(57)【要約】  本発明は、３次元画像を記録するための自己混合干渉センサー（３００）用垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）デバイス（１００）であって、ＶＣＳＥＬデバイス（１００）が、ＶＣＳＥＬアレイと、多数の検出器（１４０）と、第１の電気レーザー接点（１０５）と、少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）とを含み、ＶＣＳＥＬアレイが多数のレーザーダイオード（１２２）を含み、各レーザーダイオード（１２２）が光共振器を含み、光共振器が、第１の分布ブラッグ反射器（１１５）と、第２の分布ブラッグ反射器（１３５）と、発光用活性層（１２０）とを含み、活性層（１２０）が、第１の分布ブラッグ反射器（１１５）と第２の分布ブラッグ反射器（１３５）との間に配置されており、第１の電気レーザー接点（１０５）と少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）が、レーザーダイオード（１２２）の光共振器を電気的にポンピングするための電気駆動電流を提供するように構成されており、第１の電気レーザー接点（１０５）が、ＶＣＳＥＬのすべてのレーザーダイオード（１２２）に対する共通接点であり、少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）が、ＶＣＳＥＬアレイの多数のレーザーダイオード（１２２）の少なくともサブグループに電気的に接触するように構成されており、各検出器（１４０）が、レーザー光（１０）を受け取ると、少なくとも１つのレーザーダイオード（１２２）に関連する電気的自己混合干渉測定信号を生成するように構成されている、ＶＣＳＥＬデバイス（１００）に関する。  本発明はさらに、ＶＣＳＥＬデバイスを含む３次元（３Ｄ）画像を記録するための自己混合干渉センサー（３００）、とこのようなＶＣＳＥＬデバイスを製造する方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元画像を記録するための自己混合干渉センサー（３００）用の垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）デバイス（１００）であって、
ＶＣＳＥＬデバイス（１００）が、ＶＣＳＥＬアレイと、多数の検出器（１４０）と、第１の電気レーザー接点（１０５）と、少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）とを含み、前記ＶＣＳＥＬアレイが、多数のレーザーダイオード（１２２）を含み、前記各レーザーダイオード（１２２）が、光共振器を含み、前記光共振器が、第１の分布ブラッグ反射器（１１５）と、第２の分布ブラッグ反射器（１３５）と、発光用活性層（１２０）とを含み、前記活性層（１２０）が、前記第１の分布ブラッグ反射器（１１５）と前記第２の分布ブラッグ反射器（１３５）との間に配置されており、前記第１の電気レーザー接点（１０５）と前記少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）が、前記レーザーダイオード（１２２）の光共振器を電気的にポンピングするための電気駆動電流を提供するように構成されており、前記第１の電気レーザー接点（１０５）が、前記ＶＣＳＥＬのすべてのレーザーダイオード（１２２）に対する共通接点であり、前記少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）が、前記ＶＣＳＥＬアレイの前記多数のレーザーダイオード（１２２）の少なくともサブグループに電気的に接触するように構成されており、各検出器（１４０）が、前記レーザー光（１０）を受け取ると、少なくとも１つのレーザーダイオード（１２２）に関連する電気的自己混合干渉測定信号を生成するように構成されている、ＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項２】
前記多数のレーザーダイオード（１２２）が、少なくとも１０００、好ましくは少なくとも５０００、最も好ましくは少なくとも１００００のレーザーダイオード（１２２）を含む、請求項１に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項３】
前記ＶＣＳＥＬデバイス（１００）が、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の第２の電気レーザー接点（１２７）を含み、各第２の電気レーザー接点（１２７）が、前記ＶＣＳＥＬアレイのレーザーダイオード（１２２）の対応するサブグループを電気的に駆動するように構成されている、請求項１または２のいずれか一項に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項４】
前記ＶＣＳＥＬデバイス（１００）が、１つの第２の電気レーザー接点（１２７）を含み、第１の電気レーザー接点（１０５）と第２の電気レーザー接点（１２７）が、前記ＶＣＳＥＬアレイのすべてのレーザーダイオード（１２２）に共通の電気駆動電流を提供するように構成されている、請求項１または２に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項５】
各検出器（１４０）が、１つの対応するレーザーダイオード（１２２）からレーザー光（１０）（100）を受け取るように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項６】
