波长对驱动电流依赖性增加的VCSEL的制作方法

波长对驱动电流依赖性增加的vcsel
技术领域
1.本发明涉及一种波长对驱动电流依赖性增加的垂直腔表面发射激光器(vcsel)。本发明还涉及一种包括这种vcsel的光学传感器。本发明还涉及一种制造这种vcsel的对应方法。


背景技术：

2.在设计外延层堆叠体以获得高效且可靠的vcsel时，总是寻求减少光学和电损耗并增加从有源层的除热。由于光强度和相应的光学吸收在接近有源层是最高的，因此接近有源层的光学损耗是特别受关注的。此外，接近有源层的高电阻是不期望的，因为接近有源层的电损耗增加了所述有源层的温度并降低了vcsel的效率并且可能甚至降低了寿命。
3.当vcsel在不同电流下操作时，会出现典型的波长偏移。随驱动电流而变的这种波长偏移是依赖于自混合干涉的传感器应用的重要参数，现在典型地使用具有集成光电二极管(vip)的vcsel。对于激光发射的有源直径小的vcsel，波长偏移典型地较大，因此追求高波长偏移的传感器应用典型地使用有源直径非常小(低至仅1μm或2μm)的vcsel。即将出现的问题是，对于相同的激光器驱动电流，有源直径小的vcsel以高得多的电流密度驱动，这可能降低可靠性。
4.us 2014/0023380 a1披露了一种vcsel，其包括形成在反射器之一与有源区之间的腔延伸区，该腔延伸区具有大于振荡波长的光学膜厚度，并且包括在选定纵向模式的驻波的至少一个波节处的光学损耗引起层。
5.us 2019/0173263 a1披露了一种具有叠层结构的vcsel，其中，至少两个吸光材料层平行于有源层占据的虚拟平面形成。
6.us 2016/0064899 a1披露了一种vcsel，其具有：第一半导体多层反射器和第二半导体多层反射器；腔区，该腔区位于多层反射器之间；以及柱状结构，该柱状结构从反射器之一延伸到腔区；以及电流限制层，该电流限制层形成在柱状结构内，其中，腔区包括有源区以及插入在有源区与多层反射器中的一个多层反射器之间的腔延伸区。
7.us 2007/0041414 a1披露了一种vcsel，其在激光谐振器中包含至少一个吸收层，其中，吸收层减少激光辐射在激光谐振器中的传输，目的是降低激光对由反馈到激光谐振器中的辐射产生的干扰的敏感性。这减少了由于反馈辐射引起的输出功率波动。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种改进的vcsel，其为vcsel的固定有源直径提供波长对驱动电流的增加的依赖性。另外，本发明的目的是提供一种制造这种vcsel的对应方法并提供一种包括这种vcsel的光学传感器。
9.在本发明的第一方面，提出了一种vcsel，其包括：
10.光学谐振器，该光学谐振器具有第一反射器、第二反射器和布置在第一反射器与第二反射器之间的用于激光发射的有源区；以及
11.电接触装置，该电接触装置布置成能够提供电驱动电流以对光学谐振器供电，
12.其中，该光学谐振器还包括损耗层，该损耗层提供光学损耗和/或电损耗以在改变驱动电流时增加激光发射的波长偏移，其中，如果损耗层是光学损耗层，则损耗层引入的光学损耗高于光学谐振器的剩余区中的光学损耗，如果损耗层是电损耗层，则损耗层引入的电损耗是光学谐振器的剩余区中的电损耗的至少5倍，这些剩余区不包括有源区。
13.在本发明的另一方面，提出了一种制造这种vcsel的对应方法，该方法包括以下步骤：
14.提供光学谐振器；以及
15.电接触该光学谐振器以提供电驱动电流以对该光学谐振器供电，
16.其中，提供光学谐振器的步骤包括以下步骤：
17.提供第一反射器，
18.提供用于激光发射的有源区，以及
19.提供第二反射器，
20.提供损耗层，该损耗层提供光学损耗和/或电损耗以在改变驱动电流时增加激光发射的波长偏移，其中，如果损耗层是光学损耗层，则损耗层引入的光学损耗高于光学谐振器的剩余区中的光学损耗，如果损耗层是电损耗层，则损耗层引入的电损耗是光学谐振器的剩余区中的电损耗的至少5倍，这些剩余区不包括有源区。
