DE10136334A1

DE10136334A1 - Hochgeschwindigkeitsvertikalresonator- oberflächenemissionslaser

Info

Publication number: DE10136334A1
Application number: DE10136334A
Authority: DE
Inventors: Syn-Yam Hu; I-Haing Tan; Tchang-Hun Oh
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Broadcom International Pte Ltd
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2002-02-14
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2002094180A; GB0428227D0; GB2406216A; GB2370689A; KR20020010531A; GB2370689B; GB2403066A; GB0118287D0; DE10136334B4; DE10136334B8; GB2406216B; US6658040B1; TW477097B; GB0421228D0; KR100833442B1; GB2403066B

Abstract

Ein Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) weist eine obere Spiegelstruktur mit einer Oberfläche, eine Lichterzeugungsregion und eine untere Spiegelstruktur zum Reflektieren von Licht hin zu der oberen Spiegelstruktur auf. Der VCSEL weist einen Halbleiterabschnitt mit einer Oberfläche auf, die hinsichtlich der Oberfläche der oberen Spiegelstruktur im wesentlichen planar angeordnet ist. Zumindest eine öffnungsdefinierende Schicht mit einem trennbaren Material ist zumindest entweder in der unteren Spiegelstruktur oder der oberen Spiegelstruktur oder in beiden angeordnet. Die öffnungsdefinierende Schicht weist eine leitende Region, eine isolierende Region mit einer öffnungsdefinierenden Oberfläche zum Definieren der leitenden Region sowie einen einzelnen Graben, der benachbart zu der isolierenden Region ist, zur Verwendung bei dem Erzeugen der isolierenden Region auf. Der Graben weist eine durchgehende Geometrie zum Reduzieren der Parasitärkapazität des VCSEL auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf halb leiterbasierte Laser und insbesondere auf Vertikalresonato roberflächenemissionslaser (VCSEL).

Optische Datenkommunikationssysteme stellen einen wichtigen Weg für ein Übertragen großer Datenmengen bei hohen Ge schwindigkeiten bereit. Eine wichtige Komponente bei diesen optischen Datenkommunikationssystemen ist ein optisches Sende-/Empfangsgerät. Auf der Sendeseite dient das optische Sende-/Empfangsgerät dazu, Daten in Form elektrischer Si gnale (z. B. digitale Informationen in Form von Einsen und Nullen) in optische Signale zu übersetzen, die sich zur Übertragung durch ein Übertragungsmedium (z. B. Lichtwel lenleiterkabel) eignen. Auf der Empfangsseite wandelt das optische Sende-/Empfangsgerät die empfangenen optischen Si gnale zurück in Daten in Form elektrischer Signale um. Eine wichtige Komponente bei der Gestaltung optischer Sende- /Empfangsgeräte ist der Sender zum Senden optischer Daten. In der Regel ist der Sender mit einer lichtemittierenden Diode (LED) für Megabitanwendungen und einer Halbleiterla serdiode für Gigabitanwendungen implementiert.

Ursprünglich wurden Halbleiterlaserdioden so hergestellt, daß parallel zur Oberfläche des Halbleiterwafers ein opti scher Resonator gebildet wurde. Bei dieser Struktur wird Licht vom Rand des Wafers emittiert. Leider eignet sich diese Struktur nicht für kostengünstige "Massen"- Herstellung oder zur kosteneffektiven Erzeugung von zweidi mensionalen Arrays von Laserdioden.

Eine neue Klasse von Laserdioden wird derart erzeugt, daß der optische Resonator senkrecht zu der Oberfläche des Hal bleiterwafers gebildet ist und das Licht senkrecht zu der Oberfläche emittiert wird. Diese Laserdioden werden übli cherweise als Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSELs - vertical cavity surface-emitting lasers) bezeich net. Ein charakteristischer VCSEL besteht aus einer aktiven Region, die Licht emittiert, und umgebenden Spiegeln, die aus abwechselnden Schichten aus Materialien mit unter schiedlichen Brechungsindizes aufgebaut sind. Diese Laser eignen sich besser zur Erzeugung von Arrays, und ihre Ver wendung ist bei optischen Datenkommunikationssystemen weit verbreitet.

Die seitliche Abmessung von VCSELs wird definiert, indem man den vertikal in dem VCSEL fließenden Strom auf einen kleinen Bereich begrenzt. Bei früheren Ausgestaltungen wur den entweder geätzte Mesa oder ionenimplantierte Regionen verwendet, um den Stromfluß zu begrenzen. Diese Ansätze sind bei Vorrichtungen kleiner Größen jedoch nicht zufrie denstellend. Bei dem Ansatz der geätzten Mesa besteht das Problem der Lichtstreuung. Bei dem Ansatz der Implantation besteht das Problem der optischen Begrenzung in der implan tierten Struktur.

Infolge dieser Mängel wurde ein Verfahren zum Einschränken des Stromflusses und zum Bereitstellen einer optischen Be grenzung entwickelt. Bei diesem Verfahren wird eine Oxid öffnung verwendet, die durch einen Naßoxidationsprozeß er zeugt wurde, um eine oder mehrere Schichten, die einen ho hen Aluminiumanteil hat bzw. haben, in der VCSEL-Struktur in eine Art von Aluminiumoxid umzuwandeln.

Es gibt zwei VCSEL-Hauptstrukturen, die beide einen unter schiedlichen Ansatz zum Bilden dieser strombeschränkenden Oxidöffnung durch Oxidieren einer einzigen oder mehrerer Aluminium enthaltenden Schichten in Spiegelstapeln durch Verwenden unterschiedlicher Oberflächentopologien aufwei sen. Eine erste Art von VCSELs des Standes der Technik ver wendet eine Struktur vom sogenannten Mesatyp oder Pfeiler typ, die eine relativ hohe geätzte "Pfeiler"- (Pillar-) Me sa mit einem relativ kleinen Oxidationsbereich aufweist, die sie zu Hochgeschwindigkeitsoperationen befähigt. Ein derartiger Mesatyp-VCSEL ist im US-Patent Nr. 5.493.577 mit dem Titel "Efficient Semiconductor Light-Emitting Device and Method" von Choquette et al. beschrieben.

Ein Problem bei den oxidbegrenzten Mesatyp-VCSELs ist die nicht planare Geometrie, auf die man bei der Erzeugung sol cher Vorrichtungen stößt. Im allgemeinen muß das untere En de der Mesa tief genug geätzt sein, um Zugang zu den die Oxidöffnung bildenden Schichten zu erhalten, das bedeutet in der Regel mehrere Mikrometere unterhalb der ursprüngli chen Epitaxialoberfläche (in der Regel 4-7 µm). Um Zugang zu der Schicht, die gerade oxidiert wird, zu erhalten, wird die Vorrichtung zuerst geätzt, um eine Mesastruktur zu bil den, wobei die Ränder der verschiedenen Spiegelschichten freiliegen. Die freiliegenden Ränder werden daraufhin einem Naßoxidationsprozeß unterzogen. Der Oxidationsprozeß setzt sich entlang der Schicht von dem äußeren Rand einer geätz ten Mesa hin zu der Mitte der Mesa fort. Der Prozeß wird vor dem Umwandeln der gesamten Schicht gestoppt, wodurch ein kleiner nicht oxidierter Bereich in der Mitte der Mesa verbleibt, der die Laseröffnung definiert. Die Mesastruktur ist im allgemeinen schwieriger zu herzustellen als der im folgenden beschriebene planare Ansatz.

Ein zweites Problem besteht darin, daß diese Mesatyp- Strukturen eine dicke isolierende Füllung (z. B. Polyimid) erfordern, um den Deckmetallkontakt und die Metallverbindungsanschlußfläche zu überbrücken, der bzw. die sich auf dem Polyimid oder auf einem halbisolierenden Substrat befinden kann. Da die isolierende Schicht einen Wärmekoeffizienten aufweist, der sich von dem Wärmekoeffi zienten der Halbleiterschicht stark unterscheidet, übt die Polyimidschicht sowohl während des Herstellungsvorgangs als auch während der Operation des VCSEL auf den Halbleiter in der Regel eine starke Beanspruchung aus. Ist die Vorrich tung z. B. thermischer oder elektrischer Beanspruchung aus gesetzt, so können die Unterschiede beim Wärmekoeffizienten des Polyimids und der Halbleiterschicht potentiell zu einem physischen oder strukturellen Versagen der Vorrichtung füh ren. Folglich war und ist es eine Herausforderung für die Herstellerseite, äußerst zuverlässige und oxidbegrenzte Hochgeschwindigkeits-VCSEL auf der Grundlage der Mesatyp- Struktur zu erzeugen.

Die zweite Art von VCSELs des Standes der Technik weist ei ne planare Topologie auf. Ein derartiger Planartyp-VCSEL ist in dem US-Patent Nr. 5.896.408 mit dem Titel "Near pla nar native-oxide VCSEL Devices and Arrays Using Converging Oxide Ringlets" von Corzine et al. beschrieben. Dieser An satz hat den Vorteil eines relativ einfachen Waferherstel lungsverfahrens und eignet sich zur kostengünstigen Massen produktion. Es wurde bewiesen, daß diese planare Struktur eine für gegenwärtige Datenübertragungsraten von 1 Gb/s bis 2 Gb/s ausreichende Leistung erbringen kann. Jedoch auf grund der Tatsache, daß, um die aus benachbarten Oxidati onslöchern (oder einer anderen Geometrie) entstandenen Oxidvorderseiten zu verbinden, um eine Geschlossene- Perisphäre-Oxidöffnung zu bilden, der Oxidationsprozeß in der Regel lang ist, ist die Oxidationsfläche somit groß, wodurch ihre Leistungsfähigkeit bei höheren Datenübertra gungsraten eingeschränkt sein kann.

Ein anderer Planartyp-VCSEL ist in einem Dokument mit dem Titel "VCSEL Based Modules for Optical Interconnects" von Strzelecka, E.M., Morgan, R.A., Liu, Y., Walterson, B., Skogen, J., Kalweit, E., Bounak, S., Chanhvongsak, H., Mar ta, T., Skogman, D., Nohava, J., Gieske, J., Lehman, J., Hibbs-Brenner, M. K., Proceedings of the SPIE - The Interna tional Society for Optical Engineering, Vol. 3627, Seiten 2 bis 13, 1999, beschrieben. Dieser Ansatz verwendet mehrere Gräben oder Segmente. Leider beschäftigt sich dieser Ansatz nicht ausreichend mit den Problemen der Parasitärkapazität.

Folglich kann es bei diesem Ansatz zu Leistungseinbußen kommen, vor allem bei hohen Datenraten.

Schnelligkeitsentwurfsbetrachtungen

Wenn die Bitraten der Datenübertragung auf über 2 Gigabit pro Sekunde und darüber hinaus ansteigen, sind neue Konzi pierungsüberlegungen und -mechanismen erforderlich, um Da tenübertragungsgeschwindigkeiten dieser Größenordnungen zu erzielen. Leider werden diese Ausgestaltungsüberlegungen für die Konzipierung von Hochgeschwindigkeits-VCSELs von Ansätzen des Standes der Technik nicht erkannt und nicht angegangen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Parasitärkapazität des VCSEL als eine wichtige Ausge staltungsüberlegung für diejenigen Vorrichtungen erkannt, die bei mehr als 2 Gigabit pro Sekunde arbeiten, und vor allem für Vorrichtungen, die konzipiert sind, um bei mehr als 10 Gigabit pro Sekunde zu arbeiten.

Ungünstigerweise stellen die Ansätze des Standes der Tech nik keinerlei Mechanismen bereit, um die Parasitärkapazität von VCSEL-Strukturen auf geeignete Weise anzugehen und zu reduzieren. Folglich kann bei den Strukturen des Standes der Technik eine hohe Parasitärkapazität auftreten, die das Geschwindigkeitsverhalten des VCSEL bei den oben genannten Hochgeschwindigkeitsübertragungsraten einschränken kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verti kalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL), ein Verfah ren zur Herstellung eines VCSEL, ein Verfahren zur Herstel lung einer nahezu planaren Halbleiterlaservorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaservorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines VCSEL zu schaffen, so daß die Parasitärkapazität der Vorrichtung reduziert ist und gleichzeitig die oben aufgeführten Nachteile überwunden werden.

