具有专门针对活动层的寻址能力的垂直腔面发射激光器的制作方法

1.本发明总体上涉及激光器和具有特定活性层寻址能力的垂直腔面发射激光器(vcsel)。


背景技术：

2.诸如垂直腔面发射激光器(vcsel)的垂直发射器件可以包括激光器、光发射器和/或类似物，其中光束在垂直于衬底表面的方向上发射(例如，从半导体晶片的表面垂直发射)。多个垂直发射器件可以布置在公共衬底上的一个或多个发射器阵列(例如，vcsel阵列)中。


技术实现要素：

3.在一些实施方式中，垂直腔面发射激光器(vcsel)包括外延结构，其包括第一活性层、第二活性层和在二者之间的隧道结；和一组接触部，电连接到外延结构，其中，该组接触部包括三个或更多个接触部，其中，该组接触部在vcsel上彼此电分离，并且其中，该组接触部中的至少一个接触部在第一活性层和第二活性层之间的一深度处电连接到外延结构。
4.在一些实施方式中，vcsel阵列包括：外延结构，其包括第一活性层，第二活性层、在第一活性层和第二活性层之间的隧道结、以及在第二活性层上方的一个或多个约束层；至少第一vcsel和第二vcsel，被限定在外延结构中；和一组接触部，电连接到外延结构，以提供:仅流向第一vcsel的第一活性层和第二活性层中之一的电流，和流向第二vcsel的第一活性层和第二活性层二者的电流。
5.在一些实施方式中，光源包括：发射器阵列，其包括至少一个发射器，该至少一个发射器包括:外延结构，其包括第一活性层、第二活性层和在二者之间的隧道结；和一组接触部，其在外延结构中在不同深度处电连接到外延结构，其中该组接触部中的第一对接触部被配置为仅向第一活性层和第二活性层中之一提供电流，并且其中该组接触部中的第二对接触部被配置为向第一活性层和第二活性层二者提供电流。
附图说明
6.图1a和1b分别是描绘示例发射器的俯视图和示例发射器沿线x
‑
x的截面图的图。
7.图2是本文描述的发射器的示例横截面图。
8.图3是本文描述的发射器的示例横截面图。
9.图4是本文描述的发射器阵列的示例性截面图。
具体实施方式
10.示例实现的以下详细描述参考了附图。不同附图中相同的附图标记可以标识相同或相似的元件。
11.如上所述，诸如垂直腔面发射激光器(vcsel)的垂直发射器件是这样一种激光器，
其中光束在垂直于衬底表面的方向上发射(例如，从半导体晶片的表面垂直发射)。在一些情况下，器件可以采用单个vcsel，或者可以采用多个vcsel，这些vcsel被布置在公共衬底上的一个或多个发射器阵列中(例如，在单个管芯上、在单个芯片上等)。
12.vcsel可以形成在外延结构的外延层中，该外延结构在外延层中的半导体结(例如，p
‑
n结)处包括一个或多个活性层(例如，增益区)。vcsel可以包括单个活性层(可以称为单结vcsel)或多个活性层(可以称为多结vcsel)。当前的单结或多结vcsel可以采用两个电接触部(例如，阳极接触部和阴极接触部)，它们可以位于vcsel的顶面和底面。在这种情况下，在固定温度下，不可能改变vcsel的光功率，除非改变对vcsel的输入电流(从而改变跨经vcsel的电压)，或者改变对vcsel的输入电压(从而改变经过vcsel的电流)。因此，vcsel通常被设计用于特定的驱动电流或特定的驱动电压。因此，vcsel的潜在用途可能仅限于单输出功率应用。
13.在某些情况下，vcsel需要满足多组光功率规格，使用不同的驱动电流，以支持在低功率和高功率情况下操作vcsel(例如，用于室内和室外应用、用于高和低分辨率应用、用于泛光和飞行时间(tof)使用等)。这些多组规格可能难以满足，特别是在跨过vcsel可能达到热失控(例如，如果高电流条件太高)或遭受严重性能退化(例如，如果低电流条件导致vcsel操作太接近激光阈值)的温度范围时。
14.此外，vcsel可以使用增加的电流来增加光功率。使用增加的电流可能对vcsel的性能有害(例如，电流密度的增加可能改变光束参数，例如数值孔径和/或束腰(beam waist)，并且如果输入热负载变得太大，可能导致热失控)，或者可能对vcsel的可靠性有害(例如，更高的电流密度可能降低vcsel的整体寿命)。在某些情况下，vcsel的驱动器可能无法提供更高的电流。因此，vcsel可能不适用于某些高功率应用，例如tof应用、光探测和测距(lidar)应用和/或类似应用。
15.本文所述的一些实施方式能够为vcsel或vcsel阵列提供多种输出功率。例如，当vcsel在恒定电流模式下工作时，vcsel的光输出功率会变化(例如，增加或减少)。在一些实施方式中，在恒定电流模式和恒定电压模式之间切换vcsel或vcsel阵列的操作模式也可以提供多种输出功率之间的切换。
16.在一些实施方式中，可以通过寻址(address)(例如，提供电流到)vcsel的不同活性层来改变多结vcsel的光输出功率。例如，vcsel可以配置有不同组的接触部，这些接触部在不同深度处在外延层中电连接。不同组的接触部可以被独立驱动(例如，以一个或多个恒定电流)，以选择性地向一个或多个活性层提供电流，从而造成vcsel的光输出功率的变化。
17.在一些实施方式中，可以通过寻址(例如，提供电流到)vcsel阵列的不同活性层来改变多结vcsel阵列的组合光输出功率。例如，vcsel阵列可以配置有一组接触部，针对vcsel阵列中的第一组vcsel和第二组vcsel，这些接触部在不同深度处在外延层中电连接。该组接触部可以被驱动以选择性地向一个或多个活性层提供电流，从而操作第一组vcsel和/或第二组vcsel。
18.这样，vcsel和/或vcsel阵列可以具有多种输出功率。例如，在恒定电流模式下操作时，vcsel可以具有多种输出功率。这可以减少或消除热失控，提高vcsel的性能，延长vcsel的使用寿命等。此外，vcsel和/或vcsel阵列可以适用于使用低光功率和高光功率之间切换的各种应用，否则这些应用将需要更复杂的vcsel设计和/或制造。此外，专门针对活
