DE102022204886A1 - Herstellung von halbleiterbauelementen, wie z.b. vcsels, mit einer oxidierten begrenzungsschicht - Google Patents

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Vladimir Iakovlev
Anders Larsson
Itshak Kalifa
Matan Galanty
Isabelle Cestier
Elad Mentovich
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Abstract

Verfahren zur Bildung einer zumindest teilweise oxidierten Begrenzungsschicht eines Halbleiterbauelements und entsprechende Halbleiterbauelemente werden bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Bildung von zwei oder mehr Schichten einer Halbleiterbauelement auf einem Substrat. Die Schichten umfassen eine freiliegende Schicht und eine zu oxidierende Schicht. Die zu oxidierende Schicht wird zwischen dem Substrat und der freigelegten Schicht angeordnet. Das Verfahren umfasst ferner das Ätzen eines Musters von Löchern, die sich durch die freiliegende Schicht mindestens bis zu einer ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht erstrecken, unter Verwendung eines Maskierungsprozesses. Jedes Loch des Lochmusters erstreckt sich in einer Richtung, die quer zu einer ebenen Fläche liegt, die parallel zur ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht ist. Das Verfahren umfasst ferner das Oxidieren der zu oxidierenden Schicht durch das Lochmuster hindurch, indem die zwei oder mehr Schichten des Halbleiterbauelements einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden, um eine Begrenzungsschicht zu bilden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf die Herstellung von Halbleiterbauelementen, die eine oxidierte Begrenzungsschicht enthalten. Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf die Herstellung von Oberflächenemittern (kurz VCSELs für Engl. vertical-cavity surface-emitting layers), die entsprechende Oxid-Begrenzungsschichten aufweisen.
  • HINTERGRUND
  • Verschiedene Halbleiterbauelemente, wie z. B. VCSELs, LEDs und Fotodioden, enthalten Komponenten, die so konfiguriert sind, dass sie für eine seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung sorgen. In VCSELs kann zum Beispiel ein vergrabener Tunnelübergang verwendet werden, um einen lateralen elektrischen und/oder optischen Begrenzung zu erreichen. Bei einigen VCSELs sind eine oder mehrere Schichten des VCSEL von etwa einem Umfang des VCSEL nach innen oxidiert, um eine oxidierte Schicht zu bilden, die für eine laterale elektrische und/oder optische Begrenzung sorgen kann.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert. Zur Veranschaulichung der Erfindung werden hier Aspekte und Ausführungsformen beschrieben, die in den Anwendungsbereich der Ansprüche fallen können oder auch nicht.
  • Seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung in VCSELs wird verwendet, um das elektrische Feld im aktiven Bereich des VCSELs so zu steuern, dass der aktive Bereich ausreichend optische Leistung für Laseraktivitäten erzeugt. In verschiedenen VCSELs wurde eine Vielzahl von Methoden angewandt, um eine geeignete laterale elektrische und/oder optische Begrenzung zu erreichen, wie z. B. die Verwendung eines vergrabenen Tunnelübergangs, Oxidbegrenzung und Ionenimplantationsbereiche (siehe z. B. die US-Patentanmeldung Nr. 17/249,224 , eingereicht am 24. Februar 2021, deren Inhalt hiermit in vollem Umfang übernommen wird). Eine ähnliche laterale elektrische und/oder optische Begrenzung ist in verschiedenen anderen Halbleiterbauelementen erforderlich.