Diese Aufgabe wird durch einen Vertikalresonatoroberfläche nemissionslaser gemäß Anspruch 1, gemäß Anspruch 10, gemäß Anspruch 18, gemäß Anspruch 22 oder gemäß Anspruch 29 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines VCSEL gemäß An spruch 23, durch ein Verfahren zum Herstellen einer nahezu planaren Halbleiterlaservorrichtung gemäß Anspruch 26, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 27 und durch ein Verfah ren gemäß Anspruch 31 gelöst.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Erfindung ein VCSEL mit einer nahezu planaren oberen Oberfläche, auf der die obere Elektrode angeordnet ist. Ein VCSEL gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine obere Elektrode, die vorzugsweise ein Ringkontakt ist, einen oberen Spiegel mit einer oberen Oberfläche, eine Lichterzeugungsregion sowie einen unteren Spiegel zum Reflektieren von Licht zum oberen Spiegel. Mindestens einer der Spiegel umfaßt eine Mehrzahl von planaren, elektrisch leitenden Schichten mit unter schiedlichen Brechungsindizes. Mindestens eine öffnungsde finierende Schicht mit einem trennbaren Material ist in zu mindest einer der unteren Spiegelstruktur und der oberen Spiegelstruktur vorgesehen. Das trennbare Material kann oxidiert, geätzt oder oxidiert und dann selektiv geätzt sein, um eine isolierende Region zu bilden, die eine öff nungsdefinierende Oberfläche zum Definieren zumindest eines Teils einer Öffnung aufweist.

Ein einzelner Graben, der eine durchgehende Geometrie zum Reduzieren der Parasitärkapazität aufweist, ist von der oberen Oberfläche des VCSEL ausgehend nach unten durch die Schichten mit dem trennbaren Material oder über diese hin aus geätzt. Zumindest eine dieser trennbaren Schichten wird zu einem öffnungsdefinierenden Zweck verwendet. Der Graben kann benutzt werden, um die trennbare Schicht einem Trenn mittel auszusetzen (wodurch das trennbare Material in ein isolierende Region umgewandelt wird), wodurch die trennbare Schicht oxidiert bzw. geätzt wird. Die teilweise Trennung der Schicht wandelt sie zu einer Schicht um, die eine lei tende Region aufweist, die von einer elektrisch isolieren den Region umgeben ist, wobei sich die leitende Region un ter der oberen Elektrode befindet.

Vorzugsweise weist die öffnungsdefinierende Schicht eine leitende Region, eine isolierende Region mit einer oberflä chendefinierenden Oberfläche zum Definieren der leitenden Region sowie einen benachbart zu der isolierenden Region liegenden einzelnen Graben zur Verwendung bei dem Erzeugen der isolierenden Region auf. Der Graben weist eine durchge hende Geometrie zum Reduzieren der Parasitärkapazität des VCSEL auf.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein ringförmiger leitfähiger Kontakt durch einen transparenten scheibenförmigen leitfähigen Kontakt ersetzt. Der transparente scheibenförmige leitfähige Kon takt weist im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel eine größere Kontaktfläche auf, um den Kontaktwiderstand zu reduzieren. Außerdem ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel eine Optimierung der Oxidationstiefe, wodurch die Parasi tärkapazität reduziert wird.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine VCSEL-Struktur mit oder ohne eine nahezu planare obere Oberfläche erzeugt werden, die eine Mehrzahl von trennbaren Schichten umfaßt, wobei jede Schicht eine isolierende Regi on (z. B. einen Oxidring) aufweist. Diese mehreren isolie renden Regionen stellen einen Mechanismus zum Reduzieren des Produkts aus der absoluten Parasitärkapazität und dem differentiellen Widerstand am Arbeitspunkt des VCSEL be reit.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine VCSEL-Struktur mit oder ohne eine nahezu planare obere Oberfläche hergestellt werden, die eine kapazitätsreduzie rende Implantationsregion umfaßt, die als weiterer Mecha nismus zum Reduzieren des Produkts aus der absoluten Para sitärkapazität und dem differentiellen Widerstand am Ar beitspunkt des VCSEL dienen kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine VCSEL-Struktur mit oder ohne eine nahezu planare obere Oberfläche hergestellt werden, die eine isolierende Schicht (z. B. eine dielektrische Schicht mit geringem k) umfaßt, die auf zumindest einem Abschnitt der nahezu planaren obe ren Oberfläche der Vorrichtung angeordnet ist. Auf minde stens einem Abschnitt der isolierenden Schicht ist ferner ein leitendes Material zum elektrischen Koppeln einer Ver bindungsanschlußfläche mit einem emittierenden Bereich auf gebracht. Die isolierende Schicht dient als Mechanismus zum Reduzieren der Parasitärkapazität aufgrund des Kontakts zwischen der Halbleiteroberfläche und einem leitfähigen Kontakt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Vertikalresonatoroberflä chenemissionslasers gemäß einem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Vertikalresonatoroberflä chenemissionslasers der Fig. 1 durch die Linie 2'-2';

Fig. 3 eine Schnittansicht des Vertikalresonatoroberflä chenemissionslasers der Fig. 1 durch die Linie 3'-3';

Fig. 4 eine Draufsicht eines Vertikalresonatoroberflä chenemissionslasers gemäß einem alternativen Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der einen transparenten Kontakt verwendet;

Fig. 5 eine Schnittansicht des Vertikalresonatoroberflä chenemissionslasers der Fig. 4 durch die Linie 5'-5';

Fig. 6 eine Schnittansicht des Vertikalresonatoroberflä chenemissionslasers der Fig. 4 durch die Linie 6'-6';

Fig. 7A eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers, der eine erste Anordnung einer Mehrzahl von kapazi tätsreduzierenden Schichten mit isolierenden Re gionen zum Reduzieren parasitärer Oxidkapazität gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist;

Fig. 7B eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers, der eine zweite Anordnung einer Mehrzahl von kapazi tätsreduzierenden Schichten mit isolierenden Re gionen zum Reduzieren parasitärer Oxidkapazität gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist;

Fig. 8A eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers, der eine zweite Implantationsregion zum Reduzieren parasitärer Oxidkapazität gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf weist, wobei die zweite Implantationsregion in Verbindung mit dem Grabenaspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 8B eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers, der eine zweite Implantationsregion zum Reduzieren parasitärer Oxidkapazität gemäß einem alternati ven Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung aufweist, wobei die zweite Implantationsre gion ohne den Grabenaspekt der vorliegenden Er findung verwendet wird;

Fig. 9 einen Mechanismus zum Reduzieren der parasitären Kontaktanschlußflächenkapazität gemäß einem al ternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der in dem VCSEL der Fig. 1 enthalten ist;

Fig. 10 eine Schnittansicht des Vertikalresonatoroberflä chenemissionslasers der Fig. 9;

Fig. 11 einen Mechanismus zum Reduzieren der parasitären Kontaktanschlußflächenkapazität gemäß einem wei teren alternativen Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung, das in dem VCSEL der Fig. 4 enthalten ist;

Fig. 12A eine Öffnung mit einem Umfang, der vollständig durch eine öffnungsdefinierende Oberfläche einer isolierenden Region gemäß dem einen Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung definiert ist;

Fig. 12B eine Öffnung mit einem Umfang, der teilweise durch eine öffnungsdefinierende Oberfläche einer isolierenden Region und teilweise durch eine öff nungsdefinierende Oberfläche einer Implantations region gemäß einem alternativen Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung definiert ist;

Fig. 13 einen Graben mit einer Geometrie einer im allge meinen quadratischen Form;

Fig. 14 einen Graben mit einer Geometrie einer im allge meinen dreieckigen Form;

Fig. 15 einen Graben mit einer Geometrie, die einen Ab schnitt zum Umgeben des Verbindungsanschlußflä chenbereichs umfaßt; und

Fig. 16 ein Augendiagramm einer Datenübertragung von 10 Gb/s, das aus einer beispielhaften Planartyp- VCSEL-Struktur erhalten wurde, die mit einem ein zelnen Graben mit einer durchgehenden Geometrie mit einer Öffnung, die einen geschlossenen Be reich aufweist, wie in Fig. 12A veranschaulicht, sowie mit zwei in den Fig. 8A und 8B bzw. 9A und 9B beschriebenen Mechanismen zur Reduzierung der Parasitärkapazität konfiguriert ist.

Eine VCSEL-Struktur mit einem Graben mit einer Geometrie zum Reduzieren der Parasitärkapazität des VCSEL und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Struktur werden beschrieben. Des weiteren werden zusätzliche Mechanismen zum Reduzieren der Parasitärkapazität des VCSEL zum Ermög lichen von Hochgeschwindigkeitsleistung beschrieben. Zu Er läuterungszwecken werden in der folgenden Beschreibung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründli ches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Fachleuten wird es jedoch einleuchten, daß die vorliegende Erfindung auch ohne diese spezifischen Details angewandt werden kann. In anderen Fällen wird auf die Beschreibung von hinreichend bekannten Verarbeitungsschritten, Geräten und Materialien verzichtet, um eine unnötige Verschleierung der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das eine VCSEL-Struktur mit einem Graben und einem nicht- transparenten leitfähigen Kontakt darstellt, ist in Zusam menhang mit Fig. 1 bis 3 beschrieben. Ein zweites Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das eine VCSEL- Struktur mit einem Graben und einem transparenten leitfähi gen Kontakt darstellt, ist in Verbindung mit Fig. 4 bis 6 beschrieben. Ein erster Mechanismus zum Reduzieren der den öffnungsdefinierenden trennbaren Schichten der VCSEL- Struktur zugeordneten Parasitärkapazität ist unter Bezug nahme auf Fig. 7A und 7B beschrieben. Ein zweiter Mechanis mus zum Reduzieren der den öffnungsdefinierenden trennbaren Schichten der VCSEL-Struktur zugeordneten Parasitärkapazi tät ist unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. Ein Mecha nismus zum Reduzieren der parasitären Kontaktanschlußflä chenkapazität der VCSEL-Struktur ist unter Bezugnahme auf Fig. 9 bis 11 beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, daß die Halbleiterlaserstrukturen, bei denen die neuartigen Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert werden können, im folgenden beschrieben werden und entweder eine n-Oben-Struktur sein können, die auf ein p-Typ-Substrat aufgewachsen ist, eine p-Oben-Struktur, die auf ein n-Typ- Substrat aufgewachsen ist, oder entweder eine p-Oben- Struktur oder eine n-Oben-Struktur, die auf ein halbisolie rendes Substrat aufgewachsen ist.

VCSEL mit einer nichttransparenten oberen Elektrode

Fig. 1 bis 3 veranschaulichen verschiedene Ansichten eines Hochgeschwindigkeits-Planartyp-VCSEL 100, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kon figuriert ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 umfaßt die VCSEL-Struktur 100 einen Graben 102, eine obere Spiegelstruktur 210, eine un tere Spiegelstruktur 220, eine erste Implantationsregion oder einen ersten Implantationsbereich 250, eine trennbare Schicht 188 (z. B. eine oxidierbare Schicht oder ätzbare Schicht), eine in der Schicht 188 gebildete Öffnung 180, eine erste Elektrode 105 (z. B. einen Ringkontakt) sowie eine zweite Elektrode 154. Die trennbare Schicht 188 kann eine beliebige Schicht sein, die (1) selektiv oxidiert, (2) selektiv geätzt, (3) selektiv oxidiert und dann selektiv geätzt sein kann, oder auch eine Kombination aus diesen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche 280 der oberen Spiegelstruktur 210 bezüglich einer Oberfläche 290 eines Halbleiterabschnitts 250, der in diesem Fall implan tiert ist, vorzugsweise im wesentlichen planar, aber auch auf andere, Fachleuten bekannte Weisen kompensiert sein kann. Die Oberfläche 280 ist als die gemeinsame Schnitt stelle zwischen der oberen Elektrode 104 und der oberen Spiegelstruktur 210 definiert, die sich seitlich von einem Rand 282 der oberen Elektrode 104 zu der Abgrenzung 284 zwischen der oberen Spiegelstruktur 210 und der Implantati on 250 erstreckt. Die Oberfläche 290 ist als die gemeinsame Schnittstelle zwischen der oberen Elektrode 104 und der Im plantation 250 definiert, die sich seitlich von der Abgren zung 284 zwischen der oberen Spiegelstruktur 210 und der Implantation 250 bis zu einem äußersten rechten Rand 286 der oberen Elektrode 104 erstreckt.

Der Ausdruck "im wesentlichen planar" bedeutet, daß die Oberfläche 280 weniger als ein Mikrometer hinsichtlich der Oberfläche 290 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Ober fläche 280 weniger als 3.000 Å hinsichtlich der Oberfläche 290 angeordnet.

Dementsprechend ist bei dem in Fig. 4 bis 6 veranschaulich ten Ausführungsbeispiel, das hiernach ausführlicher be schrieben wird, die Oberfläche 280 hinsichtlich der Ober fläche 290 vorzugsweise im wesentlichen planar. Die Ober fläche 290 ist auf dieselbe Weise definiert wie bei dem er sten Ausführungsbeispiel. Die Oberfläche 280A ist jedoch als die gemeinsame Schnittstelle zwischen der oberen Elek trode 104 und der oberen Spiegelstruktur 210 definiert, die sich von einem äußersten linken Rand 288 der oberen Elek trode 104 bis zu der Abgrenzung 284 zwischen der oberen Spiegelstruktur 210 und der Implantation 250 erstreckt.