21.在本发明的又一方面，提供了一种包括这种vcsel的光学传感器。
22.从属权利要求中限定本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法以及所要求保护的光学传感器具有与所要求保护的vcsel类似和/或相同的优选实施例、特别是如从属权利要求中所限定并且如本文所披露的优选实施例。
23.如今，许多使用vcsel的传感器应用都依赖于vcsel的发射波长的波长偏移。增加的波长偏移可以实现例如更准确的传感器测量，这些测量依赖于自混合干涉。本发明基于以下认识：减小vcsel的有源直径产生期望的波长偏移，但也产生若干缺点，例如vcsel的操作可靠性降低。
24.因此，本发明提供了一种完全不同的解决方案来增加波长对驱动电流的依赖性。本发明提供了波长对不依赖于vcsel的有源直径的驱动电流的增加的依赖性。本发明基于以下令人惊讶的效果：在vcsel的光学谐振器中有意提供的这种损耗层(提供超出vcsel中通常或普通损耗的额外光学和/或电损耗)与具有相同有源直径但没有该损耗层的vcsel相比，对于相同驱动电流变化使得vcsel的波长偏移增加。由损耗层引入的光学损耗和/或电损耗可能超过光学谐振器中剩余部分或区中的光学损耗和/或电损耗。在电损耗的情况下，由损耗层引入的损耗可以超过电损耗、至少是其5倍、例如超过10倍，其中，在这种比较中不包括有源区。在损耗层引入的光学损耗的情况下，光学损耗可能高于光学区的剩余区中的光学损耗，其中，在这种比较中不包括有源区。损耗层引入的光学损耗可以更高，是至少2倍、5倍、10倍、或甚至是100倍或超过100倍。由损耗层引入的额外光学和/或电损耗甚至可超过光学谐振器中所有其他损耗的总和，其中，在这种比较中不包括有源区。
25.vcsel优选地还包括光电二极管区，该光电二极管区集成到谐振器中，例如集成到反射器之一中，由损耗层引入的光学损耗比光电二极管区中的高。当这种比较中不包括有源区时，损耗层引入的损耗甚至可超过了包括光电二极管区的光学谐振器中所有其他损耗
的总和。损耗层可以引入光学损耗和电损耗，即损耗层可以具有光学损耗层和电损耗层的功能。
26.在光学损耗层的情况下，由损耗层引入的损耗可以由在损耗层的开始和结束处垂直于损耗层观察的光学功率通量的差异除以损耗层的厚度(在本文中也称为每层厚度的光学损耗)来表征。在电损耗层的情况下，由电损耗层引入的电损耗可以由损耗层中的电流密度乘以损耗层两端的电压降并除以损耗层的厚度(在本文中也称为每层厚度的电损耗)来表征。
27.损耗层被实现为充当vcsel的谐振器内的局部热源，该局部热源局部地增加vcsel的温度，从而在改变驱动电流时使得激光发射的波长偏移增加。因此，有意增加了vcsel的本征光学损耗和/或电损耗。换言之，损耗层是有意不针对减少光学或电损耗而优化的层。这些考虑对于vcsel领域的典型意图、即减少电和光学损耗是反常的。根据本发明的vcsel可以具有多个损耗层。
28.vcsel的第一反射器和第二反射器可以例如是众所周知的分布式布拉格反射器(dbr)。在下文中，表述第一dbr和第二dbr因此可以替代地用于vcsel的第一反射器和第二反射器。然而，应当理解，本发明不限于具有dbr的vcsel。反射器也可以是本领域已知的其他合适的反射器/反射镜、例如介质反射镜。
29.根据一个实施例，损耗层可以布置在有源区与第一反射器之间，或者布置在有源区与第二反射器之间，或者可以是第一反射器的第一层或第二反射器的第一层，该第一层面对有源区。在所述上下文中，损耗层可以布置在有源区的n侧或p侧。然而，应当理解，本发明不限于使用如上所述布置的一个损耗层。还可以选择的是提供两个或更多个损耗层，例如，一个在有源区下方，另一个在有源区上方。这可以进一步增加光学损耗和/或电损耗，并在相同的驱动电流变化下产生改进的波长偏移。然而，必须找到折衷方案，因为损耗也可能降低装置的效率，甚至可能降低寿命。