  • Wie bereits erwähnt, werden bei einigen VCSELs eine oder mehrere Schichten des VCSEL von etwa einem Umfang der VCSEL-Mesa nach innen oxidiert, um eine geeignete seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung für die beabsichtigte Anwendung des VCSEL zu schaffen. Mit anderen Worten, eine oder mehrere Schichten des VCSEL werden von einem äußeren Rand der Schicht nach innen in Richtung eines mittleren Teils der Schicht oxidiert. Ein solcher Oxidationsprozess funktioniert jedoch nicht bei einer Vielzahl von Materialien. Beispielsweise können Schichten aus InAlGaAs und/oder InAlAs nicht effektiv vom äußeren Rand der Schicht in Richtung eines mittleren Teils der Schicht oxidiert werden, da der Sauerstoff nicht in der Lage ist, vom äußeren Rand in einer ausreichenden Tiefe in Richtung des mittleren Teils der Schicht einzudringen, um die Oxidation durchzuführen. Darüber hinaus ermöglichen derartige Oxidationsverfahren (z. B. Oxidation von einer peripheren Kante in einen mittleren Teil der Schicht) nicht die Bildung mehrerer Aperturen mit hochpräziser Kontrolle der Form oder Lage der Apertur in der Begrenzungsschicht. Daher gibt es technische Probleme bei der Oxidation von Materialschichten, durch die die Sauerstoffmobilität gering ist, und bei der Kontrolle der Form und/oder der Lage einer Apertur in einer oxidierten Begrenzungsschicht eines Halbleiterbauelements.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten technische Lösungen für diese technischen Probleme. Insbesondere bieten verschiedene Ausführungsformen Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit einer oxidierten Begrenzungsschicht, die ein Material mit geringer Sauerstoffmobilität und/oder eine oder mehrere Aperturen (z. B. Teile der Begrenzungsschicht, die nicht oxidiert sind) enthält, für die die Lage, Größe und/oder Form der Aperturen gesteuert werden. In verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich bei den Halbleiterbauelementen um VCSELs, Fotodioden und/oder andere Halbleiterbauelemente, in denen eine laterale elektrische und/oder optische Begrenzung gewünscht und/oder erforderlich ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bildung einer Vielzahl von Schichten des Halbleiterbauelements auf einem Substrat. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl von Schichten mindestens zwei Schichten - eine zu oxidierende Schicht und eine freigelegte Schicht. Die zu oxidierende Schicht ist zwischen der freiliegenden Schicht und dem Substrat angeordnet, und die freiliegende Schicht hat eine erste Oberfläche, die der Umgebung ausgesetzt ist. Die freiliegende Schicht ist beispielsweise so auf der zu oxidierenden Schicht ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der freiliegenden Schicht an eine erste Oberfläche der zu oxidierenden Schicht angrenzt, ihr unmittelbar benachbart ist und/oder auf ihr ausgebildet ist. Auf der ersten Oberfläche der freiliegenden Schicht hat sich (noch) keine weitere Schicht gebildet.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren das Ausbilden eines Musters von Löchern (Lochmuster) durch die freiliegende Schicht mindestens bis zur ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht. Beispielsweise umfasst das Lochmuster eine Vielzahl von Löchern, die durch die freiliegende Schicht von der ersten Oberfläche der freiliegenden Schicht bis zur zweiten Oberfläche der freiliegenden Schicht gebildet (z. B. geätzt) werden. Der partielle und/oder im Prozess befindliche Halbleiter, der das Substrat, die zu oxidierende Schicht, die freiliegende Schicht mit dem durch sie hindurch gebildeten Lochmuster und möglicherweise andere Schichten zwischen dem Substrat und der zu oxidierenden Schicht umfasst, wird dann einem oxidierenden Gas (z. B. einem Gas, das Wasserdampf enthält) ausgesetzt. Das oxidierende Gas oxidiert einen Teil der zu oxidierenden Schicht, um eine Begrenzungsschicht mit einer oder mehreren darin definierten Löchern zu bilden, in der das Material der zu oxidierenden Schicht nicht oxidiert wurde. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Lage und Form der einen oder mehreren Löchern durch das Lochmuster definiert.