性层的寻址能力允许在一定温度范围内控制vcsel的光输出功率，并在较高温度下提供改善的vcsel性能。
19.图1a和1b分别是描绘示例发射器100的俯视图和示例发射器100沿线x
‑
x的截面图150的图。如图1a所示，发射器100可以包括按发射器架构构造的一组发射器层。在一些实施方式中，发射器100可以对应于本文描述的一个或多个垂直发射器件。
20.如图1a所示，在该示例中，发射器100可以包括圆形的注入保护层102。在一些实施方式中，注入保护层102可以具有另一种形状，例如椭圆形、多边形等。注入保护层102基于包括在发射器100中的注入材料部分(未示出)之间的空间来定义。
21.如图1a中的中灰色和深灰色区域所示，发射器100包括欧姆金属层104(例如，p
‑
欧姆金属层或n
‑
欧姆金属层)，其被构造成部分环形(例如，具有内半径和外半径)。中灰色区域示出了欧姆金属层104被发射器100的保护层(例如，电介质层、钝化层和/或类似物)覆盖的区域，深灰色区域示出了欧姆金属层104被过孔106暴露的区域，如下所述。如图所示，欧姆金属层104与注入保护层102重叠。这种配置可以用于例如p
‑
向上/顶部发射发射器100的情况。在底部发射发射器100的情况下，可以根据需要调整配置。
22.图1a中未示出，发射器100包括保护层，在该保护层中形成(例如，蚀刻)过孔106。深灰色区域示出了欧姆金属层104被过孔106暴露的区域(例如，深灰色区域的形状可以是过孔106的形状的结果)，而中灰色区域示出了欧姆金属层104被一些保护层覆盖的区域。保护层可以覆盖除过孔之外的所有发射器。如图所示，过孔106形成为部分环形(例如，类似于欧姆金属层104)，并且形成在欧姆金属层104上，使得保护层上的金属化部能接触欧姆金属层104。在一些实施方式中，过孔106和/或欧姆金属层104可以形成为另一种形状，例如全环形或开口环形。
23.如进一步所示，发射器100包括在欧姆金属层104的部分环形内半径内的发射器100的一部分中的光孔108。发射器100通过光孔108发射激光束。如进一步所示，发射器100还包括电流约束孔110(例如，由发射器100的氧化层形成的氧化物孔(未示出))。电流约束孔110形成在光孔108下方。
24.如图1a进一步所示，发射器100包括一组沟槽112(例如氧化沟槽)，其围绕注入保护层102的周向间隔开(例如相等、不相等)。沟槽112可以相对于光孔108定位得多近取决于应用，并且通常受到注入保护层102、欧姆金属层104、过孔106和制造公差的限制。
25.作为例子，提供了图1a所示的层的数量和布置。实际上，发射器阵列100可以包括额外层、更少的层、不同的层或与图4中所示的不同排列的层。例如，虽然发射器100包括一组六个沟槽112，但是在实践中，其他配置也是可以的，例如包括五个沟槽112、七个沟槽112等等的紧凑型发射器。在一些实施方式中，沟槽112可以环绕发射器100以形成台面结构d
t
。作为另一个例子，虽然发射器100是圆形发射器设计，但是在实践中，可以使用其他设计，例如矩形发射器、六边形发射器、椭圆形发射器等。额外地或替代地，发射器100的一组层(例如，一层或多层)可以分别执行被描述为由发射器100的另一组层执行的一个或多个功能。
26.值得注意的是，虽然发射器100的设计被描述为包括vcsel，但是其他实施方式也是可以的。例如，发射器100的设计可以应用于另一种类型的光学器件，例如发光二极管(led)，或者另一种类型的垂直发射(例如，顶部发射或底部发射)光学器件。另外，发射器100的设计可以应用于任何波长、功率水平、发射轮廓和/或类似的发射器。换句话说，发射
器100并不特定于具有给定性能特征的发射器。
27.如图1b所示，示例截面图可以表示穿过一对沟槽112或在一对沟槽112之间的发射器100的截面(例如，如图1a中标记为“x
‑
x”的线所示)。如图所示，发射器100可以包括背侧阴极层128、衬底层126、底部反射镜124、活性区122、氧化层120、顶部反射镜118、注入绝缘材料116、保护层114(例如电介质钝化/反射镜层)和欧姆金属层104。如图所示，发射器100可以具有例如大约10μm的总高度
28.背侧阴极层128可以包括与衬底层126电接触的层。例如，背侧阴极层128可以包括退火的金属化层，例如augeni层、pdgeau层等。
29.衬底层126可以包括其上生长外延层的基础衬底层。例如，衬底层126可以包括半导体层，例如砷化镓(gaas)层、磷化铟(inp)层等。
30.底部反射镜124可以包括发射器100的底部反射层。例如，底部反射镜124可以包括分布式布拉格反射器(dbr)。
31.活性区122可以包括约束电子并限定发射器100的发射波长的层。例如，活性区122可以是量子阱。
32.氧化层120可以包括提供发射器100的光约束和电约束的氧化物层。在一些实施方式中，氧化层120可以作为外延层的湿法氧化的结果而形成。例如，氧化层120可以是作为alas或algaas层的氧化的结果而形成的al2o3层。沟槽112可以包括开口，该开口允许氧(例如，干氧、湿氧)进入用于形成氧化层120的外延层。
33.电流约束孔110可以包括由氧化层120限定的光学活性孔。电流约束孔110的尺寸可以在例如从大约4μm到大约20μm的范围。在一些实施方式中，电流约束孔110的尺寸可以取决于围绕发射器100的沟槽112之间的距离。例如，沟槽112可以被蚀刻以暴露用于形成氧化层120的外延层。这里，在保护层114形成(例如沉积)之前，外延层的氧化可以朝着发射器100的中心发生特定距离(例如，在图1b中标识为d