30.根据一个实施例，损耗层可以布置成与有源区接触。尤其关注的是损耗层提供光学损耗，即损耗层在vcsel操作的波长范围内具有大的光学吸收系数。如果将损耗层布置在有源区的正下方或正上方，则可以实现对辐射强度的高效吸收。这使得温度升高，继而相应地增加了发射波长对激光器电流的依赖性。
31.优选地，因此损耗层可以包括在vcsel的发射波长下具有基本吸收的材料。vcsel优选地在可见光或近红外光学范围内操作。因此，损耗层可以包括gaas或al
x
ga
1-x
as，其中，x在从0至0.1的范围内。例如，gaas在vcsel可能具有其发射波长的850nm波长下具有高吸收性。在此上下文中或在其他实施例的情景下，其中由损耗层引入额外电损耗，损耗层的厚度优选地在5nm至30nm的范围内。同样在这里，必须找到折衷方案。厚度必须足够大以提供足够的电损耗和/或光学损耗，但厚度不必太大，因为这可能导致临界温度升高，从而降低可靠性，甚至可能降低vcsel的寿命。
32.损耗层还可以包括比第一反射器或第二反射器的掺杂更高的掺杂。如果vcsel的第一反射器和第二反射器分别是具有多个dbr层的dbr，则损耗层可以包括比dbr层的掺杂更大的掺杂。
33.根据所述实施例，掺杂优选地大于5
·
10
18
cm-3
，但可以取决于损耗层的材料选择。
34.如上面已经解释的，将损耗层布置为接近有源层提供了优点。然而，损耗层也可以
布置在vcsel的驻波图案的波腹中或波节中。如果损耗层提供光学损耗、即如果光学吸收系数大，则布置在vcsel的驻波图案的波腹中是特别优选的。驻波是随时间振荡但其峰值幅度分布在空间中不移动的波。如果损耗层布置在驻波图案的波腹中，则光学驻波的幅度(或强度)最大。因此，这种布置的光学吸收很大，因为很多光强度位于吸收性损耗层中。替代地，也可以选择的是将损耗层布置在驻波图案的吸收较少的波节中。可能的选择是损耗层的材料已经在vcsel的发射波长下具有大的本征光学吸收，从而不会过多地加热vcsel。
35.作为上述损耗层的高掺杂的替代方案，损耗层还可以具有比反射器的掺杂更低的掺杂。如果vcsel的第一反射器和第二反射器分别是具有多个dbr层的dbr，则损耗层可以包括比dbr层的掺杂更小的掺杂。根据所述实施例，掺杂优选地小于1
·
10
18
cm-3
。损耗层甚至可以是未掺杂的。在这种情况下，光学吸收减少，但电阻增加，因此电损耗增加，并经由欧姆加热产生激光波长对激光器电流的更强依赖性。同样，这样的层可以放置在有源区的两侧(n侧或p侧)。
36.然而，对于这种提供大电阻的低掺杂或未掺杂的损耗层，优选的是将其布置为接近电流密度最高的电流限制层。这种电流限制层在本领域中是公知的并且典型地形成孔径，电流路径被限制在该孔径处。电流限制层可以配置为氧化物孔径。将损耗层本身配置为电流限制层也是一种选择。在这种情况下，可以为损耗层提供低于1
·
10
18
cm-3
的掺杂，这对于众所周知的vcsel来说是不典型的。
37.除了损耗层的上述实施例之外，提供异质层作为损耗层也是一种选择。这种异质层优选地至少由具有第一高折射率的第一层和具有第二低折射率的第二层形成，并且第一层与第二层之间的过渡是台阶状的。这不同于本领域已知的具有高折射率和低折射率的材料之间的典型过渡，其中，过渡典型地是分级的且调制掺杂的以增加横向电导率。具有例如小折射率的第一层与具有例如大折射率的第二层之间的台阶状过渡降低了横向电导率并因此增加了电阻。出于此原因，这种异质层是损耗层提供额外电损耗的合适选择。
38.vcsel优选地包括如上所述的集成光电二极管。光电二极管可以集成到光学谐振器(腔内光电二极管)中。vcsel可以包括衬底，具有集成光电二极管的vcsel的层堆叠体在衬底上生长。在生产vcsel之后可以移除衬底。
