DE102019125442A1

DE102019125442A1 - Optische Vorrichtungen mit Bandbreite steigernden Strukturen

Info

Publication number: DE102019125442A1
Application number: DE102019125442.6A
Authority: DE
Inventors: Chung-Yi Su
Original assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2039-09-21
Also published as: CN110957634B; CN110957634A; DE102019125442B4; US10581225B1

Abstract

Eine lichtemittierende Vorrichtung umfasst ein Substrat, das eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist, und eine epitaxische Struktur, die eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist. Die zweite Oberfläche der epitaxischen Struktur ist in der Nähe der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst eine erste Metallschicht, die eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst ferner mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur, die eingerichtet ist, Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur erzeugt wird, einzusperren. Die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur stellt eine Begrenzung mit niedrigem Brechungsindex bereit, die das Licht in einer Mesa-Struktur, die von der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur zumindest teilweise umgeben ist, einsperrt. Die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur kann auch ausgebildet sein, um gesonderte Einsperrungsbereiche zu erzeugen, um als zur Bandbreitensteigerung gekoppelte Aussparungen für den aktiven Bereich der lichtemittierenden Vorrichtung zu dienen.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER OFFENBARUNG
Beispielhafte Ausführungsformen sind allgemein gerichtet auf optische Vorrichtungen mit lichteinsperrenden Strukturen.
HINTERGRUND
Oberflächenemittierende Diodenlaser (kurz: VCSELs, Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) sind in der Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikation für mehrere Generationen von Daten-Raten erfolgreich eingesetzt worden. Jedoch können VCSEL mit herkömmlichen Entwürfen eine durch eine inhärente Relaxations-Oszillations-Frequenz begrenzte Bandbreite aufweisen, um zu verhindern, dass diese für Anwendungen mit mehr als 50 GBaud verwendet wird.
Figurenliste
Erfinderische Konzepte werden im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren beschrieben, welche nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind:

1 zeigt ein optisches System gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform.
2A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung (oder lichtemittierenden Vorrichtung) gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform eines n-seitig emittierenden VCSEL mit p-unten (p-down, n-side emitting VCSEL).
2B zeigt eine Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung entlang der Linie I-I in 2A.
3A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung (oder lichtemittierenden Vorrichtung) gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform eines n-seitig emittierenden VCSEL mit p-unten ohne die Verwendung von Oxid-Einsperrung und mit Strukturen zum Optimieren von Index-Führungsstärke und Streuungsverlust.
3B zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung entlang der Linie II-II in 3A.
3C zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung entlang der Linie II'-II' in 3A.
4A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung (oder lichtemittierenden Vorrichtung) gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform der Modifikation der in 3A gezeigten Ausführungsform, um Rückkopplungs- Resonatoren aufzuweisen.
4B zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung entlang der Linie III-III in 4A.
4C zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung entlang der Linie III'-III' in 4A.
5A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung (oder lichtemittierenden Vorrichtung) in Übereinstimmung mit mindestens einer beispielhaften Ausführungsform, in der unabhängige Vorspannungen für die Haupt- und die Rückkopplungs-Resonatoren bereitgestellt werden können.
5B zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung entlang der Linie IV-IV in 5A.
5C zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung entlang der Linie IV'-IV' in 5A.
Die 6A-6H zeigen Draufsichten von optischen Vorrichtungen gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Allgemein bestehen VCSELs aus einem aktiven Bereich (oder Resonatorbereich), der zwischen zwei verteilten Bragg-Reflektor (DBR, distributed Bragg ref/ector)-Strukturen liegt, die mehrere Paare von abwechselndem Material mit niedrigem und hohem Brechungsindex enthalten, um ein hohes Reflexionsvermögen bei der gewünschten Emissionswellenlänge zu erzeugen. Die Materialien mit hohem und niedrigem Index werden verschiedene Bandlücken aufweisen, und der Heteroübergang stellt eine Barriere für Ladungsträger-Transport dar. Der Resonatorbereich (oder Kavitätsbereich) enthält das lichtemittierende Verstärkungsmaterial, beispielsweise Quanten-Schächte (quantum wells), die durch Barrieren getrennt sind und an beiden Seiten begrenzt sind durch Füllschichten, die auch als Barrieren für Ladungsträger wirken. Weil die Industrie sich entwickelt, gibt es eine wachsende Nachfrage für VCSELs mit gesteigerter Bandbreite.
Die nachfolgende Beschreibung stellt nur beispielhafte Ausführungsformen bereit und ist nicht dazu gedacht, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Patentansprüche zu beschränken. Vielmehr wird die nachfolgende Beschreibung Fachleuten eine ermöglichende Beschreibung zum Implementieren der beschriebenen Ausführungsformen bereitstellen. Es wird verstanden werden, dass vielfältige Änderungen hinsichtlich der Funktion und der Anordnung von Elementen ausgeführt werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche abzuweichen.
Verschiedenartige Aspekte von beispielhaften Ausführungsformen werden hierin beschrieben werden mit Verweis auf Zeichnungen, die schematische Darstellungen von idealisierten Konfigurationen sind. Als solche sind Variationen von den Formen der Darstellungen als eine Folge von beispielsweise Herstellungstechniken und/oder Toleranzen, zu erwarten. Somit sollten die verschiedenartigen Aspekte von beispielhaften Ausführungsformen, die in diesem Dokument dargestellt werden, nicht als beschränkt auf die bestimmten Formen von Elementen (z.B. Bereiche, Schichten, Abschnitte, Substrate usw.), die hierin dargestellt und beschrieben sind, ausgelegt werden, sondern sollen Abweichungen hinsichtlich Formen, die beispielsweise von der Herstellung herrühren, enthalten. Als Beispiel kann ein Element, das als ein Rechteck dargestellt oder beschrieben ist, abgerundete oder gekrümmte Merkmale und/oder eine Gradientenkonzentration an seinen Rändern anstelle einer diskreten Änderung von einem Element zu einem anderen aufweisen. Somit sind die in den Zeichnungen dargestellten Elemente in ihrer Natur schematisch, und ihre Formen sind nicht dazu gedacht, die genaue Form eines Elements darzustellen, und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken.