o
)，从而形成氧化层120和电流约束孔110。在一些实施方式中，电流约束孔110可以包括氧化物孔。额外地或替代地，电流约束孔110可以包括与另一种类型的电流约束技术相关联的孔，例如蚀刻台面、没有离子注入的区域、光刻限定的腔内台面和再生长等。
34.顶部反射镜118可以包括发射器100的顶部反射层。例如，顶部反射镜118可以包括dbr。
35.注入绝缘材料116可以包括提供电绝缘的材料。例如，注入绝缘材料116可以包括离子注入材料，例如氢/质子注入材料或类似的注入元素，以降低电导率。在一些实施方式中，注入绝缘材料116可以限定注入保护层102。
36.保护层114可以包括充当保护钝化层并且可以充当额外dbr的层。例如，保护层114可以包括沉积(例如，通过化学气相沉积、原子层沉积或其他技术)在发射器100的一个或多个其他层上的一个或多个子层(例如，介电钝化层和/或反射镜层、sio2层、si3n4层、al2o3层或其他层)
37.如图所示，保护层114可以包括一个或多个过孔106，其提供到欧姆金属层104的电通路。例如，过孔106可以形成为保护层114的蚀刻部分或保护层114的剥离部分。光孔108可以包括在电流约束孔110上方的保护层114的一部分，光可以通过该部分发射。
38.欧姆金属层104可以包括形成电流可以流过的电接触部的层。例如，欧姆金属层
104可以包括电流可以流过的ti和au层、ti和pt层和/或au层等(例如，通过过孔106与欧姆金属层104接触的焊垫(未示出))。欧姆金属层104可以是p
‑
欧姆、n
‑
欧姆或本领域已知的其他形式特定类型的欧姆金属层104的选择可以取决于发射器的结构，并且在本领域技术人员的知识范围内欧姆金属层104可以提供金属和半导体之间的欧姆接触和/或可以提供非整流电结和/或可以提供低电阻接触。在一些实施方式中，发射器100可以使用一系列步骤来制造。例如，底部反射镜124、活性区122、氧化层120和顶部反射镜118可以外延生长在衬底层126上，之后欧姆金属层104可以沉积在顶部反射镜118上。接下来，可以蚀刻沟槽112以暴露氧化层120用于氧化。可以通过离子注入产生注入绝缘材料116，之后可以沉积保护层114。可以在保护层114中蚀刻过孔106(例如，暴露欧姆金属层104以用于接触)。可以进行电镀、引晶(seeding)和蚀刻，之后可以将衬底层126减薄和/或研磨至目标厚度。最后，背侧阴极层128可以沉积在衬底层126的底面上。
39.提供图1b所示的层的数量、排列、厚度、顺序、对称性等作为例子。实际上，发射器100可以包括额外层、更少的层、不同的层、不同构造的层或与图1b中所示的不同排列的层。额外地或替代地，发射器100的一组层(例如，一层或多层)可以执行被描述为由发射器100的另一组层执行的一个或多个功能，并且任何层可以包括多于一层。
40.图2是发射器200的示例截面图。图2示出了发射器200的顶部发射构造；然而，也可以考虑底部发射结构。发射器200可以是如以上结合图1a和1b所述的发射器100。例如，发射器200可以是vcsel。
41.如图2所示，发射器200可以包括衬底202、外延结构204和一组接触部206(显示为206a、206b和206c)。外延结构204可以包括底部反射镜208、一个或多个活性层210a、210b、一个或多个约束层212a、212b和顶部反射镜214。在一些实施方式中，发射器200可以使用一系列过程来制造。例如，发射器200的一个或多个层可以使用一个或多个生长过程、一个或多个沉积过程、一个或多个蚀刻过程、一个或多个氧化过程、一个或多个注入过程、一个或多个金属化过程等来产生，如以上结合图1b所述。
42.衬底202包括衬底，外延结构204的层生长在衬底上。在一些实施方式中，衬底202可以由半导体材料形成，如上文结合图1b所述。
43.外延结构204包括在衬底202上生长的一组层。例如，如下所述，外延结构204可以包括光学谐振器，该光学谐振器包括一对反射镜(例如，反射镜208、214)、一个或多个透镜(与用于控制发射器200的输出所光束遇到的有效折射率相关联)、至少一个活性增益介质(其可以被称为增益区域或活性层的活性区域)、用于形成一个或多个孔径(例如，用于光约束和/或电约束)的一个或多个层和/或类似物。在一些实施方式中，外延结构204可以包括在衬底202(例如，gaas衬底)上生长的一组algaas层。在一些实施方式中，外延结构204可以使用金属有机化学气相沉积技术(mocvd)、分子束外延(mbe)技术等在衬底202上生长。
44.底部反射镜208和顶部反射镜214可以形成发射器200的光学谐振器的一部分。例如，底部反射镜208或顶部反射镜214可以包括dbr、电介质反射镜和/或类似物，如以上结合图1b所述。
45.活性层可以包括第一活性层210a和第二活性层210b。活性层210a和210b可以各自包括活性区，在该活性区处电子和空穴复合发光。例如，活性区可以包括一个或多个量子阱。每个活性层210a、210b可以位于外延结构204的相应半导体结处。半导体结可以是相反
掺杂的半导体材料相遇的区域。例如，第一活性层210a可以位于第一p
‑
n结处，第二活性层210b可以位于第二p
‑
n结处。发射器200可以包括两个或更多个半导体结/活性层。也就是说，发射器200可以是多结发射器。
46.如图所示，隧道结区域216可以在活性层210a、210b之间。隧道结可以由高掺杂半导体材料层(例如，薄层)(例如，一个或多个n 层和一个或多个p 层)形成。隧道结区域216可以指提供载流子再循环的区域，使得载流子可以用于额外的受激复合(recombination)事件。因此，外延结构204的一对活性层之间可以具有隧道结区域。
