DE10021564A1 - Oben-Kontakt-VCSEL mit Monitor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen sogenannten VCSEL-Laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) und eine Monitordiode in Kombination, mit reduzierter parasitärer Kapazität zur Verwendung in Kommunikationssystemen mit hoher Bandbreite. Der VCSEL hat Kontakte sowohl vom p-Typ wie vom n-Typ auf der gleichen Fläche. Dies ermöglicht es, den VCSEL auf einem Monitorchip oder einer Monitordiode anzubringen, ohne eine Metallkontaktschicht zu verwenden. Bei einer Ausführungsform, wo der VCSEL an den Monitorchip angelötet wird, wird nur ein kleiner Metallflecken, nicht größer als der VCSEL selbst, verwendet. Die Reduktion in der Metallisierung führt zu einer niedrigeren parasitären Kapazität, die ihrerseits zu höheren Arbeitsgeschwindigkeiten führt.
Description
Die Erfindung betrifft einen Laser vom VCSEL-Typ (Vertical Cavity Surface Emitting
Laser) mit zugeordneter Ausgangsüberwachungseinrichtung und insbesondere solch
eine Kombination zur Verwendung in Anwendungen mit hoher Bandbreite.
Laser und insbesondere Halbleiterlaser, wie solche, die aus III-V-Verbindungen gebildet
sind, werden häufig als Transmitter in digitalen Kommunikationssystemen eingesetzt.
Laser dieser Art sind besonders gut geeignet für Systeme auf der Basis von optischen
Fasern, bei denen der optische Ausgang des Lasers entsprechend einem elektrischen
Eingang zur Einrichtung moduliert wird. Das modulierte optische Signal kann über rela
tiv große Entfernungen unter Verwendung von stromleitenden Transmissionssystemen
mit optischer Faser übertragen werden.
Frühere Laser in solchen Anwendungen umfassen kantenemittierende Laser, wobei die
gespaltenen Kanten der Einrichtung die reflektierenden Flächen des Fabry-Perrot-
Hohlraums darstellen. Kantenemittierende Laser haben gewisse Begrenzungen hin
sichtlich eines Testens vor dem Zusammenbau und im Zusammenbau, um wirksam
optische Fasern mit kleinem Durchmesser zu kuppeln.
Oberflächenemittierende Laser und insbesondere Vertikalhohlraum-
oberflächenemittierende Laser (sogenannte VCSEL) wurden kürzlich entwickelt und
stellen eine Verbesserung gegenüber kantenemittierenden Einrichtungen zur Verwen
dung in Kommunikationsanwendungen mit optischer Faser dar. Der VCSEL, der seinen
aktiven Bereich zwischen zwei reflektierenden Schichten findet, beispielsweise Bragg-
Spiegeln, emittiert in einer Ebene normal zu einer der zwei Hauptflächen der Laserein
richtung. Bekanntlich umfassen solche Einrichtungen ein Material eines ersten Leitfä
higkeitstyps, beispielsweise vom n-Typ, für einen der Bragg-Spiegel und Material eines
zweiten Leitfähigkeitstyps, nämlich des p-Typs, für den anderen Bragg-Spiegel. Der
aktive Zwischenbereich oder die Schicht kann eine Verkleidungsschicht benachbart
jedem der Bragg-Spiegel einschließen. Die Bragg-Spiegel sind typischerweise aus ab
wechselnden Schichten von III-V-Halbleitermaterial gebildet, wobei jede Schicht eine
unterschiedliche Reflexionseigenschaft hat. Jede abwechselnde Schicht hat typischer
weise eine Dicke gleich einer viertel Wellenlänge, basierend auf der Emissionswellen
länge des aktiven Materials.
Bei dieser Struktur, insbesondere bei oben emittierenden VCSEL, wird die Rück- oder
Bodenfläche der Einrichtung gewöhnlich an einem Aufbausubstrat befestigt und der
Laserausgang durch den Kopf oder die Vorderfläche der Einrichtung emittiert. Eine e
mittierende Öffnung, die durch einen der Einrichtungskontakte definiert wird, ist typi
scherweise so konfiguriert, daß eine Ausrichtung mit einer optischen Faser möglich
wird. Solche Einrichtungen werden hergestellt unter Verwendung sehr gut etablierter
Verfahrenstechniken und ergeben verläßliche Laser, die zweckmäßigerweise in opti
schen Transmittereinheiten zusammengebaut werden können.
