende Bereich 224 zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur 222, 226 angeordnet ist. Im Gegensatz zu der VCSEL-Vorrichtung 2 von wird jedoch bei der VCSEL-Vorrichtung 202 von der räumliche Modulationsbereich 206 aus einem Polymermaterial gebildet, das auf der oberen Spiegelstruktur 226 abgeschieden und dann verarbeitet wird, um einen Teil des Polymermaterials von einem oder mehreren ausgewählten Bereichen einer Außenfläche des Polymermaterials zu entfernen, um eine unebene Außenfläche 210 des räumlichen Modulationsbereichs 206 zu definieren. Folglich wird eine äußere lichtemittierende Oberfläche 204 der VCSEL-Vorrichtung 202 durch die äußere Oberfläche 210 des räumlichen Modulationsbereichs 206 definiert. Bei der Verwendung kann davon ausgegangen werden, dass die äußere Oberfläche 210 des räumlichen Modulationsbereichs 206 einen optischen Beugungsbereich oder ein geblähtes Beugungsgitter umfasst oder definiert, um den Teil des erzeugten Lichts zu formen, der von der oberen Spiegelstruktur 226 übertragen wird, bevor das Licht durch die äußere lichtemittierende Oberfläche 204 der VCSEL-Vorrichtung 202 emittiert wird.
  • In ist eine dritte alternative, von oben emittierende VCSEL-Vorrichtung dargestellt, die allgemein mit 302 bezeichnet ist. Wie ein Fachmann erkennen kann, weist die dritte alternative VCSEL-Vorrichtung 302 viele Merkmale auf, die den Merkmalen der VCSEL-Vorrichtung 202 von entsprechen, wobei die Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 302 von mit den gleichen Bezugsziffern wie die gleichen Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 202 von , erhöht um „100“, gekennzeichnet sind. Wie die VCSEL-Vorrichtung 202 von umfasst auch die VCSEL-Vorrichtung 302 von ein Substrat 320, eine untere Spiegelstruktur 322, einen inneren lichterzeugenden Bereich 324, eine obere Spiegelstruktur 326 und einen räumlichen Modulationsbereich 306, wobei das Substrat 320, die untere Spiegelstruktur 322, der innere lichterzeugende Bereich 324, die obere Spiegelstruktur 326 und der räumliche Modulationsbereich 306 alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur 322 näher an dem Substrat 320 liegt als die obere Spiegelstruktur 326 und der innere lichterzeugende Bereich 324 zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur 322, 326 angeordnet ist. Im Gegensatz zu der VCSEL-Vorrichtung 202 von enthält die VCSEL-Vorrichtung 302 von jedoch einen Siliziumdioxid-Schutzbereich in Form einer Verkapselung 350, wobei die Verkapselung 350 den räumlichen Modulationsbereich 306 abdeckt, eine äußere Oberfläche der Verkapselung 350 eine äußere lichtemittierende Oberfläche 304 der VCSEL-Vorrichtung 302 definiert und wobei die Verkapselung 350 für die Übertragung von Licht konfiguriert ist, das von dem inneren lichterzeugenden Bereich 324 erzeugt wird. Bei der Verwendung kann davon ausgegangen werden, dass die Außenfläche 310 des räumlichen Modulationsbereichs 306 einen optischen Beugungsbereich oder ein Beugungsgitter mit Blaze umfasst oder definiert, um den Teil des erzeugten Lichts zu formen, der von der oberen Spiegelstruktur 326 übertragen wird. Die Verkapselung 350 kann den Teil des erzeugten Lichts, der von der oberen Spiegelstruktur 326 übertragen wird, weiter formen, bevor das Licht durch die äußere lichtemittierende Oberfläche 304 der VCSEL-Vorrichtung 302 emittiert wird.
  • In ist eine von unten emittierende VCSEL-Vorrichtung mit der allgemeinen Bezeichnung 402 dargestellt. Wie ein Fachmann erkennen kann, weist die VCSEL-Vorrichtung 402 viele Merkmale auf, die den Merkmalen der VCSEL-Vorrichtung 2 von entsprechen, wobei die Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 402 von mit den gleichen Bezugsziffern wie die gleichen Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 2 von , erhöht um „400“, gekennzeichnet sind. Wie die VCSEL-Vorrichtung 2 von umfasst die VCSEL-Vorrichtung 402 von ein Substrat 420, eine untere Spiegelstruktur 422, einen inneren Lichterzeugungsbereich 424, eine obere Spiegelstruktur 426, wobei das Substrat 420, die untere Spiegelstruktur 422, der innere Lichterzeugungsbereich 424 und die obere Spiegelstruktur 426 alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur 422 näher am Substrat 420 liegt als die obere Spiegelstruktur 426 und der innere Lichterzeugungsbereich 424 zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur 422, 426 angeordnet ist. Die untere Spiegelstruktur 422, der innere Lichterzeugungsbereich 424 und die obere Spiegelstruktur 426 befinden sich an einer ersten Seite des Substrats 420. Insbesondere werden die untere Spiegelstruktur 422, der innere lichterzeugende Bereich 424 und die obere Spiegelstruktur 426 epitaktisch auf der ersten Seite des Substrats 420 aufgewachsen. Im Gegensatz zu der VCSEL-Vorrichtung 2 von definiert jedoch in der VCSEL-Vorrichtung 402 von eine zweite Seite des Substrats 420, die der ersten Seite des Substrats 420 gegenüberliegt, einen räumlichen Modulationsbereich 406, wobei der räumliche Modulationsbereich 406 eine äußere Oberfläche 410 mit einem unebenen Profil aufweist, das eine äußere lichtemittierende Oberfläche 404 der VCSEL-Vorrichtung 402 definiert.