47.约束层212a、212b可以提供光约束和/或电(例如，电流)约束。在一些实施方式中，约束层212a、212b可以包括氧化物层，该氧化物层是由于外延结构204的一个或多个外延层的氧化而形成的，如以上结合图1b所述。约束层212a、212b可以限定各自的光孔218a、218b。光孔218a、218b可以包括约束层212a、212b的约束区域。在一些实施方式中，约束层212a、212b可以提供光约束，并且电约束可以由发射器200的另一种结构或机制提供，只要电约束使得载流子能够经由受激发射而辐射地复合，以作为光从发射器200发射。
48.外延结构204可以在第一活性层210a下方的一深度处包括一个或多个第一约束层(例如，约束层212a)。此外，外延结构204可以在第二活性层210b上方的一深度处包括一个或多个第二约束层(例如，约束层212b)。在一些实施方式中，第一约束层和第二约束层垂直对准。也就是说，第一约束层和第二约束层的光孔(例如，光孔218a和218b)可以轴向对齐。在一些实施方式中，外延结构204可以在第一活性层210a和第二活性层210b之间的一深度处包括一个或多个约束层。在一些实施方式中，外延结构204可以包括两个以上的活性层，并且一个或多个约束层可以位于最上面的活性层之上、最下面的活性层之下和/或活性层之间。
49.该组接触部206可以与外延结构204电连接。该组接触部206的接触部可以包括导电材料，电流可以流过该导电材料，如以上结合图1b所述。在一些实施方式中，该组接触部206可以包括三个或更多个接触部。此外，该组接触部206可以在发射器200上彼此电分离。在一些实施方式中，该组接触部206的每个接触部可以在一深度与外延结构204电连接，该深度不同于任何其他接触部与外延结构204电连接时所处的深度。例如，该组接触部206中的至少一个接触部可以在第一活性层210a和第二活性层210b之间的一深度处电连接到外延结构。在一些实施方式中，该组接触部206可以电连接到外延结构204的不同层。
50.如图2所示，该组接触部206可以包括第一阳极接触部206a、第二阳极接触部206b和阴极接触部206c。阳极接触部206a、206b可以包括在蚀刻到外延结构204中的相应沟槽中形成的接触层。在一些实施方式中，阳极接触部206a或206b中的至少一个可以电连接到沟槽内的外延结构204。
51.沟槽可以具有阶梯形状(例如，一个或多个阶梯)，使得沟槽包括一个或多个横向部分(例如，平行于衬底202)。在一些实施方式中，电绝缘层220可以衬在外延结构204的顶表面上，并且衬在沟槽的表面上。电绝缘层220可以包括在一个或多个接触部(例如，阳极接触部206a、206b)和外延结构204之间提供电绝缘的非导电材料。电绝缘层220可以包括一个或多个间隙(例如，不存在非导电材料的蚀刻部分)，以允许接触部和外延结构204之间的电连接。例如，与沟槽的横向部分相关联的电绝缘层220的一部分可以包括间隙，以在外延结构204中形成阳极接触部，如下面进一步详细描述的。在一些实施方式中，沟槽的一部分可
以向下延伸到外延结构204中并超过间隙，并延伸到底部反射镜208或衬底202中。这样，第一阳极接触部206a和第二阳极接触部206b彼此电绝缘(例如，第一阳极接触部206a和第二阳极接触部206b是分开的独立接触部)，和/或与发射器200阵列中的另一发射器电绝缘。
52.阴极接触部206c可以包括在发射器200背侧与衬底202电接触的接触层(例如，在衬底202的背侧)。可选地，阴极接触部206c可以包括在发射器200的顶侧(即，与阳极接触部206a、206b相同的一侧)的接触层，该接触层形成在延伸到衬底202中并提供与衬底202的电连接的沟槽中。
53.在一些实施方式中，发射器200可以连接到驱动器部件(例如，驱动器电路)。驱动器部件可以被配置成经由该组接触部206中的分离的成对接触部向发射器200施加偏压(例如，提供电流)。例如，驱动器部件可以被配置为经由第一阳极接触部206a和阴极接触部206c向发射器200施加偏压，或者经由第二阳极接触部206b和阴极接触部206c向发射器200施加偏压。例如，驱动器部件可以被配置为在驱动第一阳极接触部206a和阴极接触部206c或者驱动第二阳极接触部206b和阴极接触部206c之间进行切换。换句话说，该组接触部206可以包括配置为被独立驱动的至少两对接触部，并且驱动器部件可以被配置为使用不同的成对接触部来切换堆发射器200的驱动。成对接触部可以共享一个或多个接触部(例如，如图所示，第一对接触部包括第一阳极接触部206a和阴极接触部206c，第二对接触部包括第二阳极接触部206b和阴极接触部206c)。
54.该组接触部206可以电连接到外延结构204，以选择性地向第一活性层210a和第二活性层210b中之一或二者提供电流。例如，第一对接触部组206(例如，第一阳极接触部206a和阴极接触部206c)可以电连接到外延结构204，以向第一活性层210a和第二活性层210b提供电流。作为另一个例子，第二对接触部组206(例如，第二阳极接触部206b和阴极接触部206c)可以电连接到外延结构204，以仅向第一活性层210a和第二活性层210b之一提供电流。这样，根据哪个活性层被提供电流，发射器200能够具有多种输出功率。例如，如果第一活性层210a导通而第二活性层210b截止，则发射器200可以以相对较低的光输出功率(例如，半功率)工作，并且如果第一活性层210a和第二活性层210b都导通，则发射器200可以以相对较高的光输出功率(例如，全功率)工作。
