用于高电流低脉冲宽度应用的VCSEL的制作方法

用于高电流低脉冲宽度应用的vcsel
技术领域
1.本公开涉及竖直腔面发射激光器(vcsel)，具体地，涉及用于设计用于高电流、低脉冲宽度应用的vcsel孔的系统和方法。


背景技术：

2.vcsel和vcsel阵列是应用于各种市场的重要技术，包括但不限于消费、工业、汽车和医疗行业。示例应用包括但不限于用于lidar(光检测和测距)的照明、安全相机、用于传感器(如三维(3d)相机或手势识别系统)的照明、医学成像系统、光治疗系统或医学传感系统，如需要深度穿透到组织中的那些。在这种光学感测和照明应用以及其他应用中，vcsel和vcsel阵列提供了几个优点，如本文将进一步详细描述的，包括但不限于功率效率、窄光谱宽度、窄光束发散度和显著的封装灵活性。
3.实际上，对于vcsel和vcsel阵列，在660-1000纳米(nm)范围内的波长下可以实现大于30％的功率转换效率(pce)。pce可以被定义为从一个或多个激光器(例如vcsel或vcsel阵列)发射的光学功率除以用于驱动激光器的电功率的比率。虽然单独的vcsel pce与目前可用的最高效的发光二极管(led)相当，但当考虑光谱宽度和光束发散度时，vcsel比led有显著的效率优势。
4.例如，vcsel阵列通常具有大约1nm的光谱宽度。这允许对光电检测器或相机使用滤波器，以便减少与背景辐射相关联的噪声。作为比较，led通常具有20-50nm的光谱线宽，导致这种滤波器抑制大部分光，因此降低了led的有效pce。此外，vcsel的波长对温度的敏感度低于led，温度每升高1摄氏度，波长仅增加约0.06nm。vcsel中的波长随温度变化的vcsel速率比led中的低四倍。
5.vcsel的竖直发射特性也使其比传统激光器具有更大的封装灵活性，并为led或半导体集成电路(ic)提供了广泛的封装可能性。除了在同一芯片上集成多个vcsel(如下文将进一步详细描述的)之外，还可以将vcsel或vcsel阵列与光电检测器或光学元件封装在一起。vcsel还提供塑料或陶瓷表面安装封装或板上芯片选项。
6.传统上，vcsel的几何形状限制了单个vcsel能够提供的光学功率。为了说明该问题，图1是典型vcsel 100的横截面图，并且包括可作为示例用于本文公开的vcsel和vcsel阵列实施方式的一般结构元件和部件。通常，vcsel的外延层通常可以形成在衬底材料上，例如gaas衬底。在衬底上，可以生长单晶四分之一波长厚的半导体层，以在基于量子阱的有源区周围形成反射镜(例如，n分布和p分布的布拉格反射器(dbr))，从而在竖直方向上产生激光腔。例如，在衬底上，可以生长第一反射镜层，例如形成algaas n-dbr，其中n-表示n-型掺杂。可以在第一反射镜层上形成间隔，例如波长低于720nm的algalnp间隔，或者波长高于720nm的algaas。然后，可以形成基于量子阱的有源区，例如波长小于720nm的algalnp/galnp多量子阱(mqw)有源区，以及一个或多个其他间隔层，例如algalnp间隔层。在此之上，可以生长第二反射镜层，例如形成algaas p-dbr的层，其中p-表示p-型掺杂，在其上可以形成电流扩展/盖层，例如algaas/gaas电流扩展/盖层。对于高于720nm的波长，间隔层可以是
algaas或gaas。有源区可以包括波长为720nm至820nm的algaas/algaas，或波长为800nm至870nm的algaas/gaas，或波长为870nm以上的algaas/ingaas。接触金属层可以形成在盖层上方，留下通常具有圆形形状的、通常以vcsel的轴为中心的期望直径的孔。在一些实施方式中，电介质盖可以形成在孔内。vcsel结构也可以首先在gaas衬底上生长p-型dbr，然后是有源层，然后是n-型dbr。可替代地，两个反射镜都可以是n-型的，或者两个反射镜都可以生长为p-型的，其中一个或多个隧道结被结合到结构中。