Der VCSEL 100 weist eine Schichtstruktur auf, bei der das Licht in einer vertikalen Richtung, die senkrecht zu den Ebenen der Schichten liegt, emittiert wird. Bei einem er sten Ausführungsbeispiel umfaßt der VCSEL 100 ein Halblei tersubstrat 230, eine Mehrzahl von epitaxial aufgewachse nen, zusammengesetzten Halbleiterschichten, die einen er sten Spiegelstapel 220 oberhalb des Substrats 230 bilden, einen zweiten Spiegelstapel 210 oberhalb des ersten Spie gelstapels 220, eine Lichterzeugungsregion 205 (in diesem Dokument auch als "aktive Region" bezeichnet) zwischen den Spiegelstapeln 210, 220 sowie eine oder mehrere trennbare Schichten 188, die teilweise getrennt sind, um eine Öffnung 180 mit der isolierenden Region 240 zu bilden. Diese trenn baren Schichten 188 können in einem der Spiegelstapel 210 und 220 oder in beiden Spiegelstapeln 210 und 220 angeord net sein.

Zum Beispiel können die trennbaren Schichten 288 oxidierba re Schichten sein, die teilweise oxidiert sind, um eine oxidbegrenzte Öffnung 180 mit der isolierenden Region 240 (z. B. eine Oxidregion) zu bilden. Diese oxidierbaren Schichten 180 können in einem oder beiden der Spiegelstapel 210 und 220 in der Nähe der Lichterzeugungsregion 205 ange ordnet sein.

Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele verwen den eine Schicht 188, die vorzugsweise eine oxidierbare Schicht 188 ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Schicht 188 eine beliebige trennbare Schicht mit einem trennbaren Material sein kann. Der Begriff "trennbare Schicht" bezeichnet eine beliebige Schicht, die aus einem beliebigen Material besteht, in dem eine isolierende Region 240 gebildet sein kann. Zum Beispiel kann das trennbare Ma terial ein oxidierbares Material sein, das oxidiert sein kann, ein ätzbares Material, das geätzt sein kann, oder ein Material, das teilweise oxidiert und geätzt sein kann. Au ßerdem sei darauf verwiesen, daß die isolierende Region be arbeitet werden kann, indem man ein Mittel zum Oxidieren eines oxidierbaren Materials einbringt, um eine oxidisolie rende Region wie zuvor beschrieben zu erhalten. Alternativ dazu kann bei Verwenden von ätzbarem Material die isolie rende Region erzeugt werden, indem man ein Mittel zum Weg ätzen des ätzbaren Materials einbringt, um eine material freie isolierende Region zu bilden (z. B. eine Luftlücke). Eine derartige isolierende Region wird in diesem Dokument auch als Resonatorregion bezeichnet. Bei einem weiteren al ternativen Ausführungsbeispiel kann, nachdem eine solche Resonatorregion erzeugt wurde, ein isolierfähiges Material (z. B. Polyimid oder Aufschleuderglas (Spin-On-Glass)) ver wendet werden, um die Resonatorregion aufzufüllen oder zu hinterfüllen.

Die VCSEL-Struktur kann als p-i-n-Diode mit einer oberen Spiegelregion 210, der Lichterzeugungsregion 205 und einer unteren Spiegelregion 220 betrachtet werden. Diese Regionen sind auf einem Substrat 230 aufgebaut, das in diesem Bei spiel ein n-Typ-Halbleiter ist. Zwischen den Elektroden 105 und 154 ist eine elektrische Leistung angelegt. Die diver sen Schichten sind durch epitaxiales Aufwachsen oder andere Aufbringungsverfahren erzeugt. Da die Erzeugung dieser Schichten in der Lasertechnik Fachleuten hinreichend be kannt ist, wird sie hier nicht im Detail beschrieben.

Die Lichterzeugungsregion 205 ist in der Regel aus einer oder mehreren Quantenmulden aus InGaAs, GaAs, AlGaAs, In GaAsN, GaAsSb, auch (Al-) GaInP, GaInAsP oder InAlGaAs auf gebaut. Die Lichterzeugungsregion 205 kann von den Spiegel regionen 210 und 220 durch (nicht gezeigte) Abstandshalter getrennt sein. Die Wahl des Materials hängt von der ge wünschten Wellenlänge des von dem VCSEL emittierten Lichts oder von anderen gewünschten Eigenschaften des VCSEL ab. Außerdem sind Vorrichtungen, die auf aktiven Substratregio nen beruhen, in der Technik bekannt. Die aktive Schicht 205 kann als Lichterzeugungsschicht betrachtet werden, die auf grund stimulierter Emission über die Rekombination von Elektronen und Löchern, die durch Vorwärtspolen der p-i-n- Diode injiziert werden, Licht erzeugt.

Die Spiegelregionen 210, 220 sind aus abwechselnden Schich ten mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgebaut. Die Dicke jeder Schicht ist in der Regel so gewählt, daß sie ein Viertel der Wellenlänge des Lichts in jeder Schicht be trägt. Die Stapel bilden eine Struktur, die als Verteilter- Bragg-Reflektor-(DBR-)Spiegelstruktur bekannt ist. Um das gewünschte Reflexionsvermögen zu erhalten, sind mehrere Schichtpaare erforderlich. Bei diesem Beispiel sind die Schichten in der oberen Spiegelregion 210 zu p-Typ- Halbleitern dotiert, diejenigen in der unteren Spiegelregi on 220 sind in diesem Beispiel zu n-Typ-Halbleitern do tiert, und die untere Elektrode 154 ist vorzugsweise ein n- ohmscher Kontakt. Jedoch können n-i-p-Diodenstrukturen auch durch Aufwachsen der Strukturen auf ein p-Substrat aufge baut sein. Sowohl die p-i-n- als auch die n-i-p- Diodenstrukturen können auch auf einem semi-isolierenden Substrat aufgebaut sein.

Der Stromfluß zwischen den Elektroden 105 und 154 ist durch eine isolierende Region 240, die durch Umwandeln von Ab schnitten der oxidierbaren Schicht 188 zu einem Isolator, wie unten beschrieben, erzeugt ist, auf die Region 180 be grenzt. Die Region 180 wird als strombegrenzende Öffnung bezeichnet.

Bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten VCSEL wird Licht von der oberen Oberfläche des VCSEL emittiert. Es sind jedoch auch Ausgestaltungen bekannt, bei denen das Licht durch ein transparentes Substrat emittiert wird. Fachleuten wird es auf der Grundlage der folgenden Erörterung einleuchten, daß die Lehren der vorliegenden Erfindung auch auf derartige Ausgestaltungen mit transparenten Substraten angewendet werden können.

Wie oben erwähnt, kann die isolierende Region 240 durch Um wandeln eines Abschnitts einer oder mehrerer der Spiegel schichten (z. B. oxidierbare Schicht 188) in eine isolie rende Region (z. B. eine Oxidregion) erzeugt werden. Der Umwandlungsvorgang basiert auf der Beobachtung, daß Wasser dampf, der bei erhöhter Temperatur, in der Regel 400°C oder mehr, in einem Trägergas bereitgestellt wird, die oxidier bare Schicht 188 oxidiert, um eine Form von elektrisch iso lierendem Oxid zu bilden. Zum Beispiel kann eine AlGaAs- Schicht mit hohem Aluminiumgehalt in die Form eines Alumi niumoxids umgewandelt werden. Die selektive laterale Oxida tion einer der Schichten basiert auf der Beobachtung, daß die Geschwindigkeit, mit der Dampf das Al_xGa_1-xAs oxidiert, wesentlich von dem Wert von x abhängt. Da dieser Oxidati onsvorgang Fachleuten hinreichend bekannt ist, wird er hier nicht weiter erläutert. Zum Zwecke einer ausführlicheren Erörterung eines beispielhaften Vorgangs sei der Leser auf US-Patent Nr. 5.262.360 mit dem Titel "AlGaAs Native Oxide" von Holonyak, Jr. et al. verwiesen.

Die oxidierbare Schicht 188 ist vorzugsweise ein Aluminium enthaltendes Material, das Aluminiumgalliumarsenid (Al GaAs), Aluminiumindiumarsenid (AlInAs) und Aluminiumgalli umantimon (AlGaSb) umfassen kann, aber nicht hierauf be schränkt ist.

Graben 102

Unter Bezugnahme auf Fig. 12A ist der Begriff "Graben" als Aussparung oder als ein Resonator definiert, die bzw. der eine erste Abmessung 974, die eine Breite sein kann, und eine Außenlinie 972 mit einer Länge (z. B. Umfang) auf weist. Der Graben 102 kann jede(s) beliebige Profil, Geome trie oder Form aufweisen, vorausgesetzt, daß das Profil oder die Geometrie ein offenes Ende zum Aufnehmen eines leitfähigen Kontakts (z. B. eines Metallkontakts) zum elek trischen Koppeln eines Emissionsbereichs mit einer Verbin dungsanschlußfläche 107 bereitstellt. Die Breite 974 des Grabens 102 kann entsprechend einer bestimmten Anwendung variiert werden. Vorzugsweise ist die Breite 974 des Gra bens 102 größer als oder gleich ca. 2 µm. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Breite 974 auf weniger als 2 Mikrometer verringert werden kann, solange die Breite 974 ausreichend ist, um eine beträchtliche kapazitive Kopplung zwischen der ersten Region 240 und der zweiten Region 950, die im folgenden beschrieben sind, zu verhindern.

Der Graben 102 ist ein kontinuierlicher Graben, der vor zugsweise eine Außenlinie 972 zum Erzeugen einer endgülti gen oxidbegrenzten Öffnung 180 aufweist, deren Umfang oder Abgrenzung im wesentlichen durch eine öffnungsdefinierende Oberfläche 944 der ersten isolierenden Region 240 gebildet ist (in diesem Dokument als "C-Graben" bezeichnet). Der Be griff "im wesentlichen" bedeutet, daß mehr als ca. 50% des Umfangs oder der Abgrenzung durch die öffnungsdefinierende Oberfläche 944 der ersten isolierenden Region 240 (z. B. der Oxidregion) gebildet ist. Vorzugsweise bildet die öff nungsdefinierende Oberfläche 944 der isolierenden Region (z. B. der Oxidregion) mehr als 75% des Umfangs oder der Abgrenzung der Öffnung 180.

Es sei bemerkt, daß der durch die öffnungsdefinierende Oberfläche 944 der ersten isolierenden Region 240 definier te Prozentsatz des Umfangs oder der Abgrenzung der leiten den Region (d. h. Öffnung 180) von bestimmten Faktoren ab hängt, wie z. B. der Geometrie der Vorrichtung, der ge wünschten Prozeßrobustheit sowie der gewünschten Leistungs fähigkeit der Vorrichtung, und auf eine bestimmte Anwendung zugeschnitten sein kann.

Fig. 12A veranschaulicht eine isolatorbegrenzte Öffnung 180 mit einer leitenden Region, die durch die öffnungsdefinie renden Oberfläche 944 der ersten isolierenden Region 240 vollständig abgegrenzt ist (d. h. die gesamte Abgrenzung der Öffnung oder leitenden Region 180 wird durch die öff nungsdefinierende Oberfläche 944 der ersten isolierenden Region 240 gebildet).

Fig. 12B veranschaulicht eine isolatorbegrenzte Öffnung 184 mit einem Bereich, der im wesentlichen durch die öffnungs definierende Oberfläche 944 der isolierenden Region 240 ab gegrenzt ist und teilweise durch eine öffnungsdefinierende Oberfläche 947 einer Implantationsregion 946 abgegrenzt ist. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Öffnung 184 nicht vollständig durch die öffnungsdefinierende Oberfläche 944 der ersten isolierenden Region 240 (z. B. eine Oxidre gion) abgegrenzt ist, wird eine Implantationsregion 946 verwendet, um einen Abschnitt der Abgrenzung oder des Um fangs der Öffnung zu bilden. Die Implantationsregion 946 umfaßt eine öffnungsdefinierende Oberfläche 947, die sich vorzugsweise mit der ersten isolierenden Region 240 über lappt, um den Leckstrom durch einen offenen Bereich 934 (z. B. einen Kanal) zu reduzieren.