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Bildung einer zumindest teilweise oxidierten Begrenzungsschicht einer Halbleiterbauelement bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Bildung von zwei oder mehr Schichten einer Halbleiterbauelement auf einem Substrat. Die zwei oder mehr Schichten umfassen eine freiliegende Schicht und eine zu oxidierende Schicht. Die zu oxidierende Schicht wird zwischen dem Substrat und der freigelegten Schicht angeordnet. Das Verfahren umfasst ferner das Ätzen eines Musters von Löchern, die sich durch die freiliegende Schicht mindestens bis zu einer ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht erstrecken, unter Verwendung eines Maskierungsprozesses. Die erste Oberfläche der zu oxidierenden Schicht ist eine Oberfläche der zu oxidierenden Schicht, die im Allgemeinen parallel zu einer ebenen Fläche (Ebene) liegt, die durch eine Oberfläche des Substrats definiert ist, die der freigelegten Schicht am nächsten liegt. Jedes Loch des Lochmusters erstreckt sich in einer Richtung, die quer zu der ebenen Fläche liegt. Das Verfahren umfasst ferner das Oxidieren der zu oxidierenden Schicht durch das Lochmuster hindurch, indem die zwei oder mehr Schichten des Halbleiterbauelements einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden, um eine Begrenzungsschicht zu bilden.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfassen die zwei oder mehr Schichten außerdem mindestens eine aktive Schicht mit einem Material auf InP-Basis. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die zu oxidierende Schicht InAlGaAs und/oder InAlAs, und die Begrenzungsschicht umfasst oxidiertes InAlGaAs und/oder InAlAs. In einem Ausführungsbeispiel hat jedes Loch des Lochmusters mindestens einen engsten Nachbarn, der nicht mehr als zehn Mikrometer vom Loch entfernt ist. In einem Ausführungsbeispiel hat jedes Loch des Lochmusters einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 Mikrometern.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist das Halbleiterbauelement ein Oberflächenemitter (VCSEL), die zwei oder mehr Schichten umfassen einen ersten Reflektor und einen aktiven Bereich, und der erste Reflektor ist zwischen dem Substrat und dem aktiven Bereich angeordnet. Der VCSEL umfasst ferner einen zweiten Reflektor, und der aktive Bereich ist zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der zu oxidierenden Schicht um eine der folgenden Schichten: (a) eine Abstandsschicht zwischen dem aktiven Bereich und dem zweiten Reflektor oder (b) eine Schicht des zweiten Reflektors. In einem Ausführungsbeispiel ist der VCSEL so konfiguriert, dass er Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge in einem Bereich von 1200-2000 nm emittiert. In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner, dass nach der Bildung der Begrenzungsschicht der zweite Reflektor auf der freiliegenden Schicht gebildet oder aufgeklebt wird. In einem Ausführungsbeispiel weist die freiliegende Schicht nach dem Ausbilden oder Aufkleben des zweiten Reflektors auf die freiliegende Schicht immer noch das Lochmuster auf. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Begrenzungsschicht mindestens einen Aperturabschnitt, wobei der Aperturabschnitt ein nicht oxidierter Teil der Begrenzungsschicht ist, der eine elektro-optische Apertur des VCSEL definiert. In einem Ausführungsbeispiel definiert die Form des Aperturabschnitts ein optisches Strahlprofil und die Polarisation des vom VCSEL emittierten Lichts. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der mindestens eine Aperturabschnitt zwei oder mehr Aperturabschnitte, wobei der VCSEL so konfiguriert ist, dass er Licht durch zwei oder mehr optische Aperturen emittiert, wobei jede der zwei oder mehr optischen Aperturen durch ein entsprechendes der zwei oder mehr Aperturabschnitte definiert ist. In einem Ausführungsbeispiel wird der mindestens eine Aperturabschnitt durch das Lochmuster definiert. In einem Ausführungsbeispiel definiert das Lochmuster die Form und das Muster mindestens einer elektro-optischen Apertur einer Single- und/oder Multi-Mode-VCSEL-Konfiguration.
