CN101048921A - 具有集成监测光电二极管的发光器件发明背景 - Google Patents

Abstract

单片形成的激光器和光电二极管。所述单片形成的激光器和光电二极管包括包含第一PN结的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。所述第一PN结包括第一p层和第一n层。通过晶片制造工艺，隧道二极管物理地和电地连接到VCSEL。光电二极管连接到隧道二极管。所述光电二极管通过物理的和电的连接而连接到所述隧道二极管。所述隧道二极管和光电二极管可共用某些共同的层。所述隧道二极管包括第二PN结。所述单片形成的激光器和光电二极管允许具有二极管偏置灵活性的集成结构，包括使用单个电源以使所述激光器和光电二极管偏置。

Description

具有集成监测光电二极管的发光器件发明背景

技术领域

本发明一般地涉及垂直腔面发射激光器。更具体地，本发明涉及与垂直腔面发射激光器一起使用光电二极管。

背景技术

在从输出用于引起注意的激光束的简单激光指示器到用于长距离传输高速数字数据的高速调制激光器的应用范围中，激光器成为有用的设备。存在几种不同类型的激光器，并发现其在目前应用中的用途。一种类型的激光器是边缘发射激光器，它通过从半导体晶片劈二极管形成。从半导体晶片劈二极管可形成镜，所述镜形成由激光二极管的边缘限定的激光腔。边缘发射激光器可以设计成从所述边缘之一发射出比其他的边缘更强的激光束。然而，一些激光能量将在其他边缘发射。当需要较高光功率时，通常使用边缘发射激光器。

通常使用的第二种类型的激光器被称为垂直腔面发射激光器(VCSEL)。VCSEL通过由分布的Bragg反射器(DBR)半导体层形成第一镜而部分地形成。DBR层交替高折射率和低折射率，以引起镜像效应。然后在第一镜上形成有源层。使用多个DBR半导体层，在所述有源层上形成第二镜。这样，顶部和底部镜限定所述的VCSEL激光腔，使得从所述激光器的表面发射激光束。激光二极管一般使用正向偏置进行工作。为了使激光二极管正向偏置，将电压施加到阳极，并将较低电压或地连接到阴极。

在一些简单的应用中，所述激光器可以开环工作。即，激光器不需要反馈，或可无反馈地令人满意地工作。例如，在大多数激光指示器应用中，可以不参照实际输出功率，而控制激光束的输出功率。在其他的应用中，在激光器工作时，精确地计量激光器发射的实际输出功率的量是很重要的。例如，在通信应用中，知道激光器的实际输出功率是有用的，使得可以调节激光器的输出功率以遵循各种标准或其他要求。

许多应用结合使用激光器和光电二极管或其他光敏器件，以控制激光器的输出。光电二极管具有随着光照射二极管而改变的电流特征。光电二极管或者没有偏置或在反向偏置配置中实现，使得阴极连接到高电压而阳极连接到低电压或地。在反向偏置或无偏置配置的光电二极管中，当光照射光电二极管时，在所述光电二极管中产生电流。适当放置的光电二极管可以在反馈电路中用作控制激光器的一个元件。例如，用于边缘发射激光器应用的光电二极管可以置于边缘发射激光二极管的一个边缘上。虽然每个边缘处的功率输出可以不同，但是边缘发射激光二极管中的每个边缘处的功率与其他边缘处的功率输出按一定的因数成比例。类似地，光电二极管可用来监测其他类型激光器的输出功率。

当一起实现激光二极管和光电二极管时，存在各种困难。虽然激光二极管和光电二极管共有相似的结构和组成，但是它们通常实现为单独的器件。这使得单个电源用于偏置激光二极管和光电二极管，所述激光二极管和光电二极管使用相反的极性偏置。然而使用两个分离的元件导致成本增加。

已经尝试在单个晶片衬底上单片集成激光二极管和光电二极管。然而，如上所述，这需要使用两个电源，如激光二极管和光电二极管使用共同的阴极或阳极时。另外，光电二极管可以置于VCSEL的顶部，或置于为VCSEL一部分的镜之内。然而这具有令人遗憾的的缺点，导致光电二极管变成激光器的光学体的一部分，特别是镜，因此改变激光器的光学特征。