55.在一些实施方式中，发射器200可以恒定电流模式操作(例如，驱动器部件可以被配置为向发射器200提供恒定电流)。例如，不管第一活性层210a和第二活性层210b中之一或二者是否导通，发射器200都可以使用恒定电流工作。在一些实施方式中，发射器200可以恒定电压模式操作(例如，驱动器部件可以被配置为向发射器200提供恒定电压)。例如，当第一活性层210a和第二活性层210b中只有一个导通时(例如，当发射器200以相对较低的光输出功率工作时)，发射器200可以使用恒定电压工作。
56.在一些实施方式中，第一阳极接触部206a可以在外延结构204的顶表面处具有与外延结构204的电连接。例如，第一阳极接触部206a可以在顶部反射镜214处与外延结构204电连接。如附图标记222所示，电绝缘层220可以在外延结构204的顶面处包括间隙，以提供第一阳极接触部206a和外延结构204之间的电连接。
57.在一些实施方式中，第二阳极接触部206b在一深度处在外延结构204中电连接，该深度与任何其他阳极接触(例如，第一阳极接触部206a)在外延结构204中电连接时所处的深度不同。例如，第一阳极接触部206a和第二阳极接触部206b可以在外延结构204中在不同
深度处电连接(例如，电连接到外延结构中的不同层)。在一些实施方式中，第二阳极接触部206b可以与第一活性层210a和第二活性层210b之间的外延结构204电连接。在一些实施方式中，第二阳极接触部206b在隧道结区域216和第一活性层210a之间的他深度处电连接到外延结构204。这样，第二阳极接触部206b和阴极接触部206c之间的电路径可以绕过隧道结区域216的额外电阻。在一些实施方式中，第二阳极接触部206b在隧道结区域216和第二活性层210b之间的一深度处电连接到外延结构204。如附图标记224所示，并且如上所述，电绝缘层220可以包括间隙，以提供第二阳极接触部206b和外延结构204之间的电连接。例如，间隙可以位于由第二阳极接触部206b填充的沟槽的横向部分。这样，第二阳极接触部206b和阴极接触部206c之间的电路径可以绕过第二活性层210b。
58.在一些实施方式中，至少一个约束层(例如，约束层的约束区域)位于该组接触部206的阳极接触部和阴极接触部之间的一电路径中。例如，两个约束层212a和212b可以在第一阳极接触部206a和阴极接触部206c之间的一电路径中，并且约束层212a和212b中只有一个可以在第二阳极接触部206b和阴极接触部206c之间的一电路径中。
59.在一些实施方式中，第一活性层210a和第二活性层210b中只有一个处于该组接触部206的第一阳极
‑
阴极对之间的一电路径中，并且第一活性层210a和第二活性层210b二者都处于该组接触部206的第二阳极
‑
阴极对之间的一电路径中。例如，只有第一活性层210a(例如，不是第二活性层210b)可以在第二阳极接触部206b和阴极接触部206c之间的一电路径中，并且第一活性层210a和第二活性层210b可以在第一阳极接触部206a和阴极接触部206c之间的一电路径中。
60.这样，使用第一阳极接触部206a和阴极接触部206c驱动发射器200可以向第一活性层210a和第二活性层210b提供电流(即，多结操作)，导致相对较高的光输出功率，并且使用第二阳极接触部206b和阴极接触部206c驱动发射器200可以向第一活性层210a提供电流，但不向第二活性层210b提供电流(即，单结操作)，导致相对较低的光输出功率。因此，发射器200能够在较低功率模式和较高功率模式之间、室内模式和室外模式之间、白天模式和夜间模式之间、较短距离模式和较长距离模式之间等切换。
61.尽管发射器200在上文中被描述为包括两个活性层(其间具有隧道结)和三个接触部，但是发射器200可以包括两个以上的活性层(例如，在连续的活性层之间具有隧道结)和三个以上的接触部。例如，发射器200可以包括在第二活性层210b之上的第三活性层，以及在第二活性层210b和第三活性层之间位于外延结构204的一深度处的额外隧道结。这里，该组接触部206可以包括第三阳极接触部(例如，与阳极接触部206a、206b独立且电绝缘)，并且该组接触部206可以电连接到外延结构204，使得选择的成对接触部向第一活性层210a、第二活性层210b和第三活性层组成的子组提供电流。例如，第一对接触部可以仅向第一活性层210a提供电流，第二对接触部可以仅向第一活性层210a和第二活性层210b提供电流，第三对接触部可以以类似于上述的方式向第一活性层210a、第二活性层210b和第三活性层提供电流。
62.作为另一个例子，发射器200可以包括四个活性层、三个隧道结和四个阳极接触部(例如，它们是独立的并且电绝缘的)，并且四个阳极接触部可以在不同的深度处电连接到外延结构204，以提供四级光输出功率控制。例如，单个活性层可以被寻址以提供第一功率水品(例如，低功率)，两个活性层可以被寻址以提供第二功率水品(例如，中低功率)，三个
活性层可以被寻址以提供第三功率水品(例如，中高功率)，或者四个活性层可以被寻址以提供第四功率水品(例如，高功率)。
63.在一些实施方式中，当活性层的数量(n)为三或更多时，寻址活性层的所有组合所需的接触部的数量为n。在一些实施方式中，当活性层的数量(n)等于或大于3时，寻址活性层所需的接触部数量为n 1。
64.在一些实施方式中，两个或更多个发射器200被包括在发射器阵列中，例如在公共衬底上的发射器阵列中。例如，发射器阵列(例如，发射器芯片)可以包括至少一个发射器200的第一子阵列、至少一个发射器200的第二子阵列等等。子阵列可以是交错或非交错的，并且每个子阵列可以使用单独的电流源。在这种情况下，子阵列可以独立操作以提供各种光输出(例如，不改变驱动电流)。例如，两个子阵列可以以高功率工作，第一子阵列可以以高功率工作，第二子阵列以低功率工作，两个子阵列可以以低功率工作，等等。