  • Gemäß einem anderen Aspekt wird ein VCSEL bereitgestellt. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der VCSEL einen ersten Reflektor, der auf einem Substrat ausgebildet ist; einen zweiten Reflektor; einen aktiven Bereich, der zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor angeordnet ist; eine Begrenzungsschicht; und eine gemusterte Schicht. Die Begrenzungsschicht umfasst ein oxidiertes Muster und mindestens einen Aperturabschnitt. Der Aperturabschnitt ist ein nicht oxidierter Teil der Begrenzungsschicht, der eine elektro-optische Apertur des VCSEL definiert. Die gemusterte Schicht umfasst ein Lochmuster, das dem oxidierten Muster entspricht.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst der mindestens eine Aperturabschnitt zwei oder mehr Aperturabschnitte, und der VCSEL ist so konfiguriert, dass er Licht durch zwei oder mehr optische Aperturen emittiert, wobei jede der zwei oder mehr optischen Aperturen einem der zwei oder mehr Aperturabschnitte entspricht. In einem Ausführungsbeispiel sind die Begrenzungsschicht und die gemusterte Schicht unmittelbar benachbarte Schichten und sind (a) zwischen dem aktiven Bereich und dem zweiten Reflektor oder (b) innerhalb des zweiten Reflektors angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel definiert die Form des Aperturabschnitts ein optisches Strahlprofil und die Polarisation des vom VCSEL durch die optische Apertur emittierten Lichts. In einem Ausführungsbeispiel ist der VCSEL so konfiguriert, dass er Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge in einem Bereich von 1200-2000 nm emittiert.
  • Verfahren zur Bildung einer zumindest teilweise oxidierten Begrenzungsschicht eines Halbleiterbauelements und entsprechende Halbleiterbauelemente werden bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Bildung von zwei oder mehr Schichten eines Halbleiterbauelements auf einem Substrat. Die Schichten umfassen eine freiliegende Schicht und eine zu oxidierende Schicht. Die zu oxidierende Schicht wird zwischen dem Substrat und der freigelegten Schicht angeordnet. Das Verfahren umfasst ferner das Ätzen eines Musters von Löchern, die sich durch die freiliegende Schicht mindestens bis zu einer ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht erstrecken, unter Verwendung eines Maskierungsprozesses. Jedes Loch des Lochmusters erstreckt sich in einer Richtung, die quer zu einer ebenen Fläche liegt, die parallel zur ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht ist. Das Verfahren umfasst ferner das Oxidieren der zu oxidierenden Schicht durch das Lochmuster hindurch, indem die zwei oder mehr Schichten des Halbleiterbauelements einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden, um eine Begrenzungsschicht zu bilden.
  • Jedes Merkmal eines Aspekts oder einer Ausführungsform kann auf andere Aspekte oder Ausführungsformen angewandt werden, und zwar in jeder geeigneten Kombination. Insbesondere kann jedes Merkmal eines Verfahrensaspekts oder einer -ausführungsform auf einen Geräteaspekt oder eine -ausführungsform angewandt werden und umgekehrt.