39.vcsel可以是顶部发射器或底部发射器。
40.应当理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任意组合。
41.另外的有利实施例定义如下。
42.本发明的这些和其他方面将通过参考下文中参见附图描述的实施例而变得明显并被阐明。
附图说明
43.本发明的这些和其他方面将通过参考下文描述的实施例而变得明显并被阐明。在以下附图中：
44.图1示出了本领域已知的vcsel的原理略图；
45.图2示出了表示依赖于本领域已知的vcsel的有源直径的热阻的典型行为的图；
46.图3示出了表示对于本领域已知的vcsel的不同掺杂的依赖于有源直径的温差的
典型行为的图；
47.图4示出了根据本发明的vcsel的原理概图；
48.图5示出了根据本发明的vcsel的另一个实施例的原理概图，该vcsel具有集成光电二极管；
49.图6示出了根据本发明的vcsel的损耗层的实施例的示意图；
50.图7示出了表示对于根据本发明的vcsel的不同掺杂的依赖于有源直径的温差的图；
51.图8示出了表示对于如图7所示的不同vcsel掺杂的正向电压差的直方图；
52.图9示出了表示对于如图7所示的不同vcsel掺杂的相对阈值增益增加的直方图；
53.图10示出了表示损耗层引入的光学损耗与示例vcsel的剩余部分提供的光学损耗相比的模拟的图；
54.图11示出了表示损耗层引入的电损耗与示例vcsel的剩余部分提供的光学损耗相比的模拟的图；
55.图12示出了制造根据本发明的vcsel的方法的流程图；以及
56.图13示出了详细表示图12的方法步骤的流程图；以及
57.图14示出了详细表示图12的替代方法步骤的流程图。
具体实施方式
58.图1示出了本领域已知的vcsel 110的原理概图。vcsel 110包括第一反射器112、用于激光发射的有源区114、和第二反射器116。vcsel 110的第一反射器和第二反射器可以例如是众所周知的分布式布拉格反射器(dbr)。在下文中，针对vcsel 110的第一反射器112和第二反射器114，因此可以替代地使用第一dbr和第二dbr的表述。有源区114布置在第一dbr 112与第二dbr 116之间。第一dbr 112、有源区114和第二dbr 116形成光学谐振器120，该光学谐振器还包括电流限制层124，该电流限制层典型地布置在有源区114附近以便匹配vcsel 110的光学模式的电流分布。此电流限制层124将电流限制到具有有源直径150的预定有源区域。一般地，此有源直径150越小，如果驱动电流改变，则vcsel 110的波长偏移越大。
59.第二dbr 116、有源区114和第一dbr 112可以在衬底122上外延生长。第一dbr 112和第二dbr 116的层可以包括例如掺杂的algaas。
60.在vcsel 110是顶部发射器的情况下，第一dbr 112可以部分透射有源区114中所产生的激光辐射。激光由vcsel 110发射，如箭头100所示。在顶部发射器的情况下，第一dbr 112的反射率可以低于第二dbr 116的反射率。应当理解，vcsel 110也可以配置为底部发射器，即可以在vcsel 110的衬底侧发射激光，其中，第一dbr 112的反射率则高于第二dbr 116的反射率。可以移除衬底122。
61.如图1所示的vcsel 110还包括电接触装置132、134，该电接触装置包括在第一dbr 112顶部上的第一接触部132、在衬底122底部上的第二接触部134。此电装置132、134布置为提供电驱动电流以对光学谐振器20供电。
62.对于如图1中所示的vcsel，已知的是，当vcsel在不同电流下操作时，发生典型的波长偏移。例如，这种波长偏移对于依赖于自混合干涉的传感器应用来说是重要参数。对于