前記検出器（１４０）が、前記光共振器に集積化されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項７】
前記各光共振器が、１つの専用検出器（１４０）を含む、請求項６に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項８】
前記各検出器（１４０）が、第１の検出器電極（１５０）を含み、前記第１の検出器電極（１５０）および少なくとも１つの追加の電極が、電気的自己混合干渉測定信号を読み取るように構成されている、請求項７に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの追加の電極が、第１の電気レーザー接点（１０５）または少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）を含む、請求項８に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの追加の電極が、前記少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）であり、前記検出器（１４０）が、前記第２の分布ブラッグ反射器（１３５）に集積化されており、前記ＶＣＳＥＬアレイが、前記ＶＣＳＥＬデバイス（１００）の作動中に第１の分布ブラッグ反射器（１１５）を介してレーザー光（１００）を前記ＶＣＳＥＬデバイス（１００）によって放射されるように構成されている、請求項９に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項１１】
前記ＶＣＳＥＬデバイス（１００）が、フリップチップデバイスとして構成されている、請求項１０に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項１２】
前記ＶＣＳＥＬアレイが、検出器チップ（１４４）に取り付けられており、前記検出器チップ（１４４）が、前記検出器（１４０）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項１３】
前記ＶＣＳＥＬデバイス（１００）が、前記レーザー光（１０）をリダイレクトするように構成された少なくとも１つの光学デバイス（１７０）を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のＶＣＳＥＬデバイス（１００）を含む、３次元画像を記録するための自己混合干渉センサー（３００）であって、
前記３次元自己混合干渉センサー（３００）が、駆動回路（３２０）と評価器（３２３）とをさらに含み、前記駆動回路（３２０）が、第１の電気レーザー接点（１０５）と少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）によって前記レーザーダイオード（１２２）を電気的に駆動するように構成されており、前記評価器（３２３）が、電気的自己混合干渉測定信号を評価するように構成されている、自己混合干渉センサー（３００）。
【請求項１５】
３次元画像を記録するための自己混合干渉センサー（３００）用垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）デバイス（１００）を製造する方法であって、
基板（１１０）を提供するステップと、
前記基板（１００）上に多数のレーザーダイオード（１２２）を含むＶＣＳＥＬアレイを提供するステップであって、各レーザーダイオード（１２２）が、光共振器を含み、前記光共振器が、第１の分布ブラッグ反射器（１１５）と、第２の分布ブラッグ反射器（１３５）と、発光用活性層（１２０）とを含み、前記活性層（１２０）が、前記第１の分布ブラッグ反射器（１１５）と前記第２の分布ブラッグ反射器（１３５）との間に配置されているステップと、
第１の電気レーザー接点（１０５）を提供するステップであって、前記第１の電気レーザー接点（１０５）が、前記ＶＣＳＥＬアレイのすべてのレーザーダイオード（１２２）に対する共通接点であるステップと、
少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）を提供するステップであって、前記第１の電気レーザー接点（１０５）と前記少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）が、前記レーザーダイオード（１２２）の光共振器を電気的にポンピングするための電気駆動電流を提供するように構成されており、前記少なくとも１つの第２の電気レーザー接点（１２７）が、前記ＶＣＳＥＬアレイの多数のレーザーダイオード（１２２）の少なくともサブグループに電気的に接触するように構成されているステップと、
検出器（１４０）を提供するステップであって、各検出器（１４０）が、レーザー光（１０）を受け取ると、少なくとも１つのレーザーダイオード（１２２）に関連する電気的自己混合干渉測定信号を生成するように構成されているステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元（３Ｄ）画像を記録するための自己混合干渉（ＳＭＩ）センサー用垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）デバイス、ＳＭＩセンサー、およびＶＣＳＥＬデバイスまたはＳＭＩセンサーを含むモバイル通信デバイスに関する。本発明はさらに、対応するこのようなＶＣＳＥＬデバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最先端の光学３Ｄセンサーには、高出力の光源と対応する検出器が必要である。光学アライメントの複雑さ、消費電力、目の安全性が重要なポイントである。