Im Vergleich zu einem Lösungsansatz mit mehreren Gräben oder Löchern weist diese Ausgestaltung der vorliegenden Er findung mit einem einzelnen kontinuierlichen Graben eine geringere parasitäre Oxidkapazität auf. Zum Beispiel wurde bei Strukturen mit einem einzelnen kontinuierlichen Graben der vorliegenden Erfindung eine parasitäre Oxidkapazität von ca. 0,75 pF gemessen, wohingegen bei Strukturen des Stands der Technik, bei denen ein Graben in mehrere Segmen te unterteilt ist, eine parasitäre Oxidkapazität von ca. 1,80 pF gemessen wurde.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 12A kann der Graben 102 ein erstes Ende 910 und ein zweites Ende 920 zum Definieren einer Mündung 930 aufweisen, damit sich ein Verbindungsab schnitt 106 durch dasselbe hindurch erstrecken kann. Ein Verbindungsabschnitt 106 der oberen Elektrode 104 koppelt den mit der Verbindungsanschlußfläche in Berührung stehen den Abschnitt mit dem Ringkontakt 105 oder dem Scheibenkon takt 405.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstel lung eines einzelnen Grabens 102, der eine durchgehende Geometrie aufweist, zum Reduzieren der Parasitärkapazität des VCSEL. Die Geometrie des Grabens 102 reduziert die Pa rasitärkapazität, indem sie eine erste Region 240 und eine zweite Region 950 in der trennbaren Schicht 188 effektiv trennt, wie unten näher ausgeführt.

Bei Lösungsansätzen des Standes der Technik, wie z. B. bei dem im US-Patent 5.896.408 beschriebenen, ist die Anordnung der Löcher genau darauf abgestimmt, eine im allgemeinen kreisförmige Öffnung zu erzeugen, die sich leichter mit Lichtwellenleiterkabeln koppeln läßt. Die Lösungsansätze des Standes der Technik ziehen es jedoch nicht in Betracht, die Geometrie der Löcher zu nutzen, um die Parasitärkapazi tät des VCSEL zu reduzieren, um die Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit des VCSEL zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung identifiziert die Parasitärkapa zität (z. B. parasitäre Oxidkapazität) nicht nur als einen wichtigen Faktor bei der Ausgestaltung von Hochgeschwindig keits-VCSELs, sondern stellt auch Mechanismen zum Reduzie ren der Kapazität für einen Betrieb bei größeren Geschwin digkeiten bereit. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der Geometrie des Grabens 102 zum Reduzieren der Parasitärkapazität des VCSEL.

Ein einzelner kontinuierlicher Graben ("C-Graben") 102 wird bevorzugt, da eine derartige Grabengeometrie zu einer bes seren Trennung zwischen der ersten Region 240 und der zwei ten Region 950 und somit zu einer geringeren Parasitärkapa zität im Vergleich zu anderen, nicht durchgehenden Geome trien führt. Mit anderen Worten sorgt der "C-Graben" für eine bessere Trennung des isolierenden Materials innerhalb und außerhalb des C-Grabens und führt so zu einer erhöhten Geschwindigkeitsleistung.

Der Graben 102 weist eine erste Oberfläche 938 und eine er ste Region 240 auf, die sich von der ersten Oberfläche 938 aus radial nach innen erstreckt. Die erste Region 240 wird im folgenden auch als "innere Region" bezeichnet. Die erste Region 240 definiert eine Öffnung 180, die eine strombe grenzende Öffnung darstellt. Strom fließt durch den im all gemeinen kreisförmigen Bereich 182 (in diesem Dokument auch als "leitende Region" bezeichnet), der durch die Öffnung 180 definiert ist. Der Graben 102 weist eine zweite Ober fläche 948 und eine zweite Region 950 auf, die sich von der zweiten Oberfläche 948 aus radial nach außen erstreckt. Die zweite Region 950 wird hierin im folgenden auch als "äußere Region" bezeichnet. Vorzugsweise umgibt der Graben 102 im wesentlichen die strombegrenzende Öffnung 180 in der trennbaren Schicht.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ver wendung einer Grabengeometrie, die eine nahezu kreisförmige strombegrenzende Öffnung bereitstellt. Wie in Fig. 12A ge zeigt, kann eine im allgemeinen kreisförmige strombegren zende Öffnung durch Verwenden eines einzelnen kontinuierli chen Grabens mit einer im allgemeinen kreisförmigen Geome trie realisiert werden. Eine nahezu kreisförmige strombe grenzende Öffnung erzeugt einen im allgemeinen kreisförmi gen Laserstrahl, der die Leichtigkeit der optischen Aus richtung und die der Lichtkopplung mit optischen Fasern vorteilhaft erhöht.

Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Geometrie des Grabens entsprechend den Anforderungen einer bestimmten An wendung variiert werden kann, vorausgesetzt, daß die Geome trie eine Mündung für einen leitfähigen Kontakt zum elek trischen Koppeln des emittierenden Bereichs mit der Verbin dungsanschlußfläche definiert und daß die Geometrie die Pa rasitärkapazität des VCSEL reduziert. Ein Graben mit einer im allgemeinen kreisförmigen Geometrie, ein Graben mit ei ner im allgemeinen rechteckigen Geometrie und ein Graben mit einer im allgemeinen dreieckigen Geometrie (in Richtung der Lichtemission betrachtet) sind in den Fig. 12A, 12B, 13 bzw. 14 veranschaulicht. Es sei bemerkt, daß auch andere Geometrien verwendet werden können. Diese anderen Geometri en können z. B. eine im allgemeinen quadratische Geometrie und eine im allgemeinen elliptische Geometrie des VCSEL um fassen, sind aber nicht auf diese beschränkt.

Wie in Fig. 15 gezeigt, kann die Grabengeometrie 1504 auch einen Abschnitt 1514 zum Umgeben der Verbindungsanschluß fläche 107 aufweisen. Der Graben 102 weist einen kontinu ierlichen Abschnitt 1508 auf, der die Öffnung 180 im we sentlichen umgibt, und einen die Verbindungsanschlußfläche umgebenden Abschnitt 1514 zum Umgeben der Verbindungsan schlußfläche 107. Der die Verbindungsanschlußfläche umge bende Abschnitt 1514 kann mit Bezug auf den Graben 102 kon tinuierlich oder diskontinuierlich sein. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel ist der Graben so abgeändert, daß er die ge samte VCSEL-Vorrichtung umgibt, statt nur die Öffnung.

Es sei bemerkt, daß die erste Region 240 in der trennbaren Schicht 188 zum Definieren der Öffnung durch teilweise Oxi dierung, teilweise Ätzung, vollständige Oxidierung, voll ständige Ätzung oder durch eine Kombination aus denselben gebildet sein kann.

Verarbeitung des Grabens 102

Es ist wichtig, daß der Graben 102 in einer Tiefe geätzt ist, die zu der Schicht 188 (z. B. einer Schicht aus oxi dierbarem Material) Zugang gewährt. Der Graben 102 sollte sich von der oberen Oberfläche der VCSEL-Struktur 100 bis mindestens zur Schicht 188 erstrecken. Es sei bemerkt, daß die Grabentiefe gemäß einer bestimmten Anwendung variiert werden kann. Ist die trennbare Schicht 188 z. B. oberhalb der aktiven Schicht 205 angeordnet, so kann es sein, daß sich der Graben nur durch einen Abschnitt des ersten DBR- Spiegels 210 bis zu der trennbaren Schicht 188 erstreckt. Dementsprechend kann sich der Graben, wenn die trennbare Schicht 188 unter der aktiven Schicht 205 angeordnet ist, durch den ersten DBR-Spiegel 210 und die aktive Schicht 205 erstrecken, um die trennbare Schicht 188 zu erreichen. Vor zugsweise ist die Ätztiefe auf ein Minimum reduziert, vor ausgesetzt die trennbare Schicht 188 ist der Luft ausge setzt, um die Wärmeleitfähigkeit der Vorrichtung zu verbes sern.

Setzt sich die trennbare Schicht 188 aus einem oxidierbaren Material zusammen und ist die Struktur 100 Dampf ausge setzt, dringt der Dampf in den Graben 102 ein, und es ent steht eine sich bewegende Oxidationsfront. Wie durch die Pfeile in Fig. 12 gezeigt, setzt sich die Front von dem Graben 102 aus radial fort. Man läßt den Vorgang sich fort setzen, bis die Fronten sich unter der Elektrode 105 vermi schen und eine nicht-oxidierte Öffnung 180 unter der Elek trode 105 hinterlassen.

Gemäß der Beschreibung weist der Graben 102 eine im allge meinen kreisförmige Geometrie auf (siehe Fig. 1 und 4). Für Fachleute ist es jedoch aus der obigen Beschreibung offen sichtlich, daß der Graben 102 auch andere Profile mit un terschiedlichen geometrischen Formen aufweisen kann. Durch Ändern der Form und Geometrie des Grabens 102 kann die Form der Laseröffnung 180 gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Form und Geometrie des Grabens 102 durch herkömmliche photolithographische Techniken eingestellt werden. Das Ät zen des Grabens 102 kann durch Naßätzen mit einem Chemika liengemisch oder, alternativ dazu, durch Trockenätzen (z. B. reaktives Ionenätzen) für eine höhere Genauigkeit und vertikalere Seitenwände erfolgen.

Obere Elektrode 104

Es ist eine obere Elektrode 104 zum elektrischen Koppeln des oberen Spiegelstapels 210 mit einer Verbindungsan schlußfläche 107 vorgesehen. Die obere Elektrode 104 umfaßt einen Spiegelstapelkontaktabschnitt 105 zum Koppeln mit dem Spiegelstapel, einen Verbindungsanschlußflächenkontaktab schnitt zum Koppeln mit der Verbindungsanschlußfläche 107 und einen Verbindungsabschnitt 106 zum Verbinden des Spie gelstapelkontaktabschnitts 105 mit dem Verbindungsanschluß flächenkontaktabschnitt. Der Verbindungsabschnitt 106 er streckt sich durch die Mündung 930, die durch das erste En de 910 und das zweite Ende 920 des Grabens 102 definiert ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterabschnitt 105 ein Metallring, der die Emissionsöffnung 180 umgibt. Der Strom breitet sich von dem Metallring in dem Halblei terstapels aus und wird schließlich durch die Öffnung 180 begrenzt.

VCSEL mit einer transparenten Obere-Elektrode-Schicht 404

Fig. 4 bis 6 veranschaulichen eine VCSEL-Struktur, die ge mäß einem alternativen Ausführungsbeispiel konfiguriert ist, bei dem eine transparente obere Elektrodenschicht 404 verwendet wird. Fig. 4 ist eine Draufsicht eines VCSEL ge mäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der eine transparente obere Elektrodenschicht 404 verwendet. Fig. 5 ist eine Schnittansicht des VCSEL der Fig. 4 durch die Linie 5'-5'. Fig. 6 ist eine Schnittan sicht des Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers der Fig. 4 durch die Linie 6'-6'.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird der Ringabschnitt 105 der Fig. 1 durch einen transparenten Scheibenabschnitt 405 er setzt. Der transparente Scheibenabschnitt 405 kann aus Ma terialien wie z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO) hergestellt sein. Die Scheibenform erhöht die Kontaktfläche zwischen dem Halbleiter und dem Scheibenabschnitt 405, wodurch der Kontaktwiderstand reduziert wird.

Ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels im Ver gleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß durch Erhöhen der Kontaktfläche die Trennungstiefe (z. B. Oxidationstiefe) optimiert werden kann, um die parasitäre Isoliermaterialkapazität weiter zu senken. Zu diesem Aus führungsbeispiel sei bemerkt, daß die gesamte obere Elek trode 404 transparent sein kann oder daß auch nur der Scheibenabschnitt 405 transparent sein kann.

Erste Vorgehensweise zum Reduzieren einer parasitären Oxidkapazität

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Mechanismus bereitzustellen, um das Produkt aus der gesam ten Parasitärkapazität und dem differentiellen Widerstand am Arbeitspunkt des VCSEL zu reduzieren. Die gesamte Para sitärkapazität kann z. B. die parasitäre Isolatorkapazität und die parasitäre Verbindungsanschlußflächenkapazität um fassen. Es sei bemerkt, daß die parasitäre Isolatorkapazi tät von der Dicke des Isolators in der trennbaren Schicht abhängt. Allgemein gilt, daß die parasitäre Isolatorkapazi tät mit zunehmender Dicke des Isolators abnimmt. Leider nimmt mit zunehmender Dicke des Isolators auch der auf das Zusammenführen von Strom durch den Isolator zurückzuführen de Widerstand, der gemeinhin als der "Öffnungswiderstand" bekannt ist, zu, was nicht wünschenswert ist. Die folgenden Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Zusammenhang mit einem beispielhaften Isolator, Oxid, beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß die Prinzipien der vorliegenden Er findung auf jeden beliebigen Isolator und die damit verbun dene parasitäre Isolatorkapazität erweitert werden können.