Die Art der VCSEL und tatsächlich der Halbleiterlaser im allgemeinen ist darin zu se
hen, daß die elektrischen und optischen Eigenschaften zwischen jeder Einrichtung ge
ring variieren. Der optische Ausgang, genommen als Funktion des Eingangsstroms
während des Laserbetriebes stellt einen steilen Anstieg dar und geringe Veränderun
gen in der Arbeitsumgebung können zu merklichen Veränderungen im Ausgang führen.
Aus diesem Grunde ist es üblich, eine Überwachungsdiode oder einen Überwachungs-
oder Monitorchip mit einem VCSEL vorzusehen, wobei der Monitorchip so angeordnet
ist, daß er einen repräsentativen Teil des optischen Ausgangs empfängt. Der repräsen
tative Ausgang kann verwendet werden, um jede Lasereinrichtung zu kalibrieren oder
er kann verwendet werden in einem Feedback-Mode, um den optischen Ausgang des
Lasers zu regeln. Die Regelung kann erforderlich sein, um sicherzustellen, daß der op
tische Ausgang des Lasers in voreingestellte Grenzen fällt, wie dies beispielsweise er
forderlich sein kann durch "narrensichere" Vorschriften der "Standard Agencies". Typi
scherweise wird es sich bei der Überwachungsdiode um einen Phototransistor, bei
spielsweise eine PIN-Einrichtung, mit einer Empfindlichkeitskurve handeln, die im all
gemeinen an den Wellenlängenausgang des Lasers angepaßt ist.
Laser/Monitorkombinationen werden oft in einem speziell ausgelegten sogenannten
Gehäuse, wie einer TO-46-Büchse, montiert, die über eine Aufbaubasis mit isolierten
Verbindungszuführungen und einen abgedichteten Deckel verfügt. Diese Abdeckung
hat ein Fenster aus Glas oder anderem geeigneten transparenten Material über einen
Zentralteil der Oberseite, derart, daß das Fenster bezüglich der emittierenden Öffnung
der Lasereinrichtung ausgerichtet ist. Eine solche Kombination ist beschrieben in der
US-Patentschrift 5 812 582, ausgegeben am 22. September 1998 auf den Namen Gilli
land et al. In dem Patent 5 812 582 ist die Photodiode auf einem isolierten Substrat
aufgebracht, das innerhalb einer TO-46-Büchse oder dergleichen positioniert ist. Ein
großer Teil der Oberfläche der Photodiode ist mit einer Metallschicht oder Maske abge
deckt. Ein VCSEL ist elektrisch an der Maske durch Löten oder leitende Epoxy befestigt
und einer der Kontakte zum VCSEL, d. h. der rückseitige Kontakt, erfolgt über die Mas
ke. Die Oberseite oder der (das) Top oder der emittierende Flächenkontakt geht über
eine Drahtverbindung an einen der isolierten Anschlüsse in der TO-46-Büchse.
Die Bandbreitenkapazität der üblichen optischen Fasern überschreitet bei weitem die
Bandbreite, wie sie von heutigen Kommunikationssystemen verwendet werden. Es ist
daher eine kontinuierliche Anstrengung notwendig, um die Datengeschwindigkeit der
Kommunikationssysteme zu erhöhen, um besser die Eigenschaften der optischen Fa
sern zu nutzen. Da der Lasertransmitter einen wichtigen Aspekt des vollständigen
Kommunikationssystems darstellt, ist es wichtig, daß die Schaltrate des Lasers so hoch
wie möglich ist. Ein Faktor, der die Schaltrate bei Hochgeschwindigkeitsgeräten
beeinflußt, ist die parasitäre Kapazität des VCSELs, des Überwachungschips und die
Aufbaukonfiguration.