  • Figurenliste
  • Nach dieser allgemeinen Beschreibung der Erfindung wird nun auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, die nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und in denen die Erfindung dargestellt ist:
    • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Oberflächenemitters (VCSEL) in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse des VCSEL verläuft, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines VCSEL in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Emissionsachse des VCSEL entlang der in 1 gezeigten AA-Linie verläuft, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
    • 2B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines VCSEL mit einer Vielzahl von Löchern in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Emissionsachse des VCSEL liegt, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das verschiedene Prozesse, Verfahren und/oder Vorgänge zur Herstellung eines Halbleiters mit einer Begrenzungsschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel illustriert;
    • Die 4A-4C veranschaulichen einige der Schritte zur Herstellung eines VCSEL wie des in 1 dargestellten VCSEL gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines VCSEL in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse des VCSEL verläuft, in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel;
    • Die 6A-6C veranschaulichen einige der Schritte zur Herstellung eines VCSEL wie des in 5 dargestellten VCSEL gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines VCSEL in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse des VCSEL verläuft, in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • Die 8A-8C veranschaulichen einige der Schritte zur Herstellung eines VCSEL wie des in 7 dargestellten VCSEL gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines VCSEL in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse des VCSEL verläuft, in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 10 zeigt ein Flussdiagramm, das verschiedene Prozesse, Verfahren und/oder Vorgänge zur Herstellung eines Halbleiters mit mehreren Begrenzungsschichten gemäß einem Ausführungsbeispiel illustriert; und
    • Die 11A-11F veranschaulichen einige der Schritte zur Herstellung eines VCSEL mit mehreren Begrenzungsschichten, wie der in 9 dargestellte VCSEL, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen einige, aber nicht alle Ausführungsformen der Erfindungen dargestellt sind, ausführlicher beschrieben. In der Tat können diese Erfindungen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollten nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt verstanden werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung den geltenden rechtlichen Anforderungen genügt. Gleiche Nummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente. Begriffe wie „oben“, „unten“, „vorne“ usw. werden in den nachstehenden Beispielen zu Erklärungszwecken verwendet, um die relative Position bestimmter Komponenten oder Teile von Komponenten zu beschreiben. Dementsprechend kann beispielsweise der Begriff „obere Stromausbreitungsschicht“ verwendet werden, um eine Stromausbreitungsschicht zu beschreiben; die Stromausbreitungsschicht kann sich jedoch oben oder unten befinden, je nach der Ausrichtung des beschriebenen Gegenstands. Die hier verwendeten Begriffe „annähernd“ und „im Wesentlichen“ beziehen sich auf Toleranzen innerhalb geeigneter Fertigungs- und/oder technischer Standards.
  • Verschiedene Ausführungsformen bieten Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit einer Begrenzungsschicht. Die Begrenzungsschicht umfasst eine oder mehrere Aperturen mit entsprechenden Positionen und/oder Formen, die durch ein Muster von Löchern gesteuert werden, durch die eine zu oxidierende Schicht oxidiert wird, um die Begrenzungsschicht zu bilden. Verschiedene Ausführungsformen stellen Halbleiterbauelemente wie VCSELs, Photodioden und/oder dergleichen bereit, die so hergestellt sind, dass sie eine Begrenzungsschicht mit einer oder mehreren Aperturen mit entsprechenden Positionen und/oder Formen aufweisen, die durch Oxidation über ein Lochmuster gesteuert werden. Im Folgenden werden vier Ausführungsbeispiele für solche VCSELs sowie ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung solcher VCSELs beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass, während verschiedene Ausführungsformen in Bezug auf VCSELs beschrieben werden, VCSELs ein Beispiel für verschiedene Halbleiterbauelemente sind, die unter Verwendung verschiedener Ausführungsformen zur Herstellung einer Begrenzungsschicht über ein Lochmuster hergestellt werden können.
  • Ein erstes VCSEL-Beispiel
  • 1 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Oberflächenemitters(VCSEL) 100, wobei der Querschnitt in einer Ebene aufgenommen ist, die die Emissionsachse 101 umfasst (z. B. in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse 101 verläuft). Das erste Beispiel eines VCSEL 100 ist ein VCSEL mit einer strukturierten InP-Schicht, die ein Lochmuster aufweist, durch das eine oxidierte Schicht oxidiert wurde, um eine elektrische und/oder optische Apertur des VCSEL zu bilden. In verschiedenen Ausführungsformen ist ein VCSEL 100 so konfiguriert, dass er Licht 5 zur Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen emittiert, z. B. zur faseroptischen Datenübertragung in Hochgeschwindigkeits-Faseroptik-Kommunikationssystemen. In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 100 so konfiguriert, dass er Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge von 910-2000 nm oder im Wellenlängenbereich von 1200-2000 nm emittiert. Der VCSEL 100 wird auf einem Substrat 105, wie z. B. einem Siliziumsubstrat, einem GaAs-Substrat und/oder einem anderen geeigneten Substrat, gebildet und/oder hergestellt.