  • Genauer gesagt definiert der räumliche Modulationsbereich 406 eine Vielzahl von diffraktiven Elementbereichen 412, wobei jeder diffraktive Elementbereich 412 eine entsprechende äußere Oberfläche 412a definiert, die von dem inneren lichterzeugenden Bereich 424 weggerichtet ist, und wobei jeder diffraktive Elementbereich 412 eine entsprechende Dicke aufweist, die in einer Richtung parallel zu der VCSEL-Achse 408 gemessen wird, so dass die äußere Oberfläche 412a jedes diffraktiven Elementbereichs 412 in einem entsprechenden Abstand von dem inneren lichterzeugenden Bereich 424 angeordnet ist, gemessen in einer Richtung parallel zu der VCSEL-Achse 408, und wobei die Außenflächen 412a der mehreren diffraktiven Elementbereiche 412 zusammen die Außenfläche 410 des räumlichen Modulationsbereichs 406 definieren und wobei die Dicken von mindestens zwei der diffraktiven Elementbereiche 412 unterschiedlich sind. Genauer gesagt, ist die Dicke jedes Beugungselementbereichs 412 aus einer endlichen Gruppe von zwei oder mehr unterschiedlichen Dicken ausgewählt. Darüber hinaus versteht ein Fachmann, dass die äußere Oberfläche 410 des räumlichen Modulationsbereichs 406 durch einen oder mehrere Schritte definiert werden kann, wobei jeder Schritt das Entfernen von Material von einer oder mehreren der äußeren Oberflächen 412a eines oder mehrerer der diffraktiven Elementbereiche 412 umfasst, z. B. durch Ätzen. Darüber hinaus kann die Vielzahl von Diffraktionselementbereichen 412 lithografisch unter Verwendung einer oder mehrerer Lithografiemasken definiert werden, wobei die Dicke jedes Diffraktionselementbereichs 412 aus einer Gruppe von 2N verschiedenen Dicken ausgewählt werden kann, wobei N die Anzahl der Lithografiemasken ist, die zur Definition der Außenfläche 410 des räumlichen Modulationsbereichs 406 verwendet werden. Das Substrat 420 wird aus Galliumarsenid (GaAs) gebildet. Der innere lichterzeugende Bereich 424 wird aus einer oder mehreren Schichten aus Halbleitermaterial gebildet. Insbesondere enthält der innere lichterzeugende Bereich 424 eine oder mehrere Quantenmulden und eine Vielzahl von Barrieren, wobei sich jede Quantenmulde zwischen zwei der Barrieren befindet. Genauer gesagt umfasst der innere lichterzeugende Bereich 424 eine oder mehrere Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)-Quantentöpfe und eine Vielzahl von Gallium-Arsenid (GaAs)-Barrieren, wobei jeder Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)-Quantentopf zwischen zwei der Gallium-Arsenid (GaAs)-Barrieren angeordnet ist. Die unteren und oberen Spiegelstrukturen 422, 426 bestehen aus verteilten Bragg-Gitterstrukturen. Die untere Spiegelstruktur 422, der innere Lichterzeugungsbereich 424 und die obere Spiegelstruktur 426 werden epitaktisch auf dem Substrat 420 aufgewachsen. Die untere Spiegelstruktur 422 und die obere Spiegelstruktur 426 bestehen jeweils aus mehreren abwechselnden Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung, z. B. abwechselnden Schichten aus Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) unterschiedlicher Zusammensetzung oder abwechselnden Schichten aus Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) und Gallium-Arsenid (GaAs). Die Dicken und Zusammensetzungen der Schichten der unteren Spiegelstruktur 422 sind so gewählt, dass die untere Spiegelstruktur 426 das im inneren Lichterzeugungsbereich 424 erzeugte Licht nur teilweise reflektiert. Die Dicken und Zusammensetzungen der Schichten der oberen Spiegelstruktur 426 sind so gewählt, dass die obere Spiegelstruktur 426 für das im inneren Lichterzeugungsbereich 424 erzeugte Licht hoch reflektierend ist.
  • Die VCSEL-Vorrichtung 402 umfasst auch einen Abstandsbereich 430, der den inneren Lichterzeugungsbereich 424 und die obere Spiegelstruktur 426 umgibt. Die VCSEL-Vorrichtung 402 umfasst ferner eine erste Elektrode 432, die auf einer oberen Fläche 434 des Abstandsbereichs 430 ausgebildet oder aufgebracht ist, und eine zweite Elektrode 436, die auf einer oberen Fläche 439 des Substrats 420 ausgebildet oder aufgebracht ist.
  • Bei der Verwendung wird ein elektrischer Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 432, 436 geleitet, was zur Erzeugung von Licht im inneren Lichterzeugungsbereich 424 und zur Verstärkung des erzeugten Lichts im inneren Lichterzeugungsbereich 424 führt, da das erzeugte Licht zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur 422, 426 durch den inneren Lichterzeugungsbereich 424 reflektiert wird. Die untere Spiegelstruktur 422 überträgt einen Teil des vom inneren Lichterzeugungsbereich 424 erzeugten Lichts. Der Teil des vom inneren Lichterzeugungsbereich 424 erzeugten Lichts, der von der unteren Spiegelstruktur 422 durchgelassen wird, wird anschließend durch das Substrat 420 durchgelassen.
  • Als Folge des unebenen Oberflächenprofils der Außenfläche 410 des räumlichen Modulationsbereichs 406 unterliegt der Teil des erzeugten Lichts, der von der unteren Spiegelstruktur 422 übertragen wird, einer transversalen räumlichen Modulation oder Beugung, wenn der Teil des erzeugten Lichts durch den räumlichen Modulationsbereich 406 und die äußere lichtemittierende Oberfläche 404 der VCSEL-Vorrichtung 402 übertragen wird, die durch die Außenfläche 410 des räumlichen Modulationsbereichs 406 definiert ist, um einen emittierten Lichtstrahl zu bilden. In der Tat kann die Außenfläche 410 des räumlichen Modulationsbereichs 406 als ein beugender optischer Bereich oder ein Beugungsgitter zur Formung des Teils des erzeugten Lichts betrachtet werden, der durch die untere Spiegelstruktur 422 übertragen wird, bevor das Licht durch die äußere lichtemittierende Oberfläche 404 der VCSEL-Vorrichtung 402 emittiert wird.