因此，可使用单个电源的单片地实现激光二极管和光电二极管的机制是有利的。

发明内容

本发明的一个实施例包括单片地结合激光二极管和光电二极管的光电子器件。所述光电子器件包括包含第一PN结的VCSEL二极管。所述第一PN结包括第一p层和第一n层。隧道二极管被单片地连接到VCSEL二极管。所述隧道二极管包括高度掺杂的n+层和高度掺杂的p+层。光电二极管单片地连接到所述隧道二极管。所述光电二极管包括第二PN结。取决于所述光电子器件的其他特征，所述第二PN结可包括所述隧道二极管的高度掺杂的p+和n+层之一。

本发明的另一实施例包括制造光电子器件，如单片形成的激光二极管和光电二极管的方法。所述方法包括在晶片上形成光电二极管。然后在所述光电二极管上形成隧道二极管，其中所述隧道二极管电连接到所述光电二极管。然后在所述隧道二极管上形成VCSEL二极管，其中所述VCSEL二极管电连接到所述隧道二极管。

本发明的一些实施例可包括其他特征，如为用于自混合应用而优化。通过增加激光二极管对光反射的敏感度，并通过使用偏置电流控制激光波长，可以制造自混合光电子器件。这些器件可以用于制造各种设备，如光标指示器，成像设备，线性测量设备等。

本发明的一些实施例涉及包括激光二极管和光电二极管的单个结构。此外，因为这些实施例的特殊结构，与正的和负的电源相反，可使用单个电源为激光二极管和光电二极管偏置电路供电。

从以下的说明和所附的权利要求，本发明的这些及其他优点会更加明显，或可以通过如下所述的实施中得知。

附图说明

为得到本发明如上所述的及其他的优点和特征，将参照附图中说明的具体实施例，更具体地说明如上简要说明的本发明。应理解这些附图仅显示本发明典型的实施例，并不能因此被认为限制本发明的范围，本发明将通过使用附图，进一步具体和详细地说明和解释，在附图中：

图1所示为包括激光二极管，隧道二极管和光电二极管的外延结构；

图2A所示为包括激光二极管和光电二极管的单片结构，其中所述单片结构也包括光刻形成的接触和隔离屏障；

图2B所示为单片形成的激光二极管和光电二极管的顶视图；

图3所示为图2A所示的器件示意图；

图4所示为包括通过隧道二极管连接的激光二极管和光电二极管的单片结构，其中接触连接到隧道二极管的n层；

图5所示为单片结构，其中为自混合应用中使用的激光器而优化；以及

图6所示为阈值电流相对于温度的图，用于说明对于自混合应用中使用的激光器的线宽增强因子的优化。

具体实施例

本发明一些示例性实施例包括单片形成的激光二极管和光电二极管。激光二极管和光电二极管是通过隧道二极管连接的，使得可以使用单个电源为激光二极管和光电二极管供电。形成适当的接触，以使得可以接通激光二极管、隧道二极管和光电二极管的各个结。

现在参照图1，示出了包括外延结构100的光电子器件的例子，所述外延结构包括在晶片衬底上形成的层。在一个实施例中，使用GaAs晶片生长所述结构100。然而，也可使用其他的III-V(三-五)半导体组合。图1示出了垂直腔面发射激光器(VCSEL)101。所示例中的VCSEL 101包括顶部镜102，有源区104，和底部镜106。有源区104中存在PN结。

在底部镜106下面形成间隔层111。所述间隔层111优选为约5λ/4或7λ/4，其中λ是VCSEL 101要发射的光的波长。间隔层111可为波长的任意整奇数倍(即，(1+n)λ/4，其中n是整数)，其厚度足以引起在所述外延结构100的多个层中可发生的不均匀性。所述间隔层111必须足够厚，以使得对间隔层111进行蚀刻时，最深的不均匀处不完全穿透间隔层111，以及最浅的部分达到间隔层111。因此目标是暴露间隔层111，但是在任一点都不完全穿透间隔层111。后续处理使用选择性的蚀刻剂，如稀释的氢氟酸，以使间隔下面的层均匀地暴露。