Es wird verstanden werden, dass, wenn ein Element, wie etwa ein Bereich, eine Schicht, ein Abschnitt, ein Substrat oder dergleichen, als „auf“ einem anderen Element seiend bezeichnet wird, dann kann es direkt auf dem anderen Element sein oder es können ebenfalls dazwischentretende Elemente vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf“ einem anderen Element seiend bezeichnet wird, dann sind dort keine dazwischentretenden Elemente vorhanden. Es wird ferner verstanden werden, dass, wenn ein Element als „ausgebildet“ oder „bestehend“ (oder begründet) auf einem anderen Element bezeichnet wird, dann kann es auf dem anderen Element oder einem dazwischentretenden Element aufgewachsen, abgelagert, geätzt, befestigt, verbunden, gekoppelt oder anderweitig vorbereitet oder hergestellt worden sein.
Des Weiteren können hierin relative Ausdrücke, wie etwa „unterer“ oder „unterseitig“ und „oberer“ oder „oberseitig“ verwendet werden, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element zu beschreiben, so wie das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es wird verstanden werden, dass relative Ausdrücke dazu gedacht sind, verschiedene Orientierungen einer Vorrichtung zusätzlich zu der in den Zeichnungen gezeigten Orientierung zu umfassen. Als Beispiel, wenn eine Vorrichtung in den Zeichnungen umgedreht wird, dann wären Elemente, die als auf der „unteren“ Seite von anderen Elementen seiend beschrieben sind, an der „oberen“ Seite der anderen Elemente orientiert. Der Ausdruck „unterer“ kann daher sowohl eine Orientierung von „unterer“ und „oberer“ umfassen, in Abhängigkeit von der bestimmten Orientierung der Vorrichtung. In ähnlicher Weise, wenn eine Vorrichtung in der Zeichnung umgedreht wird, würden Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ von anderen Elementen beschrieben sind, dann „über“ den anderen Elementen orientiert sein. Die Ausdrücke „unter“ oder „unterhalb“ können daher sowohl eine Orientierung von über und unter umfassen.
Die Formulierungen „mindestens ein/e/er“, „ein/e/er oder mehrere“, „oder“ und „und/oder“ sind offene Ausdrücke, die hinsichtlich der Funktion sowohl konjunktiv als auch disjunktiv sind. Beispielsweise bedeutet jeder der Ausdrücke „mindestens eines von A, B und C“, „mindestens eines von A, B oder C“, „eines oder mehrere von A, B und C“, „eines oder mehrere von A, B oder C“, „A, B und/oder C“ und „A, B oder C“ A alleine, B alleine, C alleine, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen oder A, B und C zusammen.
Außer wo dies anderweitig definiert ist, haben alle Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Ausdrücke), die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung, wie das von einem Fachmann in dem technischen Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, gewöhnlich verstanden wird. Es wird ferner verstanden werden, dass Ausdrücke, wie etwa solche, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert werden sollten, als dass sie eine Bedeutung haben, die konsistent ist mit ihrer Bedeutung im Kontext des relevanten Stands der Technik und dieser Offenbarung.
So wie diese hierin verwendet werden, sind die Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ dazu gedacht, auch die Mehrzahlformen zu enthalten, außer wo der Kontext dies klar anderweitig anzeigt. Es wird ferner verstanden werden, dass die Ausdrücke „enthalten“, „enthält“, „enthaltend“, „aufweisen“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“, wenn diese in dieser Patentschrift verwendet werden, das Vorhandensein oder Hinzufügungen von einem oder mehreren anderen der genannten Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten definieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder anderen Gruppen derselben ausschließen. Der Ausdruck „und/oder“ enthält jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten, aufgezählten Objekte.
1 zeigt ein optisches System 100 gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform.
So wie das in 1 gezeigt ist, enthält das System 100 einen Sender 105 und einen Empfänger 125. Der Sender 105 kann eine VCSEL-Einrichtung 110 und mindestens einen Prozessor 120 enthalten. Im Betrieb steuert der Prozessor 120 die VCSEL-Einrichtung 110 dahingehend, ein optisches Signal in Richtung zu dem Empfänger 125 auszusenden. Das ausgesendete optische Signal kann durch den Prozessor 120 mit Daten moduliert sein und über ein optisches Kabel oder andere geeignete Übertragungsmittel zu dem Empfänger 125 übertragen werden.
Die VCSEL-Einrichtung 110 kann einen oder mehrere VCSELs enthalten, die gemäß einer oder mehreren der 2A-6H ausgebildet sind. Beispielsweise kann die VCSEL-Einrichtung 110 eine Anordnung (array) von VCSELs sein, die beispielsweise in einer Matrix oder in einem anderen gewünschten Muster ausgebildet sind. Die VCSEL-Einrichtung 110 wird unten in näherer Einzelheit mit Verweis auf die 2A-6H beschrieben.
Der Empfänger 125 kann Schaltkreise enthalten zum Demodulieren des empfangenen optischen Signals, um die übertragenen Daten zurückzugewinnen. Derartige Schaltkreise können einen Sensor (z.B. eine Fotodiode) zum Detektieren des empfangenen optischen Signals von der VCSEL-Einrichtung 110, und mindestens einen Prozessor, um die detektierten optischen Daten zu demodulieren und die Daten zurückzugewinnen, enthalten.
Der mindestens eine Prozessor 120 (und der Prozessor des Empfängers 125) kann irgendeine Art von Hardware und/oder Software zum Verarbeiten von Signalen für das System 100 enthalten. Beispielsweise kann der Prozessor 120 einen Mikroprozessor enthalten mit einem zugeordneten Speicher, der Befehle enthält, die durch den Mikroprozessor ausführbar sind. Beispielsweise kann der Speicher ein Direktzugriffsspeicher (RAM, random access memory), ein Nur-LeseSpeicher (ROM, read-only memory), ein dynamischer RAM (DRAM), eine Festplatte (SSD, solid-state disk) und/oder andere Speichereinrichtungen und -medien sein. Die Speichereinrichtung kann flüchtig und/oder nicht-flüchtig in ihrer Natur sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor 120 eine Feld-programmierbare Gatteranordnung (FPGA, field programmable gate array), ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC, application specific integrated circuit) oder ein anderer Schaltkreis zum Verarbeiten von Signalen des Systems 100 sein. Der Prozessor 120, so wie er hierin beschrieben ist, kann Computerfunktionen (oder rechnergestützte Funktionen) ausführen unter Verwendung von jeglichem bekannten oder in der Zukunft entwickelten Standard, Befehlssatz, Bibliotheken und/oder Architekturen.