  • In ist eine erste alternative, von unten emittierende VCSEL-Vorrichtung dargestellt, die allgemein mit 502 bezeichnet ist. Wie ein Fachmann erkennen kann, weist die VCSEL-Vorrichtung 502 viele Merkmale auf, die den Merkmalen der VCSEL-Vorrichtung 402 von entsprechen, wobei die Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 502 von mit denselben Bezugsziffern wie die gleichen Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 402 von , erhöht um „100“, gekennzeichnet sind. Wie die VCSEL-Vorrichtung 402 von umfasst auch die VCSEL-Vorrichtung 502 von ein Substrat 520, eine teilweise reflektierende untere Spiegelstruktur 522, einen inneren lichterzeugenden Bereich 524 und eine stark reflektierende obere Spiegelstruktur 526, wobei das Substrat 520, die untere Spiegelstruktur 522, der innere lichterzeugende Bereich 524 und die obere Spiegelstruktur 526 alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur 522 näher am Substrat 520 liegt als die obere Spiegelstruktur 526 und der innere lichterzeugende Bereich 524 zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur 522, 526 angeordnet ist. Die untere Spiegelstruktur 522, der innere Lichterzeugungsbereich 524 und die obere Spiegelstruktur 526 befinden sich an einer ersten Seite des Substrats 520. Insbesondere werden die untere Spiegelstruktur 522, der innere lichterzeugende Bereich 524 und die obere Spiegelstruktur 526 epitaktisch auf der ersten Seite des Substrats 520 aufgewachsen. Eine zweite Seite des Substrats 520, die der ersten Seite des Substrats 520 gegenüberliegt, definiert einen räumlichen Modulationsbereich 506, wobei der räumliche Modulationsbereich 506 eine äußere Oberfläche 510 mit einem unebenen Profil aufweist, das eine äußere lichtemittierende Oberfläche 504 der VCSEL-Vorrichtung 502 definiert, Im Gegensatz zu der VCSEL-Vorrichtung 402 von enthält die VCSEL-Vorrichtung 502 von jedoch einen Siliziumdioxid-Schutzbereich in Form einer Verkapselung 550, wobei die Verkapselung 550 den räumlichen Modulationsbereich 506 bedeckt, eine Außenfläche der Verkapselung 550 eine äußere lichtemittierende Oberfläche 504 der VCSEL-Vorrichtung 502 definiert und wobei die Verkapselung 550 für die Übertragung von Licht konfiguriert ist, das von dem inneren lichterzeugenden Bereich 524 erzeugt wird. Bei der Verwendung kann davon ausgegangen werden, dass die äußere Oberfläche 510 des räumlichen Modulationsbereichs 506 einen beugenden optischen Bereich oder ein Beugungsgitter zur Formung des Teils des erzeugten Lichts, der von der unteren Spiegelstruktur 522 übertragen wird, umfasst oder definiert. Die Verkapselung 550 kann den Teil des erzeugten Lichts, der von der unteren Spiegelstruktur 522 durchgelassen wird, weiter formen, bevor das Licht durch die äußere lichtemittierende Oberfläche 504 der VCSEL-Vorrichtung 502 emittiert wird.
  • In ist eine zweite alternative, von unten emittierende VCSEL-Vorrichtung dargestellt, die allgemein mit 602 bezeichnet ist. Wie ein Fachmann erkennen kann, weist die VCSEL-Vorrichtung 602 viele Merkmale auf, die den Merkmalen der VCSEL-Vorrichtung 402 von entsprechen, wobei die Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 602 von mit denselben Bezugsziffern wie die gleichen Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 402 von , erhöht um „200“, gekennzeichnet sind. Wie die VCSEL-Vorrichtung 402 von umfasst auch die VCSEL-Vorrichtung 602 von ein Substrat 620, eine teilweise reflektierende untere Spiegelstruktur 622, einen inneren lichterzeugenden Bereich 624 und eine stark reflektierende obere Spiegelstruktur 626, wobei das Substrat 620, die untere Spiegelstruktur 622, der innere lichterzeugende Bereich 624 und die obere Spiegelstruktur 626 alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur 622 näher am Substrat 620 liegt als die obere Spiegelstruktur 626 und der innere lichterzeugende Bereich 624 zwischen den unteren und oberen Spiegelstrukturen 622, 626 angeordnet ist. Die untere Spiegelstruktur 622, der innere Lichterzeugungsbereich 624 und die obere Spiegelstruktur 626 befinden sich an einer ersten Seite des Substrats 620. Insbesondere werden die untere Spiegelstruktur 622, der innere lichterzeugende Bereich 624 und die obere Spiegelstruktur 626 epitaktisch auf der ersten Seite des Substrats 620 aufgewachsen. Im Gegensatz zu der VCSEL-Vorrichtung 402 von enthält die VCSEL-Vorrichtung 602 von jedoch zusätzliches Material, das monolithisch mit dem Substrat 620 integriert ist. Insbesondere wird das zusätzliche Material epitaktisch gezüchtet oder auf einer zweiten Seite des Substrats 620 gegenüber der ersten Seite des Substrats 620 abgeschieden, und ein räumlicher Modulationsbereich 606 wird in einer Außenfläche 610 des zusätzlichen Materials definiert, so dass die Außenfläche 610 des zusätzlichen Materials ein unebenes Profil aufweist, das eine äußere lichtemittierende Oberfläche 604 der VCSEL-Vorrichtung 602 definiert. Das zusätzliche Material kann zum Beispiel aus einem Polymermaterial bestehen. Bei der Verwendung kann davon ausgegangen werden, dass die äußere Oberfläche 610 des räumlichen Modulationsbereichs 606 einen optischen Beugungsbereich oder ein geblähtes Beugungsgitter umfasst oder definiert, um den Teil des erzeugten Lichts zu formen, der von der unteren Spiegelstruktur 622 durchgelassen wird, bevor das Licht durch die äußere lichtemittierende Oberfläche 604 der VCSEL-Vorrichtung 602 emittiert wird.