Von Wichtigkeit sind natürlich die Kosten des optischen Transmitters oder der La
ser/Monitoranordnung. Diese Kosten umfassen die Materialverarbeitungskosten sowie
die Kosten der Montage der Einrichtungen und der akkuraten Ausrichtung der Einrich
tung bezüglich einer optischen Faser.
Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine VCSEL/Monitoreinrichtung mit
niedrigen Kosten bei verminderter parasitärer Kapazität für Anwendungen mit hoher
Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine
VCSEL/Monitoranordnung vorgesehen, in der der VCSEL über Kontakte sowohl vom p-
Typ wie vom n-Typ oben auf der Emitterfläche verfügt, und ist auf einer Überwa
chungsdiode angebracht, die keine oder nur wenig Metallisierung in dem Montagever
fahren verwendet.
Entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung ist daher ein Vertikalhohlraum-
oberflächenemittierender Laser (VCSEL) und eine Photodetektorüberwachungsanord
nung vorgesehen, die umfasst: einen photodetektierenden Überwachungschip mit einer
ersten Photodetektorfläche und einer zweiten Fläche parallel hierzu; ein oben emittie
render VCSEL, angebracht auf der ersten Fläche des Überwachungschips, wobei der
VCSEL Kontakte sowohl vom p-Typ wie vom n-Typ oben auf der Fläche hat; und dieser
Anordnung zugeordnete Mittel, um einen Teil der VCSEL-Emission an die erste Fläche
des Monitorchips zu richten.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen,
um einen Vertikalhohlraum-oberflächenemittierenden Laser (VCSEL) zusammenzu
bauen, mit einem Photodetektorausgang, umfassend: zuerst wird ein Monitorchip mit
einer Photodetektorfläche vorgesehen; oben emittierende VCSELs werden an der De
tektorfläche befestigt, der VCSEL hat Kontakte vom p-Typ und n-Typ auf der oberen
Fläche; und es werden Mittel zur Kontaktierung des Überwachungschips und des
VCSELs vorgesehen.
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert
werden. Diese zeigen in:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Monitorchip bzw. Überwachungschip;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen oben emittierenden VCSEL mit beiden Kon
takten auf der emittierenden Fläche;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen VCSEL, aufgebracht auf einem Monitor
chip nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Anordnung in einem Montagegehäuse mit
einem Gefäß oder einer Büchse zur Verwendung in Verbindung mit einer
optischen Faser und
Fig. 5 zeigt eine Bandbreitenkurve, wo das Modulationsansprechverhalten als
Funktion der Frequenz gezeigt ist.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Monitorchips 10 zur Verwendung der Maßnahme nach
der Erfindung. Der Monitor ist eine Photodiode PIN, eine Lawinendiode etc. Im Betrieb
wird auf die Oberfläche 12 optische Energie einer geeigneten Wellenlänge auftreffen
und dies führt zu einem elektrischen Ausgang über die Kontakte an der Vorrichtung.
Der elektrische Ausgang wird abhängig sein von der Stärke der optischen Energie (vom
Laser bei dieser Anwendung), die durch den Photodetektor- oder Monitorchip empfan
gen wird. Ein elektrischer Kontakt ist auf der Rückseite (nicht dargestellt) vorgesehen
und wird mit einer Drahtzuführung verbunden oder direkt auf einem Substrat durch an
sich bekannte Mittel angeschlossen. In ähnlicher Weise kann ein Kontakt auf der obe
ren oder vorderen Fläche mittels Drahtverbindungen zu einem oder beiden Kontakt
pads oder -flecken 14 hergestellt werden. Alternativ kann die Monitordiode beide Kon
takte auf der gleichen Seite haben und die elektrischen Verbindungen können durch
Verbindungen der Stifte für Kontakte auf der Oberseite gemacht sein oder mittels be
musterter Elektroden auf dem Photodiodenträger für Kontakte auf der Bodenseite.