2A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung (oder lichtemittierenden Vorrichtung) 200A in Übereinstimmung mit mindestens einer beispielhaften Ausführungsform eines n-seitig emittierenden VCSEL mit p-unten (p-down, n-side emitting VCSEL). 2B zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 200A entlang der Linie I-I in 2A.
So wie das in 2A und 2B gezeigt ist, kann die optische Vorrichtung 200A ein Substrat 205 aufweisen, das eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist. Das Substrat 205 kann ein nicht-natürliches (non-native) Substrat mit hoher thermischer Leitfähigkeit sein, welches elektrisch leitfähig oder isolierend sein kann.
Die optische Vorrichtung 200A kann ferner eine epitaxische Struktur 210 enthalten, die eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist. Die zweite Oberfläche der epitaxischen Struktur 210 kann in der Nähe zu der ersten Oberfläche des Substrats 205 angeordnet sein. Die optische Vorrichtung 200A kann ferner eine erste Metallschicht 215 enthalten, die eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist. Hier ist die zweite Oberfläche der ersten Metallschicht 215 in Richtung zu der ersten Oberfläche des Substrats 205 zugewendet. Es wird angemerkt, dass die Metallschicht 215 in 2A zur Klarheit nicht gezeigt ist. Die optische Vorrichtung 200A kann ferner mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur 225 enthalten, die eingerichtet ist, Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur 210 erzeugt wird, in einem bestimmten Bereich einer gewünschten Größe einzusperren. Gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform stellt die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur 225 eine Begrenzung (siehe beispielsweise 227 in 3A) mit niedrigem Brechungsindex, die das Licht in einem aktiven Bereich 230 einsperrt, der durch die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur 225 zumindest teilweise umgeben ist. Gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur 225 einen Graben 225 in der epitaxischen Struktur 210 auf, der den aktiven Bereich 230 zumindest teilweise umgibt, um eine Mesa-Struktur auszubilden. In den 2A und 2B umgibt beispielsweise der Graben 222 die Mesa-Struktur 225 vollständig. Der Graben 222 kann in der epitaxischen Struktur 210 unter Verwendung eines Lithografieverfahrens in Verbindung mit einem anderen geeigneten Ätzverfahren ausgebildet werden. Ein Bereich 310, der im Wesentlichen außerhalb des aktiven Bereichs 230 liegt, der jedoch damit in einem gewissen Grad überlappen kann, wird mit Hoch-Energie-Ionen, wie etwa H+ oder He+ implantiert, um den Bereich 310 elektrisch inaktiv zu machen und dadurch den Vorspannungsstrom so zu begrenzen, dass er innerhalb des optisch eingesperrten, aktiven Bereichs 230 ist. Es wird angemerkt, dass dieser implantierte Bereich 310, der in 2B eingezeichnet ist, in der Draufsicht der 2A zur Klarheit ausgelassen ist. So wie das in 2B gezeigt ist, kann die Metallschicht 215 zumindest teilweise in dem Graben 222 ausgebildet werden.
Gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform enthält die optische Vorrichtung 200A eine Passivierungsschicht 235, die zwischen dem Substrat 205 und der epitaxischen Struktur 210 angeordnet ist. Beispielsweise liegt die Passivierungsschicht 235 zwischen der Metallschicht 215 und der epitaxischen Struktur 210 außerhalb des ersten Kontakts 255. So wie das in 2B gezeigt ist, kann die Passivierungsschicht 235 in der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur 225 (d.h. in dem Graben 222) enthalten sein. Die Passivierungsschicht 235 kann SiN oder ein anderes geeignetes Passivierungsmaterial enthalten.
So wie das in 2B gezeigt ist, kann die epitaxische Struktur 210 einen ersten verteilten Bragg-Reflektor (DBR, distributed Bragg reflector)-Stapel 240 und einen Quanten-Schacht(QW, quantum we//)-Bereich 245 enthalten. Die epitaxische Struktur 210 kann ferner einen zweiten DBR-Stapel 250 enthalten. Der QW-Bereich 245 liegt zwischen dem ersten DBR-Stapel 240 und dem zweiten DBR-Stapel 250, und kann mindestens eine Quanten-Schacht-Struktur mit einem lichtemittierenden Material, das in der Anwesenheit eines angelegten elektrischen Stroms Licht emittiert, enthalten. Beispielsweise kann die Quanten-Schacht-Struktur QW 245 eine Schicht eines Halbleitermaterials (z.B. GaAs) enthalten, die zwischen zwei Schichten eines Materials, das eine breitere Bandlücke (z.B. AlGaAs) als das Halbleitermaterial aufweist, liegt. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist der erste DBR-Stapel 240 eine oder mehrere Schichten mit p-Dotierung auf, und der zweite DBR-Stapel 250 weist eine oder mehrere Schichten mit n-Dotierung auf. So wie das gezeigt ist, ist der erste DBR-Stapel 240 dichter an dem Substrat als der zweite DBR-Stapel 250.
Die optische Vorrichtung 200A kann ferner einen ersten Kontakt 255 und einen zweiten Kontakt 260 enthalten. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kontaktiert der erste Kontakt 255 p-dotiertes Material und der zweite Kontakt 260 kontaktiert ein n-dotiertes Material. So wie das gezeigt ist, kann die Passivierungsschicht 235 den ersten Kontakt 255 umgeben. Der erste und der zweite Kontakt 255 und 260 können Metall oder ein anderes geeignetes leitfähiges Material enthalten. Der erste Kontakt 255 kann lichtblockierende Eigenschaften und/oder reflektierende Eigenschaften aufweisen, um Licht von dem ersten Kontakt 255 weg in eine Richtung zu dem QW-Bereich 245 zu reflektieren.
Die optische Vorrichtung 200A kann ferner einen Pufferbereich 265 enthalten. Der Pufferbereich 265 kann ein n-dotiertes Material enthalten. Es sollte hier verstanden werden, dass der Pufferbereich 265 Teil der ersten Schicht der epitaxischen Struktur 210 ist, die auf einem natürlichen Substrat (native substrate), wie etwa GaAs, das durch einen Schleifprozess, Polierprozess und Ätzprozess entfernt worden ist, epitaxisch aufgewachsen ist. Die Oberfläche dieser Pufferschicht 265, die von der Substratentfernung resultierte, ist optisch glatt. Die optische Vorrichtung 200A enthält auch eine zweite Metallschicht 270. Die zweite Metallschicht 270 kann auf dem Substrat 205 ausgebildet werden und dann mit der ersten Metallschicht 215 gebondet werden.