  • In ist eine dritte alternative, von unten emittierende VCSEL-Vorrichtung dargestellt, die allgemein mit 702 bezeichnet ist. Wie ein Fachmann erkennen kann, weist die VCSEL-Vorrichtung 702 viele Merkmale auf, die den Merkmalen der VCSEL-Vorrichtung 602 in entsprechen, wobei die Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 702 in mit den gleichen Bezugsziffern wie die gleichen Merkmale der VCSEL-Vorrichtung 602 in , erhöht um „100“, gekennzeichnet sind. Wie die VCSEL-Vorrichtung 602 von umfasst die VCSEL-Vorrichtung 702 von ein Substrat 720, eine teilweise reflektierende untere Spiegelstruktur 722, einen inneren lichterzeugenden Bereich 724 und eine stark reflektierende obere Spiegelstruktur 726, wobei das Substrat 720, die untere Spiegelstruktur 722, der innere lichterzeugende Bereich 724 und die obere Spiegelstruktur 726 alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur 722 näher am Substrat 720 liegt als die obere Spiegelstruktur 726 und der innere lichterzeugende Bereich 724 zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur 722, 726 angeordnet ist. Die untere Spiegelstruktur 722, der innere Lichterzeugungsbereich 724 und die obere Spiegelstruktur 726 befinden sich an einer ersten Seite des Substrats 720. Insbesondere werden die untere Spiegelstruktur 722, der innere lichterzeugende Bereich 724 und die obere Spiegelstruktur 726 epitaktisch auf der ersten Seite des Substrats 720 aufgewachsen. Die VCSEL-Vorrichtung 702 enthält auch zusätzliches Material, das monolithisch mit dem Substrat 720 integriert ist. Insbesondere wird das zusätzliche Material epitaktisch auf einer zweiten Seite des Substrats 720 gegenüber der ersten Seite des Substrats 720 aufgewachsen oder abgeschieden, und ein räumlicher Modulationsbereich 706 wird in einer Außenfläche 710 des zusätzlichen Materials definiert, so dass die Außenfläche 710 des zusätzlichen Materials ein unebenes Profil aufweist. Das zusätzliche Material kann z. B. aus einem Polymermaterial bestehen. Im Gegensatz zu der VCSEL-Vorrichtung 602 von enthält die VCSEL-Vorrichtung 702 von jedoch einen Siliziumdioxid-Schutzbereich in Form einer Verkapselung 750, wobei die Verkapselung 750 den räumlichen Modulationsbereich 706 abdeckt, eine Außenfläche der Verkapselung 750 eine äußere lichtemittierende Oberfläche 704 der VCSEL-Vorrichtung 702 definiert und wobei die Verkapselung 750 für die Übertragung von Licht konfiguriert ist, das von dem inneren lichterzeugenden Bereich 724 erzeugt wird. Bei der Verwendung kann davon ausgegangen werden, dass die äußere Oberfläche 710 des räumlichen Modulationsbereichs 706 einen beugenden optischen Bereich oder ein Beugungsgitter zur Formung des Teils des erzeugten Lichts, der von der unteren Spiegelstruktur 722 übertragen wird, umfasst oder definiert. Die Verkapselung 750 kann den Teil des erzeugten Lichts, der von der unteren Spiegelstruktur 722 übertragen wird, weiter formen, bevor das Licht durch die äußere lichtemittierende Oberfläche 704 der VCSEL-Vorrichtung 702 emittiert wird.
  • Einem Fachmann ist klar, dass der räumliche Modulationsbereich einer der oben beschriebenen VCSEL-Vorrichtungen je nach Anforderung an die Strahlform unterschiedlich konfiguriert sein kann. Beispielsweise kann der räumliche Modulationsbereich einer der oben beschriebenen VCSEL-Vorrichtungen eine Vielzahl von Beugungselementbereichen definieren, wobei jeder der Beugungselementbereiche eine Außenfläche mit einer der in dargestellten Formen aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann der räumliche Modulationsbereich einer der oben beschriebenen VCSEL-Vorrichtungen so konfiguriert sein, dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Form oder Struktur quer zu einer Ausbreitungsrichtung aussendet, so dass der Lichtstrahl einen vorbestimmten Lichtpunkt oder ein vorbestimmtes Lichtmuster bildet, wenn er auf eine Oberfläche projiziert wird. Beispielsweise kann der räumliche Modulationsbereich einer der oben beschriebenen VCSEL-Vorrichtungen so konfiguriert sein, dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Form oder Struktur quer zu einer Ausbreitungsrichtung aussendet, so dass der Lichtstrahl bei Projektion auf eine Oberfläche einen der in dargestellten vorbestimmten Lichtpunkte oder -muster bildet. Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann eine oder mehrere vorgegebene Formen aufweisen. Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann ein oder mehrere Dreiecke, Vierecke und/oder Polygone umfassen. Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann einen oder mehrere Punkte umfassen. Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann eine oder mehrere kreisförmige oder elliptische Formen umfassen. Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann einen oder mehrere Ringe umfassen. Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann eine oder mehrere Linien umfassen. Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann ein oder mehrere Kreuze umfassen. Der vorgegebene Lichtpunkt oder das vorgegebene Lichtmuster kann ein periodisches Lichtmuster in einer und/oder zwei Dimensionen umfassen. Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann ein Schachbrettmuster sein. Der vorbestimmte Lichtfleck oder das vorbestimmte Lichtmuster kann ein Hadamard-Muster sein. Der vorgegebene Lichtfleck oder das vorgegebene Lichtmuster kann ein oder mehrere Symbole, Buchstaben und/oder Ziffern enthalten.
  • In ist eine Vielzahl von VCSEL-Bauelementen 2 dargestellt, wobei die VCSEL-Bauelemente auf einem gemeinsamen Substrat 20 ausgebildet und in einem regelmäßigen 3x3-Array angeordnet sind. Der räumliche Modulationsbereich 6 jeder VCSEL-Vorrichtung 2 kann eine entsprechende Außenfläche 10 definieren, die von dem entsprechenden inneren Lichterzeugungsbereich 24 weggerichtet ist, und wobei die entsprechende Außenfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 jeder VCSEL-Vorrichtung 2 ein entsprechendes ungleichmäßiges Profil aufweist. Die Profile der Außenflächen 10 der räumlichen Modulationsbereiche 6 von mindestens zwei der VCSEL-Vorrichtungen 2 können gleich sein. Die Profile der Außenflächen 10 der räumlichen Modulationsbereiche 6 von mindestens zwei VCSEL-Vorrichtungen 2 können unterschiedlich sein. Folglich können zwei oder mehr der VCSEL-Bauelemente 2 unterschiedlich geformte Strahlen aussenden, obwohl die mehreren VCSEL-Bauelemente 2 zur gleichen Zeit hergestellt werden, z. B. durch einen oder mehrere lithografische Bearbeitungsschritte.
  • In ist eine Vielzahl von VCSEL-Bauelementen 2 dargestellt, wobei die VCSEL-Bauelemente auf einem gemeinsamen Substrat 20 ausgebildet und in einer hexagonal dicht gepackten Anordnung angeordnet sind. Der räumliche Modulationsbereich 6 jeder VCSEL-Vorrichtung 2 kann eine entsprechende Außenfläche 10 definieren, die von dem entsprechenden inneren Lichterzeugungsbereich 24 weggerichtet ist, und wobei die entsprechende Außenfläche 10 des räumlichen Modulationsbereichs 6 jeder VCSEL-Vorrichtung 2 ein entsprechendes ungleichmäßiges Profil aufweist. Die Profile der Außenflächen 10 der räumlichen Modulationsbereiche 6 von mindestens zwei der VCSEL-Vorrichtungen 2 können gleich sein. Die Profile der Außenflächen 10 der räumlichen Modulationsbereiche 6 von mindestens zwei VCSEL-Vorrichtungen 2 können unterschiedlich sein. Folglich können zwei oder mehr der VCSEL-Bauelemente 2 unterschiedlich geformte Strahlen aussenden, obwohl die mehreren VCSEL-Bauelemente 2 zur gleichen Zeit hergestellt werden, z. B. durch einen oder mehrere lithografische Bearbeitungsschritte.