外延结构100进一步包括隧道二极管108，其形成在VCSEL 101上并电连接到VCSEL 101。隧道二极管108包括高度掺杂的n+层110和高度掺杂的p+层112。

所述外延结构100进一步包括光电二极管，其形成在隧道二极管108上并电连接到隧道二极管108，所述光电二极管包括第二PN结，所述第二PN结由隧道二极管108的高度掺杂的p+层112和轻度掺杂的光电二极管n层114组成。在p+层112和光电二极管n层114之间还可装配并非高度掺杂的附加的p层(未示出)。在一个实施例中，在n型衬底116上构造外延结构100。尽管衬底116在图1中显示为薄层，在本发明的一个实施例中所述衬底实际为几百微米，而包括光电二极管，隧道二极管108，和激光二极管101的外延的结构为约10微米。通常使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺生长外延结构100。

顶部镜102为分布的Bragg反射器(DBR)，其通常包括许多具有高折射率和低折射率的交替层。这样产生具有高反射率的镜，约99.5％。在所示例中，顶部镜由p型材料构成，比如碳掺杂的砷化铝镓(AlGaAs)，其中铝的百分比可以为0％～100％。顶部镜102包括约20个镜周期，其中每个周期包括高折射率层和低折射率层。

有源区104包括许多激发激光能量发射的量子阱。在所示实施例中，有源区104小于1微米。

有源区下面为底部镜106。底部镜由约30～35个掺杂的n型镜周期组成。硅为可用于底部镜的掺杂剂的一个例子。

如前所述，隧道二极管108包括高度掺杂的n+层110和高度掺杂的p+层112。为实现高度掺杂，可需要制造超点阵结构。例如，可能需要包括GaAs层和InGaAs层而不仅仅是GaAs层，以调节带隙和掺杂属性，改进隧道二极管108。还希望隧道二极管108稍微透明，以使得光能量能通过以到达光电二极管层114。在一个实施例中，这可以通过在高度掺杂的n+层110上增加掺杂而完成，以通过所谓的Burstein迁移增加透明度。

平衡高度掺杂的p+层112的厚度是有利的，使得存在通过隧道二极管108的适当的传导性，同时保持适当的透明度。因此，在本发明的一个实施例中，高度掺杂的p+层112约50～100纳米，优选至少3×10¹⁹的P型材料(例如，当用于850nm激光器时)。高度掺杂的n+层几乎可为任何实用的厚度，而不产生光学损失。

隧道二极管108下面为光电二极管118。应该构造光电二极管118，以对入射光具有适当的响应性。因此，在本发明的一个实施例中，光电二极管118包括轻度掺杂的n层114，当VCSEL 101被设计成发射850nm波长时，其约为3微米或更小。本发明的一个实施例包括约1.5微米的轻度掺杂的n层。明显地，轻度掺杂的n层114的厚度可用于调节光电二极管的响应性和速度。

现在参照图2A，示出了一个实施例，其中经过光刻工艺形成接触和氧化层。接触的形成使得施加适当的偏置，并从VCSEL 101和光电二极管118读出信号。光刻工艺包括一系列步骤，其中光致抗蚀剂被施加到外延层100。所述光致抗蚀剂然后光刻曝光成各种图案。光刻曝光使得光致抗蚀剂的图案保留在外延层100上，同时剩余的光致抗蚀剂可以从外延层100洗去。

保留在外延层100的光致抗蚀剂图案阻止离子注入外延层100，阻止金属沉积在外延层100上，以及阻止蚀刻溶液蚀刻部分外延层100。因此，使用适当的光刻工艺，可以构造包括VCSEL 101，隧道二极管108和光电二极管118的单片结构200，其具有适当的接触并与在晶片上同时制造的其他器件具有适当的隔离。