【０００３】
国際公開第２０１７／０１６８８８号明細書は、粒子密度検出用レーザーセンサーモジュールを開示している。レーザーセンサーモジュールは、多数のレーザーダイオードのアレイを含むことができる。
【０００４】
米国特許出願公開第２０１１／００６４１１０号明細書は、モノリシック集積型フォトダイオードを備えた垂直共振器面発光レーザーデバイスを開示している。
【０００５】
米国特許出願公開第２００３／００２１３２７号明細書は、レーザー構造の上面に直接堆積した光検出器を含む垂直共振器面発光レーザーデバイスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０１６８８８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／００６４１１０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／００２１３２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、３次元画像を記録するためのＳＭＩセンサー用の改良されたＶＣＳＥＬデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様によれば、３次元画像を記録するための自己混合干渉センサー用垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）デバイスが提供される。ＶＣＳＥＬデバイスは、ＶＣＳＥＬアレイと、多数の検出器（例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスターのような光検出器）と、第１の電気レーザー接点と、少なくとも１つの第２の電気レーザー接点とを含む。ＶＣＳＥＬアレイは、多数のレーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）を含む。多数のレーザーダイオードを共通基板上に配置することができる。共通基板は、例えば、ＶＣＳＥＬアレイが構成する半導体層を成長させるための成長基板、または後続の処理ステップでＶＣＳＥＬアレイに結合される基板であり得る。各レーザーダイオードは、光共振器を含む。光共振器は、第１の分布ブラッグ反射器と、第２の分布ブラッグ反射器と、発光用活性層とを含む。活性層は、第１の分布ブラッグ反射器と第２の分布ブラッグ反射器との間に配置されている。第１の電気レーザー接点と少なくとも１つの第２の電気レーザー接点は、レーザーダイオードの光共振器を電気的にポンピングするための電気駆動電流を提供するように構成されている。第１の電気レーザー接点は、ＶＣＳＥＬアレイのすべてのレーザーダイオードに対する共通接点である。少なくとも１つの第２の電気レーザー接点は、ＶＣＳＥＬアレイの多数のレーザーダイオードの少なくともサブグループに電気的に接触するように構成されている。各検出器は、ＶＣＳＥＬアレイ（光検出器）の少なくとも１つのレーザーダイオードからのレーザー光を受け取るように構成されていてもよい。各検出器は、レーザー光（光学検出器、電気的検出器など）を受け取ると、少なくとも１つのレーザーダイオードに関連する自己混合干渉測定信号を生成するように構成されている。各検出器は、１つ、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のレーザーダイオードに関連していてもよい。ＶＣＳＥＬアレイの多数のレーザーダイオードのサブグループは、例えば、ＶＣＳＥＬアレイの列または行を含んでいてもよい。レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）がレーザー光を放射し、放射されたレーザー光の一部が各レーザーダイオードの光共振器に反射して戻ると、自己混合干渉信号が生成される。反射されたレーザー光は、光共振器またはレーザーキャビティ内の定在波パターンと干渉し、自己混合干渉信号をもたらす。自己混合干渉信号は、検出器によって検出することができる（例えば、光共振器内のレーザー強度の変化であり、これは、例えば、フォトダイオードによって検出することができる）。
【０００９】
多数のレーザーダイオードは、１００を超えるレーザーダイオードを含んでいてもよい。多数のレーザーダイオードは、特に、少なくとも１０００、好ましくは、少なくとも５０００、最も好ましくは、少なくとも１００００のレーザーダイオードを含んでいてもよい。ＶＣＳＥＬアレイは、１００，０００を超えるレーザーダイオード（例えば、６４０×４８０ピクセルのＶＧＡ解像度など）も含んでいてもよい。
【００１０】
ＶＣＳＥＬデバイスは、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の第２の電気レーザー接点を含んでいてもよい。この実施形態では、各第２の電気レーザー接点は、ＶＣＳＥＬアレイのレーザーダイオードの対応するサブグループを電気的に駆動するように構成されている。第２の電気レーザー接点は、例えば、アノードレーザー接点であり得る。第１のアノード接点は、第１の電気レーザー接点（共通のカソード接点）と組み合わせて、ＶＣＳＥＬアレイの第１の列または行に電気駆動電流を提供することができる。したがって、アノード接点は、他のサブグループから独立して、各サブグループをオンまたはオフに切り替えることを可能にすることができる。検出器は、例えば、ＶＣＳＥＬアレイのサブグループの配置に対して相補的な配置で配置され得る。ＶＣＳＥＬアレイのレーザーダイオードが列に配置されている場合、検出器は、例えば、行に配置され得る。このマトリックス配置により、レーザーダイオードの１つの完全な列がレーザー光を放射し、各光共振器内で対応する自己混合干渉信号を生成する場合でも、１つの検出器によって１つのレーザーダイオード信号に対応する単一の自己混合干渉測定値を読み取ることができる。マトリックス配置は、検出器の接触を簡素化するが、対応する切替方式が必要である。別のアプローチは、どのレーザーダイオードが各自己混合干渉測定信号を生成したかが明確になるように、各レーザーダイオードに１つの専用検出器を提供することである。