  • Ein Fachmann wird verstehen, dass anstelle der Vielzahl von VCSEL-Bauelementen, die eine Vielzahl von VCSEL-Bauelementen 2 umfassen, die unter Bezugnahme auf die beschrieben sind, die Vielzahl von VCSEL-Bauelementen eine Vielzahl von beliebigen VCSEL-Bauelementen umfassen kann, die unter Bezugnahme auf eine der beschrieben sind, wobei die VCSEL-Bauelemente auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet sind. Die Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei der VCSEL-Bauelemente können gleich sein. Die Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei der VCSEL-Bauelemente können unterschiedlich sein. Zusätzlich oder alternativ können die VCSEL-Vorrichtungen in einem 1 D-Array oder einem 2D-Array beliebiger Größe angeordnet sein. Die VCSEL-Bauelemente können in einem regelmäßigen 1 D-Array oder einem regelmäßigen 2D-Array angeordnet sein.
  • Das Profil der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs jedes VCSEL-Bauelements kann so konfiguriert sein, dass es einen entsprechenden geformten Strahl aussendet, so dass die mehreren VCSEL-Bauelemente mehrere geformte Strahlen aussenden, die sich kombinieren oder überlagern, um ein gewünschtes oder vorbestimmtes Strahlenmuster oder eine Lichtintensitätsverteilung im Fernfeld zu erzeugen.
  • Bei den oben beschriebenen VCSEL-Vorrichtungen sind verschiedene Modifikationen möglich. Zum Beispiel können die räumlichen Modulationsbereiche 206, 306, 606, 706 statt aus einem Polymermaterial, wie in den , , und beschrieben, aus einem dielektrischen Material bestehen.
  • Anstelle des VCSEL-Bauelements mit einem Schutzbereich oder einer Verkapselung aus Siliziumdioxid, wie in den , , und beschrieben, kann der Schutzbereich auch aus Siliziumnitrid oder einem Polymer bestehen.
  • Anstatt die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch Lithographie und Ätzen zu bilden, kann die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch ein Präge-, Form- oder Stanzverfahren gebildet werden. Die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs kann beispielsweise durch eine Form oder einen Stempel wie eine Urform oder einen Urstempel gebildet werden. Alternativ kann die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch ein selektives Wachstumsverfahren wie die Atomlagenabscheidung gebildet werden.
  • Jeder Beugungselementbereich des räumlichen Modulationsbereichs kann an mindestens einen benachbarten Beugungselementbereich des räumlichen Modulationsbereichs angrenzen oder mit ihm zusammenhängen.
  • Jeder diffraktive Elementbereich kann so konfiguriert sein, dass die Außenflächen der mehreren diffraktiven Elementbereiche einen Füllfaktor von 100 % der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs erreichen. Beispielsweise kann jeder Diffraktionselementbereich eine Außenfläche beliebiger Form und/oder Größe haben, so dass die Außenflächen der mehreren Diffraktionselementbereiche einen Füllfaktor von 100 % der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs erreichen. Zwei oder mehr der Diffraktionselementbereiche können Außenflächen mit der gleichen Form und/oder Größe haben. Zwei oder mehr der Diffraktionselementbereiche können Außenflächen mit unterschiedlicher Form und/oder Größe haben.
  • Mindestens zwei der Außenflächen der Beugungselementbereiche können dreieckig, vierseitig, quadratisch, rechteckig oder sechseckig sein.
  • Die Außenflächen aller Bereiche der diffraktiven Elemente können die gleiche Form und Größe haben.
  • Mindestens zwei der Außenflächen der diffraktiven Elementbereiche können unterschiedliche Formen und/oder Größen haben.
  • Die Außenflächen der Beugungselementbereiche können eine Mindestgröße von 0,5 m oder weniger, 0,2 m oder weniger oder 0,1 m oder weniger haben.
  • Ein Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) mit einer äußeren lichtemittierenden Oberfläche kann Folgendes umfassen:
    • monolithische Integration eines räumlichen Modulationsbereichs der VCSEL-Vorrichtung mit einem inneren Lichterzeugungsbereich der VCSEL-Vorrichtung, so dass sich der räumliche Modulationsbereich zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und der äußeren lichtemittierenden Oberfläche befindet,
    • wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass er das von dem inneren lichterzeugenden Bereich erzeugte Licht vor der Emission von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche formt.
  • Der innere Lichterzeugungsbereich, der räumliche Modulationsbereich und die äußere lichtemittierende Oberfläche können entlang einer VCSEL-Achse angeordnet sein, und wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert sein kann, dass er dem von dem inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine räumliche Modulation quer zur VCSEL-Achse auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird.
  • Der räumliche Modulationsbereich kann so konfiguriert sein, dass er dem vom inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine transversale räumliche Modulation der Amplitude, der Phase und/oder der Polarisation auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Fläche abgestrahlt wird.
  • Das Verfahren kann die Festlegung einer Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs umfassen, die von dem inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, und wobei die Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs ein ungleichmäßiges Profil aufweist.
  • Das Verfahren kann die Verwendung von Lithographie zur Definition der äußeren Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs umfassen.
  • Das Verfahren kann das Definieren einer Vielzahl von Beugungselementbereichen des räumlichen Modulationsbereichs umfassen, wobei jeder Beugungselementbereich eine entsprechende äußere Oberfläche definiert, die von dem inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, und jeder Beugungselementbereich eine entsprechende Dicke aufweist, die in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse gemessen wird, so dass die äußere Oberfläche jedes Beugungselementbereichs in einem entsprechenden Abstand von dem inneren Lichterzeugungsbereich angeordnet ist, der in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse gemessen wird, wobei die äußeren Oberflächen der Vielzahl von Beugungselementbereichen zusammen die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs definieren.
  • Das Verfahren kann die Verwendung von Lithographie umfassen, um die Vielzahl von Beugungselementbereichen des räumlichen Modulationsbereichs zu definieren.