在图2A所示的实施例中，形成隧道二极管触电222使得其连接到高度掺杂的p层112。形成VCSEL接触224使得其连接到VCSEL 101的顶部镜102。可以在衬底116底部形成另一个接触，以提供对光电二极管118适当的接触。形成隔离屏障226以使VCSEL 101和光电二极管118与形成在衬底116上的其他器件隔离。在顶部镜102中氧化出孔228。孔228主要用于引导电流流过VCSEL 101。

更具体地，由外延结构100制造光电子器件200。外延结构100具有生长于其上的电介质比如二氧化硅或氮化硅，以形成部分电介质层230。使用刻蚀工艺，用浅沟槽掩模去除部分氧化物。使用蚀刻工艺在VCSEL101中形成浅沟槽232。然后可以在VCSEL 101中氧化出孔228。

然后可以使用深沟槽掩模蚀刻深沟槽234。可使用蚀刻以蚀刻下至厚AlAs间隔111。该间隔可为AlAs或其他的AlGaAs化合物，只要铝的百分比基本上大于下面的层中铝的百分比。可使用停止蚀刻以蚀刻穿过AlAs间隔111到n+层110。可使用另一蚀刻以蚀刻穿过n+层110到p+层112。在此时，可生长附加的氧化物，其形成电介质层的附加部分230。除去电介质层部分230，随后沉积金属以在光电子器件200上形成接触222、224。

光电子器件结构和接触的顶视图如图2B所示。图2B示出了隧道二极管接触222和VCSEL接触224的布置。虽然示出了单个隧道二极管接触222，在其他的实施例中，可以与隧道二极管接触222相对形成附加的隧道二极管接触，用于在封装光电子器件结构时提供附加的引线接合选择。

现在参照图3，示出了图2的器件的示意图。图3的示意图300示出了VCSEL二极管302，在VCSEL二极管302的阳极具有VCSEL接触353。VCSEL二极管302的阴极连接到隧道二极管308的阴极。隧道二极管308的阳极在节点362处连接到光电二极管318的阳极。在隧道二极管308的阳极和光电二极管318的阳极具有隧道结接触358。光电二极管接触360连接到光电二极管356的阴极。在一个应用中，隧道结接触358可连接到地。电源电压可以连接到VCSEL接触353和光电二极管接触360。可替换地，如果希望以不同的电压水平偏置VCSEL二极管302和光电二极管318，电压水平之一可以通过如使用增压转换器或其他的电压转换器而从电源电压获得。无论如何，使用所示的特殊实施例，可以使用单电压电源操作VCSEL二极管302和光电二极管318。

在本发明的实施例的范围之内可实现其他的实施例。例如，与图2A中所示的隧道二极管接触222连接到高度掺杂的p+层112相反，图4示出了一个例子，其中隧道二极管接触222连接到高度掺杂的n+层110。示意地，这使得图3所示的隧道结接触358位于VCSEL二极管302和隧道二极管308的阴极之间(在节点362)。在一些实施例中这是有利的，因为它降低了必须通过隧道二极管308的电流的量。

在图3所示的实施例中，源于VCSEL二极管302的电流也必须通过隧道二极管308。与经过光电二极管318的电流相比，该电流可以相当大。通过将隧道结接触置于VCSEL二极管302和隧道二极管308的阴极之间(节点352)，使得仅通过光电二极管318的电流需要通过隧道二极管308。这使得隧道二极管层最小化以使它们的透明度最大化。也可实现其他的各种改变，比如每个二极管中反向的PN结层的顺序。

再次参照图2A，将讨论光电子器件200的优化，其减轻有源区104的自发发射的影响。有源区具有可不必为产生激光的波长的发射，即VCSEL101意欲操作的波长。在光电二极管118希望仅检测产生激光的波长。为减少到达光电二极管118的自发发射的量，底部镜106中的层具有高的Ga百分比，即，高折射率层，在其中可具有优化的Ga量，使得它们能在产生激光的波长之下大量吸收。