有源直径小的vcsel(参见图1中的有源直径150)，波长偏移典型地较大，因此追求高波长偏移的传感器应用典型地使用有源直径非常小的vcsel。这一趋势从随后的图2中变得明显。
63.图2示出了表示依赖于本领域已知的vcsel的有源直径150的热阻的典型行为的图表。明显的是，有源直径150越小，热阻r
th
越大。进一步地，大的热阻r
th
指的是大的温度变化，如下文所解释的。
64.vcsel的激光发射波长主要由vcsel温度tj决定，而所述vcsel温度由散热器温度t
hs
、热阻r
th
和耗散功率p
diss
给出：
65.tj＝t
hs
r
th
·
p
diss
66.耗散功率是电输入功率p
el
和光学输出功率之差：
67.p
diss
＝p
el-p
opt
68.电输入功率取决于扭结电压uk、差分电阻r
diff
和激光器电流i：
69.p
el
＝(uk r
diff
·
i)
·i70.光学输出功率取决于斜率效率η
sl
和阈值电流i
th
：
71.p
opt
＝η
sl
·
(i-i
th
)
72.基于层结构，对于给定的vcsel有源直径150，可以计算参数η
sl
、i
th
、uk和r
diff
，并且这些参数用于计算例如对于不同的直径示例性地将电流从1.5ma增加到2.5ma时vcsel所经历的温差：
73.△
t
j,2.5-1.5
＝r
th
·
(p
diss
(2.5ma)
–
p
diss
(1.5ma))
74.因此，较大的热阻r
th
(其归属于较小的直径150，如图2所示)产生较大的温差/温度变化。这种温度变化继而引起波长偏移。出于此原因，追求高的波长偏移的传感器应用(比如依赖于自混合干涉的传感器应用)典型地使用有源直径150非常小(低至仅1μm或2μm)的vcsel。
75.图3示出了表示本领域已知的对于vcsel的不同掺杂的依赖于有源直径150的温差
△
t
j,2.5-1.5
的典型行为的图。图3中的上部曲线(“基线”)归属于参考vcsel，其具有n-dbr和p-dbr的参考掺杂。vcsel可以设计为如图1所示。
76.其他曲线归属于vcsel，其中dbr的n掺杂或p掺杂与参考vcsel相比进行了改变或修改。这些曲线举例表示了vcsel，其中n掺杂或p掺杂是参考vcsel的掺杂的1.4倍或2倍大。
77.从图3所示的图中明显的是，增加掺杂水平使曲线移向更低的温差
△
t
j,2.5-1.5
。因此，对于vcsel的发射波长的大偏移，仅修改vcsel的掺杂看起来不是有希望的方面。
78.图2和图3示出了，看起来只保留了如图2所示的减小vcsel的有源直径以获得高的波长偏移的方面，但这引起更高的电流密度，这可能降低vcsel的可靠性。然而，本发明能够克服这些缺点并提供可靠的vcsel，其基于参考后续附图所解释的完全不同的原理而提供大的波长偏移。
79.图4示出了根据本发明的vcsel 10的原理概图。vcsel 10包括：第一反射器12，该第一反射器可以配置为dbr(由多个第一dbr层12a构成)；有源区14，该有源区用于激光发射；和第二反射器16，该第二反射器可以配置为dbr(由多个第二dbr层16a构成)。在下面的描述中，针对vcsel 110的第一反射器112和第二反射器114，因此可以替代地使用第一dbr和第二dbr的表述。有源区14布置在第一反射器12与第二反射器16之间。与本领域已知的vcsel(例如，图1中所示的vcsel 110)不同，图4的vcsel 10包括损耗层18，该损耗层提供如
上文所述和下文进一步描述的额外光学和/或电损耗。第一反射器12、有源区14、损耗层18和第二反射器16形成光学谐振器20，该光学谐振器还包括具有有源直径5的电流限制层24。
80.如图4所示的vcsel 10包括电接触装置32、34，该电接触装置包括在第一dbr 12顶部上的第一接触部32、在衬底22底部上的第二接触部34。此电装置32、34布置成提供电驱动电流以对光学谐振器20供电。