【００１１】
ＶＣＳＥＬデバイスは、代替の実施形態によれば、１つの第２の電気レーザー接点を含んでいてもよく、第１の電気レーザー接点と第２の電気レーザー接点は、ＶＣＳＥＬアレイのすべてのレーザーダイオードに共通の電気駆動電流を提供するように構成されている。各検出器は、この実施形態では、１つの専用レーザーダイオードに関連し、各自己混合干渉測定信号の識別を可能にする。この実施形態は、３Ｄ設定または３Ｄシーンの非常に速い測定を可能にすることができる。
【００１２】
検出器は、光共振器に集積化され得る。検出器は、例えば、第１の分布ブラッグ反射器または第２の分布ブラッグ反射器に集積化され得る。検出器は、例えば、１つの共通検出器が、上記のように、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のＶＣＳＥＬから自己混合干渉信号を受け取るように構成され得るように、非構造化ＤＢＲに集積化され得る。検出器は、例えば、隣接するＶＣＳＥＬに共通検出器を提供するために、第１の（より低い）ＤＢＲに集積化され得る。
【００１３】
各光共振器は、１つの専用検出器を含んでいてもよい。この場合、レーザーダイオードと対応する専用検出器との間の割り当てが明確であるため、自己混合干渉信号の識別が簡素化される。
【００１４】
各検出器は、第１の検出器電極を含んでいてもよい。第１の検出器電極および少なくとも１つの追加の電極は、電気的自己混合干渉測定信号を読み取るように構成されている。追加の電極は、第１の電気レーザー接点または第２の電気レーザー接点に含まれていてもよい。この場合、各レーザーダイオードと検出器は１つの電極または接点を共有する。あるいは、追加の電極は、第１の電気レーザー接点と第２の電気レーザー接点から独立した別の第２の検出器電極であり得る。
【００１５】
少なくとも１つの追加の電極は、少なくとも１つの第２の電気レーザー接点であり得る。検出器は、第２の分布ブラッグ反射器に集積化されている。ＶＣＳＥＬアレイは、ＶＣＳＥＬデバイスの作動中に第１の分布ブラッグ反射器を介してレーザー光が放射されるように構成されている。レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）は、この場合、いわゆるボトムエミッターであり、基板が光共振器の隣の基板の側面と反対の方向に除去されない場合、基板を通してレーザー光を放射する。この場合、発光波長は、（ＧａＡｓ）基板が、透明（ＧａＡｓの場合は９００ｎｍを超える発光波長）、例えば、９４０ｎｍであるようなものである。あるいは、基板は、少なくとも局所的に除去され得る。検出器の第１の検出器電極は、ワイヤーボンドによって接触させることができる。自己混合干渉測定信号は、個々の検出器（フォトダイオードまたはフォトトランジスターなど）から読み取ることができる。
【００１６】
あるいは、ＶＣＳＥＬデバイスは、フリップチップデバイスとして構成されていてもよい。最上部の第１の検出器電極は、各レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）のメサを（例えば完全に）覆うことができる。第１の検出器電極は、フリップチップが可能な（例えば完全な）金属接点である。サブグループの第２の電気レーザー接点（例えば、レーザーアレイ全体、列または行）は、例えば、ワイヤーボンドによって電気的に接触させることができるため、各検出器（ピクセル）を簡単な電気接続によって読み取ることができる。すべてのレーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）は、同時に、またはサブグループずつ作動させることができる。
【００１７】
ＶＣＳＥＬアレイは、代替の実施形態によれば、検出器チップに取り付けることができる。検出器チップは、検出器を含む。検出器チップは、例えば、光検出器のアレイを含むシリコンベースの検出器チップであり得、各光検出器は、ＶＣＳＥＬアレイに含まれる対応するレーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）と整列している。あるいは、検出器チップは、例えば、上記のように、レーザーダイオードのサブグループに対してマトリックス配置で配置され得る光検出器の行または列を含んでいてもよい。
【００１８】
ＶＣＳＥＬデバイスは、レーザー光をリダイレクトするように構成された少なくとも１つの光学デバイスを含む。光学デバイスは、例えば、レンズ、レンズのアレイ、ディフューザーなどを含み、ＶＣＳＥＬアレイによって放射されたレーザー光を規定の視野に広げることができる。少なくとも１つの光学デバイスは、ＶＣＳＥＬアレイに含まれる基板（例えば、ガリウムヒ素成長基板）にエッチングされた光学構造であり得る。
【００１９】