Wie in Fig. 1 gezeigt, befindet sich mittig positioniert auf der Kopffläche des Monitor
chips eine Ausrichtungsmarkierung 16. Diese kann quadratisch oder im wesentlichen
quadratisch, wie in Fig. 1 gezeigt, sein und in der Gestalt oder dem Umriß eines
VCSELs, der später beschrieben werden soll, entsprechen. Alternativ kann die Ausrich
tungsmarke 16 einen kleinen Teil des VCSEL-Umrisses darstellen. Die Ausrichtungs
marke kann geformt werden aus einem geeigneten Metall, damit der VCSEL in genau
ausgerichteter Beziehung bezüglich der Photodiode angelötet werden kann. Diese Aus
richtung ist wichtig bezüglich des Systempacks, wie später beschrieben werden wird.
Alternativ kann die Ausrichtungsmarke eine nicht-metallische Schicht sein, solange sie
eine stabile Fläche bietet, während sie eine geeignete Ausrichtungsmarke darstellt. Es
ist natürlich möglich, bei gewissen Montagetechniken den VCSEL genau auf dem Ü
berwachungschip zu positionieren, ohne die spezielle Ausrichtungsmarke zu Hilfe zu
nehmen. Beispielsweise kann das Kontaktmuster oder die Chipkante zu Ausrichtungs
zwecken herangezogen werden.
Nach Fig. 2 hat der VCSEL 20 nach der vorliegenden Erfindung Kontakte sowohl vom
p- wie vom n-Typ auf der Oberfläche. Eine emittierende Öffnung 22 ist typischerweise
definiert durch einen der Kontakte 24 (beispielsweise vom p-Typ), der mit dem Bragg-
Spiegel der VCSEL-Struktur vom p-Typ verbunden werden kann. Ein zweiter Kontakt
26, beispielsweise vom n-Typ, wird mit dem Bragg-Spiegel vom n-Typ in an sich be
kannter Weise verbunden. Eine Stromöffnung ist typischerweise im aktiven Bereich
(nicht dargestellt) vorgesehen, um den Injektionsstrom auf den gewünschten Bereich
der Struktur zu begrenzen. Kontaktflecken oder -pads 24 und 26 sind aus geeignetem
Material aufgebaut und nehmen Drahtbindungen oder dergleichen zur Verbindung mit
einer geeigneten Eingangsquelle auf.
Der VCSEL 20 ist in Fig. 2 gezeigt und ist im wesentlichen quadratisch (oder recht
eckig), während selbstverständlich auch andere Formen und Größen der Einrichtungen
erfindungsgemäß verwendet werden können. Die Ausrichtungsmarke 16 auf dem Moni
torchip wird natürlich zu modifizieren sein, um im allgemeinen der Form und Größe des
VCSEL-Chips zu entsprechen, wenn andere Konfigurationen verwendet werden.
Auch im Rahmen der Erfindung ist es möglich, einen bodenemittierenden VCSEL mit
Kontakten sowohl vom p-Typ wie vom n-Typ auf der Bodenfläche zu verwenden.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen VCSEL 20, der auf dem Monitorchip 10
gestapelt oder angebracht ist. Wenn die Ausrichtungsmarke aus Metall gebildet ist, wird
die rückseitige Fläche des VCSEL-Chips eine geeignete Metallisierung tragen, damit
der VCSEL an den Monitorchip durch Löten befestigt werden kann. In diesem Fall rich
tet sich der VCSEL selbst auf die Ausrichtungsmarke durch den Lötprozeß aus. Selbst
verständlich kann die Ausrichtungsmarke beschränkt werden auf einen gewissen Teil
der Größe des VCSELs und wird trotzdem zu einer guten mechanischen Verbindung
führen und in geeigneter Weise ausgerichtet sein.
Der VCSEL kann auch am Monitorchip durch geeignete Klebstoffe befestigt sein, von
denen viele für solche Zwecke verfügbar sind. Die Ausrichtungsmarke in diesem Fall
wird bevorzugt nicht aus Metall, sondern aus irgendeinem anderen Material, wie bei
spielsweise einem Dielektrikum, sein, das wieder ein Muster derart hat, das dem Be
triebspersonal am richtigen Ort des VCSELs bezüglich des Monitorchips Hilfe leistet.
Wie vorher erwähnt, ermöglichen gewisse Montagetechniken es dem Betriebspersonal,
den VCSEL auf dem Überwachungschip zu positionieren, ohne irgendwelche speziel
len Ausrichtungsmarken zu verwenden.