  • In verschiedenen Szenarien kann eine Vielzahl von VCSELs 100 auf einem großen Substrat 105 (z. B. einem Wafer) erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel hat das Substrat (z. B. Wafer) mindestens eine Abmessung (z. B. Länge, Breite oder Radius), die größer als zwei Zoll ist. Nach der Herstellung eines oder mehrerer VCSELs und/oder anderer elektrischer und/oder optischer Bauelemente auf dem Substrat kann das Substrat (z. B. Wafer) in mehrere Chips zerlegt werden. Beispielsweise können die auf dem Substrat (z. B. Wafer) gebildeten VCSEL 100 und/oder elektrooptischen Systeme durch ein Dicing-Verfahren getrennt, als Array von VCSEL verwendet, in ein integriertes VCSEL-System eingebaut und/oder ähnliches werden, je nach Anwendung.
  • Die Struktur des VCSEL 100 umfasst eine aktive Materialstruktur, die zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist. In 1 ist beispielsweise die Struktur des aktiven Materials 107 dargestellt, die zwischen einem ersten Reflektor 106 und einem zweiten Reflektor 104 angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die aktive Materialstruktur 107 so konfiguriert, dass sie Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge erzeugen kann. In verschiedenen Ausführungsformen bilden der erste und der zweite Reflektor 106, 104 dazwischen einen Hohlraum, der so konfiguriert ist, dass das von der aktiven Materialstruktur 107 erzeugte Licht als Laserstrahl und/oder Laserpulse emittiert wird. So kann der VCSEL 100 beispielsweise Licht durch den zweiten Reflektor 104 oder durch den ersten Reflektor 106 emittieren, je nach Anwendung. In einem Ausführungsbeispiel ist der VCSEL 100 so konfiguriert, dass er als „Flip-Chip“ montiert werden kann und Licht durch den ersten Reflektor 106 und das Substrat 105 emittiert. In einer anderen Ausführungsform ist der VCSEL 100 so konfiguriert, dass er Licht durch den zweiten Reflektor 104 emittiert, wie in 1 dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen, bei denen das Licht durch den ersten Reflektor 106 in das Substrat emittiert oder mit einem Wellenleiter (z. B. einem Siliziumwellenleiter und/oder einem anderen Wellenleiter) gekoppelt wird, liegt die Emissionswellenlänge des Lichts 5 für den VCSEL 100 beispielsweise im Bereich von 1100-2000 nm. Wie in 1 zu sehen ist, definiert die Richtung, in der das Licht 5 vom VCSEL 100 emittiert wird, eine Emissionsachse 101 des VCSEL. In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 100 im Allgemeinen rotationssymmetrisch und/oder radial symmetrisch um die Emissionsachse 101. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Emissionsrichtung in Richtung des ersten Reflektors 106 ausgerichtet sein (z. B. in einer von unten emittierenden und/oder Flip-Chip-Konfiguration).
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfassen der erste Reflektor 106 und/oder der zweite Reflektor 104 Reflektorstapel (z. B. dielektrische Schichtstapel). Beispielsweise können der erste Reflektor 106 und/oder der zweite Reflektor 104 undotierte Halbleiterspiegel mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR) sein. Der erste Reflektor 106 und/oder der zweite Reflektor 104 können beispielsweise undotierte abwechselnde Schichten aus Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs) und Gallium-Arsenid (GaAs) umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Reflektor 104 einen DBR-Spiegel und der erste Reflektor 106 ein MEMS-Bauteil (mikroelektromechanische Systeme) umfassen. Ein MEMS-Bauteil kann zum Beispiel auf dem Substrat 105 hergestellt werden, um den ersten Reflektor 106 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der erste Reflektor 106 ein MEMS-Hochkontrastgitter (kurz HCG für Engl. high-contrast grating). In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 106 ein hybrider Reflektor sein, der eine Kombination aus MEMS-Komponenten und Reflektorstapeln, wie DBR-Spiegeln, umfasst.