さらなる態様によれば、上記の任意の実施形態によるＶＣＳＥＬデバイスを含む３次元画像を記録するための自己混合干渉センサーが提供される。３次元自己混合干渉センサーは、駆動回路と評価器をさらに含む。駆動回路は、第１の電気レーザー接点と少なくとも１つの第２の電気レーザー接点によってレーザーダイオードを電気的に駆動するように構成されている。評価器は、電気的自己混合干渉測定信号を評価するように構成されている。評価器は、例えば、ＶＣＳＥＬアレイに含まれるレーザーデバイスの各光共振器またはレーザーキャビティ内の自己混合干渉信号に基づいて、物体の距離、速度、および／または加速度を決定するように構成されていてもよい。評価器はさらに、多数の距離、速度、および／または加速度に基づいて、視野および視野内の物体の３次元画像を再構成するように構成されていてもよい。
【００２０】
さらなる態様によれば、モバイル通信デバイスは、上記の任意の実施形態によるＶＣＳＥＬデバイス、または上記のような３次元自己混合干渉センサーを含んでいてもよい。モバイル通信デバイスは、上記のように、シーンの自己混合干渉測定信号に基づいて、モバイル通信デバイスのユーザーにシーンの３次元画像を提示するように構成されている。自己混合干渉測定信号の評価は、レーザーセンサーおよび／またはモバイル通信デバイスによって実行されてもよい。ＶＣＳＥＬデバイスまたは３次元自己混合干渉センサーは、さらに３Ｄカメラに含まれていてもよい。
【００２１】
さらなる態様によれば、３次元画像を記録するための自己混合干渉センサー用の垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）デバイスを製造する方法が提供される。本方法は、
基板を提供するステップと、
基板上に多数のレーザーダイオードを含むＶＣＳＥＬアレイを提供するステップであって、各レーザーダイオードが、光共振器を含み、光共振器が、第１の分布ブラッグ反射器と、第２の分布ブラッグ反射器と、発光用活性層とを含み、活性層が、第１の分布ブラッグ反射器と第２の分布ブラッグ反射器との間に配置されているステップと、
第１の電気レーザー接点を提供するステップであって、第１の電気レーザー接点が、ＶＣＳＥＬアレイのすべてのレーザーダイオードに対する共通接点であるステップと、
少なくとも１つの第２の電気レーザー接点を提供するステップであって、第１の電気レーザー接点と少なくとも１つの第２の電気レーザー接点が、レーザーダイオードの光共振器を電気的にポンピングするための電気駆動電流を提供するように構成されており、少なくとも１つの第２の電気レーザー接点が、ＶＣＳＥＬアレイの多数のレーザーダイオードの少なくともサブグループに電気的に接触するように構成されているステップと、
検出器を提供するステップであって、各検出器が、レーザー光を受け取ると、少なくとも１つのレーザーダイオードに関連する電気的自己混合干渉測定信号を生成するように構成されているステップと
を含む。
【００２２】
上記の順序で手順を実行する必要はない。異なる層は、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥなどのようなエピタキシャル法によって堆積させてもよい。基板は、後続の処理ステップで除去されてもよい。
【００２３】
上記の任意の実施形態によるＶＣＳＥＬデバイスおよびＶＣＳＥＬデバイスを製造する方法は、特に、従属請求項で定義されるように、類似および／または同一の実施形態を有することを理解されたい。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態はまた、従属請求項と各独立請求項との任意の組合せであり得ることを理解されたい。
【００２５】
さらに有利な実施形態が以下に定義される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下の実施形態から明らかであり、参照して説明されるであろう。
【００２７】
次に、本発明は、添付の図面を参照する実施形態に基づいて、例として説明される。
【図１】集積型検出器を備えた第１のＶＣＳＥＬデバイスの断面の主要な図を示す図である。
【図２】第１のＶＣＳＥＬデバイスの電気的接触方式の主要図を示す図である。
【図３】第１のＶＣＳＥＬデバイスの上面図の主要図を示す図である。
【図４】検出器チップを備えた第２のＶＣＳＥＬデバイスの主要図を示す図である。
【図５】検出器チップを備えた第３のＶＣＳＥＬデバイスの主要図を示す図である。
【図６】自己混合干渉センサーの主要図を示す図である。
【図７】自己混合干渉センサーを含むモバイル通信デバイスの一実施形態を示す図である。
【図８】ＶＣＳＥＬデバイスを製造する方法のプロセスフローの主要図を示す図である。
【００２８】
図では、同様の番号は、全体を通して同様の物体を指している。図の物体は、必ずしも正寸ではない。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に、本発明の種々の実施形態が図によって説明される。
【００３０】