Klebstoffmaterialien, die nachweislich zur Befestigung des VCSEL am Monitorchip ge
eignet sind, beinhalten bestimmte Epoxiharze und insbesondere Thermoplasten. Ein
solches Material ist die Alpha Metals Staystik Thermoplastic Paste ohne Füllstoff
(101, 181) mit dem entsprechenden Verdünner. Obwohl die Paste auf der Rückseite mit
individueller Form angewendet werden kann, werden Vorteile erreicht, indem auf der
Rückseite eines komplett verarbeiteten Wafers des VCSEL eine Schicht der Paste auf
gebracht wird und die Paste in einer dünnen einheitlichen Schicht versprüht wird. Die
Paste kann durch verschiedene Methoden, inklusive Sieben, aufgebracht werden, eine
besonders geeignete Methode ist das schnelle Drehen. Bei dieser Methode wird die
Paste in der Mitte der Rückseite eines fertig verarbeiteten Wafers aufgebracht und der
Wafer auf einem Dreher von dem Typ plaziert, der bei der Anwendung von licht
unempfindlicher Deckmasse (Photoresist) verwendet wird. Die Drehbewegung bewirkt,
dass die Paste gleichmäßig über der Fläche durch Zentrifugalkraft verteilt wird. Nach
der schnellen Drehung wird die dünne Schicht von Paste durch Hitze getrocknet und
dadurch auf den Wafer geschmolzen. Das zum Trocknungszyklus verwendete Tempe
raturprofil hängt von der verwendeten Paste ab, kann aber bis zu 350°C betragen.
Die getrocknete und geschmolzene Paste kann gemustert werden durch selektives Ab
tragen von Material mittels herkömmlicher lithographischer Verfahren. Der Wafer kann
dann entlang der gemusterten Linien aufgerissen werden und anschließend in individu
elle VCSEL-Geräte gebrochen werden. Andernfalls wird die Paste als kontinuierliche
Deckschicht belassen und der Wafer auf einem typischen blauen klebrigen Band pla
ziert, das allgemein in der Industrie verwendet wird, und anschließend wird der Wafer in
individuelle VCSELs geschnitten, indem eine Wafersäge verwendet wird. Die individuel
len VCSELs werden von dem blauen Band abgenommen und auf der Oberseite des
Monitorchips plaziert, wobei gegebenenfalls die genannten Ausrichtungsmarkierungen
verwendet werden.
Die Kombination wird dann auf den Punkt erhitzt, wo die Klebstoffpaste schmilzt, und
unter nachfolgender Kühlung wird der VCSEL fest mit dem Monitorchip verbunden.
Die Aufbringung einer dünnen ebenen Schicht der Paste durch schnelles Drehen (bzw.
Spinnen) führt beispielsweise zu einer kontrollierten Dicke des Klebstoffs. Die dünne
Schicht führt zu einem wesentlich geringeren Grad des Kippens des VCSEL auf dem
Monitorchip, wenn die Paste geschmolzen und nachgehärtet wird. Dies ist eine wichtige
Überlegung, da der VCSEL in einem optischen System verwendet wird und jegliche
Falschausrichtung zu schlechteren Kopplungscharakteristika führen kann. Zusätzlich
führt eine übermäßige Dicke der Paste zu einem reduzierten Wärmeübergang durch
das Gerät, was die Zuverlässigkeit des Geräts beeinträchtigt.