7.如下面将具体参考本公开的某些实施方式更详细地解释的，典型地具有圆形的台面可以通过向下蚀刻穿过vcsel的外延结构来形成，以暴露更高的含铝层或多层用于氧化。氧化过程在氧化层或多层中留下导电的近似圆形的孔，该孔通常与由接触金属层限定的孔对齐，从而将电流限制到vcsel的中间。
8.为了vcsel的有效操作，通常需要一种用于在横向方向上提供电流限制的方法(通过所示的电绝缘氧化层来实现)，以迫使电流流过设备的中心。设备表面上的金属触点可以提供用于将电流注入vcsel的构件。如上所描述的，金属触点可以具有开口或孔，以允许光离开vcsel。电流在这种孔上有效传播的距离是有限的，因此激光器的横向范围也是有限的，并且反过来，可以从单个圆形孔发射的最大功率也是有限的。对于需要更多功率的应用，一种解决方案是在芯片上创建vcsel阵列。在这种方法中，可以简单地通过缩放vcsel设备或孔的数量来缩放总输出功率。这些vcsel通常布置成正方形、矩形或六边形网格，尽管也可以使用其他不太规则的布置。图2a示出了具有例如一百一十一(111)个vcsel设备/孔的vcsel管芯或芯片200的示例布局。芯片的顶表面上的公共金属层(或类似的触点机构)可以同时接触每个vcsel设备的阳极，并且可以在芯片的背面形成公共阴极触点(或类似的触点机构)，允许并行驱动所有vcsel设备。
9.阵列方法不仅解决了发射更多光学功率的技术问题，而且提供了重要的优势。例如，传统的单相干激光源会产生散斑，从而增加噪声。然而，可以通过使用彼此不相干的激光器阵列来降低散斑对比度。另一个优点或好处是提高了眼睛的安全性。发射功率的扩展源通常比发射相同功率的点源对眼睛更安全。阵列方法的另一个优点或好处是通过将发射区域扩展到更大的衬底区域来更好地管理热量散热的能力。
10.对光源的要求通常取决于应用和所使用的感测机构。例如，夜视相机的照明可以涉及简单地打开光源，以在反射回相机的广角上形成恒定均匀的照明。然而，附加照明方案可以提供更多信息，例如，包括三维(3d)信息。例如，可以使用结构化照明或飞行时间等机制来收集三维信息。
11.典型地，对于任何给定的应用，光学光源的要求可以包括考虑以下一个或多个：
12.1.光学输出功率：需要足够的功率来照射感兴趣的区域。这可以从几十毫瓦的光学功率(例如用于通常几厘米的感测范围)到几百毫瓦的光学功率(例如用于游戏或通常1-2米左右的感测)，到十瓦的光学功率(例如用于防撞系统)和千瓦的光学功率(例如用于自动驾驶汽车的lidar)。
13.2.功率效率：特别是对于移动消费设备，将电转换成光学功率的高效率是期望的并且是有利的。
14.3.波长：对于许多应用，包括大多数消费、安全和汽车应用，可能优选的是照明对人眼不显眼，并且通常在红外区域中。低成本硅光电检测器或相机将波长限制在光谱的长
端上。因此，对于这样的应用，期望的范围通常可以在大约800-1000nm或之间。然而，一些工业应用可能更喜欢可见光源用于对准传感器的目的，并且一些医学应用可能依赖于组织或材料的吸收光谱，其灵敏度在可见光范围内，主要在大约650-700nm。
15.4.光谱宽度和稳定性：背景辐射(如阳光)的存在会降低传感器或相机的信噪比。这可以通过检测器或相机上的光谱滤波器来补偿，但在不损失效率的情况下实施这一点通常需要具有窄而稳定光谱的光源。
16.5.调制速率或脉冲宽度：例如，对于基于飞行时间或调制相移的传感器，光源的可实现脉冲宽度或调制速率可以确定第三维中的空间分辨率。
17.6.光束发散度：取决于传感器是瞄准特定的点或方向，还是相对较大的区域，可以指定各种各样的光束发散度。