3A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung (oder lichtemittierenden Vorrichtung) 200B in Übereinstimmung mit mindestens einer beispielhaften Ausführungsform eines n-seitig emittierenden VCSEL mit p-unten (p-down, n-side emitting VCSEL) ohne die Verwendung einer Oxideinsperrung und mit Strukturen zum Optimieren der Index-Führungsstärke und Streuungsverlust. 3B zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 200B entlang der Linie II-II in 3A. 3C zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 200B entlang der Linie II'-II' in 3A.
Die in den 3A-3C gezeigten Bezugszeichen verweisen auf dieselben nummerierten Elemente aus den 2A und 2B. Dementsprechend wird eine Beschreibung derselben hier nicht wiederholt werden. 3A-3C zeigen ein anderes Beispiel der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur 225. Hier umfasst die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur 225, die den aktiven Bereich 230 umgibt, eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen 300 der epitaxischen Struktur 210, die zwischen einer oder mehreren geätzten Flächen 305 der epitaxischen Struktur 210 eingestreut sind. So wie das gezeigt ist, begrenzen (bound) die nicht-geätzten Flächen 300 die geätzten Flächen 305, um gesonderte (oder getrennte) Lichteinsperrungsbereiche innerhalb der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur 225 zu erzeugen. So wie das in 3A gezeigt ist, weisen die gesonderten Lichteinsperrungsbereiche eine oder mehrere Taschenstrukturen (pocket structures) (d.h. die geätzten Flächen 305) auf, die um ein Zentrum (oder Mitte) des aktiven Bereichs 230 angeordnet (z.B. symmetrisch angeordnet) sind. Acht Taschenstrukturen sind gezeigt, jedoch können weniger oder mehr Taschenstrukturen gemäß Entwurfspräferenzen enthalten sein.
Gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform sind Anteile der einen oder mehreren nicht-geätzten Flächen 300 und Anteile der geätzten Flächen 305 ausgewählt, um eine gewünschte Index-Führungsstärke mit Streuungsverlusten, die von dem aktiven Bereich 230 durchgemacht (oder wahrgenommen) werden, auszugleichen (oder auszubalancieren).
Es sollte gewertschätzt werden, dass die 3A-3C eine beispielhafte Lichteinsperrungsstruktur zeigen, die ein teilweises Ätzen des den aktiven Bereich 230 umgebenden Umkreises (oder Perimeters) enthält, was Flexibilität hinsichtlich des Index-Führungsentwurfs ohne übermäßigen oder ungewünschten Streuungsverlust bietet.
4A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung (oder lichtemittierenden Vorrichtung) 200C in Übereinstimmung mit mindestens einen beispielhaften Ausführungsform der Modifikation der in 3A gezeigten Ausführungsform, um Rückkopplungsresonatoren (feedback cavities) zu enthalten. 4B zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 200C entlang der Linie III-III in 4A. 4C zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 200C entlang der III'-III' in 4A. Die optische Vorrichtung 200C kann einem VCSEL in der VCSEL-Vorrichtung 110 der 1 entsprechen.
Die in den 4A-4C gezeigten Bezugszeichen verweisen auf dieselben nummerierten Elemente aus den 2A und 2B. Dementsprechend wird eine Beschreibung derselben hier nicht wiederholt werden. 4A-4C zeigen ein anderes Beispiel der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur 225. Hier weist die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur 225 eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen 400 der epitaxischen Struktur 210 und eine oder mehrere geätzte Flächen 405 der epitaxischen Struktur 210 auf. So wie das gezeigt ist, begrenzen die geätzten Flächen 405 die nicht-geätzten Flächen 400, um gesonderte Lichteinsperrungsbereiche der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur 225 zu erzeugen. Die gesonderten Lichteinsperrungsbereiche weisen eine oder mehrere speichenförmige Strukturen auf (d.h. die nicht-geätzten Flächen 400), die sich von einem Zentrum des aktiven Bereichs 230 erstrecken. Acht speichenförmige Strukturen, die sich von dem aktiven Bereich 230 erstrecken, sind gezeigt, jedoch können weniger oder mehr Strukturen gemäß Entwurfspräferenzen enthalten sein. So wie das gezeigt ist, können die speichenförmigen Strukturen symmetrisch angeordnet sein (jedoch sind andere Anordnungen möglich, falls gewünscht). Gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform sind Anteile der einen oder mehreren nicht-geätzten Flächen 400 und Anteile der geätzten Flächen 405 ausgewählt, um ein gewünschtes Index-Führen, das durch den mindestens einen aktiven Bereich 230 bereitgestellt ist, mit Streuungsverlusten, die durch den aktiven Bereich 230 induziert werden, auszugleichen.
So wie das in 4C gezeigt ist, kann jede Speichenstruktur einen Ionenimplantationsbereich 410 enthalten, um jede Speichenstruktur von dem aktiven Hauptbereich 230 elektrisch zu isolieren. Der Ionenimplantationsbereich 410 kann ein dotiertes Halbleitermaterial enthalten (z.B. mit einem p-artigen Dotierstoff dotiert), das leitfähig ist, und Ionenimplantation entfernt diese Leitfähigkeit.
Im Hinblick auf das Obige sollte gewertschätzt werden, dass die in den 4A-4C gezeigten Speichen gekoppelte Resonatoren (oder Kavitäten) bereitstellen (d.h. gekoppelte Speichen), um eine bandbreitensteigernde dispersive optische Last für den Hauptteil des aktiven Bereichs 230 auszubilden.
5A ist eine Draufsicht einer optischen Vorrichtung (oder lichtemittierenden Vorrichtung) 200D in Übereinstimmung mit mindestens einer beispielhaften Ausführungsform, in der unabhängige Vorspannungen dem Haupt- und dem Rückkopplungs-Resonator bereitgestellt werden können. 5B zeigt eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 200D entlang der Linie IV-IV in 5A. 5C zeigt eine Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung 200D entlang der Linie IV'-IV' in 5A. Die optische Vorrichtung 200D kann einem VCSEL in der VCSEL-Vorrichtung 110 der 1 entsprechen.