65.如上所述，提供图2作为示例。其他示例可以不同于针对图2所描述的。图2中所示的层的数量和布置被提供作为示例。实际上，发射器200可以包括额外层、更少的层、不同的层或与图2中所示的不同排列的层。例如，可以根据需要修改发射器200以获得足够的载流子约束(例如，通过包括额外的约束层、通过增加活性层之间的间距、通过对接触层进行改性、掺杂以及接近等)。额外地或替代地，发射器200的一组层(例如，一个或多个层)可以执行被描述为由发射器200的另一组层执行的一个或多个功能。
66.图3是发射器300的示例截面图。图3示出了发射器300的顶部发射构造，然而，也可以考虑底部发射构造。发射器300可以是如上结合图图1a和1b所述的发射器100。例如，发射器300可以是vcsel。
67.如图3所示，发射器300可包括衬底202和外延结构204，如上文结合图2所述。外延结构204可以包括底部反射镜208、一个或多个活性层210a、210b、一个或多个约束层212(显示为单个约束层212)、顶部反射镜214、活性层210a和210b之间的隧道结区域216以及电绝缘层220，如以上结合图2所述。
68.发射器300可以包括一组接触部302(显示为302a、302b和302c)。如图3所示，该组接触部302可以包括阳极接触部302a、第一阴极接触部302b和第二阴极接触部302c。阳极接触部302a和第二阴极接触部302c可以包括在蚀刻到外延结构204中的沟槽中形成的层。在一些实施方式中，阴极接触部302c可以电连接到沟槽内的外延结构204。如图所示，沟槽可以延伸到活性层210a、210b之间的外延结构204中。在一些实施方式中，电绝缘层220可以衬在外延结构204的顶表面上，并且衬在沟槽的表面上，如上所述。
69.如上所述，第一阴极接触部302b可以包括在发射器300背侧与衬底202电接触的层。或者，第一阴极接触部302b可以包括在发射器300的顶侧(即，与阳极接触部302a和第二阴极接触部302c相同的一侧)的层，该层形成在延伸到衬底202中并提供与衬底202的电连接的沟槽中，如上所述。在一些实施方式中，第一阴极接触部302b和第二阴极接触部302c彼此电绝缘(例如，第一阴极接触部302b和第二阴极接触部302c是分开的独立接触部)。
70.在一些实施方式中，发射器300可以连接到驱动器部件(例如，驱动器电路)，如以上结合图2所述。例如，驱动器部件可以被配置为经由阳极接触部302a和第一阴极接触部302b向发射器300施加偏压，或者经由阳极接触部302a和第二阴极接触部302c向发射器300施加偏压。例如，驱动器部件可以被配置为在驱动阳极接触部302a和第一阴极接触部302b
或者驱动阳极接触部302a和第二阴极接触部302c之间进行切换。
71.该组接触部302可以电连接到外延结构204，以选择性地向第一活性层210a和第二活性层210b中之一或二者提供电流，如以上结合图2所述。例如，第一对接触部组302(例如，阳极接触部302a和第一阴极接触部302b)可以电连接到外延结构204，以向第一活性层210a和第二活性层210b提供电流。作为另一个例子，第二对接触部组302(例如，阳极接触部302a和第二阴极接触部302c)可以电连接到外延结构204，以仅向第一活性层210a和第二活性层210b中之一提供电流。
72.在一些实施方式中，阳极接触部302a可以在外延结构204的顶表面处具有与外延结构204的电连接，如以上结合图2所述。如附图标记304所示，电绝缘层220可以在外延结构204的顶面处包括间隙，以允许阳极接触部302a和外延结构204之间的电连接。
73.在一些实施方式中，第二阴极接触部302c在一深度处在外延结构204中电连接，该深度不同于任何其他阴极接触(例如，第一阴极接触部302b)在外延结构204中时所处的深度。例如，第一阴极接触部302b和第二阴极接触部302c可以在不同的深度处在外延结构204中电连接。在一些实施方式中，第二阴极接触部302c可以具有与第一活性层210a和第二活性层210b之间的外延结构204的电连接。在一些实施方式中，第二阴极接触部302c在隧道结区域216和第一活性层210a之间或者在隧道结区域216和第二活性层210b之间的一深度处电连接到外延结构204。如附图标记306所示，电绝缘层220可以包括间隙，以提供第二阴极接触部302c和外延结构204之间的电连接。例如，间隙可以位于由第二阴极接触部302c填充的沟槽的底部。这样，阳极接触部302a和第二阴极接触部302c之间的电路径不会到达第二活性层210b。
74.在一些实施方式中，发射器300可以包括单个约束层212，并且约束层212(例如，约束层212的约束区域)在阳极接触部302a和第一阴极接触部302b之间的一电路径中，以及在阳极接触部302a和第二阴极接触部302c之间的一电路径中。在一些实施方式中，如上文结合图2所述，发射器300可以恒定电流模式或恒定电压模式操作。
75.在一些实施方式中，只有第二活性层210b(例如，不是第一活性层210a)处于阳极接触部302a和第二阴极接触部302c之间的一电路径中，并且第一活性层210a和第二活性层210b二者都处于阳极接触部302a和第一阴极接触部302b之间的一电路径中。因此，发射器300可具有如上文针对图2中发射器200所述的一种或多种能力(例如，单结操作或多结操作、低功率模式或高功率模式等)。