  • Die Dicken von mindestens zwei der beugenden Elementbereiche können unterschiedlich sein.
  • Die Dicke jedes diffraktiven Elementbereichs kann aus einer endlichen Gruppe von zwei oder mehr verschiedenen Dicken ausgewählt werden.
  • Die Dicke jedes Beugungselementbereichs kann aus einer Gruppe von 2N verschiedenen Dicken ausgewählt werden, wobei N die Anzahl der Lithografiemasken ist, die zur Herstellung des räumlichen Modulationsbereichs verwendet werden.
  • Das Verfahren kann die Definition der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch ein Präge-, Form- oder Stempelverfahren umfassen. Beispielsweise kann das Verfahren die Definition der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch Verwendung einer Form oder eines Stempels, wie etwa einer Urform oder eines Urstempels, umfassen, um die Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs zu prägen, zu formen oder zu stanzen.
  • Das Verfahren kann darin bestehen, dass die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch einen selektiven Wachstumsprozess, z. B. durch Abscheidung von Atomschichten, definiert wird.
  • Das Verfahren kann die Herstellung beliebiger von unten emittierender, oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL) aus einer der 7 bis 10 umfassen, indem der innere lichterzeugende Bereich und der räumliche Modulationsbereich monolithisch in das Substrat integriert werden, so dass sich das Substrat zwischen dem inneren lichterzeugenden Bereich und der äußeren lichtemittierenden Oberfläche befindet.
  • Das Verfahren kann die Auswahl einer Dicke des Substrats eines der von unten emittierenden, oberflächenemittierenden Laser (VCSEL) aus einer der umfassen, so dass das VCSEL-Bauelement einen Lichtstrahl einer vorbestimmten Größe an der lichtemittierenden Oberfläche emittiert.
  • Das Verfahren kann die Bildung oder monolithische Integration einer Vielzahl von VCSEL-Vorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat umfassen, wobei jede VCSEL-Vorrichtung eine der oben beschriebenen VCSEL-Vorrichtungen umfasst.
  • Das Verfahren kann das Ausbilden eines räumlichen Modulationsbereichs jedes VCSEL-Bauelements umfassen, so dass der räumliche Modulationsbereich jedes VCSEL-Bauelements eine entsprechende Außenfläche definiert, die von dem entsprechenden inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, und wobei die entsprechende Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs jedes VCSEL-Bauelements ein entsprechendes ungleichmäßiges Profil aufweist.
  • Das Verfahren kann die Ausbildung der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei VCSEL-Vorrichtungen umfassen, so dass die entsprechenden Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche gleich sein können.
  • Das Verfahren kann die Ausbildung der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei VCSEL-Bauelementen umfassen, so dass die entsprechenden Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche unterschiedlich sein können. Folglich können zwei oder mehr der VCSEL-Bauelemente unterschiedlich geformte Strahlen aussenden, obwohl die mehreren VCSEL-Bauelemente zur gleichen Zeit hergestellt werden, z. B. unter Verwendung eines oder mehrerer lithografischer Bearbeitungsschritte.
  • Das Verfahren kann die Bildung des räumlichen Modulationsbereichs jeder VCSEL-Vorrichtung und des entsprechenden Profils der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs umfassen, um einen entsprechenden geformten Strahl zu emittieren, so dass die mehreren VCSEL-Vorrichtungen mehrere geformte Strahlen emittieren, die kombiniert oder überlagert werden, um ein gewünschtes oder vorbestimmtes Strahlmuster oder eine Lichtintensitätsverteilung im Fernfeld zu erzeugen.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    VCSEL-Bauelement;
    4
    äußere Lichtaustrittsfläche;
    6
    Bereich der räumlichen Modulation;
    8
    VCSEL-Achse;
    10
    Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs;
    12
    Bereich des beugenden Elements im Bereich der räumlichen Modulation;
    12a
    Außenfläche eines beugenden Elements;
    20
    Substrat;
    22
    untere Spiegelstruktur;
    24
    Innenbereich, der Licht erzeugt;
    26
    obere Spiegelstruktur;
    30
    Spacer-Region;
    32
    obere Elektrode;
    34
    Oberseite des Abstandshalterbereichs;
    36
    untere Elektrode;
    38
    Unterseite des Substrats;
    40
    Licht emittierende Achse;
    102
    VCSEL-Bauelement;
    104
    äußere Lichtaustrittsfläche;
    106
    räumlichen Modulationsbereich;
    110
    Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs;
    120
    Substrat;
    122
    untere Spiegelstruktur;
    124
    inneren Bereich der Lichterzeugung;
    126
    obere Spiegelstruktur;
    150
    Verkapselung;
    202
    VCSEL-Bauelement;
    204
    äußere Lichtaustrittsfläche;
    206
    Bereich der räumlichen Modulation;
    210
    Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs;
    220
    Substrat;
    222
    untere Spiegelstruktur;
    224
    inneren Bereich der Lichterzeugung;
    226
    obere Spiegelstruktur;
    302
    VCSEL-Bauelement;
    304
    äußere Lichtaustrittsfläche;
    306
    räumlicher Modulationsbereich;
    310
    Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs;
    320
    Substrat;
    322
    untere Spiegelstruktur;
    324
    Innenbereich, der Licht erzeugt;
    326
    obere Spiegelstruktur;
    350
    Einkapselung;
    402
    VCSEL-Bauelement;
    404
    äußere Lichtaustrittsfläche;
    406
    räumlichen Modulationsbereich;
    408
    VCSEL-Achse;
    410
    Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs;
    412
    Beugungselementbereich des räumlichen Modulationsbereichs;
    412a
    Außenfläche eines beugenden Elementbereichs;
    420
    Substrat;
    422
    untere Spiegelstruktur;
    424
    inneren Bereich der Lichterzeugung;
    426
    obere Spiegelstruktur;
    430
    Spacer-Region;
    432
    erste Elektrode;
    434
    Oberseite des Abstandshalterbereichs;
    436
    zweite Elektrode;
    439
    Oberseite des Substrats;
    502
    VCSEL-Bauelement;
    504
    äußere Lichtaustrittsfläche;
    506
    räumlichen Modulationsbereich;
    510
    Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs;
    520
    Substrat;
    522
    untere Spiegelstruktur;
    524
    inneren Bereich der Lichterzeugung;
    526
    obere Spiegelstruktur;
    550
    Verkapselung;
    602
    VCSEL-Bauelement;
    604
    äußere Lichtaustrittsfläche;
    606
    räumlicher Modulationsbereich;
    610
    Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs;
    620
    Substrat;
    622
    untere Spiegelstruktur;
    624
    inneren Bereich der Lichterzeugung;
    626
    obere Spiegelstruktur;
    702
    VCSEL-Bauelement;
    704
    äußere Lichtaustrittsfläche;
    706
    Bereich der räumlichen Modulation;
    710
    Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs;
    720
    Substrat;
    722
    untere Spiegelstruktur;
    724
    inneren Bereich der Lichterzeugung;
    726
    obere Spiegelstruktur; und
    750
    Verkapselung.