自己混合干渉は、物体の動きと物体までの距離を検出するために使用される。自己混合干渉に関する背景情報は、参照により組み込まれる「センシングアプリケーション用レーザーダイオード自己混合技術」、Ｇｉｕｌｉａｎｉ，Ｇ；Ｎｏｒｇｉａ，Ｍ；Ｄｏｎａｔｉ，Ｓ．およびＢｏｓｃｈ，Ｔ．、センシングアプリケーション用レーザーダイオード自己混合技術、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ａ：Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、２００２、４、Ｓ．２８３−Ｓ．２９４．に記載されている。光入力デバイス内のセンサーに対する指先の動きの検出は、参照により組み込まれる国際公開第０２／３７４１０号明細書に詳細に記載されている。自己混合干渉の原理は、国際公開第０２／３７４１０号明細書に提示された例に基づいて記載されている。レーザーまたは測定ビームを放射するために、レーザーキャビティまたは光共振器を有するダイオードレーザーが提供される。デバイスの上面には、物体、例えば、人の指が横切る透明なウィンドウがある。ダイオードレーザーとウィンドウとの間にレンズが配置されている。このレンズは、透明なウィンドウの上面または近くにレーザービームを集束させる。この位置に物体が存在する場合、それは測定ビームを散乱させる。測定ビームの放射の一部は照明ビームの方向に散乱され、この部分はレンズによってレーザーダイオードの発光面に収束し、このレーザーキャビティに再入射する。ダイオードレーザーのキャビティに再入射する放射線は、レーザーのゲイン、ひいてはレーザーによって放射された放射線の強度の変動を誘導する。ダイオードレーザーの自己混合効果と呼ばれるのはこの現象である。
【００３１】
レーザーによって放射される放射線またはレーザーキャビティ内の光波の強度の変化は、レーザーキャビティ全体のインピーダンス変動を測定するように構成されたフォトダイオードまたは検出器によって検出することができる。ダイオードまたはインピーダンス検出器は、放射線変動を電気信号に変換し、この電気信号を処理するための電子回路が提供される。
【００３２】
図１は、集積フォトダイオードを備えた第１のＶＣＳＥＬデバイス１００の主要図を示している。第１のＶＣＳＥＬデバイス１００は、共通基板１１０上に配置されている、集積フォトダイオードを備えた多数のＶＣＳＥＬを含む。第１のＶＣＳＥＬデバイス１００は、基板１１０を通してレーザー光（矢印で示される）を放射するボトムエミッターである。集積フォトダイオードを備えたＶＣＳＥＬの各々は、第１のＤＢＲ１１５と、活性層１２０と、第２のＤＢＲ１３５−１の第１の部分と、第２のＤＢＲ１３５−２の第２の部分と、検出器１４０とを含む。検出器１４０は、第１のＤＢＲ１１５と、第２のＤＢＲ１３５−１、１３５−２と、第１のＤＢＲ１１５と第２のＤＢＲ１３５−１、１３５−２との間に挟まれた半導体層によって構築された光共振器またはレーザーキャビティ内の光波の変化を検出するように構成された少なくとも１つの層とを含む。この実施形態では、単一のＶＣＳＥＬは、酸化開口部１３０またはトレンチによって分離され、その後、電気絶縁材料で満たされる。酸化開口部１３０は、例えば、第１のＤＢＲ１１５または第２のＤＢＲ１３５−１、１３５−２に電流アパーチャ（図示せず）を提供するために使用されてもよい。
【００３３】
ＶＣＳＥＬは、第１の電気レーザー接点１０５と少なくとも１つの第２の電気レーザー接点１２７によって電気的に接触される。この実施形態では、第１の電気レーザー接点１０５は、ＶＣＳＥＬアレイに含まれるすべてのＶＣＳＥＬに電流を提供するために第１のＤＢＲ１１５の非エッチング部分に集積される共通電流分配層（図示せず）に電気的に接触する。第１のＶＣＳＥＬデバイス１００は、多数の第２の電気レーザー接点１２７を含み、各第２の電気レーザー接点１２７は、ＶＣＳＥＬアレイに含まれるＶＣＳＥＬの１つの行に接触する。行は、図１の平面に対して垂直に配置されている。第１のＤＢＲ１１５は、基板１１０を通るレーザー光の放射が可能になるように、９８．５％の反射率を提供するために交互の屈折率を有する３０対の層を含む。第１のＤＢＲ１１５は、例えば、異なる屈折率を提供するために、異なるＡｌ濃度（例えば、１５％と９０％との間の変動）を有するＡｌＧａＡｓ（ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ）層を含んでいてもよい。第２のＤＢＲ１３５−１の第１の部分は、交互の屈折率を有する３０対の層を含んでいてもよく、第２のＤＢＲ１３５−２の第２の部分は、十分な反射率を提供するために交互の屈折率を有する別の２０対の層を含んでいてもよい。ＶＣＳＥＬの各メサの第２のＢＢＲ１３５−２の第２の部分は、第１の検出器電極１５０によって覆われているため、各検出器１４０は、対応する第２の電気レーザー接点１２７および対応する第１の検出器電極１５０によって読み取ることができる。はんだバンプ１６０は、各第１の検出器電極１５０の上部に設けられており、第１のＶＣＳＥＬデバイス１００は、例えば、第１のＶＣＳＥＬデバイス１００によって生成された測定信号を評価するための評価回路を含み得るサブマウント（図示せず）の上部にフリップチップ配置で取り付けることができる。
【００３４】
図２は、図１に示される第１のＶＣＳＥＬデバイス１００の電気的接触方式の主要図を示している。ＶＣＳＥＬは、共通の第１の電気レーザー接点１０５と第２の電気レーザー接点１２７−１、１２７−２に接触する電流源１９０によって電気的にポンピングされるため、多数のレーザーダイオード１２２を含む各列は、他の列から独立して作動することができる。第２の電気レーザー接点１２７および第１の検出器電極１５０は、各検出器１４０を別々に読み取って自己混合測定信号を決定することができるように、評価器（図示せず）と電気的に接続されている。
【００３５】
図３は、第１のＶＣＳＥＬデバイス１００の上面図の主要図を示している。第１のＶＣＳＥＬデバイス１００は、共通の第１の電気レーザー接点１０５、第２の電気レーザー接点１２７−１、１２７−２．．．およびはんだバンプ１６０によって電気的に接触される。
【００３６】