18.7.封装：封装为光源提供电气和光学接口。它可以结合有助于控制光束轮廓的光学元件，并且可以生成结构化照明图案。特别是对于移动设备或其他小型设备，总体封装通常希望尽可能紧凑。与标准板组装技术兼容的表面安装封装可能比通孔封装(如to头)更受欢迎。
19.vcsel的一些应用，例如lidar，可能需要具有高电流的短脉冲(例如，1-100纳秒(ns)脉冲宽度)，以实现来自小区域的短、高功率光脉冲。众所周知，在高电流密度下操作vcsel会导致vcsel寿命的缩短。因此，本领域中需要的是用于vcsel设计的策略，该策略减少非常高电流、短脉冲宽度操作的影响。
20.通常，除非另外有特别地或明确地描述，否则现在已知的或以后开发的任何vcsel可以适用于本公开的各种实施例，或者根据本公开可以适当地修改。


技术实现要素：

21.在一个实施例中，提供了一种竖直腔面发射激光器(vcsel)设备。该设备包括阳极、阴极和环形孔。环形孔具有直径并且包括一个或多个孔区域和孔边缘。环形孔的孔边缘等于围绕每个孔区域的周长，周长包括孔区域的内圆周和孔区域的外圆周。环形孔的线性电流密度低于圆形孔的线性电流密度，圆形孔的直径等于环形孔的直径。
22.在另一个实施例中，竖直腔面发射激光器(vcsel)设备提供阳极、阴极和位于阳极和阴极之间的外延层中的一个或多个弯曲孔。一个或多个弯曲孔中的每一个具有孔边缘和一个或多个穿过弯曲孔的氧化桥，氧化桥允许电流在弯曲孔内流动。当电流信号被施加到vcsel时，阳极和阴极之间的电流沿着一个或多个弯曲孔的孔边缘分布。
23.在一些实施方式中，一个或多个弯曲孔为环形。在一些实施方式中，一个或多个弯曲孔包括两个或更多同心环。在一些实施方式中，该设备进一步包括位于一个或多个弯曲孔内的圆形孔。在一些实施方式中，阳极的边缘与一个或多个弯曲孔的孔边缘重叠。
24.在一些实施方式中，一个或多个弯曲孔是二维圆锥截面的部分弧长。在一些实施方式中，一个或多个弯曲孔的中心线偏离位于中心线的端点处的切线至少30％。在一些实施方式中，一个或多个弯曲孔的弯曲面积偏离具有相同面积和中心点的线性孔至少30％。在一些实施方式中，一个或多个弯曲孔具有高于阈值的曲率，使得曲率经由模式选择影响vcsel设备的远场光输出。
25.在一些实施方式中，一个或多个弯曲孔由外延层中的氧化物层限定。在一些实施
方式中，一个或多个弯曲孔是通过在外延层中离子注入制造的。在一些实施方式中，电流信号为高电流、低脉冲宽度电流。在一些实施方式中，电流信号为至少50毫安并且具有小于100纳秒的脉冲宽度。
26.本文公开的进一步实施方式包括竖直腔面发射激光器(vcsel)阵列。该阵列包括布置成二维阵列的多个vcsel，其中，多个vcsel中的每一个如上所述。
附图说明
27.图1是现有技术的vcsel的结构的横截面图。
28.图2a至图2c是示出结合圆形vcsel孔的现有技术vcsel芯片设计的图。
29.图3是在高电流、低脉冲宽度条件下操作的具有圆形孔的现有技术vcsel的剖面视图，示出了电流流动的路径。
30.图4是示出根据各种实施方式的具有环形孔的vcsel的图。
31.图5示出了示出根据各种实施方式的三环形孔和环形孔的输出功率对输入电流的曲线图。
32.图6a至图6d示出了不同vcsel孔设计的光束发散度。
33.图7是示出根据各种实施方式的vcsel的环形孔的变化的图。
34.图8是根据各种实施方式的具有在高电流下操作的环形孔的vcsel的剖面视图。
35.图9a至图9c是表示根据各种实施方式的关于vcsel孔的弯曲度的不同定义的图。
36.通过结合本文描述的附图阅读下面的详细描述，将更好地理解本实施方式的这些和其他特征。附图并非按比例绘制。为清楚起见，并非每个部件都可以在每个附图中标注。
具体实施方式