81.第二dbr 16、损耗层18、有源区14和第一dbr 12的层堆叠体可以在衬底22上外延生长。应当理解，图4中损耗层18的布置不受限制。然而，损耗层18优选地布置在有源区14与第一dbr 12之间或在有源区14与第二dbr 16之间。因此，损耗层18可以布置成与有源区14接触。由损耗层18提供的损耗可以例如是光学损耗，其中例如通过选择损耗层18和周围其他层的材料成分来实现光学吸收。具有约850nm的发射波长的vcsel可以例如使用接近有源层14的5nm至30nm的薄gaas损耗层18(如图4所示)，该损耗层布置在有源层12的n侧或p侧。下面参考图7至图9解释关于损耗层18的材料选择的其它细节。
82.在850nm的波长下，gaas具有高吸收性，并引起大的损耗，相应地对vcsel 10进行大量附加加热。此外，当激光器的电流增加时，更多的光子存在于腔中并将被吸收，因此增加了接近有源层14产生的热量。与不具有这种损耗层18的众所周知的vcsel(例如，如图1所示)相比，这继而将使得波长对激光器(驱动)电流的依赖性增加。通过选择损耗层18的不同材料和厚度，可以调节吸收系数并且可以针对期望的有源直径5优化波长偏移。调节光学损耗的另一个选择是将这种高吸收性的损耗层18放置在vcsel 10的驻波图案中。取决于损耗层18是放置在光强度图案的波节还是波腹中，结构中将存在或多或少的吸收和相应的加热。对于给定的激光器电流变化，这引起波长的较大偏移，如已参考图2所解释的。
83.实现高的光学吸收的另一个选择是在有源层14附近使用高掺杂的损耗层18。虽然吸收在这种情况下是由于自由载流子吸收而不是半导体的带边缘内的吸收，但是与由材料成分引起的光学吸收相同的考虑也适用。同样，此层可以放置在有源层14的p侧以及n侧，并且优选地，此层的电活性掺杂水平高于5
·
10
18
cm-3
。
84.实现vcsel 10的增加的波长偏移的另一个选择是增加由损耗层18引起的电损耗。这可以接近有源区14实施低掺杂的或甚至未掺杂的损耗层18来完成。在这种情况下，光学吸收减少，但电阻增加，并引起vcsel 10的激光发射的波长对经由欧姆加热的激光器电流的更强依赖性。同样，这种损耗层18可以放置在有源区14的两侧。
85.此外，一个选择是将所述损耗层18放置为接近电流限制层24，在该电流限制层处电流密度最高。这在图5中进行示例性地表示。还有一个选择是将损耗层18本身配置为提供电流孔径的电流限制层，该电流孔径例如被配置为氧化物孔径。在这种情况下，可以为损耗层提供低于1
·
10
18
cm-3
的掺杂。在这样的实施例中，附加的限制层不是必需的。
86.图5示出了根据本发明的具有集成光电二极管50的vcsel的另一个实施例的原理概图。在图5所示的实施例中，光电二极管50集成在光学谐振器20中，并且vcsel 10还包括另一个电接触部40以接触光电二极管50。如图5所示将光电二极管50集成到第二dbr 16中可以如下实现。第二dbr 16可以由三个区域构成，例如从具有n掺杂层的有源区14下方开始，变为p掺杂层52，随后是放置在驻波图案的波腹周围的光电二极管50的本征吸收层54，以便获得vcsel 10的受激发射与自发发射的最大响应性和最大对比度。光电二极管50的p-i-n结构由另外的n掺杂层56完成。
87.这种具有集成光电二极管(vip)的vcsel 10现在典型地用于依赖于自混合干涉的传感器应用。本发明提出修改vcsel的制造设计(比如外延设计)，使得具有附加或额外损耗的损耗层18接近有源层14以增加vcsel10的波长偏移。结合如图5所示的集成光电二极管50，vcsel 10的这种设计非常适合许多基于自混合干涉的传感器应用。