虽然在上述说明中已结合VCSEL二极管进行说明，也可使用其他的光产生器件。例如，谐振腔发光二极管(RCLED)可以用作光产生器件代替VCSEL二极管。

发现本发明的一些实施例在自混合激光器应用中特别有用。自混合激光器应用利用反射回激光腔中的激光功率，更特别是有源区中的。所述反射的激光功率改变激光器的输出。如通过改变激光器的波长或通过以各种拍频波形图调制激光输出可以改变激光器的输出。然而，激光器波长的改变几乎小得不可检测。因此，波长的改变可以作为光信号的相移而检测。通过连续地监测激光器的输出，可以收集关于在激光器外部的条件信息。例如，使用适当的调制和数字信号处理，可以收集关于激光器与目标的距离，目标相对于激光器的运动等信息。这使得激光器用于如成像，线性测量，光标指示器等应用。

可以通过增加和减少激光器输出的光束的波长来调制激光输出，例如通过改变激光器的温度。因此，如果可以控制激光器的温度，也就可以控制激光器的输出波长。通过调制激光波长，可将线性调频脉冲，例如升高和降低频率，可用于多普勒效应检测器。因此，集成的光电二极管对于自混合应用中的监测激光器输出功率是有用的，其中多普勒效应导致激光器的输出改变。

本发明的一些实施例中，构造一种结构以优化或提高反射、温度改变等的影响。这可以通过优化光学特征实现，如通过使得更多的光从激光器外面反射进入有源区。其他的优化设想使被温度改变影响的激光器优化，如通过改变激光器的导热性/耐热性或热质量特征。还有其他的优化改变阈值电流相对于温度的操作特征，以通过优化线宽增强因子而改变激光器的特征。

下面的优化特别适合于自混合应用。因此应该理解这些优化仅仅是示例性的，并不是本发明的所有的实施例都需要。实际上，用于自混合应用的优化往往与可用于其他应用的优化相反。例如，虽然自混合应用利用温度改变和反射，其他的应用，如通信应用，试图使这些及其他的影响最小化。现在参考图5讨论这些用于自混合应用的优化。虽然以优化为特征，本发明中使用的优化不需要将元件优化到它们的绝对最佳配置，而是构造元件以增加对反射和热变化的灵敏度。图5示出了对于自混合应用的优化，以增加光电子器件对光反射，温度改变等的灵敏度。图5示出了包括具有集成的光电二极管的VCSEL 501的光电子器件500。

光学特征的优化

增加VCSEL 501的灵敏度的一种方法是通过构造光电子器件500，以使得更多的光反射进入有源区504。这可以通过将顶部镜502中交替层的掺杂水平改变为更轻度的掺杂来实现。这导致顶部镜502对于反射进入有源区504的光是更透明的。

通过降低顶部镜502的交替层中的掺杂，增加电阻。这导致VCSEL 501在高温运转。因此通过降低顶部镜502中的掺杂，VCSEL 501的灵敏度通过更透明的顶部镜502和VCSEL 501的增加的温度灵敏度的综合效应而增加。

也可通过适当地选择顶部镜502上电介质层530的厚度使VCSEL 501的不透明度优化。通常，希望使得顶部镜502尽可能地反射。然而，在自混合应用中，希望使得顶部镜502较少反射，且更透明。为使得顶部镜502更反射，将电介质层530置于顶部镜上，其中电介质层的厚度约为激光器设计波长的半波长的某个整倍数。为使得顶部镜502更透明，可以设计电介质层530使得其是四方之一波长的奇数倍。例如，可以选择电介质层530的厚度，使得厚度是(2n+1)λ/4，其中n是整数且λ是激光器的设计波长。优化电介质层530，可以基于顶部镜502所需的不透明度使用其它的厚度。

热特征的优化

增加VCSEL 501灵敏度的另一个方法是通过改变外延层的热特征。更特别地，希望增加光电子器件500对温度变化的灵敏度，使得能控制VCSEL 501的输出波长的调制。热特征的优化可分成不同种类，如例如，优化热阻抗和优化热质量。