37.本文公开的系统和方法避免了传统vcsel的热损伤问题，同时保持了高输出功率密度，并且还提供了用于控制光束轮廓的构件。在开发本文公开的实施方式中的设计考虑包括：a)保持金属和氧化物孔的适当重叠，b)控制电流密度，以及(c)使用保持高输出功率密度并有助于控制光束形状的孔形状。
38.图2a至图2c包括具有不同数量的vcsel孔的不同现有技术vcsel管芯布局的图。图2a示出了设计用于瓦特范围内的光发射的芯片200，并且包括111个圆形vcsel孔。图2b示出了用于单圆形孔低功率vcsel的芯片设计，而图2c示出了具有3个圆形孔的vcsel管芯。图3是在高电流、低脉冲宽度条件下操作的具有圆形孔的现有技术vcsel 300的剖面视图。图3可以是图2a至图2c中所示的圆形孔vcsel中的一个的剖面视图。vcsel 300包括上部阳极金属层302和下部阴极金属层304。在阳极层302和阴极层304之间是氧化物孔306和有源层308。
39.施加到vcsel 300的电流导致阳极和阴极触点之间的电子流310。当电流被施加到vcsel 300时，电子倾向于从阳极到阴极的最短路径流动。在一些情况下，施加的电流可以是高电流、低脉冲宽度电流，其可以被定义为至少50ma的电流(假设vcsel直径在5-15μm的范围内)和低于100ns的脉冲宽度。从图3可以看出，该短电子流310是围绕孔306的整个圆周经过孔边缘312的弧形。电子聚集在孔边缘312周围，意味着孔边缘312经历最高的电流密度，并且在孔边缘312附近的区域中生成最多的光子。当以短脉冲宽度向vcsel 300施加高
电流时，可能发生对孔区域的损坏。具体地，热诱导相变可以发生在孔边缘312附近的分布式布拉格反射器(dbr)层中。可替代地，在最高电流密度的区域发生的温度升高可以加速作为非辐射复合中心的缺陷的生长。
40.参考图3，设计参数之一是阳极金属接触开口相对于氧化物孔直径的相对尺寸。效率考虑表明，为了不遮蔽或阻挡在有源区生成的任何光，保持金属开口大于氧化物开口可能是优选的。然而，这加剧了电流拥挤问题。设计vcsel以减少电流拥挤可能意味着金属孔边缘和氧化物孔边缘重合，或者甚至金属孔与氧化物孔在一定程度上重叠。
41.第二个考虑因素是电流密度。通常，用于保持高可靠性设备的指导是将电流密度(每个发射区域的电流)保持在一定值以下。对于连续操作(即，非脉冲)，这通常低于10ka/cm2。然而，对于具有短脉冲和低占空比的脉冲操作，可以使用更高的峰值电流密度，因为总热负载更小，并且由于结温升引起的加速度更小。根据一些现有技术文献，100ka/cm2是在这些条件下的电流密度。然而，我们的观察是，更合适的指导是使用参数“线性电流密度”(电流除以孔边缘的长度)或电流/cm。例如，对于10μm孔的vcsel，10ka/cm2的连续操作极限转化为2.5a/cm，而100ka/cm2的脉冲极限转化为25a/cm。
42.鉴于此，本文提供了一种用于高功率的设计方法。更具体地，提供了一种使用使孔的线性边缘最大化的孔的设计方法。这可以通过使用环形孔或一般的弯曲孔来代替圆形孔来实现。使用环形或弯曲形状的孔增加了孔边缘的总长度，这降低了单位长度的电流集中。这反过来减少了在孔边缘的每个点处生成的热量，并且因此减少了当vcsel在高电流和低脉冲宽度下操作时热损坏的危险。在替代设计中，可以使用狭长矩形孔的几何形状，其将类似地提供以减小的线性电流密度提供更高功率的能力。形状的选择取决于应用。
43.图4包括示出根据各种实施方式的具有环形孔的vcsel的图402、404。图402示出了具有环形孔的vcsel。如图402中可见，存在多个孔区域406，包括内部圆形孔区域和外部环形孔，其中氧化区域410将孔区域406分开。具体地，有两个小的氧化“桥”中断环形孔，并允许电流流入孔。沟槽408可以围绕vcsel。图404示出了具有另一个环形孔的vcsel孔管芯。在这种情况下，vcsel包括由氧化桥中断的内部圆形孔和外部环形孔。