Die in den 5A-5C gezeigten Bezugszeichen verweisen auf dieselben nummerierten Elemente aus den 2A und 2B. Dementsprechend wird eine Beschreibung derselben hier nicht wiederholt. 5A-5C zeigen ein anderes Beispiel der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur 225. Die 5A-5C zeigen eine gleiche oder ähnliche speichenförmige Struktur der Lichteinsperrungsstruktur 225 wie in den 4A-4C, mit der Ausnahme, dass es in den 5A-5C jeder Speichenstruktur ermöglicht ist, ein unabhängiges Gleichstrom (DC, direct current)-Vorspannungssignal zu empfangen. In diesem Fall verwendet jede Speichenstruktur einen Bereich 500 der ersten Metallschicht 215 als einen Vorspannungskontakt. Der aktive Bereich 230 verwendet einen Bereich 505 der ersten Metallschicht als einen Vorspannungskontakt. So wie das in den 5B und 5C gezeigt ist, ist der Bereich 500 elektrisch isoliert von dem Bereich 505, indem eine Lücke in der Metallschicht 215 vorhanden ist. Diese Struktur kombiniert mit dem Ausbilden eines Ionenimplantationsbereichs 410 ermöglicht das unabhängige Anlegen von Vorspannungssignalen an den aktiven Bereich 203 durch den ersten Kontakt 255 und an die Speichen, die gekoppelte Resonatoren für den aktiven Bereich 230 ausbilden. Das Anlegen eines Vorspannungssignals an die Speichenstruktur(en) kann die Kopplungsstärke und Bandbreitensteigerung der optischen Vorrichtung 200D ändern. Die Bereiche 500 und/oder 505 können ein Kontaktmetall zu einem p-dotierten oder anderen geeigneten leitfähigen Material aufweisen und sind auch in der Lage, mit der zweiten Metallschicht 270 gebondet zu werden.
6A-6F zeigen Draufsichten von optischen Vorrichtungen gemäß beispielhafter Ausführungsformen. Die in den 6A-6F gezeigten Bezugszeichen verweisen auf dieselben nummerierten Elemente aus den 2A und 2B. Dementsprechend wird eine Beschreibung derselben hier nicht wiederholt. Es sollte hier verstanden werden, dass, obwohl nur Draufsichten in den 6A-6F gezeigt sind, jede optische Vorrichtung im Wesentlichen dieselben oder ähnliche Elemente aufweisen wird, die in den Ansichten der 2A-5C gezeigt sind.
6A zeigt eine optische Vorrichtung 200E, wo die Lichteinsperrungsstruktur 225 einen geätzten Bereich enthält, der vier speichenförmige Strukturen (oder vier Abschnitte von gekoppelten Resonatoren) definiert. 6B zeigt eine optische Vorrichtung 200F, wo die Lichteinsperrungsstruktur 225 geätzte Bereiche enthält, die dieselbe Stärke von Index-Führung für den aktiven Bereich wie den in 6A gezeigten definieren, jedoch nur zwei Abschnitte von gekoppelten Resonatoren definieren. 6C zweigt eine optische Vorrichtung 200G, wo die Lichteinsperrungsstruktur 225 geätzte Bereiche enthält, die dieselbe Stärke der Index-Führung für den aktiven Bereich wie dem in den 6A und 6B gezeigten bereitstellen, jedoch nur einen Abschnitt eines gekoppelten Resonators definieren. In den 6A-6C sind etwa 25% des Umkreises des aktiven Bereichs 230 benachbart zu einem geätzten Bereich (geätzten Bereichen).
6D zeigt eine optische Vorrichtung 200H, wo die Lichteinsperrungsstruktur 225 einen geätzten Bereich enthält, der vier speichenförmige Strukturen (oder vier Abschnitte von gekoppelten Resonatoren) definiert. 6E zeigt eine optische Vorrichtung 2001, wo die Lichteinsperrungsstruktur 225 geätzte Bereiche enthält, die dieselbe Stärke von Index-Führung für den aktiven Bereich wie dem in 6D gezeigten bereitstellen, jedoch nur zwei Abschnitte von gekoppelten Resonatoren definieren. 6F zeigt eine optische Vorrichtung 200J, wo die Lichteinsperrungsstruktur 225 geätzte Bereiche enthält, die einen donutförmigen gekoppelten Resonator definieren, der mit dem Hauptresonator (z.B. dem durch die Mesa-Struktur definierten aktiven Bereich 230) an vier Stellen verbunden ist. In den 6D-6F ist etwa 75% des Umkreises der Mesa-Struktur 230 benachbart zu einem geätzten Bereich (geätzten Bereichen).
6G zeigt eine optische Vorrichtung 200K, wo die Lichteinsperrungsstruktur 225 einen geätzten Bereich enthält, der drei speichenförmige Strukturen (oder drei Abschnitte von gekoppelten Resonatoren) definiert. 6H zeigt eine optische Vorrichtung 200L, wo die Lichteinsperrungsstruktur 225 geätzte Bereiche enthält, die einen hantelförmigen gekoppelten Resonator definieren. In den 6G und 6H ist etwa 50% des Umkreises des aktiven Bereichs 230 benachbart zu einem geätzten Bereich (geätzten Bereichen).
Im Hinblick auf die vorausgehende Beschreibung sollte gewertschätzt werden, dass mindestens eine beispielhafte Ausführungsform eine Halbleitereinrichtung enthalten kann. Die Halbleitereinrichtung kann ein nicht-natürliches (non-native) Substrat 205 und einen VCSEL-Chip, der eine Vorderseite und eine Rückseite, die dem nicht-natürlichen Substrat 205 zugewendet ist, aufweist. Laserlicht, das von dem VCSEL-Chip erzeugt wird, wird emittiert durch die Seite, die entgegengesetzt zu der Seite des nicht-natürlichen Substrats ist. Der VCSEL-Chip weist eine epitaxische Struktur 210 und eine erste Metallschicht 215 auf, die zwischen dem nicht-natürlichen Substrat 205 und der epitaxischen Schicht 210 liegt. Der VCSEL-Chip enthält ferner eine Lichteinsperrungsstruktur 225, die eingerichtet ist, um Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur 210 erzeugt worden ist, einzusperren, was in Kombination mit einem Kontakt 225 bewirkt, dass das eingesperrte Licht in einen spezifischen Bereich einer gewünschten Größe emittiert. Die Lichteinsperrungsstruktur 225 stellt eine Begrenzung 227 mit niedrigem Brechungsindex bereit, die Licht in einem aktiven Bereich 230 einsperrt, der von der Lichteinsperrungsstruktur 225 zumindest teilweise umgeben ist.
Gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform weist die Lichteinsperrungsstruktur 225 einen Graben auf, der den aktiven Bereich 230 zumindest teilweise umgibt. Ionenimplantation in dem Bereich 310 an dem Umkreis von und außerhalb von dem Lichteinsperrungsbereich entfernt die elektrische Leitfähigkeit außerhalb des aktiven Bereichs 230, um ferner sicherzustellen, dass eine Strominjektion, die für die Lichtemission benötigt wird, nur in dem aktiven Bereich erfolgt. Gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform weist die Lichteinsperrungsstruktur 225 eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen der epitaxischen Struktur 210 auf, die zwischen geätzten Flächen der epitaxischen Struktur 210 eingestreut sind. Anteile von der einen oder den mehreren nicht-geätzten Bereichen und Anteile der geätzten Flächen sind ausgewählt, um ein gewünschtes Index-Führen, das von der Lichteinsperrungsstruktur 225 bereitgestellt wird, mit Streuungsverlusten, die durch die Lichteinsperrungsstruktur 225 induziert werden, auszugleichen. Die geätzten Flächen können die nicht-geätzten Flächen begrenzen, um gesonderte Lichteinsperrungsbereiche zu erzeugen. In mindestens einer beispielhaften Ausführungsform weisen die gesonderten Lichteinsperrungsbereiche eine oder mehrere speichenförmige Strukturen auf, die sich direkt von einem Zentrum des aktiven Bereichs 230 erstrecken und als die Rückkopplungsresonatoren für den aktiven Bereich 230 funktionieren, um die Bandbreitensteigerung zu erzeugen.
Mindestens eine beispielhafte Ausführungsform stellt auch einen VCSEL-Chip bereit, der eine epitaxische Struktur 210 und eine p-dotierte Kontaktschicht 255, die in der Nähe der epitaxischen Schicht 210 angeordnet ist, enthält. Der VCSEL-Chip enthält eine Lichteinsperrungsstruktur 225, die eingerichtet ist, Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur 210 erzeugt worden ist, nur aus einer spezifischen (oder bestimmten) Fläche zu emittieren. Die p-dotierte Kontaktschicht 255, indem sie die Mehrheit der Lichteinsperrungsfläche abdeckt, arbeitet zusammen mit dem p-DBR-Stapel, um zu bewirken, dass das eingesperrte Licht von der p-dotierten Kontaktschicht 255 weg emittiert. Die Lichteinsperrungsstruktur 225 stellt eine Begrenzung mit niedrigem Brechungsindex bereit, die Licht in einem aktiven Bereich 230 einsperrt, der von der Lichteinsperrungsstruktur 225 zumindest teilweise umgeben ist. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die Lichteinsperrungsstruktur 225 eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen der epitaxischen Struktur 210 auf, die zwischen geätzten Flächen der epitaxischen Struktur 210 eingestreut sind. Anteile von der einen oder den mehreren nicht-geätzten Flächen und Anteile der geätzten Flächen sind ausgewählt, um ein gewünschtes Index-Führen, das durch die Lichteinsperrungsstruktur 225 bereitgestellt wird, mit Streuungsverlusten, die durch die Lichteinsperrungsstruktur 225 induziert werden, auszugleichen.
Im Hinblick auf das Obige sollte verstanden werden, dass beispielhafte Ausführungsformen optische Vorrichtungen bereitstellen, die eine Bandbreite von emittiertem Licht erhöhen. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen mit Verweis auf eine VCSEL-Konfiguration mit p-unten (p-down VCSEL configuration) beschrieben worden sind, sollte gewertschätzt werden, dass eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen auch auf andere VCSEL-Konfigurationen angewendet werden können, falls dies gewünscht ist.
Gemäß mindestens einer beispielhaften Ausführungsform enthält eine lichtemittierende Vorrichtung ein Substrat, das eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist, und eine epitaxische Struktur, die eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist. Die zweite Oberfläche der epitaxischen Struktur ist in der Nähe zu der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet. Die lichtemittierende Vorrichtung enthält eine erste Metallschicht, die eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist, wobei die zweite Oberfläche der ersten Metallschicht in Richtung zu der ersten Oberfläche des Substrats zugewendet ist. Die lichtemittierende Vorrichtung enthält mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur, die eingerichtet ist, Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur erzeugt worden ist, einzusperren, und einen Metallkontakt, der das meiste der Lichteinsperrungsfläche abdeckt, um zu bewirken, dass das eingesperrte Licht von der ersten Oberfläche des Substrats weg emittiert. Die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur stellt eine Begrenzung mit niedrigem Brechungsindex bereit, die das Licht in einer Mesa-Struktur einsperrt, die von der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur zumindest teilweise umgeben ist.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur in der epitaxischen Struktur einen Graben auf, der die Mesa-Struktur zumindest teilweise umgibt.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform umgibt der Graben die Mesa-Struktur vollständig.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen der epitaxischen Struktur auf, die zwischen geätzten Flächen der epitaxischen Struktur eingestreut sind.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform sind Anteile von der einen oder den mehreren nicht-geätzten Flächen und Anteile der geätzten Flächen ausgewählt, um ein gewünschtes Index-Führen, das durch die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur bereitgestellt worden ist, mit Streuungsverlusten, die durch die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur induziert werden, auszugleichen.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform begrenzen die geätzten Flächen die nicht-geätzten Flächen an, um gesonderte Lichteinsperrungsbereiche der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weisen die gesonderten Lichteinsperrungsbereiche eine oder mehrere speichenförmige Strukturen auf, die sich von einem Zentrum der Mesa-Struktur erstrecken.