88.图6示出了根据本发明的vcsel 10的损耗层18的另一个实施例的示意图。损耗层18可以是包括至少两个不同层18a、18b的异质层。此异质层在z方向(外延生长方向)上具有低的横向电导率，并且可以放置在有源区14附近(比较图4和图5)。将一个过渡实现为低折射率(n1)材料与高折射率(n2)材料之间的台阶为电子传输创造了屏障，并增加了损耗层18中的电阻。这与高折射率材料与低折射率材料之间常用的过渡不同，其中，过渡典型地是分级的以及调制掺杂的，以增加横向电导率并降低电阻。在此，两层18a、18b之间从低折射率(n1)到高折射率(n2)的台阶状过渡(也参见图6右侧的图表)增加了电阻，并且效果将是vcsel 10的波长偏移增加。
89.图7示出了表示根据本发明的对于vcsel 10的不同掺杂的依赖于有源直径5的温差
△
t
j,2.5-1.5
的典型行为的图。由方形符号形成的曲线(“基线”)指代的是没有任何损耗层18的参考vcsel。其他曲线归属于根据本发明的具有附加损耗层18的vcsel。此损耗层18示例性地布置在n-dbr中并且对于不同的曲线具有范围从1nm至37nm的厚度。此损耗层18的材料是gaas或al
0.1
ga
0.9
as。
90.在图7的图中可以看出，5nm的gaas损耗层18的实施方式对温差
△
t
j,2.5-1.5
具有很大的影响。由5nm的gaas层引起的大的带边缘吸收增加了光学损耗，进而增加
△
t
j,2.5-1.5
。因此，实施这样的5nm的gaas层可以是波长偏移增加的改进vcsel的关注候选方式。
91.然而，灰度插图示出了，对于5nm的gaas层，电阻以及因此还有正向电压增加了很多。从下图8所示的直方图中，这变得更加清晰。
92.图8示出了表示对于如图7所示并参考其解释的不同vcsel掺杂的正向电压差的直方图。对于每种掺杂，对于不存在的载流子扩散以及1.2μm的载流子扩散，进一步示出了正向电压差。位于ndbr中的厚度为5nm的薄gaas层引起电压升高，而所有其他层示出了电压降低。因此，较低的正向电压可以通过不同种类的损耗层获得，这些损耗层比如是al
x
ga
1-x
as层，其中，x在0至0.1的范围内。
93.图9示出了表示对于如图7所示的不同vcsel掺杂的相对阈值增益增加的直方图。对于每种掺杂，对于不存在的载流子扩散以及1.2μm的载流子扩散，再次进一步示出了正向电压差。可以看出，不同的损耗层对相对阈值增益具有不同的影响，对于37nm的al
0.1
ga
0.9
as层，相对阈值增益例如会大60％。因此，这种损耗层不适合，因为实现这种损耗层对阈值增益的影响太大。另一方面，5nm的al
0.1
ga
0.9
as层如图8所示提供了期望的正向电压降低，并且只引起相对阈值增益增加一些百分比。因此，与正向电压的适当降低相比，要付出的代价相当低。出于此原因，例如，5nm的al
0.1
ga
0.9
as层是根据本发明使用的损耗层18的可能候选者。
94.图10示出了表示没有光学损耗层的vcsel的标准结构中的光学损耗与具有根据本文描述的实施例的根据本发明的光学损耗层的vcsel的结构中的光学损耗的比较的模拟图。可以通过损耗层开始和结束处(垂直于损耗层看)的光学功率通量的差异除以损耗层的厚度来表征损耗层引入的光学损耗。将这些引入的损耗与光学谐振器的除有源区之外的剩余区中的相应光学损耗进行比较。在根据本发明的vcsel的结构中布置损耗层的位置处，标
准结构中自然存在某种材料，使得标准结构中的此位置处将存在自然光学损耗，因此这种材料与根据本发明的vcsel中一样而在这里称为“光学损耗层”。然而，如图10中可以看出，标准结构的“自然”光学损耗层提供的光学损耗远低于vcsel的剩余部分中每层厚度的累积损耗，剩余部分至少包括光学谐振器，其中，在这种比较中不包括有源区。相比之下，由根据本发明的vcsel的结构的有意提供的光学损耗层引入的每层厚度的光学损耗高于vcsel的剩余部分或区中的累积光学损耗、并是其一百倍以上。剩余部分或区包括集成光电二极管的情况下甚至也是成立的。