44.图4中所示的环形孔提供了比圆形孔长得多的孔边缘。例如，圆形孔的孔边缘的长度就是孔的圆周。然而，环的孔边缘的长度等于孔区域周围的周长，该周长可以近似等于环的内圆周加上由环的端部的周长调整的环的外圆周。当将电流施加到图4中的vcsel时，电子流沿着孔的整个边缘均匀分布，这意味着与圆形孔相比，孔边缘的每个点处的电流更小，并且因此每单位长度的孔长度生成的热量更少。这意味着具有环形孔的vcsel可以在高电流、低脉冲宽度条件下操作，而没有明显的热损伤风险。
45.这可以通过比较图4和图2c来理解。在图2c中，如果绘制一个包围所有三个孔的圆，其周长接触三个孔的最外边缘，那么该圆的直径为65微米。如果假设每个孔的半径为15微米，那么三个孔的总周长为141.4微米。现在转到图4的图402，并假设环具有65微米的外径(因此包围管芯上的相同区域)和59微米的内径(对于6微米的宽度)，那么(忽略端部和小间隙)周长约为390微米。因此，在保持整个发射圆，但是用环代替三个vcsel孔的同时，线性电流密度降低了2.8倍。
46.在线性电流密度减小的同时，两种设计的发射面积基本相同。图5示出了示出根据各种实施方式的三个圆形孔对环形孔的输出功率对输入电流的曲线图。尽管两种设计的发
射面积大致相同，但环形设计的最大输出功率高于三孔设计，这表明最大发射功率严格来说不是发射面积的函数，而是作为更大线性边缘的函数而增加。
47.环形或弯曲孔设计的另一个方面是控制光束形状的潜力。通常，控制vcsel发射的光的光束形状的主要方法之一是控制发射孔的尺寸。图6a示出了从较大尺寸圆形vcsel发射的光的光束轮廓或光束形状。这是通过径向对称的轮廓获得的光强度的一维轮廓对角度。零度是垂直于vcsel管芯的平面的方向。光束轮廓被称为“圆环形”，因为零度时的光强度低于稍大角度时的光强度。图6b示出了从直径通常为6微米或更小的较小圆形孔发射的光束的形状。在这种情况下，形状更接近高斯，峰值强度在零度。图6c显示了长矩形vcsel的光束形状。光束形状不再是径向对称的。在平行于矩形的短边的方向上的一维轮廓(上图)看起来是高斯的，而在矩形的长方向上的光束轮廓(下图)是平顶的，强度的小幅度下降接近零度。最后，图6d示出了具有环形孔的vcsel的光束形状。两个垂直方向上的一维轮廓表明，光束形状在两个方向上都是径向对称和高斯形状。
48.对于更高功率输出的vcsel管芯，可以实施环形vcsel的阵列。环形vcsel阵列的另一个优点可以是各个环形段彼此不相干，因此来自阵列中的vcsel的光的叠加导致更少的散斑。图7包括示出根据各种实施方式的vcsel的环形孔的变化的图。例如，环形孔702可以是环形的，具有一个穿过环的小氧化桥。环形孔704可以是环形的，具有两个穿过环的氧化桥，从而产生两个半环形孔。环形孔706可以是交替的半环形孔(例如，上半部分之后是下半部分)，氧化桥分隔每个半环形孔。阵列708示出了类似于布置成二维阵列(例如，对于vcsel阵列)的环形孔702的环形孔阵列。通常，环形孔可以布置成各种一维或二维阵列或瓦片图案。图7中的形状仅是说明性示例，并且在本公开中考虑了其他环形或曲线形状。例如，vcsel可以包括几个同心环形孔。在一些实施方式中，可以不存在中心圆形孔。在一些实施方式中，孔可以是椭圆形而不是环形。
49.通常，在本公开中可以使用具有任何弯曲形状(本文进一步定义)的孔。此外，可以单独使用或以阵列的形式使用任何弯曲的孔。并且在这种阵列中，可以使用一种以上形状的弯曲孔。