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die epitaxische Struktur einen ersten verteilten Bragg-Reflektor (DBR, distributed Bragg reflector)-Stapel und einen Quanten-Schacht (QW, quantum well)-Bereich auf.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die epitaxische Struktur ferner einen zweiten DBR-Stapel auf, und der QW-Bereich liegt zwischen dem ersten DBR-Stapel und dem zweiten DBR-Stapel.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist der erste DBR-Stapel eine p-Dotierung auf. Der zweite DBR-Stapel weist eine n-Dotierung auf, und der erste DBR-Stapel ist dichter an dem Substrat als der zweite DBR-Stapel.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die Mesa-Struktur ferner einen ersten Kontakt, der von dem Graben umgeben ist, auf. Das Substrat weist ein nicht-natürliches Substrat mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf, und der erste Kontakt ist in Kontakt mit p-dotiertem Material.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform enthält die lichtemittierende Vorrichtung ferner eine Passivierungsschicht, die zwischen der ersten Metallschicht und der epitaxischen Struktur angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform enthält eine Halbleitervorrichtung ein nicht-natürliches (non-native) Substrat und einen oberflächenemittierenden Diodenlaser (VCSEL, vertical cavity surface emitting laser), der eine erste Seite und eine zweite Seite, die in Richtung zu dem nicht-natürlichen Substrat zugewendet ist, aufweist. Laserlicht, das von dem VCSEL erzeugt wird, wird durch die erste Seite des VCSEL emittiert. Der VCSEL enthält eine epitaxische Struktur, eine erste Metallschicht, die zwischen dem nicht-natürlichen Substrat und der epitaxischen Schicht liegt, und eine Lichteinsperrungsstruktur, die eingerichtet ist, Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur erzeugt worden ist, einzusperren, und einen Metallkontakt, der das meiste der Lichteinsperrungsfläche abdeckt, um zu bewirken, dass das eingesperrte Licht durch die Vorderseite des VCSEL emittiert. Die Lichteinsperrungsstruktur stellt eine Begrenzung mit niedrigem Brechungsindex bereit, die Licht in einer Mesa-Struktur, die von der Lichteinsperrungsstruktur zumindest teilweise umgeben ist, einsperrt.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die Lichteinsperrungsstruktur einen Graben auf, der die Mesa-Struktur zumindest teilweise umgibt.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die Lichteinsperrungsstruktur eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen der Lichteinsperrungsstruktur auf, welche nicht-geätzten Flächen zwischen geätzten Flächen der Lichteinsperrungsstruktur eingestreut sind. Anteile von der einen oder den mehreren nicht-geätzten Flächen und Anteile der geätzten Flächen sind ausgewählt, um ein gewünschtes Index-Führen, das durch die Lichteinsperrungsstruktur bereitgestellt wird, mit Streuungsverlusten, die durch die Lichteinsperrungsstruktur induziert werden, auszugleichen.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform begrenzen die geätzten Flächen die nicht-geätzten Flächen, um gesonderte Lichteinsperrungsbereiche zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weisen die gesonderten Lichteinsperrungsbereiche eine oder mehrere speichenförmige Strukturen auf, die sich direkt von einem Zentrum der Mesa-Struktur erstrecken.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist die epitaxische Struktur einen ersten verteilten Bragg-Reflektor (DBR, distributed Bragg reflector)-Stapel, einen zweiten DBR-Stapel und einen Quanten-Schacht (QW, quantum we//)-Bereich auf, der zwischen dem ersten DBR-Stapel und dem zweiten DBR-Stapel liegt. Der erste DBR-Stapel ist dichter an dem nicht-natürlichen Substrat angeordnet als der zweite DBR-Stapel, und der erste DBR-Stapel weist eine p-Dotierung auf.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein oberflächenemittierender Diodenlaser (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)-Chip: eine epitaxische Struktur, eine Kontaktschicht, die in der Nähe der epitaxischen Struktur angeordnet ist, und eine Lichteinsperrungsstruktur, die eingerichtet ist, um Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur erzeugt wird, einzusperren, und zusammen mit der Kontaktschicht, zu bewirken, dass das eingesperrte Licht von der Kontaktschicht weg emittiert. Die Lichteinsperrungsstruktur stellt eine Begrenzung mit niedrigem Brechungsindex bereit, welche Begrenzung Licht in einer Mesa-Struktur, die zumindest teilweise von der Lichteinsperrungsstruktur umgeben ist, einsperrt.
Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsformen weist die Lichteinsperrungsstruktur eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen der epitaxischen Schicht auf, die zwischen geätzten Flächen der epitaxischen Schicht eingestreut sind. Anteile von der einen oder den mehreren nicht-geätzten Flächen und Anteile der geätzten Flächen sind ausgewählt, um ein gewünschtes Index-Führen, das durch die Lichteinsperrungsstruktur bereitgestellt wird, mit Streuungsverlusten, die durch die Lichteinsperrungsstruktur induziert werden, auszugleichen.
Zusätzlich sollte verstanden werden, dass spezifische Einzelheiten in der Beschreibung angegeben wurden, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen bereitzustellen. Jedoch wird es von einem Fachmann in dem technischen Gebiet verstanden werden, dass die Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden können. In anderen Fällen können wohlbekannte Schaltkreise, Verfahren, Algorithmen, Strukturen und Techniken ohne unnötige Einzelheit gezeigt werden, um ein Verschleiern der beispielhaften Ausführungsformen zu vermeiden.
Während veranschaulichende Ausführungsformen hierin in Einzelheit beschrieben worden sind, sollte verstanden werden, dass erfinderische Konzepte in vielfältiger Weise anderweitig ausgeführt und verwendet werden können, und dass die beigefügten Patentansprüche dazu gedacht sind, so ausgelegt zu werden, dass sie derartige Variationen enthalten, außer wo das durch den Stand der Technik begrenzt ist.