Die oben genannte Technik der Aufbringung einer Klebstoffpaste auf die VCSELs bein
haltet, dass, sobald der VCSEL auf dem Monitorchip befestigt ist, sich der Kleber nicht
über den Laser auf die umliegende Monitorfläche verteilt. Dies verbessert das Spurver
hältnis bzw. Trackingverhältnis, d. h. wie gut der Monitorstrom den tatsächlichen Aus
gang des VCSEL beschreibt. Darüber hinaus ist kein Überschuss an Klebstoff vorhan
den, der die Montagewerkzeuge und den VCSEL an sich verschmutzen könnte. Als ein
zusätzlicher Vorteil schützt der Kleber die zerbrechliche Rückseite des VCSEL, wäh
rend das Gerät von dem blauen Band gelöst wird, was ein Aufdrücken mit einem Stift
oder dergleichen beinhalten könnte.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Anordnung der Fig. 3, montiert in einem Bauteil,
beispielsweise einer üblichen T0-46-Büchse. Wie gezeigt, umfasst die Büchse Ständer
oder Anschlüsse 32, die normalerweise isoliert sind, die jedoch auch nicht isoliert zur
Verwendung bei einer Maßnahme der Herstellung eines elektrischen Eingangs zum
VCSEL sind und um den optischen Ausgang des VCSELs vermittels des elektrischen
über das Monitorchip erzeugten Signals zu erreichen. Der Deckel 42 umfasst eine re
flektierende Oberfläche 44, bei der es sich um ein Fenster oder eine Linse handeln
kann. Das Material für die reflektierende Oberfläche kann Glas, plastisches Epoxy oder
ein anderes Material sein, das wenigstens teilweise gegen die Wellenlänge des
VCSELs transparent ist. Ein Teil des Laserausgangs wird durch das Fenster 44 zurück
in das Innere des Deckels reflektiert und trifft auf der Monitorchipoberfläche 12 auf und
liefert so ein Signal, welches proportional dem VCSEL-Ausgang ist.
Offensichtlich ist die Positionierung der emittierenden Öffnung des VCSELs bezüglich
einer optischen, mit der Anordnung gekoppelten Faser kritisch. Das Positionieren der
Unteranordnung, bei der es sich um eine TO-46-Büchse, eine TO-56-Büchse, einen
MT-Connector oder eine andere Unteranordnung handelt, kann bezüglich der Faser
mittels eines Gefäßes oder einer Büchse fixiert werden. Es ist daher wichtig, daß der
VCSEL und damit die emittierende Öffnung günstig bezüglich der Basis der TO-46-
Büchse positioniert wird. Die Ausrichtungsmarke auf dem Monitorchip trägt zur Positio
nierung des VCSELs bezüglich des Monitorchips bei, und die Positionierung des Moni
torchips bezüglich des Bauteils/Gehäuses kann durch andere Mittel vorgenommen
werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Mittelachse der emittierenden Öffnung bezüg
lich der Mitte des Fensters 44 sowie der Längsachse einer optischen Faser (nicht ge
zeigt) ausgerichtet.
Durch Reduzierung der Menge an Metall in der VCSEL-Monitoranordnung nach der
Erfindung wird die parisitäre Kapazität entsprechend reduziert. Die bekannte Vorrich
tung, wie in der US-PS 5 812 582 beschrieben, benutzt eine Metallmaske oder Schicht
oben auf dem Monitorchip. Diese Maske in Kombination mit dem Substrat, auf dem der
Chip montiert ist, wirken als ein Plattenkondensator (Capacitor) und die hierdurch er
zeugte parasitäre Kapazität kann eine Verzögerung einbringen, die den Hochge
schwindigkeitsbetrieb beeinflußt. In ähnlicher Weise kontaktiert der VCSEL, der auf sich
gegenüberliegenden Flächen vorgesehen ist, einen anderen Plattenkondensator, der
auch zur parasitären Kapazität der Kombination beiträgt. Erfindungsgemäß befinden
sich beide VCSEL-Kontakte auf der oberen oder emittierenden Fläche, wodurch die
parasitäre Kapazität reduziert wird. Zusätzlich ist die Metallmaske auf dem Monitorchip
nach dem Stand der Technik erfindungsgemäß nicht notwendig, da ein elektrischer
rückseitiger Anschluß nicht gemacht wird.