  • Ein Fachmann wird verstehen, dass in der vorangehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen Positionsbegriffe wie „oben“, „entlang“, „seitlich“ usw. unter Bezugnahme auf konzeptionelle Abbildungen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, verwendet werden. Diese Begriffe werden der Einfachheit halber verwendet, sind aber nicht als einschränkend zu verstehen. Diese Begriffe sind daher so zu verstehen, dass sie sich auf ein Objekt beziehen, wenn es sich in einer Ausrichtung befindet, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
  • Ein Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurden, Wirkungen erzeugen oder Vorteile bieten können, wenn sie isoliert von einem oder mehreren der anderen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, und dass andere Kombinationen der Merkmale möglich sind als die oben beschriebenen spezifischen Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Obwohl die Offenbarung in Form von bevorzugten Ausführungsformen, wie oben dargelegt, beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass diese Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung dienen und dass die Ansprüche nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Der Fachmann kann im Hinblick auf die Offenbarung Modifikationen und Alternativen vornehmen, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Jedes in der vorliegenden Spezifikation offenbarte oder abgebildete Merkmal kann in jede beliebige Ausführungsform eingebaut werden, sei es allein oder in geeigneter Kombination mit einem anderen hier offenbarten oder abgebildeten Merkmal.

Claims (22)

  1. Vorrichtung mit einem oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL), die Folgendes umfasst: einen inneren, Licht erzeugenden Bereich; eine äußere Lichtaustrittsfläche; und einen räumlichen Modulationsbereich, der monolithisch in den inneren Lichterzeugungsbereich integriert ist, so dass sich der räumliche Modulationsbereich zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und der äußeren lichtemittierenden Fläche befindet, wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass er das von dem inneren lichterzeugenden Bereich erzeugte Licht formt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird.
  2. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der innere Lichterzeugungsbereich, der räumliche Modulationsbereich und die äußere lichtemittierende Oberfläche entlang einer VCSEL-Achse angeordnet sind und wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass er dem von dem inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine räumliche Modulation in Querrichtung relativ zur VCSEL-Achse auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird.
  3. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass er dem von dem inneren Lichterzeugungsbereich erzeugten Licht eine transversale räumliche Modulation in mindestens einer der Größen Amplitude, Phase und Polarisation auferlegt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird.
  4. VCSEL-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der räumliche Modulationsbereich eine äußere Oberfläche definiert, die von dem inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, und wobei die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs ein unebenes Profil aufweist.
  5. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der räumliche Modulationsbereich eine Vielzahl von Diffraktionselementbereichen definiert, wobei jeder Diffraktionselementbereich eine entsprechende äußere Oberfläche definiert, die von dem inneren Lichterzeugungsbereich weg gerichtet ist, und jeder Beugungselementbereich eine entsprechende Dicke aufweist, die in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse gemessen wird, so dass sich die Außenfläche jedes Beugungselementbereichs in einem entsprechenden Abstand von dem inneren Lichterzeugungsbereich befindet, der in einer Richtung parallel zur VCSEL-Achse gemessen wird, und wobei die Außenflächen der mehreren Beugungselementbereiche zusammen die Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs definieren, und wobei die Dicken von mindestens zwei der Beugungselementbereiche unterschiedlich sind.
  6. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Dicke jedes Beugungselementbereichs aus einer endlichen Gruppe von zwei oder mehr unterschiedlichen Dicken ausgewählt ist.
  7. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei mindestens eines der folgenden Merkmale vorliegt: die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch einen oder mehrere Schritte definiert wird, wobei jeder Schritt das Entfernen, beispielsweise das Ätzen, von Material von einer oder mehreren der äußeren Oberflächen der diffraktiven Elementbereiche umfasst, wobei der eine oder die mehreren diffraktiven Elementbereiche lithographisch unter Verwendung einer oder mehrerer Lithographiemasken definiert werden und wobei die Dicke jedes diffraktiven Elementbereichs aus einer Gruppe von 2N verschiedenen Dicken ausgewählt wird, wobei N die Anzahl der Lithographiemasken ist, die zum Definieren der äußeren Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs verwendet werden; die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs durch ein Präge-, Form- oder Stanzverfahren gebildet wird; und die äußere Oberfläche des räumlichen Modulationsbereichs wird durch ein selektives Wachstumsverfahren wie Atomlagenabscheidung gebildet.
  8. VCSEL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei mindestens eines von: jeder Beugungselementbereich des räumlichen Modulationsbereichs an mindestens einen benachbarten Beugungselementbereich des räumlichen Modulationsbereichs angrenzt oder mit diesem zusammenhängt; jeder diffraktive Elementbereich ist so konfiguriert, dass die Außenflächen der mehreren diffraktiven Elementbereiche einen Füllfaktor von 100 % der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs erreichen; jeder Beugungselementbereich hat eine Außenfläche beliebiger Form und/oder Größe, so dass die Außenflächen der mehreren Beugungselementbereiche einen Füllfaktor von 100 % der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs erreichen; zwei oder mehr der Beugungselementbereiche haben Außenflächen mit der gleichen Form und/oder Größe; zwei oder mehr der Beugungselementbereiche haben Außenflächen mit unterschiedlichen Formen und/oder Größen; und mindestens zwei der Außenflächen der Beugungselementbereiche sind dreieckig, vierseitig, quadratisch, rechteckig oder sechseckig geformt.
  9. VCSEL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die äußere lichtemittierende Fläche durch die Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs definiert ist.
  10. VCSEL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, mit einem Schutzbereich, der den räumlichen Modulationsbereich abdeckt und die äußere lichtemittierende Oberfläche definiert, wobei der Schutzbereich für die Übertragung von Licht konfiguriert ist, das von dem inneren Lichterzeugungsbereich erzeugt wird.