50.图8是根据各种实施方式的具有在高电流下操作的环形孔的vcsel 800的剖面视图。vcsel 800包括上部阳极金属层802和下部阴极金属层804。在阳极层802和阴极层804之间是环形氧化物孔806和有源层808。电子沿着穿过孔边缘的流动路径810在阳极802和阴极804之间流动。可以对vcsel进行进一步改进，以进一步减少在孔边缘812处生成的热量。在图8中，阳极层802的边缘可以延伸以与孔边缘812对齐。与图3中阳极层802中的间隙比孔宽的vcsel 300相比，这增加了最有效电流路径的体积，并因此分散了孔边缘812处的电流密度。
51.尽管图4、图7和图8中的示例示出了环形孔，但本文公开的实施方式不特别限于环形，而是可以包围多个不同的弯曲孔形状。可以以多种方式定义关于本公开的孔的“弯曲度”的概念。图9a至图9c是表示根据各种实施方式的关于vcsel孔的弯曲度的不同定义的图。
52.例如，在如图9a中所示的第一定义中，如果孔遵循二维圆锥截面的弧长，并且孔的中心线(图9a中的线b)在长度上偏离位于孔的一个端点处的切线(线a)超过30％，则可以认为孔是弯曲的。具体地，线b是二维圆锥截面的弧长，其中圆锥截面的长轴平行于x轴，坐标
(0，0)是线b的一个端点。线a是在长度为的线性路径中连接线b的端点的向量。线a’是围绕(0，0)旋转以平行于x轴的线a，即，线a’的端点是(d，0)。线a’和线b的非零端点之间的距离为然后，如果(d-c)/d≤0.7，则可以认为孔是弯曲的。必要的曲率程度可以取决于孔的宽度。例如，如果孔的宽度在4微米(μm)的数量级上，那么对于圆形2d圆锥截面，满足该定义的弧长大于45度。在另一示例中，如果孔的宽度在10μm的数量级上，那么对于圆形2d圆锥截面，满足该定义的弧长将大于30度。
53.在如图9b中所示的第二定义中，如果孔的弯曲区域(图9b中的弯曲阴影区域)在面积上偏离具有相同面积和中心点的线性条状孔(直阴影区域)大于30％，则可以认为孔是弯曲的。
54.在第三定义中，如果孔形状具有足够的曲率以通过模式选择影响远场光输出，则可以认为孔是弯曲的。
55.为了本公开的目的，如果孔的形状满足上述三个定义中的任何一个，则可以认为孔是弯曲的。由于更长的孔边缘(因此更好的散热)和改进的高斯光束分布，任何这样的弯曲孔对于高电流、低脉冲宽度的vcsel应用都是有益的。
56.其他注意事项
57.除非另有说明，词语“基本上”的使用可以被解释为包括如本领域普通技术人员所理解的精确关系、条件、布置、取向和/或其他特征及其偏差，只要这种偏差不会实质性地影响所公开的方法和系统。
58.在整个本公开中，使用冠词“个”和/或“一个”和/或“该”来修改名词可以被理解为为了方便而使用，并且包括一个或一个以上的修改后的名词，除非另有特别说明。术语“包括”、“包括”和“具有”旨在具有包容性，并且意味着除所列元素外，可能还有其他元素。
59.为了说明和描述的目的，已经呈现了本公开的实施方式的前述描述。其并非旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式。根据本公开内容，许多修改和变化是可能的。本公开的范围不受该详细描述的限制，而是受所附权利要求的限制。

技术特征：
1.一种竖直腔面发射激光器(vcsel)设备，包括：阳极；阴极；以及一个或多个弯曲孔，位于所述阳极和所述阴极之间的外延层中，所述一个或多个弯曲孔中的每一个具有孔边缘和一个或多个穿过所述弯曲孔的氧化桥，所述氧化桥允许电流在所述弯曲孔内流动；其中，当电流信号被施加到所述vcsel时，所述阳极和所述阴极之间的电流沿着所述一个或多个弯曲孔的所述孔边缘分布。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个弯曲孔为环形。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述一个或多个弯曲孔包括两个或更多同心环。4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括所述一个或多个弯曲孔内的圆形孔。