Fig. 7A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Ab schnitts eines Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers, der eine Mehrzahl von kapazitätsreduzierenden Schichten mit isolierenden Regionen zum Reduzieren der parasitären Oxid kapazität gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei die kapazitätsreduzierenden Schichten sowohl in der oberen als auch der unteren Spie gelstruktur angeordnet sind. Die VCSEL-Struktur 700 umfaßt einen ersten Halbleiterspiegelstapel 220 (z. B. einen unte ren DBR-Spiegelstapel), eine aktive Schicht 205 und einen zweiten Halbleiterspiegelstapel 210 (z. B. einen oberen DBR-Spiegelstapel). Mindestens eine öffnungsdefinierende Schicht 188 mit einem trennbaren Material, die entweder in der oberen Spiegelstruktur 210 oder der unteren Spiegel struktur 220 angeordnet ist, ist vorgesehen. In diesem Fall sind zwei öffnungsdefinierende Schichten 188 vorhanden, wo bei jede Schicht 188 eine isolierende Region 702 mit einer ersten Länge 703 zum Definieren einer strombegrenzenden Öffnung 180 aufweist. Es sei bemerkt, daß die Anzahl der öffnungsdefinierenden Schichten 188 mehr als zwei betragen kann.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Mechanismus zum Re duzieren des Produkts aus der gesamten Parasitärkapazität und dem differentiellen Widerstand am Arbeitspunkts des VCSEL durch Einbringen mindestens einer kapazitätsreduzie renden Schicht 706 bereit. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl 704 von kapazitätsreduzierenden Schichten 706 bereitgestellt. Jede Schicht 706 weist eine isolierende Region 708 (z. B. Oxidringe) mit einer ersten Abmessung (z. B. einer Länge) auf. Es sei bemerkt, daß die Länge der iso lierenden Regionen 708 geringer ist als die erste Länge 703 der strombegrenzenden Öffnung 188. Die kapazitätsreduzie renden Schichten 706 können entweder nur in dem ersten Halbleiterspiegelstapel 220, nur in dem zweiten Halbleiter spiegelstapel 210 oder sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Halbleiterspiegelstapel 220 und 210 angeordnet sein.

Vorzugsweise weist die Mehrzahl von isolierenden Regionen 708 unterschiedliche Längen auf, um die Parasitärkapazität des VCSEL zu verringern und gleichzeitig den Parasitärwi derstand desselben minimal zu erhöhen.

Es sei bemerkt, daß eine oder mehrere kapazitätsreduzieren den Schichten 706 in der VCSEL-Struktur 700 oberhalb bzw. unterhalb der aktiven Schicht (oder Lichterzeugungsschicht) 205 hinzugefügt werden können. Die oxidierbaren Schichten, in denen die isolierenden Regionen 708 erzeugt werden sol len, können mit Schichten hergestellt werden, die einen hö heren Gehalt an Aluminium (Al) aufweisen als die anderen Schichten. Folglich werden diese Schichten bei Kontakt mit Wasserdampf viel schneller oxidiert als die anderen Schich ten. Die Länge jedes Oxidsegments kann auch selektiv einge stellt sein, indem der Al-Gehalt in den Schichten einge stellt ist, um eine Mehrzahl von isolierenden Regionen 708 mit verjüngten Längen zu erhalten. Fachleuten ist es hin reichend bekannt, daß die Oxidationsrate durch Änderung des Al-Gehalts der Schicht eingestellt werden kann.

Der Abstand zwischen den beiden benachbarten kapazitätsre duzierenden Schichten 706 liegt vorzugsweise unter 2.000 Å, um einen Teil oder alle der freien Träger in den Halblei tern zwischen den oxidierbaren Schichten zu erschöpfen. Folglich ist die zwischen den oxidierbaren Schichten ange ordnete Halbleiterschicht stark widerstandsbehaftet, vor allem wenn die Vorrichtungen im Gigabitbereich betrieben werden, und kann daher als ein mit dem parasitären Oxidkon densator in Serie befindlicher Halbleiterkondensator ange sehen werden. Da die Gesamtkapazität von zwei oder mehreren in Serie geschalteten Kondensatoren geringer ist als die individuelle Kapazität eines beliebigen einzelnen Kondensa tors, kann die gesamte parasitäre Oxidkapazität des VCSEL durch Einbringung der Mehrzahl von Oxidregionen (z. B. Oxidringen, die in Fig. 7A und 7B als Segmente veranschau licht sind) reduziert werden.

Dieser erste Mechanismus kann in den gemäß dem in Fig. 1 bis 3 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel konfigu rierten VCSEL oder in den gemäß dem in Fig. 4 bis 6 veran schaulichten zweiten Ausführungsbeispiel konfigurierten VCSEL oder in den gemäß einem in Fig. 9 bis 11 veranschau lichten dritten Ausführungsbeispiel konfigurierten VCSEL eingebaut werden, was im folgenden ausführlicher beschrie ben wird.

Fig. 7A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Ab schnitts 700 eines Vertikalresonatoroberflächenemissionsla sers, der eine Mehrzahl 704 von kapazitätsreduzierenden Schichten 706 mit isolierenden Regionen 708 zum Reduzieren parasitärer Oxidkapazität gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, bei dem die kapazi tätsreduzierenden Schichten 706 sowohl in der oberen Spie gelstruktur 210 als auch in der unteren Spiegelstruktur an geordnet sind. Jede kapazitätsreduzierende Schicht 706 weist eine isolierende Region 708 mit einer ersten latera len Abmessung, wie z. B. einer Länge, auf. Es sei bemerkt, daß die Längen der isolierenden Regionen der Schichten vor zugsweise unterschiedlich sind, aber auch identisch sein können. Die Mehrzahl 704 von kapazitätsreduzierenden Schichten 706 umfaßt einen ersten Satz 710 von Schichten und einen zweiten Satz 720 von Schichten. Der erste Satz 710 von Schichten ist oberhalb der Lichterzeugungsschicht 205 angeordnet und ein zweiter Satz von Schichten ist un terhalb der Lichterzeugungsschicht 205 angeordnet.

Der erste Satz 710 von Schichten weist eine erste Schicht 714 auf, die am nächsten an der Lichterzeugungsschicht 205 angeordnet ist. Die erste Schicht 714 weist eine isolieren de Region 718 mit einer vorbestimmten Länge 719 auf, und die anderen Schichten in dem ersten Satz 710 weisen Längen auf, die gleich sind oder abnehmen, wenn der Abstand zwi schen der Schicht und der Lichterzeugungsschicht 205 zu nimmt.

Der zweite Satz 720 von Schichten weist eine erste Schicht 724 auf, die am nächsten an der Lichterzeugungsschicht 205 angeordnet ist. Die erste Schicht 724 weist eine isolieren de Region 728 mit einer vorbestimmten Länge 719 auf, und die anderen Schichten in dem zweiten Satz 720 weisen Längen auf, die gleich sind oder abnehmen, wenn der Abstand zwi schen der Schicht und der Lichterzeugungsschicht 205 zu nimmt.

Obwohl der erste Satz 710 und der zweite Satz 720 mit einer gleichen Anzahl von Schichten 706, die gleichmäßig beab standet sind, dargestellt sind, sei bemerkt, daß die Anzahl von Schichten 706 in dem ersten Satz 710 und dem zweiten Satz 720 nicht gleich sein muß und daß die Schichten nicht gleichmäßig beabstandet sein müssen. Zum Beispiel kann die exakte Anzahl von Schichten 706, die oberhalb der Lichter zeugungsschicht 205 und unterhalb der Lichterzeugungs schicht 205 vorhanden sind, und der Abstand zwischen den Schichten 706 auf eine bestimmte Anwendung abgestimmt sein. Auch muß es nicht der Fall sein, daß die jeweiligen Schich ten 706 in dem ersten Satz 710 und dem zweiten Satz 720 symmetrisch um die Lichterzeugungsschicht 205 herum ange ordnet sind, wie es hier gezeigt ist. Zum Beispiel können die Längen der isolierenden Regionen 708 der jeweiligen Schichten 706 in dem ersten Satz 710 und dem zweiten Satz 720 unterschiedlich sein und auf eine bestimmte Anwendung abgestimmt sein.

Fig. 7B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Ab schnitts 760 eines Vertikalresonatoroberflächenemissionsla sers, der eine Mehrzahl 770 von kapazitätsreduzierenden Schichten 772 mit isolierenden Regionen 774 zum Reduzieren parasitärer Oxidkapazität gemäß einem alternativen Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, bei dem die kapazitätsreduzierenden Schichten 772 nur in der oberen Spiegelstruktur 210 angeordnet sind. Jede kapazitätsredu zierende Schicht 772 weist eine isolierende Region 774 mit einer ersten lateralen Abmessung, wie z. B. einer Länge, auf. Es sei bemerkt, daß die Längen der isolierenden Regio nen der Schichten unterschiedlich sind. Die Mehrzahl 770 von kapazitätsreduzierenden Schichten 772 umfaßt einen er sten Satz 780 von Schichten und einen zweiten Satz 790 von Schichten. Der erste Satz 780 von Schichten ist oberhalb einer öffnungsdefinierenden Schicht 188, und ein zweiter Satz von Schichten ist unterhalb der öffnungsdefinierenden Schicht 188 angeordnet. Der erste Satz 780 von Schichten weist eine erste Schicht 784 auf, die am nächsten an der öffnungsdefinierenden Schicht 188 angeordnet ist. Die erste Schicht 784 weist eine isolierende Region 774 mit einer vorbestimmten Länge 778 auf, und die andere Schicht in dem ersten Satz 780 weist eine Länge auf, die geringer ist als die Länge der ersten Schicht 784. Es sei bemerkt, daß zu sätzliche kapazitätsreduzierende Schichten 772 in dem er sten Satz 780 verwendet werden können. In diesem Fall wei sen die anderen Schichten in dem ersten Satz 780 Längen auf, die gleich sind oder abnehmen, wenn der Abstand zwi schen der Schicht und der öffnungsdefinierenden Schicht 188 zunimmt.

Der zweite Satz 790 von Schichten weist eine erste Schicht 794 auf, die am nächsten an der öffnungsdefinierenden Schicht 188 angeordnet ist. Die erste Schicht 794 weist ei ne isolierende Region mit einer vorbestimmten Länge 744 auf, und die andere Schicht in dem zweiten Satz 790 weist eine Länge auf, die geringer ist als die Länge der ersten Schicht 794. Es sei bemerkt, daß zusätzliche kapazitätsre duzierende Schichten 772 in dem zweiten Satz 790 verwendet werden können. In diesem Fall weisen die anderen Schichten in dem zweiten Satz 790 Längen auf, die gleich sind oder abnehmen, wenn der Abstand zwischen der Schicht und der öffnungsdefinierenden Schicht 188 zunimmt.

Obwohl die Mehrzahl von kapazitätsreduzierenden Schichten 770 in der Darstellung nur in der oberen Spiegelstruktur 210 angeordnet sind, sei bemerkt, daß die Mehrzahl von ka pazitätsreduzierenden Schichten 770 außerdem auch entweder nur in der unteren Spiegelstruktur 220 oder sowohl in der oberen 210 als auch der unteren 220 Spiegelstruktur ange ordnet sein können.

Zweite Vorgehensweise zum Reduzieren einer parasitären Oxidkapazität

Fig. 8A und 8B veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele eines zweiten Mechanismus zum Reduzieren des Produkts aus der gesamten Parasitärkapazität und dem differentiellen Wi derstand am Arbeitspunkt des VCSEL gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Fig. 8A veranschaulicht eine Quer schnittsansicht eines Abschnitts 800 eines Vertikalresona toroberflächenemissionslasers mit einer zweiten Implantati onsregion zum Reduzieren der Parasitärkapazität gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die zweite Implantationsregion in Verbindung mit dem Graben aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 8B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Abschnitts 800B eines Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers mit einer zweiten Implantationsregion zum Reduzieren der Para sitärkapazität gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die zweite Implantati onsregion ohne den Grabenaspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Die Vorrichtungsstruktur 800 umfaßt einen ersten Halblei terspiegelstapel 810 (z. B. einen unteren DBR- Spiegelstapel), eine aktive Schicht 820, einen zweiten Halbleiterspiegelstapel 830 (z. B. einen oberen DBR- Spiegelstapel) und mindestens eine trennbare Schicht zum Definieren einer isolatorbegrenzten Öffnung, die entweder in dem ersten Spiegelstapel 810, dem zweiten Spiegelstapel 830 oder, wenn eine Mehrzahl derartiger trennbarer Schich ten vorliegt, sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Spiegelstapel 810 und 830 angeordnet ist. Bei diesem Bei spiel umfaßt die Vorrichtungsstruktur 800 eine einzelne trennbare Schicht 844 zum Definieren einer isolatorbegrenz ten Öffnung 180, die in dem zweiten Halbleiterspiegel 830 angeordnet ist.