热阻抗是器件导热能力的度量。器件导热的能力越差，施加热时，器件中温度会升高得越快。例如，如果器件对热能的传导性较低，给定水平的电流会引起器件的工作温度更迅速地上升。这导致器件，如VCSEL 501的操作波长的相应改变。

热质量是对于给定量的热，元件温度上升的度量。越大的热质量表示对于给定量的热，温度不会快速地增加，以及温度变化发生得更慢。增加热质量的一个方法是增加器件的物理质量，或通过增加对能散热器件的连接。例如，连接散热片，如具有大量表面积的大片金属，以增加热质量。本发明的一些实施例中，如自混合应用，希望减少热质量以使基于VCSEL501中的电流改变的波长改变优化。

为通过降低热质量使得光电子器件500对温度变化更敏感，可以通过最小化它们的物理尺寸以减小它们的散热效果，来优化接触，如接触524、522。在一个实施例中，将接触设计成足以承载适当地偏置和为光电子器件500中各种二极管供电所需的电流量的最小尺寸。

通过降低导热性增加光电子器件500的热灵敏度的一个方法是通过在有源区周围形成沟槽。这防止了一定量的热从光电子器件500的产热部分传导到其他可提供散热功能的材料。在一个实施例中，可以通过优化浅沟槽532形成沟槽以延伸到有源区504下面来实现。在图5所示的例中，通过在有源区504下面延伸浅沟槽532，VCSEL 501变得对温度变化更敏感。

优化包括光电子器件500的光电子器件的热传导性的另一个方法是通过选择适当的底部镜506的结构。该镜可以由交替的低折射率和高折射率层形成。显著的，二元型材料，即由两个元件形成的材料，比三元型材料，即由三个元件形成的材料，具有更高的热传导性。图5中，底部镜506中的高折射率层和低折射率层是AlGaAs，其中Al的百分比选自0％～100的范围。较低折射率层具有较高的Al百分比。通过形成许多三元层，如有源区附近的AlGaAs，以及如果存在，使二元层，如AlAs和GaAs层，远离有源区，可以降低热传导性。

优化光电子器件的自混合应用的热传导性的另一种方法包括增加镜502、506中镜周期的数目。这导致VCSEL 501的热传导性的降低。为保持镜502、506适当的反射率，当结合以形成镜502、506时，改变各个镜周期中Al/Ga的比值以对于所有的镜周期保持总的所需的反射率是有用的。

需要平衡导热性和热质量以保持能够迅速地改变温度并因此改变波长的能力。即，如果降低热质量，可以增加热阻抗，以及如果增加热阻抗，可以降低热质量。

增加器件的电阻抗通常导致给定的电流在器件中产生更多的热。对于恒定的热质量和导热性，增加产生的热使工作温度增加。如上所述，增加电阻抗的一个方法是通过减少顶部镜502中的掺杂。底部镜506中类似的掺杂的减少会有类似的影响。

优化光电子器件500的电阻抗的另一个方法，是通过控制孔528的尺寸。通过氧化孔528更深入VCSEL 501结构，减小孔528的开口从而降低电流流过VCSEL 501的面积。这就增加了VCSEL 501的电阻抗。通过控制VCSEL 501的电阻抗，可使用电流控制调节VCSEL 501产生的热，并因此调节VCSEL 501的工作温度。

线宽增强因子的优化

一种优化改变激光器的特征，以改变阈值电流相对于温度的操作特征，其影响线宽增强因子。现在参照图6，所示的曲线600示出了阈值电流和VCSEL的工作温度之间的关系。曲线600所示的是点T_o，其中VCSEL的阈值电压关于温度处于其最低值。通过相对于预期的工作温度将T_o调节到较高值，可以在自混合应用中对VCSEL的灵敏度优化。随着T_o移动到工作温度以上，线宽增强因子增大。

本发明可以以其他的具体形式实施，而不脱离本发明的精神或本质特征。所述实施例在所有方面都仅是说明性的，并不是限制性的。因此本发明的范围通过所附的权利要求指定，而不是由上述说明指定。在权利要求的等同的意义和范围之内的所有的改变都在其范围之内。