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein MEMS-HCG ein dünnes Element mit einem Gittermuster darauf/darin, wobei die Periode des Gittermusters kleiner ist als die charakteristische Wellenlänge des entsprechenden VCSEL 100. In solchen Ausführungsformen wird das Gittermuster in einem ersten Material gebildet und ist von einem zweiten Material umgeben und/oder darin eingebettet, wobei das zweite Material einen niedrigeren Brechungsindex als das erste Material aufweist. In verschiedenen Ausführungsformen, in denen der erste Reflektor 106 ein MEMS-Bauteil (z. B. ein MEMS-HCG) umfasst, kann das MEMS-Bauteil mit lateraler Kopplungsfunktionalität hergestellt werden, so dass es möglich ist, das von dem VCSEL emittierte Licht 5 direkt in eine laterale Richtung oder in beide laterale Richtungen einzukoppeln. In verschiedenen Ausführungsformen ist eine seitliche Richtung eine Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Ebene verläuft, die durch eine Oberfläche des Substrats 105 definiert ist. Beispielsweise kann die MEMS-Komponente des ersten Reflektors 106 (z. B. MEMS-HCG und/oder ähnliches) verwendet werden, um den VCSEL optisch an eine andere optische und/oder elektrooptische Komponente zu koppeln, die auf dem Substrat 105 ausgebildet und/oder daran befestigt ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 106 so betrieben und/oder konfiguriert werden, dass er die Form und/oder Polarisation des vom VCSEL 100 emittierten Lichtstrahls und/oder Lichtpulses 5 steuert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 106 so betrieben werden und/oder so konfiguriert sein, dass er die Wellenlänge des vom VCSEL 100 emittierten Lichts abstimmt.
  • Die aktive Materialstruktur 107 kann zwischen dem ersten und dem zweiten Reflektor 106, 104 angeordnet sein und einen aktiven Bereich 114 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der aktive Bereich 114 einen Stapel von Quantentopf- und/oder Quantenpunktschichten. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der aktive Bereich 114 eine oder mehrere aktive Schichten aus einem InP-basierten Material. Die aktive Materialstruktur 107 kann ferner einen Tunnelübergang 112 enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Apertur 113 in einer Begrenzungsschicht 111 ausgebildet. In verschiedenen Ausführungsformen wird Licht durch Injektion von elektrischem Strom durch eine Strombegrenzungsapertur erzeugt, die durch die Apertur 113 in einer Begrenzungsschicht 111 definiert ist. Die optische(n) Mode(s) des VCSEL wird/werden in der optischen Begrenzungsapertur eingeschlossen. In verschiedenen Ausführungsformen dient die Apertur 113 in der Begrenzungsschicht 111 als optische und elektrische Begrenzungsapertur für den VCSEL 100.
  • In verschiedenen Beispielen umfasst der aktive Bereich 114 zwischen den Reflektoren 104 und 106 eine Vielzahl von Quantenmulden, in denen Licht 5 erzeugt wird. In einigen Beispielen kann der aktive Bereich 114 Multi-Quantum-Well- und/oder Dots-Schichten (MQLs) von VCSEL-Verstärkungsmedien umfassen. Die MQLs können beispielsweise aus einem Stapel oder einer Reihe von Quantentöpfen bestehen, die zwischen einer Reihe von (Quanten-)Barrieren angeordnet sind. In verschiedenen Ausführungsformen sind die MQL so konfiguriert, dass sie Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die MMS so konfiguriert, dass sie Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 1200-2000 nm erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen werden die MMS aus GaAs- oder InP-basierten Halbleitermaterialien gebildet.