Bei planaren Vorrichtungen weist die Struktur 800 auch eine erste Implantationsregion 850 mit einer ersten Dicke 852 auf. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kapazitätsreduzierende Implantationsregion 860 mit ei ner zweiten Dicke 885 bereitzustellen, die geringer ist als die erste Dicke 852. Zum Beispiel kann die kapazitätsredu zierende Implantationsregion 860 im Vergleich zur ersten Dicke 852 der ersten Implantationsregion 850 relativ dünn sein. Während die relativ dicke (z. B. 3 Mikrometer bis 5 Mikrometer dicke) Implantationsregion 850 bei der Vorrich tung vorwiegend dazu dient, Leckstrom zu reduzieren, ver wendet die vorliegende Erfindung zum Reduzieren der Parasi tärkapazität der VCSEL-Vorrichtung eine viel dünnere kapa zitätsreduzierende Implantationsregion 860.

In der Regel ist der Rand der ersten Implantationsregion 850 so angeordnet, daß er nicht sehr nahe an dem Rand der Öffnung 180 ist, um zu verhindern, daß das dicke Implanta tionsprofil 850 den differentiellen Widerstand der Vorrich tung wesentlich erhöht. Zum Beispiel ist der laterale Ab stand (z. B. die Summe des Abstands 880 und des Abstands 890 in Fig. 8B) von dem Rand der ersten Implantationsregion 850 zu dem Rand der Öffnung 180 in der Regel ziemlich groß, in der Größenordnung von 10 bis ~25 µm. Obwohl diese be stimmte Beabstandung dem differentiellen Widerstand der Vorrichtung begegnet, weist die aus der öffnungsdefinieren den Schicht 844 stammende Parasitärkapazität für bestimmte Anwendungen mit hohen Datenraten einen inakzeptabel hohen Wert auf. Um diesem Problem zu begegnen, verwendet die vor liegende Erfindung eine zweite dünne Implantation 860, die relativ näher an der Öffnung 180 angeordnet ist, um die Pa rasitärkapazität zu verringern, ohne den Widerstand dra stisch zu erhöhen.

Die kapazitätsreduzierende Implantationsregion 860 ist vor zugsweise mit einem lateralen Abstand 880, der sich in der Größenordnung von ca. 0 bis ca. 5 Mikrometer bewegen kann, von der Öffnung 180 angeordnet. Die kapazitätsreduzierende Implantationsregion 860 weist auch eine laterale Abmessung 890 auf, die sich vorzugsweise in der Größenordnung von ca. 5 Mikrometer bis ca. 20 Mikrometer oder darüber bewegt. Es sei darauf hingewiesen, daß die laterale Abmessung 890 se lektiv darauf eingestellt sein kann, die Parasitärkapazität der Vorrichtung zu verringern, ohne dabei den Parasitärwi derstand wesentlich zu erhöhen.

Die kapazitätsreduzierende Implantationsregion 860 kann entweder nur in dem ersten Halbleiterspiegel 810, nur in dem zweiten Halbleiterspiegel 830 oder in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Halbleiterspiegel 810 und 830 gebildet sein. Vorzugsweise wird die kapazitätsreduzierende Implan tationsregion 860 durch ein Implantieren von Ionen, wie z. B. Protonen, oberhalb oder unterhalb der trennbaren Schicht 844 erzeugt.

Es sei darauf hingewiesen, daß Parameter, die die kapazi tätsreduzierende Implantationsregion 860 betreffen, die die Lage der kapazitätsreduzierenden Implantationsregion 860 mit Bezug auf die trennbare Schicht 844 (z. B. den vertika len Abstand bzw. die Überlappung zwischen denselben), die Lage der kapazitätsreduzierenden Implantationsregion 860 mit Bezug auf die Öffnung 180 (z. B. den lateralen Abstand zwischen dem Rand der Öffnung und dem Rand der kapazitäts reduzierenden Implantationsregion 860) und die Dicke 885 der kapazitätsreduzierenden Implantationsregion 860 umfas sen können, hierauf aber nicht beschränkt sind, auf eine bestimmte Anwendung eingestellt sein können, vorausgesetzt, daß die Parasitärkapazität der trennbaren Schicht(en) 844 bei gleichzeitigem Eindämmen des differentiellen Wider stands der Vorrichtung stark reduziert ist, so daß das Pro dukt aus der gesamten Parasitärkapazität und dem differen tiellen Widerstand sich nach einem Integrieren der kapazi tätsreduzierenden Implantationsregion 860 verbessert.

Ferner wird darauf hingewiesen, daß die erste Implantati onsregion 850 durch einen Abstand 887 von der trennbaren Schicht 844 getrennt sein kann. Außerdem kann sich die iso lierende Region der trennbaren Schicht 844 um einen Abstand 886 unter der ersten Implantationsregion 850 erstrecken.

Die kapazitätsreduzierende Implantationsregion 860 weist z. B. eine Dicke 885 in der Größenordnung von ca. 0,2 Mi krometer bis ca. 2 Mikrometer auf. Vorzugsweise ist die Dicke 885 der kapazitätsreduzierenden Implantationsregion 860 geringer als ca. 3.000 Å, um den elektrischen Wider stand durch die Öffnung 180 nicht unnötig zu erhöhen.

Die kapazitätsreduzierende Implantationsregion 860 kann ge trennt von der trennbaren Schicht 844 mit einem Abstand 895 zwischen denselben angeordnet sein oder kann mit Bezug auf die trennbare Schicht 844 auf überlappende Weise angeordnet sein. Die kapazitätsreduzierende Implantationsregion 860 wird vorzugsweise bei einem Abstand 895 von ca. 500 Å bis 5.000 Å von der Oberseite der trennbaren Schicht 844 ent fernt gestoppt, um jegliche mögliche Implantationsschäden an der aktiven Schicht 820 zu minimieren. Die Tiefe der ka pazitätsreduzierenden Implantationsregion 860 ist vorzugs weise gleich der oder geringer als die Tiefe der trennbaren Schicht 844. Die kapazitätsreduzierende Implantationsregion 860 kann sich auch mit der trennbaren Schicht 844 überlap pen, solange diese Anordnung keine Probleme in bezug auf die Betriebssicherheit hervorruft.

Es sei bemerkt, daß durch ein Verwenden der kapazitätsredu zierenden Implantationsregion 860 gemäß der vorliegenden Erfindung der physische Zwischenraum zwischen der trennba ren Schicht 844 und der kapazitätsreduzierenden Implantati onsregion 860 bei einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb (z. B. über 1 Gb/s) stark widerstandsbehaftet ist und daß die Pa rasitärkapazität von der kapazitätsreduzierenden Implanta tionsregion 860 und nicht von der trennbaren Schicht 844 beherrscht wird.

Dieser zweite Mechanismus zum Reduzieren der Parasitärkapa zität kann in den gemäß dem in Fig. 1 veranschaulichten er sten Ausführungsbeispiel konfigurierten VCSEL, in den gemäß dem in Fig. 4 bis 6 veranschaulichten zweiten Ausführungs beispiel konfigurierten VCSEL oder in den gemäß dem in Fig. 9 bis 11 veranschaulichten dritten Ausführungsbeispiel kon figurierten VCSEL integriert sein, was hiernach ausführli cher beschrieben wird.

Es wird weiter darauf hingewiesen, daß der zweite Mechanis mus zum Reduzieren der Parasitärkapazität nicht auf die In tegration in VCSELs mit einer Grabengeometrie beschränkt ist, sondern auch in andere Vorrichtungen integriert sein kann, die nicht den einen einzelnen Graben betreffenden Aspekt der vorliegenden Erfindung aufweisen. Unter Bezug nahme auf Fig. 8B sei bemerkt, daß die Vorrichtung keinen Graben aufweist. Trotzdem wird durch Verwenden der kapazi tätsreduzierenden Implantationsregion 860 der vorliegenden Erfindung das Produkt aus der gesamten Parasitärkapazität und dem differentiellen Widerstand am Arbeitspunkt des VCSEL reduziert.

Zum Beispiel kann die kapazitätsreduzierende Implantations region 860 in VCSEL-Ausgestaltungen vom Mesatyp oder vom Pfeilertyp integriert sein. Eine typische geätzte Mesa weist einen kleinen Durchmesser (z. B. einen Durchmesser von ca. 10 bis ~30 µm) auf und umfaßt keine Implantation in dem oberen DBR-Spiegel in der Nähe der Oxidschicht(en). Folglich wird die parasitäre Oxidkapazität durch Begrenzen des Oxidbereichs und somit durch Begrenzen des Mesadurch messers für eine bestimmte Öffnungsgröße gesteuert. Ein Nachteil der traditionellen VCSEL-Ausgestaltungen vom Mesa typ oder Pfeilertyp besteht darin, daß die relativ geringe Kontaktbreite zu einem hohen Kontaktwiderstand führt. Durch Integration der kapazitätsreduzierenden Implantationsregion 860 der vorliegenden Erfindung in die Mesastruktur kann die Vorrichtung einen größeren Mesadurchmesser beibehalten, um einen geringeren differentiellen Widerstand zu erhalten, während durch Verwenden der kapazitätsreduzierenden Implan tationsregion 860 die parasitäre Oxidkapazität reduziert oder gesteuert wird.

Vorgehensweise zum Reduzieren der Verbindungsanschlußflächenkapazität

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 kann der Bereich außerhalb der C-Graben-Schleife tief genug durch die aktive Schicht pro tonenimplantiert werden, um die Parasitärkapazität aufgrund des Metallanschlußflächenkontakts zur Halbleiteroberfläche zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung kann auch einen Mechanismus zur weiteren Reduzierung der Parasitärkapazität aufgrund eines Metallgliedkontakts mit der Halbleiterober fläche durch Einbringen einer dielektrischen Schicht mit niedrigem Index (z. B. SiN-Schicht) bereitstellen. Zum Bei spiel kann eine beliebige dielektrische Schicht mit niedri gem K zwischen der Halbleiteroberfläche und der Kontaktme tallanschlußfläche eingefügt sein, um die Parasitärkapazi tät aufgrund des Metallanschlußflächenkontakts mit der Halbleiteroberfläche weiter zu reduzieren. Die Fig. 9-10 und Fig. 11 veranschaulichen diesen Mechanismus zum Redu zieren der Kontaktanschlußflächenkapazität, wie dies auf die VCSEL-Strukturen des in Fig. 1 bis 3 bzw. 4 bis 6 ge zeigten ersten und zweiten Ausführungsbeispiels angewandt ist.

Fig. 9 veranschaulicht einen Mechanismus zum Reduzieren der parasitären Kontaktanschlußflächenkapazität gemäß einem al ternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der in den VCSEL der Fig. 1 integriert ist. Fig. 10 ist ei ne weitere Ansicht des VCSEL der Fig. 9.

Es sei vermerkt, daß eine dielektrische Schicht 270 mit ge ringem K zwischen der Halbleiteroberfläche und der Kontakt metallanschlußfläche eingefügt ist, um die Parasitärkapazi tät aufgrund des Metallanschlußflächenkontakts mit der Halbleiteroberfläche zu reduzieren. Die dielektrische Schicht 270 mit niedrigem K kann durch Verwenden eines che mischen oder physikalischen Abscheidungsverfahrens und ei nes standardmäßigen Lithographieverfahrens eingefügt sein. Die dielektrische Schicht 270 mit geringem Index kann aus einem Material hergestellt sein, das Siliziumnitrid, Ni trid, Silox und Polymer umfaßt, aber nicht darauf be schränkt ist. Zusätzlich zum Reduzieren der Parasitärkapa zität des VCSEL dient die Schicht 270 als auch Passivie rungsschicht zum Abdichten des Grabens.

Fig. 11 veranschaulicht einen Mechanismus zum Reduzieren der parasitären Kontaktanschlußflächenkapazität gemäß einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der in den VCSEL der Fig. 4 integriert ist. Es sei bemerkt, daß eine dielektrische Schicht 270 mit gerin gem K zwischen der Halbleiteroberfläche und der Metallan schlußfläche 404 der oberen Elektrode eingefügt ist, um die Parasitärkapazität aufgrund des Metallanschlußflächenkon takts mit der Halbleiteroberfläche zu reduzieren.

Obwohl bevorzugt ist, daß die Halbleitervorrichtung bei den Ausführungsbeispielen, die den in Fig. 1 bis 6 veranschau lichten einzelnen kontinuierlichen Graben aufweisen, eine nahezu planare obere Oberfläche aufweist, sei bemerkt, daß die anderen beschriebenen Mechanismen zum Verringern der gesamten Parasitärkapazität der Vorrichtung, wie die in den Fig. 7A, 7B, 8A, 8B und 9 bis 11 gezeigten Mechanismen, un abhängig von einem Graben implementiert werden können und auf Halbleitervorrichtungen mit planaren oder nicht- planaren Oberflächen angewandt werden können.