76.尽管发射器300在上文中被描述为包括两个活性层，其间具有隧道结和三个接触部，但是发射器300可以包括两个以上的活性层、一个以上的隧道结和三个以上的接触部，如上文结合图2所述。例如，发射器300可以包括第二活性层210b之上的第三活性层，以及在第二活性层210b和第三活性层之间位于外延结构204的一深度处的额外隧道结。这里，接触部组206可以包括第三阴极接触部(例如，与阴极接触部302b、302c独立且电绝缘)，并且接触部组302可以电连接到外延结构204，使得选择的成对接触部向第一活性层210a、第二活性层210b和第三活性层组成的子组提供电流，如以上结合图2所述。
77.在一些实施方式中，两个或更多个发射器300被包括在发射器阵列中，例如在公共衬底上的发射器阵列中，如以上结合图2所述。在一些实施方式中，发射器阵列中包括至少一个发射器200和至少一个发射器300。在一些实施方式中，接触部组302的任何接触部可以
是接地接触部，并且驱动器电路可以被配置成使得接触部组302的其他接触部相对于接地接触部被偏置(例如，如上所述，以提供专门针对活性层的寻址能力)。例如，图2示出了使用两个阳极接触部和一个阴极接触部的方案，而图3示出了使用一个阳极接触部和两个阴极接触部的方案。设想了其他方案，只要在不同的成对接触部之间驱动发射器从而向发射器的不同组活性层提供电流即可。
78.如上所述，提供图3作为示例。其他示例可以不同于针对图3所描述的。图3中所示的层的数量和布置被提供作为示例。实际上，发射器300可以包括额外层、更少的层、不同的层或与图3中所示的不同排列的层。例如，可以根据需要修改发射器300以获得足够的载流子约束(例如，通过包括额外的约束层、通过增加活性层之间的间距、通过对接触层进行改性、掺杂、接近等)。额外地或替代地，发射器300的一组层(例如，一个或多个层)可以执行被描述为由发射器300的另一组层执行的一个或多个功能。
79.图4是发射器阵列400的示例截面图。图4示出了发射器阵列400的顶部发射构造，然而，也可以考虑底部发射构造。如图4所示，发射器阵列400可以包括公共衬底202和公共外延结构204，如以上结合图2所述。外延结构204可以包括底部反射镜208、一个或多个活性层210a、210b、一个或多个约束层212a、212b、顶部反射镜214、活性层210a和210b之间的隧道结区域216以及电绝缘层220，如以上结合图2所述。
80.此外，发射器阵列400可以包括在外延结构204中限定的至少第一发射器402和第二发射器404(例如，并联)。第一发射器402和第二发射器404可以是发射器100，如以上结合图1a和1b所述的。例如，第一发射器402和第二发射器404可以是vcsel。
81.第一发射器402和第二发射器404可以由注入区域406分开。注入区域406可以包括高电阻离子，其在第一发射器402和第二发射器404之间提供电绝缘。注入区域406可以限定与第一发射器402相关联的发射器阵列400的第一区域(即，注入区域406的右侧)，以及与第二发射器404相关联的发射器阵列400的第二区域(即，注入区域406的左侧)。
82.发射器阵列400可以包括一组接触部408(显示为408a和408b)。如图4所示，该组接触部408可以包括阳极接触部408a(例如，向外延结构204提供一个或多个阳极接触点)和阴极接触部408b(例如，向外延结构204提供一个或多个阴极接触点)。阳极接触408a可以包括在蚀刻到外延结构204中的多个沟槽中形成的接触层。多个沟槽可以类似于上面结合图2描述的沟槽来配置。阳极接触408a可以在外延结构204的顶面处提供至少一个电接接触部，并且在沟槽内提供至少一个电接接触部。如上所述，阴极接触部408b可以包括在发射器阵列400背侧与衬底202电接触的层。可选地，阴极接触部408b可以包括在发射器阵列400的顶侧(即，与阳极接触部408a相同的一侧)的层，该层形成在延伸到衬底202中并提供与衬底202的电连接的沟槽中。
83.如图4所示，发射器阵列400包括单个阴极接触部408b和电连接以形成阳极接触部408a的多个阳极接触点。然而，在一些实施方式中，发射器阵列400可以包括单个阳极接触部和多个阴极接触点，它们以类似于上面结合图3描述的方式电连接，以形成单个阴极接触部。
84.在一些实施方式中，发射器阵列400可以连接到驱动器部件(例如，驱动器电路)。驱动器部件可以被配置成经由阳极接触部408a和阴极接触部408b向发射器阵列400施加偏置。
85.该组接触部408可以电连接到外延结构204，以仅向用于第一发射器402的第一活性层210a(例如，不向第二活性层210b)提供电流，并且向用于第二发射器404的第一活性层210a和第二活性层210b提供电流。例如，如上所述，该组接触部408可以被配置为提供第一发射器402的单结操作和第二发射器404的多结操作。
86.在一些实施方式中，阳极接触部408a可以在外延结构204中在不同深度处具有与外延结构204的多个电连接点。不同的深度可以与不同的发射器相关联。结合第一发射器402(例如，在发射器阵列400的第一区域中)，阳极接触部408a可以在第一活性层210a和第二活性层210b之间(例如，在隧道结区域216和第一活性层210a之间，或者在隧道结区域216和第二活性层210b之间)具有一个或多个第一电连接点。例如，如附图标记410所示，如上所述，电绝缘层220可以在沟槽的横向部分处包括间隙，以提供一个或多个第一电连接点。结合第二发射器404(例如，在发射器阵列400的第二区域中)，阳极接触部408a可以在外延结构204的顶面处具有一个或多个第二电连接点。例如，如附图标记412所示，如上所述，电绝缘层220可以在外延结构204的顶面处包括间隙，以提供一个或多个第二电连接点。
87.在一些实施方式中，发射器阵列400可以以恒定电流模式操作(例如，驱动器部件可以被配置为向发射器阵列400提供恒定电流)。恒定电流可以满足(例如，可以大于)阈值电流。例如，阈值电流可以足以激活第一活性层和第二活性层。因此，在恒定电流模式下，第一发射器402和第二发射器404可以产生光输出。