Claims

Eine lichtemittierende Vorrichtung aufweisend: ein Substrat, das eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist, eine epitaxische Struktur, die eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist, wobei die zweite Oberfläche der epitaxischen Struktur in der Nähe zu der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, eine erste Metallschicht, die eine erste Oberfläche und eine entgegengesetzte zweite Oberfläche aufweist, wobei die zweite Oberfläche der ersten Metallschicht in Richtung zu der ersten Oberfläche des Substrats zugewendet ist, und mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur, die eingerichtet ist, Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur erzeugt wird, einzusperren, wobei die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur eine Begrenzung mit niedrigem Brechungsindex bereitstellt, die das Licht in einer Mesa-Struktur, die von der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur zumindest teilweise umgeben ist, einsperrt.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur einen Graben in der epitaxischen Struktur aufweist, der die Mesa-Struktur zumindest teilweise umgibt.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Graben die Mesa-Struktur vollständig umgibt.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen der epitaxischen Struktur, die zwischen geätzten Flächen der epitaxischen Struktur eingestreut sind, aufweist.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei Anteile der einen oder mehreren nicht-geätzten Flächen und Anteile der geätzten Flächen ausgewählt sind, um ein gewünschtes Index-Führen, das durch die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur bereitgestellt wird, mit Streuungsverlusten, die durch die mindestens eine Lichteinsperrungsstruktur induziert werden, auszugleichen, wobei insbesondere die geätzten Flächen die nicht-geätzten Flächen begrenzen, um gesonderte Lichteinsperrungsbereiche der mindestens einen Lichteinsperrungsstruktur zu erzeugen, wobei weiter insbesondere die gesonderten Lichteingrenzungsbereiche eine oder mehrere speichenförmige Strukturen, die sich von einem Zentrum der Mesa-Struktur erstrecken, aufweisen.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die epitaxische Struktur einen ersten verteilten Bragg-Reflektor (kurz: DBR, distributed Bragg reflector)-Stapel und einen Quanten-Schacht (kurz: QW, quantum we//)-Bereich aufweist.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die epitaxische Struktur ferner einen zweiten DBR-Stapel aufweist und wobei der QW-Bereich zwischen dem ersten DBR-Stapel und dem zweiten DBR-Stapel liegt, wobei insbesondere der erste DBR-Stapel eine p-Dotierung aufweist, wobei der zweite DBR-Stapel eine n-Dotierung aufweist und wobei der erste DBR-Stapel näher an dem Substrat ist als der zweite DBR-Stapel, wobei weiter insbesondere die Mesa-Struktur ferner aufweist: einen ersten Kontakt, der von dem Graben umgeben ist, wobei das Substrat ein nicht-natürliches Substrat mit hoher thermischer Leitfähigkeit aufweist und wobei der erste Kontakt reflektierend und in Kontakt mit einem p-artigen Material ist, wobei noch weiter insbesondere die lichtemittierende Vorrichtung ferner eine Passivierungsschicht aufweist, die zwischen der ersten Metallschicht und der epitaxischen Struktur angeordnet ist.
Eine Halbleitervorrichtung aufweisend: ein nicht-natürliches Substrat und einen oberflächenemittierenden Diodenlaser (kurz: VCSEL), der eine erste Seite und eine zweite Seite, die in Richtung zu dem nicht-natürlichen Substrat zugewendet ist, aufweist, wobei von dem VCSEL erzeugtes Laserlicht durch die erste Seite des VCSEL emittiert wird, wobei der VCSEL aufweist: eine epitaxische Struktur, eine erste Metallschicht, die zwischen dem nicht-natürlichen Substrat und der epitaxischen Schicht liegt, und eine Lichteinsperrungsstruktur, die eingerichtet ist, Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur erzeugt wird, einzusperren, wobei die Lichteinsperrungsstruktur eine Begrenzung mit niedrigem Brechungsindex bereitstellt, die Licht in einer Mesa-Struktur, die von der Lichteinsperrungsstruktur zumindest teilweise umgeben ist, einsperrt.
Die Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Lichteinsperrungsstruktur einen Graben aufweist, der die Mesa-Struktur zumindest teilweise umgibt.
Die Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Lichteinsperrungsstruktur eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen der Lichteinsperrungsstruktur, welche zwischen geätzten Flächen der Lichteinsperrungsstruktur eingestreut sind, aufweist, wobei Anteile der einen oder der mehreren nicht-geätzten Flächen und Anteile der geätzten Flächen ausgewählt sind, um ein gewünschtes Index-Führen, das durch die Lichteinsperrungsstruktur bereitgestellt wird, mit Streuungsverlusten, die durch die Lichteinsperrungsstruktur induziert werden, auszugleichen, wobei insbesondere die geätzten Flächen die nicht-geätzten Flächen begrenzen, um gesonderte Lichteinsperrungsbereiche zu erzeugen, wobei weiter insbesondere die gesonderten Lichteinsperrungsbereiche eine oder mehrere speichenförmige Strukturen, die sich von einem Zentrum der Mesa-Struktur erstrecken, aufweisen.
Die Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die epitaxische Struktur einen ersten verteilten Bragg-Reflektor (kurz: DBR)-Stapel, einen zweiten DBR-Stapel und einen Quanten-Schacht (kurz: QW)-Bereich, der zwischen dem ersten DBR-Stapel und dem zweiten DBR-Stapel liegt, aufweist, wobei der erste DBR-Stapel dichter an dem nicht-natürlichen Substrat angeordnet ist als der zweite DBR-Stapel und wobei der erste DBR-Stapel eine p-Dotierung aufweist.
Ein oberflächenemittierender Diodenlaser (kurz: VCSEL)-Chip aufweisend: eine epitaxische Struktur, eine Kontaktschicht, die in der Nähe der epitaxischen Struktur angeordnet ist, und eine Lichteinsperrungsstruktur, die eingerichtet ist, um Licht, das innerhalb der epitaxischen Struktur erzeugt wird, einzusperren und, in Verbindung mit der Kontaktschicht, zu bewirken, dass das eingesperrte Licht von der Kontaktschicht weg emittiert wird, wobei die Lichteinsperrungsstruktur eine Begrenzung mit niedrigem Brechungsindex bereitstellt, die Licht in einer Mesa-Struktur, die von der Lichteinsperrungsstruktur zumindest teilweise umgeben ist, einsperrt.
Der VCSEL-Chip gemäß Anspruch 12, wobei die Lichteinsperrungsstruktur eine oder mehrere nicht-geätzte Flächen der epitaxischen Schicht, die zwischen geätzten Flächen der epitaxischen Schicht eingestreut sind, aufweist, und wobei Anteile der einen oder mehreren nicht-geätzten Flächen und Anteile der geätzten Flächen ausgewählt sind, um ein gewünschtes Index-Führen, das durch die Lichteinsperrungsstruktur bereitgestellt wird, mit Streuungsverlusten, die durch die Lichteinsperrungsstruktur induziert werden, auszugleichen.