図４は、検出器チップ１４４を含む第２のＶＣＳＥＬデバイス１００の主要図を示している。第２のＶＣＳＥＬデバイス１００は、この実施形態では、第１のＤＢＲと、第２のＤＢＲ１３５と、第１のＤＢＲ１１５と第２のＤＢＲ１３５との間に挟まれた活性層１２０とを備えた光共振器を含むボトムエミッションＶＣＳＥＬアレイを含む。活性層１２０は、通常は、１つまたはいくつかの量子井戸層を含む。第１の電気レーザー接点１０５（通常はｎ接点）が、光共振器が設けられている基板１１０の側面と反対側の基板１１０の裏側に設けられている。少なくとも１つの第２の電気レーザー接点１２７（通常はｐ接点）が、第２のＤＢＲ１３５の上部に設けられている。第１および第２の電気レーザー接点１０５、１２７は、光共振器に電気駆動電流を提供する（電気的にポンピングする）ように構成されている。ＶＣＳＥＬデバイス１００は、例えば、電流分配層、電流閉じ込め層などのような、図４には明示的に示されていないが、当業者には周知であるさらなる層を含んでいてもよい。第１の電気レーザー接点１０５および第２の電気レーザー接点１２７（両方とも金属層を含み得る）は、ＶＣＳＥＬデバイス１００のレーザー閾値電流を超える駆動電流が供給されると、レーザー光１０を放射することができる穴を取り囲むことができる。レーザー光１０の発光波長は９００ｎｍより上であり、好ましくは９３０ｎｍより上であるため、基板１１０（ＧａＡｓ）は、レーザー光１０に対して本質的に透明である。ＶＣＳＥＬデバイス１００のＶＣＳＥＬアレイは、検出器チップ１４４上に第２の電極１２７とともに取り付けられる。検出器チップ１４４は、この実施形態によれば、第１の電気レーザー接点１０５と第２の電気レーザー接点（図示せず）の電気接続を提供するように構成されている。検出器チップ１４４は、多数の検出器１４０（例えば、フォトダイオード）をさらに含む。検出器１４０は、第１の電気レーザー接点１０５および第２の電気接点１２７の開口部と整列している。第１のＤＢＲ１１５および第２のＤＢＲ１３５の反射率は、レーザー光１０が基板１１０および基板１１０にエッチングされる光学デバイス１７０（レンズ）を通して放射されるように構成されている。レンズは、レーザー光１０を視野に集束させるように構成されている。レーザービームは、対応するＶＣＳＥＬの中心に対してレンズをシフトすることによって、互いに対して広がる。第２のＤＢＲ１３５の反射率は、規定量のレーザー光が、各検出器１４０によって受け取られて、自己混合干渉測定信号を決定するようなものである。各検出器は、検出器チップ１４４の反対側に配置されている２つの接触パッド１４８に電気的に接触している。接触パッド１４８は、例えば、ＰＣＢへのＶＣＳＥＬデバイスの取り付けを可能にすることができる。
【００３７】
図５は、検出器チップ１４４を備えた第３のＶＣＳＥＬデバイス１００の主要図を示している。第３のＶＣＳＥＬデバイス１００は、各々が第１のＤＢＲ１１５と、第２のＤＢＲ１３５と、第１のＤＢＲ１１５と第２のＤＢＲ１３５との間に配置された活性層１２０とを含む上面発光ＶＣＳＥＬのアレイを含む。この場合、第２のＤＢＲ１３５の反射率は、第１のＤＢＲ１１５の反射率よりも多少低い。したがって、レーザー光１０の大部分は、例えば、図２または図３に対して説明したのと同様に、ＶＣＳＥＬアレイに含まれるＶＣＳＥＬの行または列に電気的に接触するように第２のＤＢＲ１３５の上部に配置されているリング形状の第２の電気レーザー接点１２７を通して放射される。第２の電気レーザー接点１２７は、絶縁構造１０８（例えば、酸化物層）によって、第１のＤＢＲ１１５および活性層１２０に対して電気的に絶縁されている。第１の電気レーザー接点１０５は、第１のＤＢＲ１１５の層スタック、続いて活性層１２０、第２のＤＢＲ１３５、および第２の電気レーザー接点１２７が処理される基板１１０の側面と反対側の基板１１０の裏側に堆積される。第１の電気レーザー接点１０５は、レーザー光１０が対応する開口部を通して基板１１０を介して放射され得るように、ＶＣＳＥＬと整列している開口部を含む。あるいは、基板１１０は、基板１１０によってレーザー光１０の吸収を回避するために局所的に除去されてもよい。第３のＶＣＳＥＬデバイス１００は、第１の電気レーザー接点１０５と第２の電気レーザー接点１２７によってＶＣＳＥＬに電気駆動電流を提供するように構成されている電気ドライバー（図示せず）を含む検出器チップ１４４に取り付けられた図４に関して説明したのと同様である。検出器チップ１４４は、検出器１４０をさらに含み、検出器１４０は、第１の電気接点１０５の開口部と整列している。検出器チップ１４４は、検出器１４０から自己混合干渉測定信号を受信して、例えば、物体までの距離を測定して、物体の３次元画像を決定するように構成されている評価器３２３をさらに含む。第３のＶＣＳＥＬデバイス１００は、１つの共通の光学デバイス１７０をさらに含む。共通の光学デバイス１２０は、透明な材料によってウェーハレベルで集積される。透明な材料がＶＣＳＥＬ上に堆積される。透明な材料は、異なるＶＣＳＥＬによって放射されたレーザー光１０が異なる方向に向けられるようにさらに形作られる。共通の光学デバイス１２０は、レーザー光１０を集束するように構成されている集積マイクロレンズ（例えば、異なる透明な材料の構造化層）をさらに含んでいてもよい。図４および図５に対して説明された光学デバイスはまた、図１に対して説明された実施形態と組み合わせることができる。
【００３８】