88.在一些实施方式中，发射器阵列400可以以恒定电压模式操作(例如，驱动器部件可以被配置为向发射器阵列400提供恒定电压))。恒定电压可以满足(例如，可以小于)阈值电压。例如，阈值电压可能足以激活第一活性层，但不足以激活第二活性层(例如，阈值电压可小于发射器404的导通电压)。因此，在恒定电压模式下，只有第一发射器402可以产生光输出。这样，发射器阵列400的组合光输出功率可以在相对较高的组合光输出功率(例如，当发射器402、404都接通时)和相对较低的组合光输出功率(例如，当只有发射器402接通而发射器404关闭时)之间切换。
89.换句话说，在恒定电压模式下开启的发射器阵列400的发射器的数量(例如，少于所有发射器，例如第一发射器402)可以不同于在恒定电流模式下接通的发射器阵列400的发射器的数量(例如，所有发射器，例如第一发射器402和第二发射器404)。以这种方式，当发射器阵列400在恒定电流模式的操作和恒定电压模式的操作之间切换时，发射器阵列400的被接通发射器的数量可以改变。这可以是有用的，例如，使使用发射器阵列400的设备能够在不同的有效空间分辨率之间切换。
90.如上所述，发射器阵列400可以包括两个以上的活性层。此外，但是发射器阵列400在上文被描述为包括两个发射器，但是发射器阵列400可以包括两个以上的发射器。例如，发射器阵列400可以包括如针对第一发射器402所述配置的第一多个发射器(形成第一子阵列)，以及如针对第二发射器404所述配置的第二多个发射器(形成第二子阵列)(以及用于发射器阵列400的额外活性层的额外子阵列)。在一些实施方式中，光源(例如，激光器)可以包括发射器阵列。发射器阵列可以包括至少一个发射器，例如发射器200和/或发射器300。额外地或替代地，发射器阵列可以包括发射器阵列400。
91.如上所述，提供图4作为示例。其他示例可以不同于针对图4所描述的。图4中所示的层的数量和布置被提供作为示例。实际上，发射器阵列400可以包括额外层、更少的层、不
同的层或与图4中所示的不同排列的层。例如，可以根据需要修改发射器阵列400以获得足够的载流子约束(例如，通过包括额外的约束层、通过增加活性层之间的间距、通过对接触层进行改性、掺杂以及接近等)。额外地或替代地，发射器阵列400的一组层(例如，一层或多层)可以执行被描述为由发射器阵列400的另一组层执行的一个或多个功能。
92.前述公开内容提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式约束到所公开的精确形式。可以根据上述公开内容进行修改和变化，或者可以从实现的实践中获得修改和变化。此外，本文描述的任何实施方式可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实施方式可以不被组合的理由。
93.如本文所用，术语“层”旨在广义地解释为一层或多层，并包括水平、垂直或以其他角度定向的层。
94.如这里所使用的，根据上下文，满足阈值可以指大于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值等的值，这取决于上下文。
95.即使特征的特定组合在权利要求中被引用和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在约束各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式进行组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接依赖于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每个其他权利要求的组合。
96.除非明确说明，否则本文使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关联的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用此外，如此处所使用的，术语“组”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换使用当只打算使用一个项目时，使用短语“仅一个”或类似的语言。此外，如这里所使用的，术语“具有”等意在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“或”在串联使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。此外，为了便于描述，这里可以使用空间上相对的术语，例如“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了附图中描述的方位之外，空间相关术语旨在包括使用或操作中的设备、装置和/或元件的不同方位。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且本文使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。
97.相关申请的交叉引用
98.本专利申请要求2020年5月21日提交的，题为“multiple
‑
junction vertical cavity surface emitting laser with junction
‑
specific addressability”美国临时专利申请第63/028,230号的优先权，在先申请的公开内容被认为是本专利申请的一部分，并通过引用结合到本专利申请中。