95.图11示出了表示在没有电损耗层的vcsel的标准结构中每层厚度的电损耗、与根据本发明的具有根据本文描述的实施例的电损耗层的vcsel的结构的每层厚度的电损耗的比较的模拟图。由电损耗层引入的电损耗可以由损耗层中的电流密度乘以损耗层两端的电压降并除以损耗层的厚度(每层厚度的电损耗)来表征。在根据本发明的vcsel的结构中布置损耗层的位置处，某些材料自然存在于标准结构中，使得在标准结构中的此位置处将存在自然电损耗，因此此材料如根据本发明的vcsel一样而在这里称为“电损耗层”。由有意提供的电损耗层引入的每层厚度的电损耗再次高于vcsel的结构的剩余部分或区中的每层厚度的累积电损耗、并是其至少10倍。与vcsel的剩余部分相比表现出相对更高的电损耗的“自然”电损耗层是电流限制层，例如氧化物孔径。标准结构的这种“自然”电损耗层提供的电损耗仅略高于标准结构的剩余部分中的累积损耗、是其约2倍。然而，根据本发明提供的损耗层引入了每层厚度的电损耗，这些电损耗显著高于剩余部分或区中的累积电损耗、并是其至少十倍。
96.图12示出了根据本发明的制造vcsel的方法的流程图。在第一步骤s10中，提供光学谐振器。在第二步骤s20中，光学谐振器被电接触。
97.图13示出了详细表示提供图12的光学谐振器的方法步骤s10的流程图。在步骤s12中，提供第二反射器、例如分布式布拉格反射器(dbr)。在步骤s14中，提供损耗层，该损耗层提供电损耗和/或光学损耗。在步骤s16中，提供用于光发射的有源区，随后，在步骤s18中，提供第一反射器、例如分布式布拉格反射器。应注意，第二dbr、损耗层、有源区和第一dbr的层堆叠体可以通过本领域已知的任何合适的技术来制造。一个示例可以是在衬底上外延生长，其中不同的层堆叠体按照图13所示的步骤s12、s14、s16和s18的顺序在衬底上依次外延生长。
98.图14示出了详细表示提供图10的光学谐振器的替代方法步骤s20的流程图。在步骤s22中，提供第二反射器、例如dbr。在步骤s24中，提供用于光发射的有源区。在步骤s26中，提供损耗层，该损耗层提供光学和/或光学损耗，并且随后，在步骤s28中，提供第一反射器、例如dbr。
99.如图14所展示的制造方法参引的是这样的vcsel设计，其中损耗层在有源区上方生长(例如，外延生长)，而如图13所展示的制造方法参引的是这样的vcsel设计，其中损耗层在有源区下方生长(例如，外延生长)。
100.应当理解，根据图13和图14的方法还可以包括将光电二极管集成到光学谐振器中。
101.还应当理解，图13和图14中所示步骤的顺序仅是示例性的，所有这些步骤应被认为是等效的。此外，应当理解，如果提供了一个损耗层(即，位于有源区下方或上方)，则图13
和图14所示的方法步骤仅是替代方案。然而，本发明不限于仅使用一个损耗层的实施例。可能的选择是提供两个或更多个损耗层以甚至进一步增加电损耗和/或光学损耗。然而，必须找到折衷方案，因为损耗致使温度降低并降低装置的效率，甚至可能降低寿命。
102.虽然已经在附图和前述说明中详细展示和描述了本发明，但是这种展示和说明被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所披露的实施例。从对附图、披露内容和所附权利要求的研究中，本领域技术人员在实施要求保护的发明时可以理解和实现对所披露的实施例的其他变化。
103.在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除多个。单个元素或其他单元可以实现权利要求中记载的几项的功能。在彼此不同的从属权利要求中陈述的某些措施的简单事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。
104.权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。