図６は、第１の実施形態による自己混合干渉センサー３００の断面を示している。自己混合干渉センサー３００は、自己混合干渉測定によって物体の存在、距離、および動きを測定するように構成されている。光センサー３００は、上記のＶＣＳＥＬデバイス１００と、送信ウィンドウ３１０と、ＶＣＳＥＬデバイス１００を電気的に駆動するための駆動回路３２０とを含む。駆動回路３２０は、ＶＣＳＥＬデバイス１００に電気的に接続されて、所定の方法でＶＣＳＥＬデバイス１００に電力を供給する。駆動回路３２０は、駆動回路３２０を作動させるためのデータおよび命令を記憶するためのメモリーデバイスと、駆動回路３２０を作動させるためのデータおよび命令を実行するための処理ユニットとを含む。自己混合干渉センサー３００は、評価器３２３をさらに含む。ＶＣＳＥＬデバイス１００に含まれる検出器１４０（例えば、フォトダイオード）は、各フォトダイオードに結合されたレーザーキャビティ内の定在波パターンの変動を測定するように構成されている。評価器３２３は、メモリーチップのような少なくとも１つのメモリーデバイスと、マイクロプロセッサーのような少なくとも１つの処理デバイスとを含む。評価器３２３は、ＶＣＳＥＬデバイス１００から、および任意に、駆動回路３２０から電気信号を受信して、各物体によって反射されるレーザー光１０の干渉および各レーザーキャビティ内の光定在波に基づいて１つ以上の物体の距離または動きを測定するように適合される。評評価器は、任意に、自己混合干渉センサー３００によって照明されるシーンの３Ｄ画像を再構成するように構成されていてもよい。
【００３９】
図７は、自己混合干渉センサー３００を含むモバイル通信デバイス３８０の主要図を示している。自己混合干渉センサー３００は、例えば、モバイル通信デバイス３８０上で実行されるソフトウェアアプリケーションと組み合わせて使用することができる。ソフトウェアアプリケーションは、自己混合干渉センサー３００によって照明されるシーンの３Ｄ画像または３Ｄ映画を提供するために、自己混合干渉センサー３００を使用することができる。
【００４０】
図８は、本発明によるＶＣＳＥＬデバイス１００を製造する方法のプロセスフローの主要図を示している。基板１１０は、ステップ４１０で提供される。多数のレーザーダイオードを含むＶＣＳＥＬアレイが、ステップ４１５で基板上に提供される。各レーザーダイオードは、光共振器を含む。光共振器は、第１の分布ブラッグ反射器と、第２の分布ブラッグ反射器と、発光用活性層とを含む。活性層は、第１の分布ブラッグ反射器１１５と第２の分布ブラッグ反射器との間に配置されている。第１の電気レーザー接点は、ステップ４２０で提供される。第１の電気レーザー接点１０５は、ＶＣＳＥＬのすべてのレーザーダイオードに対する共通接点である。少なくとも１つの第２の電気レーザー接点は、ステップ４２５で提供される。第１の電気レーザー接点と少なくとも１つの第２の電気レーザー接点は、レーザーダイオードの光共振器を電気的にポンピングするための電気駆動電流を提供するように構成されている。少なくとも１つの第２の電気レーザー接点は、ＶＣＳＥＬアレイの多数のレーザーダイオード１２２の少なくともサブグループに電気的に接触するようにさらに構成されている。検出器は、ステップ４３０で提供される。各検出器は、レーザー光を受信すると、少なくとも１つのレーザーダイオードに関連する電気的自己混合干渉測定信号を生成するように構成されている。
【００４１】
第１のＤＢＲ１１５、活性層１２０、第２のＤＢＲ１３５、および電気接点の層、ならびに電流注入層などとしての他の任意の層は、ＭＯ  ＣＶＤまたはＭＢＥのようなエピタキシャル方法によって堆積されてもよい。
【００４２】
本発明は、図面および上記の説明において詳細に例示および説明されてきたが、このような例示および説明は、例示的であり、限定的ではないとみなされるべきである。
【００４３】
本開示を読むことから、他の変更が当業者に明らかになるであろう。このような変更は、当該技術分野で既に知られており、本明細書で既に説明されている特徴の代わりに、またはそれに加えて使用され得る他の特徴を含むことができる。
【００４４】
開示された実施形態の変形は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の検討から、当業者によって理解され、実施され得る。請求項では、「含む」という単語は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数の要素またはステップを除外しない。特定の措置が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの措置の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。
【００４５】
特許請求の範囲内の参照記号は、その範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００４６】
１０  レーザー光
１００  ＶＣＳＥＬデバイス
１０５  第１の電気レーザー接点
１０８  絶縁構造
１１０  基板
１１５  第１のＤＢＲ
１２０  活性層
１２２  レーザーダイオード
１２７、１２７−１、１２７−２  第２の電気接点
１３０  酸化開口部
１３５  第２のＤＢＲ
１３５−１  第２のＤＢＲの第１の部分
１３５−２  第２のＤＢＲの第２の部分
１４０  検出器
１４４  検出器チップ
１４８  接触パッド
１５０  第１の検出器電極
１６０  はんだバンプ
１７０  光学デバイス
３００  自己混合干渉センサー
３１０  送信ウィンドウ
３２０  駆動回路
３２３  評価器
３８０  モバイル通信デバイス
４１０  基板を提供するステップ
４１５  ＶＣＳＥＬアレイを提供するステップ
４２０  第１の電気レーザー接点を提供するステップ
４２５  第２の電気レーザー接点を提供するステップ
４３０  検出器を提供するステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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