Claims (21)

1.一种光电子器件，包括：

VCSEL二极管，其包括具有第一p层和第一n层的第一PN结；

单片地耦合到所述VCSEL二极管的隧道二极管，所述隧道二极管包括高度掺杂的n+层和高度掺杂的p+层；以及

单片地耦合到所述隧道二极管的光电二极管，所述隧道二极管包括第二PN结。

2.如权利要求1的光电子器件，其中所述第二PN结包括所述高度掺杂的n+层和所述高度掺杂的p+层中之一。

3.如权利要求1的光电子器件，其中所述第一n层附在所述n+层上。

4.如权利要求1的光电子器件，其中所述第一p层附在所述p+层上。

5.如权利要求1的光电子器件，还包括耦合到所述n+层的隧道结接触。

6.如权利要求1的光电子器件，还包括耦合到所述p+层的隧道结接触。

7.如权利要求1的光电子器件，其中所述第一PN结包括：

p型DBR镜；

耦合到所述p型DBR镜的VCSEL有源区；

耦合到所述VCSEL有源区的n型DBR镜；以及

其中所述p型DBR镜包括具有为更透明的镜而优化的掺杂的层。

8.如权利要求1的光电子器件，还包括：

耦合到所述VCSEL的第一接触；

耦合到所述隧道二极管的第二接触；

耦合到所述光电二极管的第三接触；

其中所述接触被优化，以减小所述光电子器件的热质量。

9.如权利要求1的光电子器件，其中所述VCSEL包括有源区，所述光电子器件还包括在所述有源区周围的沟槽，所述沟槽被优化以减小所述光电子器件的热传导性。

10.如权利要求9的光电子器件，其中所述沟槽包括优化的半径。

11.如权利要求1的光电子器件，其中所述隧道二极管包括InGaAs超点阵。

12.如权利要求1的光电子器件，还包括置于所述VCSEL上的电介质层，所述电介质层被优化以使得所述VCSEL更透明。

13.如权利要求12的光电子器件，其中所述电介质层的厚度约为((2n+1)/4)*λ，其中n为整数，λ等于所述VCSEL的设计波长。

14.如权利要求1的光电子器件，其中所述第一PN结包括：

p型DBR镜；

耦合到所述p型DBR镜的VCSEL有源区；

耦合到所述VCSEL有源区的n型DBR镜；以及

其中所述n型DBR镜包括高折射率和低折射率层的交替层，其中在所述有源区附近的多个所述低折射率层包括AlGaAs，以及远离所述有源区的多个所述低折射率层包括AlAs和GaAs，以优化用于自混合应用的所述光电子器件的热传导性。

15.如权利要求1的光电子器件，所述VCSEL还包括为自混合应用而优化的T₀。

16.如权利要求1的光电子器件，所述VCSEL还包括底部镜，所述底部镜包括交替的高折射率和低折射率层，其中底部镜的交替层的至少一部分包括为降低自发发射到达所述光电二极管而优化的Ga百分比。

17.一种制造光电子器件的方法，所述方法包括：

在晶片上形成光电二极管；

在所述光电二极管上形成隧道二极管，所述隧道二极管电连接到所述光电二极管；以及

在所述隧道二极管上形成VCSEL二极管，所述VCSEL二极管电连接到所述隧道二极管。

18.如权利要求16的方法，其中在晶片上形成光电二极管包括形成n层和p+层。

19.如权利要求18的方法，其中形成隧道二极管包括在所述p+层上形成n+层。

20.如权利要求19的方法，其中形成激光二极管包括在所述n+层上形成激光器n层，以及在所述p+层上形成激光器p层。

21.一种光电子器件，包括：

LED，其包括具有第一p层和第一n层的第一PN结；

单片地耦合到RCLED的隧道二极管，所述隧道二极管包括高度掺杂的n+层和高度掺杂的p+层；以及

单片地耦合到所述隧道二极管的光电二极管，所述隧道二极管包括第二PN结。

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