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述阳极的边缘与所述一个或多个弯曲孔的所述孔边缘重叠。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个弯曲孔是二维圆锥截面的部分弧长。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述一个或多个弯曲孔的中心线偏离位于所述中心线的端点处的切线至少30％。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个弯曲孔的弯曲面积偏离具有相同面积和中心点的线性孔至少30％。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个弯曲孔具有高于阈值的曲率，使得所述曲率经由模式选择影响所述vcsel设备的远场光输出。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个弯曲孔由所述外延层中的氧化物层限定。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个弯曲孔是通过在所述外延层中离子注入制造的。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电流信号为高电流、低脉冲宽度电流。13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述电流信号为至少50毫安并且具有小于100纳秒的脉冲宽度。14.一种竖直腔面发射激光器(vcsel)阵列，包括：多个vcsel，布置成二维阵列，其中，所述多个vcsel中的每一个如权利要求1所述。15.一种竖直腔面发射激光器(vcsel)设备，包括：阳极；阴极；以及环形孔，所述环形孔具有直径并且包括一个或多个孔区域和孔边缘；其中，所述环形孔的所述孔边缘等于围绕每一个所述孔区域的周长，所述周长包括所述孔区域的内圆周和所述孔区域的外圆周；以及其中，所述环形孔的线性电流密度低于圆形孔的线性电流密度，所述圆形孔的直径等于所述环形孔的所述直径。16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述环形孔进一步包括一个或多个氧化桥，所
述氧化桥穿过所述环形孔以允许电流在所述环形孔内流动，所述一个或多个氧化桥将所述环形孔分成所述孔区域。17.根据权利要求15所述的设备，其中，通过所述环形孔发射的光的光束形状是径向对称的并且在两个垂直方向上是高斯形状的。18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述设备包括位于所述阳极和所述阴极之间的外延层，并且其中，所述环形孔设置在所述外延层中。19.根据权利要求15所述的设备，进一步包括第二环形孔，其中，所述环形孔是同心环。20.根据权利要求15所述的设备，其中，所述阳极的边缘与所述环形孔的所述孔边缘重叠。

技术总结
本文公开的系统和方法包括竖直腔面发射激光器(VCSEL)设备，其包括阳极、阴极和位于阳极和阴极之间的外延层中的一个或多个弯曲孔，一个或多个弯曲孔中的每一个具有孔边缘和一个或多个穿过弯曲孔的氧化桥，氧化桥允许电流在弯曲孔内流动，其中，当电流信号被施加到VCSEL时，阳极和阴极之间的电流沿着一个或多个弯曲孔的孔边缘分布。个弯曲孔的孔边缘分布。个弯曲孔的孔边缘分布。


技术研发人员：伦道夫
受保护的技术使用者：维克萨股份有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2023/8/24