  11. VCSEL-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: ein Substrat; eine untere Spiegelstruktur; und eine obere Spiegelstruktur, wobei das Substrat, die untere Spiegelstruktur, der innere Lichterzeugungsbereich, die obere Spiegelstruktur und der räumliche Modulationsbereich alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur näher an dem Substrat liegt als die obere Spiegelstruktur und der innere Lichterzeugungsbereich zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur angeordnet ist, und wobei mindestens eines der folgenden Merkmale vorliegt: das VCSEL-Bauelement ist so konfiguriert, dass es Licht in eine Richtung weg vom Substrat emittiert; der innere Lichterzeugungsbereich sich zwischen dem Substrat und der äußeren lichtemittierenden Oberfläche befindet; und die obere Spiegelstruktur befindet sich zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und dem räumlichen Modulationsbereich.
  12. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Material des räumlichen Modulationsbereichs epitaktisch auf der oberen Spiegelstruktur aufgewachsen ist.
  13. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Material des räumlichen Modulationsbereichs auf der oberen Spiegelstruktur abgeschieden ist und/oder wobei der räumliche Modulationsbereich ein Polymermaterial und/oder ein dielektrisches Material umfasst.
  14. VCSEL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend: ein Substrat; eine untere Spiegelstruktur; und eine obere Spiegelstruktur, wobei das Substrat, die untere Spiegelstruktur, der innere Lichterzeugungsbereich, die obere Spiegelstruktur und der räumliche Modulationsbereich alle monolithisch integriert sind, wobei die untere Spiegelstruktur näher an dem Substrat liegt als die obere Spiegelstruktur und der innere Lichterzeugungsbereich zwischen der unteren und der oberen Spiegelstruktur angeordnet ist, und wobei mindestens eines der folgenden Merkmale vorliegt: das VCSEL-Bauelement ist so konfiguriert, dass es Licht durch das Substrat emittiert; das Substrat befindet sich zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und der äußeren lichtemittierenden Fläche; der räumliche Modulationsbereich sich zwischen der unteren Spiegelstruktur und der äußeren lichtemittierenden Oberfläche befindet; und die untere Spiegelstruktur, der innere Lichterzeugungsbereich und die obere Spiegelstruktur an, bei oder auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet sind, und der räumliche Modulationsbereich an, bei oder auf einer zweiten Seite des Substrats gegenüber der ersten Seite des Substrats angeordnet ist.
  15. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der räumliche Modulationsbereich durch das Substrat auf der zweiten Seite des Substrats definiert ist.
  16. VCSEL-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei mindestens eines der folgenden Merkmale vorliegt: der räumliche Modulationsbereich besteht aus epitaktisch aufgewachsenem oder auf der zweiten Seite des Substrats abgeschiedenem Material oder wird aus solchem gebildet; der räumliche Modulationsbereich aus demselben Material besteht wie das Substrat; und der räumliche Modulationsbereich besteht aus einem Polymermaterial und/oder einem dielektrischen Material.
  17. VCSEL-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere Lichterzeugungsbereich, der räumliche Modulationsbereich und die äußere lichtemittierende Oberfläche entlang einer VCSEL-Achse angeordnet sind und wobei mindestens eines der folgenden Merkmale vorliegt: der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten Richtung oder Lichtemissionsachse emittiert, wobei die vorbestimmte Richtung oder Lichtemissionsachse einen von Null verschiedenen Winkel relativ zur VCSEL-Achse definiert; der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Strahldivergenz aussendet; und der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Form oder Struktur quer zu einer Ausbreitungsrichtung aussendet, so dass der Lichtstrahl einen vorbestimmten Lichtpunkt oder ein vorbestimmtes Lichtmuster bildet, wenn er auf eine Oberfläche projiziert wird.
  18. Mehrere VCSEL-Vorrichtungen, wobei jede VCSEL-Vorrichtung eine VCSEL-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei die mehreren VCSEL-Vorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet oder monolithisch integriert sind, wobei der räumliche Modulationsbereich jeder VCSEL-Vorrichtung eine entsprechende Außenfläche definiert, die von dem entsprechenden inneren Lichterzeugungsbereich weggerichtet ist, wobei die entsprechende Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs jeder VCSEL-Vorrichtung ein entsprechendes ungleichmäßiges Profil aufweist und wobei die Profile der Außenflächen der räumlichen Modulationsbereiche von mindestens zwei der VCSEL-Vorrichtungen gleich oder unterschiedlich sind oder das Profil der Außenfläche des räumlichen Modulationsbereichs jeder VCSEL-Vorrichtung so konfiguriert ist, dass es einen entsprechenden geformten Strahl emittiert, so dass die mehreren VCSEL-Vorrichtungen mehrere geformte Strahlen emittieren, die sich kombinieren oder überlagern, um ein gewünschtes oder vorbestimmtes Strahlmuster oder eine Lichtintensitätsverteilung im Fernfeld bereitzustellen.
  19. Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum (VCSEL), wobei der VCSEL eine äußere lichtemittierende Oberfläche aufweist und das Verfahren umfasst: monolithische Integration eines räumlichen Modulationsbereichs der VCSEL-Vorrichtung mit einem inneren Lichterzeugungsbereich der VCSEL-Vorrichtung, so dass sich der räumliche Modulationsbereich zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und der äußeren lichtemittierenden Oberfläche befindet, wobei der räumliche Modulationsbereich so konfiguriert ist, dass er das von dem inneren lichterzeugenden Bereich erzeugte Licht formt, bevor das erzeugte Licht von der äußeren lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, umfassend: monolithisches Integrieren des inneren Lichterzeugungsbereichs und des räumlichen Modulationsbereichs mit einem Substrat, so dass sich das Substrat zwischen dem inneren Lichterzeugungsbereich und der äußeren lichtemittierenden Oberfläche befindet; und Auswahl einer Dicke des Substrats, so dass die VCSEL-Vorrichtung einen Lichtstrahl einer vorbestimmten Größe an der lichtemittierenden Oberfläche aussendet.
  21. Mobiles elektronisches Gerät, das eine VCSEL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 für mindestens eines der folgenden Verfahren umfasst: Laserentfernungsmessung, 3D-Erfassung, 3D-Abbildung, Näherungserfassung, Umgebungserfassung, Gesichtserkennung und Augenverfolgung.
  22. Kraftfahrzeug mit einer VCSEL-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 für mindestens eine der Funktionen Lichterfassung und -entfernung (LIDAR), Fahrerüberwachung, Gestenerkennung und Lichtprojektion.
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