Die Diagramme in Fig. 5 vergleichen den Durchlaßbereich bzw. das Frequenzverhal
ten der Einrichtungen nach der Erfindung (Kurve A) mit Einrichtungen nach dem Stand
der Technik (Kurven B und C). Das Diagramm erläutert, daß der Ausgang der Einrich
tungen nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen bis zu 1,7 GHz konstant
bleibt, selbst wenn das Bauteil/Gehäuse eine TO-46-Büchse ist, das für hohe Frequen
zen nicht optimiert ist. Anwendungen für Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfin
dung umfassen Datenübertragungen hoher und niedriger Geschwindigkeit, zum Bei
spiel 100 Mbps Ethernet, Gigabit Ethernet, Fiber Channel und ATM oder SDH und
IEEE. Anwendungen umfassen auch Nicht-Faseranwendungen, wie medizinische und
chemische, wo die Konzentration einer Substanz mittels ihrer Wechselwirkung mit Pho
tonen bei der emittierten Wellenlänge gemessen wird. Tatsächlich richtet sich die Erfin
dung auf jede Anwendung, wo eine Monitordiode für den Feedback der optischen Leis
tung erforderlich ist.
Während besondere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt
wurden, ist es für den Fachmann klar, daß zahlreiche Variationen, ohne das Basiskon
zept der vorliegenden Erfindung zu verlassen, vorgenommen werden können. Bei
spielsweise können Form und Größe des VCSELs und der Monitordiode entsprechend
der Anwendung gewählt werden. Der Leitfähigkeitstyp des VCSELs und der Monitordi
ode werden nicht beeinflußt durch die Montagetechnik, d. h. ein VCSEL mit einem Sub
strat vom n-Typ kann aufgebracht werden auf einen p-Typ, einen n-Typ oder einen iso
lierenden Teil des Monitorchips. Das gleiche gilt für einen VCSEL, der auf einem Sub
strat vom p-Typ gewachsen ist. Zusätzlich umfasst die vorliegende Erfindung, dünne
Klebstoffrohlinge anstelle von dünnen Klebstoffschichten angewendet auf der Hintersei
te des Wafers durch schnelles Drehen (bzw. Spinnen). Selbstverständlich fallen diese
Variationen in den vollen Bereich der Erfindung, insbesondere wie er durch die Ansprü
che definiert ist.
Claims (28)
1. Anordnung aus einem Laser vom VCSEL-Typ (Vertical Cavity Surface Emitting
Laser) und einem Photodetektor-Monitor, die aufweist: einen Photodetektor-
Monitorchip mit einer ersten als Photodetektor wirksamen Fläche und einer
zweiten Fläche parallel hierzu sowie einen oben emittierenden VCSEL-Laser,
der auf der ersten Fläche dieses Monitorchips sitzt, wobei der VCSEL-Laser
Kontakte sowohl vom p-Typ wie vom n-Typ auf einer oben befindlichen Seite
hiervon hat und Mittel dieser Anordnung zugeordnet sind, um einen Teil der La
ser-Emission auf die erste Fläche des Monitorchips zu richten.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei dieser Laser an der Bodenseite emittierend
ausgebildet ist und die Kontakte vom p-Typ und n-Typ sich auf der Bodenseite
befinden.
3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Photodetektor-Monitorchip in einem
Wellenlängenbereich empfindlich ist, welcher die Emissionswellenlänge des La
sers einschließt.
4. Anordnung nach Anspruch 3, angeordnet in einem Gehäuse, das Zugang zu
äußeren Anschlüssen für den Monitorchip und den Laser bietet.
5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse einen Deckel hat, der ein zu
mindest teilweise transparentes Fenster hat, das im wesentlichen auf einen e
mittierenden Bereich des Lasers ausgerichtet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse
einen Deckel hat, der eine zumindest teilweise transparente Linse enthält, die im
wesentlichen mit einem emittierenden Bereich des Lasers fluchtet.
7. Anordnung nach Anspruch 5, wobei das Fenster einen reflektierenden Bereich
umfasst, der einen Teil der Emission vom Laser auf den Monitorchip richtet.
8. Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Linse einen reflektierenden Bereich
umfasst.
9. Anordnung nach Anspruch 7, wobei der Monitorchip auf der ersten Fläche
Ausrichtungsmarkierungen zur Verwendung bei der Ausrichtung des Lasers auf
den Monitorchip enthält.
10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Form der Ausrichtungsmarkierungen im
wesentlichen der Form des Lasers gleicht.
11. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Ausrichtungsmarkierungen
metallbeschichtet sind, um das Auflöten des Lasers auf den Monitorchip zu
erlauben.
12. Anordnung nach Anspruch 10, wobei die Ausrichtungsmarkierungen einen Teil
der Form des Lasers bilden und metallbeschichtet sind, um das Auflöten des
Lasers auf den Monitorchip zu erlauben.
13. Anordnung nach Anspruch 9, die weiter ein Behältermittel enthält, um das
Gehäuse aufzunehmen und um den emittierenden Bereich des Lasers bezüglich
einer Lichtleit-Faser in Flucht zu bringen.
14. Verfahren zum Zusammenbauen eines Lasers vom VCSEL-Typ und eines
Monitorchippaares für einen optischen Photodetektorausgang, wobei ein
Monitorchip mit einer Photodetektorfläche vorgesehen wird, an dessen
Detektorfläche ein solcher Laser befestigt wird, wobei dieser Laser Kontakte
vom p-Typ und vom n-Typ auf seiner emittierenden Oberseite hat; und wobei
Mittel vorgesehen sind, um den Monitorchip und den Laser zu kontaktieren.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Detektorfläche des Monitorchips mit
einer Ausrichtungsmarke versehen ist, die der Ausrichtung dieses VCSEL auf
diesen Chip dient.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei diese Ausrichtungsmarke metallbeschichtet
ist, damit dieser Laser an diesem Monitorchip durch Löten befestigbar ist.
17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei diese Kombination aus Monitorchip- und
VCSEL-Laser in einem Gehäuse mit einem Fenster derart montiert ist, daß eine
Emission von dem Laser aus dem Gehäuse durch das Fenster nach außen
erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein Teil dieser Emission durch das Fenster
auf den Monitorchip reflektiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kombination aus Monitorchip und Laser
in einem Gehäuse montiert ist, die eine Linse aufweist, derart, daß die Emission
des Lasers das Gehäuse über diese Linse verläßt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein Teil dieser Emission durch diese Linse
auf den Monitorchip reflektiert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der VCSEL an dem Monitorchip mittels
Klebstoff befestigt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Klebstoff eine thermoplastische Paste
ohne Füllstoff ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die thermoplastische Paste an der
Rückseite eines Wafers aus VCSEL-Material aufgebracht wird und zu einer
dünnen ebenen Schicht durch schnelles Drehen (bzw. Spinnen) umgewandelt
wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei individuelle VCSELs mit einem Film von
thermoplastischem Klebstoff auf der Rückseite des Monitorchips positioniert
werden und erhitzt werden, um den Klebstoff zu schmelzen, so dass nach
Kühlung der VCSEL auf dem Monitorchip gehalten wird.
25. Ein Verfahren zur Anwendung eines Klebstoffs auf der Montagefläche eines
Halbleitergeräts umfassend:
Auftragen eines Klebstoffs in viskoser Form auf die Montagefläche eines Wafers mit einer Vielzahl von Halbleitergeräten;
Schnelles Drehen (bzw. Spinnen) des Wafers, um die Paste in eine dünne gleichmäßige Schicht zu verteilen;
Erhitzen des Wafers, um den Klebstoff auszuhärten;
Aufteilen des Wafers in individuelle Halbleitergeräte.
Auftragen eines Klebstoffs in viskoser Form auf die Montagefläche eines Wafers mit einer Vielzahl von Halbleitergeräten;
Schnelles Drehen (bzw. Spinnen) des Wafers, um die Paste in eine dünne gleichmäßige Schicht zu verteilen;
Erhitzen des Wafers, um den Klebstoff auszuhärten;
Aufteilen des Wafers in individuelle Halbleitergeräte.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Halbleitergeräte VCSELs mit einer
emittierenden Oberfläche gegenüber der Montagefläche sind.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der VCSEL mit einer Klebstoffschicht auf
dem Monitorchip montiert wird und erhitzt wird, um den Klebstoff so zu
schmelzen, dass der VCSEL an dem Monitorchip durch Kühlung befestigt
wird.
28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Klebstoff eine thermoplastische Paste
ohne Füllstoff ist.
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