Leistungsvergleich

Es sei angemerkt, daß die gesamte Parasitärkapazität von Oxid-VCSELs vom Planartyp in der Regel 2 bis 5 pE bei einer 20 bis 80%igen Abfallzeit von 120-240 ps bei einem standard mäßigen Betriebsleistungsniveau von 1 bis 2 mW und einem Extinktionsverhältnis von 7 bis 10 dB beträgt. Im Gegensatz dazu weist der VCSEL der Fig. 9 und 10 mit einem d 04630 00070 552 001000280000000200012000285910451900040 0002010136334 00004 04511ie para sitäre Oxidkapazität reduzierenden Graben und einem Mecha nismus zum Reduzieren der parasitären Verbindungsanschluß flächenkapazität der vorliegenden Erfindung eine gesamte Parasitärkapazität von weniger als ca. 0,5 pF bei einer 20 bis 80%igen Abfallzeit von ca. 40 bis 50 ps bei einem stan dardmäßigen Betriebsleistungsniveau von 1 bis 2 mW und ei nem Extinktionsverhältnis von 7 bis 10 dE auf. Wie in Fig. 16 veranschaulicht, wurde überdies durch ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des VCSEL der vorliegenden Erfindung ein klares, offenes Augendiagramm, das bei einer Datenrate von ca. 10 Gb/s betrieben wird, erzielt. Außerdem ist eine Verbesserung der Geschwindigkeitsleistung durchführbar, wenn andere Mechanismen (z. B. die in Fig. 7 und 8 gezeig ten und vorab beschriebenen) zum Reduzieren parasitärer Faktoren in die VCSEL-Ausgestaltung mitaufgenommen werden.

Ein VCSEL mit einer oder mehreren der neuartigen Strukturen und Mechanismen der vorliegenden Erfindung kann in ein op tisches Sende-/Empfangsgerät eingebaut werden, wie z. B. ein optisches Sende-/Empfangsgerät, das IEEE 802,3 z/Gigabit-Ethernet entspricht. Manche beispielhaften opti schen Datenkommunikationsanwendungen, die den VCSEL der vorliegenden Erfindung vorteilhaft nutzen können, umfassen Switch-to-Switch-Schnittstellen, Switched-Backbone- Anwendungen, Hochgeschwindigkeitsschnittstellen für Datei server, Hochleistungstischcomputer sowie Einmoden- und Mehrmoden-Gigabit-Ethernet-Anwendungen.

Werden mehrere VCSELs gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebaut, können zusätzliche Trennungsregionen ent halten sein, um eine elektrische bzw. optische gegenseitige Beeinträchtigung (cross talk) zwischen den VCSELs zu unter binden. Solche Trennungsregionen können durch Ionenimplan tation oder durch zwischen den Vorrichtungen geätzte Gräben geschaffen werden. Diese Techniken sind Fachleuten bekannt und werden deshalb hier nicht im Detail erörtert. Zum Ver einfachen der Zeichnungen werden derartige zusätzliche Trennungsregionen nicht gezeigt.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegen den Erfindung weisen eine Laseröffnung auf, die durch Oxi dieren eines Abschnitts einer Ein-Spiegel-Schicht definiert ist. Für Fachleute ist aus der obigen Erörterung allerdings offensichtlich, daß Mehrfach-Spiegel-Schichten oxidiert sein können, um Laseröffnungen bei diversen Schichten be reitzustellen.

In der vorstehenden Spezifizierung wurde die Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben, die in Form eines Vertikalresonatoroberflächenemissionslasers (VCSEL) vorliegen. Es wird jedoch einleuchten, daß hierbei verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen wer den können, ohne daß dabei von dem breiterem Schutzbereich der Erfindung abgewichen wird.

Zum Beispiel können die oben beschriebenen neuartigen Aspekte auch auf andere oxidbegrenzte Halbleiterlichtemis sionsvorrichtungen angewendet werden, unabhängig von dem spezifischen Material des verwendeten Halbleiters und der Wellenlänge des Lichts. Wie bei der Anwendung auf VCSELs kann die vorliegende Erfindung bei beispielhaften Struktu ren implementiert werden, die auf rotem AlGaInP basierende VCSELs, 850 nm-GaAs-VCSELs, 980 nm-InGaAs-VCSELs, InGaAsP- basierte, InGaAsN-basierte und Sb-basierte VCSELs umfassen können, aber nicht hierauf beschränkt sind. Natürlich kann die Wellenlänge des Lichts auch kürzer (z. B. im Bereich von 650 nm) oder länger (z. B. im Bereich von 1.500 nm+) als die oben angegebenen Wellenlängen eingestellt sein, da mit sie einer bestimmten Anwendung gerecht wird. Die Spezi fikation und die Zeichnungen sind dementsprechend nicht als Beschränkung, sondern als der Veranschaulichung dienend anzusehen.

Außerdem werden für Fachleute verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung aufgrund der vorangegangenen Be schreibung und der beigefügten Zeichnungen offenkundig wer den. Zum Beispiel können die Lehren der vorliegenden Erfin dung auch in anderen Halbleiterlichtemissionsvorrichtungen integriert sein, die aus III-IV- oder II-VI-Verbindungen gebildet sind, wie z. B., jedoch nicht ausschließlich, Re sonanzoberflächenemissionsdioden (RCLEDs, RCLED = resonant cavity surface emitting diodes). Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung lediglich durch den Schutzbereich der folgenden Patentansprüche begrenzt.

Claims

1. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) mit folgenden Merkmalen:
einer oberen Spiegelstruktur (210) mit einer Oberflä che (280);
einer Lichterzeugungsregion (205);
einer unteren Spiegelstruktur (220) zum Reflektieren von Licht hin zu der oberen Spiegelstruktur (210);
einem Halbleiterabschnitt (250) mit einer Oberfläche (290), die im wesentlichen planar in bezug auf die Oberfläche (280) der oberen Spiegelstruktur (210) an geordnet ist;
einer Schicht (188) aus trennbarem Material, die zu mindest entweder in der unteren Spiegelstruktur oder in der oberen Spiegelstruktur oder in beiden angeord net ist, wobei die Schicht aus trennbarem Material folgende Merkmale aufweist:
eine leitende Region (180);
eine isolierende Region (240) mit einer öffnungs definierenden Oberfläche (944) zum Definieren der leitenden Region, einem inneren Abschnitt und ei nem äußeren Abschnitt; und
einen einzelnen Graben (102), der benachbart zu der isolierenden Region (240) ist, zur Verwendung beim Erzeugen der isolierenden Region und zum Trennen des inneren Abschnitts der isolierenden Region von dem äußeren Abschnitt der isolierenden Region, wobei der Graben eine durchgehende Geome trie (1504) zum Reduzieren der Parasitärkapazität des VCSEL aufweist.

2. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die isolierende Region (240) eine Oxidregion oder eine Resonatorregion ist.

3. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die öffnungsde finierende Oberfläche (944) der isolierenden Region (240) einen wesentlichen Abschnitt eines Umfangs der leitenden Region (180) bildet.

4. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die öffnungsdefinierende Oberfläche (944) der isolierenden Region (240) den gesamten Umfang der leitenden Region (180) bildet.

5. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner folgende Merkmale aufweist:
eine Implantationsregion (946) mit einer öffnungsdefi nierenden Oberfläche (947);
wobei die öffnungsdefinierende Oberfläche (944) der isolierenden Region (240) einen Abschnitt des Umfangs der leitenden Region (180) bildet, wobei die öffnungs definierende Oberfläche der Implantationsregion einen Abschnitt des Umfangs der leitenden Region bildet, und wobei der durch die Implantationsregion gebildete Ab schnitt des Umfangs geringer ist als der durch die isolierende Region gebildete Abschnitt.

6. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die öffnungsdefinierende Oberfläche (944) der isolierenden Region (240) mindestens 75% des Umfangs der leitenden Region (180) bildet.

7. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die öffnungsdefinierende Oberfläche (944) der isolierenden Region (240) eine im allgemeinen kreisförmige Öffnung bildet.

8. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die durchgehende Geometrie (1504) des Grabens (102) entwe der eine im allgemeinen dreieckige Form, eine im all gemeinen rechteckige Form, eine im allgemeinen quadra tische Form, eine im allgemeinen kreisförmige Form oder eine im allgemeinen elliptische Form aufweist.

9. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, der ferner folgende Merkmale aufweist:
eine obere Oberfläche;
eine isolierende Schicht mit einer dielektrischen Kon stante, die geringer ist als die dielektrische Kon stante des benachbarten Halbleiters und die auf zumin dest einem Abschnitt der oberen Oberfläche angeordnet ist;
ein leitendes Material, das auf zumindest einem Ab schnitt der isolierenden Schicht zum elektrischen Kop peln einer Verbindungsanschlußfläche mit einem emit tierenden Bereich angeordnet ist,
wobei die isolierende Schicht die Parasitärkapazität des VCSEL reduziert.

10. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) mit folgenden Merkmalen:
einer oberen Spiegelstruktur (210);
einer Lichterzeugungsregion (205);
einer unteren Spiegelstruktur (220) zum Reflektieren von Licht hin zu der oberen Spiegelstruktur;
mindestens einer öffnungsdefinierenden Schicht mit ei nem trennbaren Material, wobei die öffnungsdefinieren de Schicht zumindest entweder in der oberen Spiegel struktur oder in der unteren Spiegelstruktur oder in beiden angeordnet ist und wobei die öffnungsdefinie rende Schicht eine isolierende Region mit einer ersten Länge zum Definieren einer strombegrenzenden Öffnung (180) aufweist; und
mindestens einer kapazitätsreduzierenden Schicht (706) mit einem trennbaren Material, wobei die kapazitätsre duzierende Schicht eine isolierende Region mit einer Länge, die sich von der ersten Länge unterscheidet, zum Reduzieren des Produkts aus der gesamten Parasi tärkapazität und dem differentiellen Widerstand am Ar beitspunkt des VCSEL aufweist.

11. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß Anspruch 10, der ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Mehrzahl (770) von kapazitätsreduzierenden Schichten (706, 772), wobei jede kapazitätsreduzieren de Schicht eine isolierende Region (708, 772) auf weist; und
wobei benachbarte kapazitätsreduzierende Schichten in einer ersten Abmessung um weniger als 2.000 Angstrom getrennt sind.

12. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem die untere Spiegelstruktur (220) und die obere Spiegelstruktur (210) verteilte Bragg-Reflektor-(DBR-)Spiegelstruk turen sind.

13. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die isolierende Region (702) der öffnungsdefinierenden Schicht (188) eine ringförmige Geometrie aufweist und bei dem die strombegrenzende Öffnung (180) eine im allgemeinen kreisförmige Geometrie aufweist.

14. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die isolierende Region (708, 772) der kapazitätsreduzie renden Schichten (706, 772) eine ringförmige Geometrie aufweist.

15. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, der weiter folgendes Merkmal aufweist:
eine Mehrzahl von kapazitätsreduzierenden Schichten (706, 772), wobei jede kapazitätsreduzierende Schicht eine isolierende Region (708, 772) aufweist;
wobei die Mehrzahl von kapazitätsreduzierenden Schich ten (706, 772) einen ersten Satz von Schichten, die in der oberen Spiegelstruktur (210) angeordnet sind, und einen zweiten Satz von Schichten aufweist, die in der unteren Spiegelstruktur (220) angeordnet sind, wobei der erste Satz von Schichten eine erste Schicht auf weist, die am nächsten an der Lichterzeugungsregion (205) angeordnet ist, wobei die isolierende Region der ersten Schicht eine vorbestimmte Länge aufweist und die isolierende Region der anderen Schichten in dem ersten Satz Längen aufweist, die gleich sind oder ab nehmen, wenn der Abstand zwischen der Schicht und der Lichterzeugungsregion (205) zunimmt;
wobei der zweite Satz von Schichten eine erste Schicht aufweist, die am nächsten an der Lichterzeugungsregion (205) angeordnet ist, die isolierende Region der er sten Schicht eine vorbestimmte Länge aufweist und die isolierende Region der anderen Schichten in dem zwei ten Satz Längen aufweist, die gleich sind oder abneh men, wenn der Abstand zwischen der Schicht und der Lichterzeugungsregion zunimmt.

16. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, der ferner folgende Merkmale aufweist:
eine Mehrzahl (770) von kapazitätsreduzierenden Schichten (706, 772), wobei jede kapazitätsreduzieren de Schicht eine isolierende Region (708, 774) auf weist;
wobei die Mehrzahl der kapazitätsreduzierenden Schich ten zumindest entweder in der oberen Spiegelstruktur (210) oder der unteren Spiegelstruktur (220) oder in beiden angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von kapazi tätsreduzierenden Schichten einen ersten Satz von Schichten und einen zweiten Satz von Schichten umfaßt; und
wobei der erste Satz von Schichten oberhalb der öff nungsdefinierenden Schicht und ein zweiter Satz von Schichten unterhalb der öffnungsdefinierenden Schicht angeordnet ist, wobei der erste Satz von Schichten ei ne erste Schicht aufweist, die am nächsten an der öff nungsdefinierenden Schicht angeordnet ist, wobei die isolierende Region der ersten Schicht eine vorbestimm te Länge und die isolierende Region der anderen Schichten in dem ersten Satz Längen aufweist, die gleich sind oder abnehmen, wenn der Abstand zwischen der Schicht und der öffnungsdefinierenden Schicht zu nimmt;
wobei der zweite Satz von Schichten eine erste Schicht aufweist, die am nächsten an der öffnungsdefinierenden Schicht angeordnet ist, und wobei die isolierende Re gion der ersten Schicht eine vorbestimmte Länge und die isolierende Region der anderen Schichten in dem zweiten Satz Längen aufweist, die gleich sind oder ab nehmen, wenn der Abstand zwischen der Schicht und der öffnungsdefinierenden Schicht zunimmt.

17. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, der weiter folgende Merkmale aufweist:
eine obere Oberfläche;
eine isolierende Schicht mit einer dielektrischen Kon stante, die geringer ist als die dielektrische Kon stante des benachbarten Halbleiters und auf mindestens einem Abschnitt der oberen Oberfläche angeordnet ist;
ein leitendes Material, das zumindest auf einem Ab schnitt der isolierenden Schicht zum elektrischen Kop peln einer Verbindungsanschlußfläche mit einem emit tierenden Bereich angeordnet ist;
wobei die isolierende Schicht die Parasitärkapazität des VCSEL reduziert.

18. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) mit folgenden Merkmalen:
einer oberen Spiegelstruktur (210);
einer Lichterzeugungsregion (205);
einer unteren Spiegelstruktur (220) zum Reflektieren von Licht hin zu dem oberen Spiegel;
mindestens einer öffnungsdefinierenden Schicht, die zumindest entweder in der oberen Spiegelstruktur oder der unteren Spiegelstruktur oder in beiden angeordnet ist, wobei die öffnungsdefinierende Schicht eine iso lierende Region zum Definieren einer strombegrenzenden Öffnung aufweist;
einer ersten Implantationsregion (850) mit einer er sten Dicke (852); und
einer kapazitätsreduzierenden Implantationsregion (860) mit einer zweiten Dicke (885), die geringer ist als die erste Dicke, wobei die kapazitätsreduzierende Implantationsregion zumindest entweder in der oberen Spiegelstruktur oder der unteren Spiegelstruktur oder in beiden gebildet ist und zum Reduzieren des Produkts aus der gesamten Parasitärkapazität und dem differen tiellen Widerstand am Arbeitspunkt des VCSEL dient.

19. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß Anspruch 18, bei dem die obere Spiegel struktur (210) und die untere Spiegelstruktur (220) verteilte Bragg-Reflektor-(DBR-)Spiegelstrukturen sind.

20. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß Anspruch 18 oder 19, der weiterhin folgen de Merkmale aufweist:
eine obere Oberfläche;
eine isolierende Schicht mit einer dielektrischen Kon stante, die geringer ist als die dielektrische Kon stante des benachbarten Halbleiters und die mindestens auf einem Abschnitt der oberen Oberfläche angeordnet ist;
ein leitendes Material, das auf mindestens einem Ab schnitt der isolierenden Schicht zum elektrischen Kop peln einer Verbindungsanschlußfläche mit einem emit tierenden Bereich angeordnet ist:
wobei die isolierende Schicht die Parasitärkapazität des VCSEL reduziert.

21. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) gemäß Anspruch 20, bei dem die isolierende Schicht ein Material mit einer niedrigen dielektri schen Konstante umfaßt, wobei das Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante entweder Silizium nitrid, Nitrid, Silox oder Polymer ist.

22. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) mit folgenden Merkmalen:
einer oberen Spiegelstruktur (210);
einer Lichterzeugungsregion (205);
einer unteren Spiegelstruktur (220) zum Reflektieren von Licht hin zu dem oberen Spiegel;
mindestens einer öffnungsdefinierenden Schicht, die zumindest entweder in der oberen Spiegelstruktur oder der unteren Spiegelstruktur oder in beiden angeordnet ist, wobei die öffnungsdefinierende Schicht eine iso lierende Region zum Definieren einer strombegrenzenden Öffnung aufweist; und
einer kapazitätsreduzierenden Implantationsregion (860), die zumindest entweder in der oberen Spiegel struktur oder der unteren Spiegelstruktur oder in bei den gebildet ist und zum Reduzieren des Produkts aus der gesamten Parasitärkapazität und dem differentiel len Widerstand am Arbeitspunkt des VCSEL dient.

23. Verfahren zum Herstellen eines VCSEL, der eine obere Elektrode (104, 105), einen oberen Spiegel (210) mit einer oberen Oberfläche, eine Lichterzeugungsregion (205), einen unteren Spiegel (220) zum Reflektieren von Licht hin zu dem oberen Spiegel, wobei zumindest entweder der obere Spiegel oder der untere Spiegel oder beide eine Mehrzahl von planaren, elektrisch lei tenden Schichten aufweist, wobei mindestens eine Schicht einen anderen Brechungsindex als die zu dieser Schicht benachbarten Schichten aufweist, und wobei ei ne der Schichten ein oxidierbares Material aufweist, das bei Kontakt mit einem Oxidationsmittel oxidiert wird, wodurch das oxidierbare Material zu einem elek trischen Isolator umgewandelt wird, und eine untere Elektrode aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Ätzen eines einzelnen Grabens (102) zum Verbinden der oberen Oberfläche mit der ein oxidierbares Material aufweisenden Schicht und zum Aussetzen des oxidierbaren Materials gegenüber dem Oxidati onsmittel, wobei der einzelne Graben eine durch gehende Geometrie zum Reduzieren der Parasitärka pazität des VCSEL aufweist; und
b) Einbringen des Oxidationsmittels in den Graben für eine ausreichende Zeitdauer, um eine leitende Region zu erzeugen, die von einer elektrisch iso lierenden Region umgeben ist, wobei die leitende Region unterhalb der oberen Elektrode positio niert ist.

24. Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das oxidierbare Ma terial ein Aluminium enthaltendes Material aufweist.

25. Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das Aluminium ent haltende Material entweder AlGaAs, AlInAs oder AlGaSb aufweist und wobei das Oxidationsmittel Wasserdampf aufweist.

26. Verfahren zum Herstellen einer nahezu planaren Halb leiterlaservorrichtung, das folgende Schritte auf weist:
Bilden einer oberen Spiegelstruktur (210), einer Lichterzeugungsregion (205) und einer unteren Spiegel struktur (220) zum Reflektieren von Licht hin zu der oberen Spiegelstruktur;
Bilden mindestens einer öffnungsdefinierenden Schicht, die ein trennbares Material aufweist, wobei die öff nungsdefinierende Schicht zumindest entweder in der oberen Spiegelstruktur oder der unteren Spiegelstruk tur oder in beiden angeordnet ist und wobei die öff nungsdefinierende Schicht eine isolierende Region mit einer ersten Länge zum Definieren einer strombegren zenden Öffnung aufweist; und
Bilden mindestens einer kapazitätsreduzierenden Schicht, die ein trennbares Material aufweist, wobei die kapazitätsreduzierende Schicht eine isolierende Region mit einer Länge, die sich von der ersten Länge unterscheidet, aufweist, zum Reduzieren der Parasitär kapazität der Vorrichtung, ohne den Parasitärwider stand der Vorrichtung wesentlich zu erhöhen.

27. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrich tung, das folgende Schritte aufweist:
Bilden einer oberen Spiegelstruktur (210), einer Lichterzeugungsregion (205) und einer unteren Spiegel struktur (220) zum Reflektieren von Licht hin zu der oberen Spiegelstruktur;
Bilden mindestens einer öffnungsdefinierenden Schicht, die ein trennbares Material aufweist, wobei die öff nungsdefinierende Schicht zumindest entweder in der oberen Spiegelstruktur oder der unteren Spiegelstruk tur oder in beiden angeordnet ist und wobei die öff nungsdefinierende Schicht eine isolierende Region mit einer ersten Länge zum Definieren einer strombegren zenden Öffnung aufweist;
Bilden einer kapazitätsreduzierenden Implantationsre gion (860) zumindest entweder in der oberen Spiegel struktur oder der unteren Spiegelstruktur oder in bei den, wobei die kapazitätsreduzierende Implantationsre gion das Produkt aus der gesamten Parasitärkapazität und dem differentiellen Widerstand am Arbeitspunkt der Halbleiterlaservorrichtung reduziert.

28. Verfahren gemäß Anspruch 27, bei dem die kapazitätsre duzierende Implantationsregion (860) eine zweite Dicke (885) aufweist, und wobei das Verfahren ferner folgen den Schritt aufweist: Bilden einer ersten Implantationsregion (850) mit ei ner ersten Dicke (852), wobei die zweite Dicke gerin ger ist als die erste Dicke.

29. Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) (100) mit folgenden Merkmalen:
einer oberen Elektrode (104, 105);
einem oberen Spiegel (210) mit einer oberen Oberflä che;
einer Lichterzeugungsregion (205);
einem unteren Spiegel (220) zum Reflektieren von Licht hin zu dem oberen Spiegel;
wobei zumindest entweder der obere Spiegel oder der untere Spiegel eine Mehrzahl von planaren, elektrisch leitenden Schichten aufweist, wobei zumindest eine der Schichten einen anderen Brechungsindex aufweist als die Schichten, die zu dieser Schicht benachbart sind; und
wobei eine der Schichten ein oxidierbares Material aufweist, das bei Kontakt mit einem Oxidationsmittel oxidiert wird, wodurch das oxidierbare Material zu ei nem elektrischen Isolator umgewandelt wird;
einer unteren Elektrode (154);
einem einzelnen geätzten Graben (102), der die obere Oberfläche mit der ein oxidierbares Material enthal tenden Schicht verbindet, wobei der geätzte Graben ei ne durchgehende Geometrie zum Reduzieren der Parasi tärkapazität des VCSEL aufweist; und
einer unter der oberen Elektrode positionierten lei tenden Region, wobei die leitende Region einen leitfä higen Pfad zwischen der oberen und der unteren Elek trode bereitstellt.

30. VCSEL (100) gemäß Anspruch 29, bei dem das oxidierbare Material entweder Aluminiumgalliumarsenid AlGaAs, Alu miniumindiumarsenid AlInAs oder Aluminiumgalliumanti mon AlGaSb aufweist und wobei das Oxidationsmittel Wasserdampf aufweist.

31. Verfahren zum Herstellen eines VCSEL (100, 800), der eine obere Elektrode (104, 105), einen oberen Spiegel (210) mit einer oberen Oberfläche, eine Lichterzeu gungsregion (205), einen unteren Spiegel (220) zum Re flektieren von Licht hin zu dem oberen Spiegel, minde stens eine trennbare Schicht und eine untere Elektrode (154) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Ätzen eines einzelnen Grabens (102) zum Verbinden der oberen Oberfläche mit der trennbaren Schicht, wobei der einzelne Graben eine durchgehende Geo metrie zum Reduzieren der Parasitärkapazität des VCSEL aufweist; und
b) Verwenden des Grabens zum Bilden einer isolieren den Region in der trennbaren Schicht, wobei die Trennungsregion eine öffnungsdefinierende Ober fläche zum Definieren zumindest eines Abschnitts einer Abgrenzung einer leitenden Region aufweist und wobei die leitende Region unterhalb der obe ren Elektrode positioniert ist.

32. Verfahren gemäß Anspruch 31, bei dem der Schritt des Verwendens des Grabens (102) zum Bilden einer isolie renden Region in der trennbaren Schicht einen der fol genden Schritte aufweist:
Oxidieren der trennbaren Schicht zum Bilden der iso lierenden Region;
Ätzen der trennbaren Schicht zum Bilden der isolieren den Region;
teilweises Ätzen und teilweises Oxidieren der trennba ren Schicht zum Bilden der isolierenden Region; und
Ätzen der trennbaren Schicht zum Bilden der isolieren den Region und Auffüllen der isolierenden Region mit einem isolierfähigen Material.