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die aktive Materialstruktur 107 einen p-Typ-Bereich (Schicht), der zwischen der zweiten stromverteilenden Schicht 108 und den MQL-Stapeln außerhalb des Tunnelübergangs angeordnet ist, und einen Tunnelübergang 112, der auf dem p-Typ-Bereich (Schicht) angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Tunnelübergang 112 eine oder mehrere Tunnelübergangs-Teilschichten. Zum Beispiel kann der Tunnelübergang 112 eine p++-Tunnelübergangsunterschicht und eine n++-Tunnelübergangsunterschicht umfassen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Tunnelübergang 112 aus einer Schicht gebildet, die sich über die aktive Materialstruktur 107 erstreckt. Beispielsweise wird eine Tunnelübergangsform 412 (siehe 4A) durch epitaktisches Aufwachsen einer oder mehrerer Schichten aus Halbleitermaterial und/oder erneutes Aufwachsen und/oder Überwachsen der einen oder mehreren Schichten gebildet. In einem Ausführungsbeispiel wird der Tunnelübergang 112 durch erneutes Aufwachsen und/oder Überwachsen der Tunnelübergangsform 412 gebildet, wodurch der Tunnelübergang 112 eine p++-Tunnelübergangs-Teilschicht und eine n++-Tunnelübergangs-Teilschicht enthält.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 100 eine Begrenzungsschicht 111, die so konfiguriert ist, dass sie für eine seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung sorgt. Die Begrenzungsschicht wird in verschiedenen Ausführungsformen durch Oxidieren einer zu oxidierenden Schicht 482 (siehe 4B) gebildet, um eine Begrenzungsschichtform 411 (siehe 4C) zu bilden, die eine Apertur 113 definiert. In einem Ausführungsbeispiel weist die Begrenzungsschicht 111 eine Apertur 113 auf und/oder definiert eine Apertur 113 in ihr und/oder durch sie hindurch, die als Strombegrenzungsapertur und als optische Begrenzungsapertur wirkt. Beispielsweise kann ein Teil der zu oxidierenden Schicht nicht oxidiert sein, so dass ein nicht oxidierter Teil der Begrenzungsschicht eine Apertur 113 aufweist und/oder definiert, durch die ein elektrischer und/oder optischer Durchfluss möglich ist. In verschiedenen Ausführungsformen definiert die Apertur 113 die Emissionsapertur des VCSEL 100. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Begrenzungsschicht eine aluminiumhaltige Verbindung. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Begrenzungsschicht beispielsweise InAlGaAs und/oder InAlAs (z. B. p-dotiertes InAlGaAs und/oder InAlAs) und oxidiertes InAlGaAs und/oder InAlAs.
  • 2A zeigt einen Querschnitt des VCSEL 100 entlang der in 1 dargestellten AA-Linie (z. B. in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Emissionsachse 101 verläuft). Wie in 2A zu sehen ist, umfasst die Begrenzungsschicht 111 einen oxidierten Teil 184 und nicht oxidierte Teile 186. Die nicht oxidierten Abschnitte 186 umfassen die Apertur 113 und periphere Abschnitte der Begrenzungsschicht 111. In verschiedenen Ausführungsformen ist der oxidierte Abschnitt 184 durchgehend, so dass ein zusammenhängender oxidierter Abschnitt 184 vorhanden ist. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der oxidierte Abschnitt 184 oxidiertes InAlGaAs und/oder InAlAs (z. B. InAlGaAs-Oxid und/oder InAlAs-Oxid) und die nicht oxidierten Abschnitte 186 umfassen InAlGaAs und/oder InAlAs. In einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst der oxidierte Teil 184 oxidiertes AlGaAs (z. B. AlGaAs-Oxid) und die nicht oxidierten Teile 186 umfassen AlGaAs. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die zu oxidierende Schicht eine aluminiumhaltige Verbindung.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird die Begrenzungsschicht 111 durch Oxidation einer zu oxidierenden Schicht durch ein Lochmuster 185 gebildet (siehe 4B). Beispielsweise umfasst der VCSEL 100 eine gemusterte Schicht 188 mit einer Vielzahl von Löchern 118, die durch sie hindurchgehen und das Lochmuster 185 bilden. Beispielsweise erstreckt sich jedes der Löcher 118 des Lochmusters 185 in einer Richtung, die quer zu einer Ebene verläuft, die durch eine erste Oberfläche der strukturierten Schicht 188, eine zweite Oberfläche der strukturierten Schicht 188 und/oder eine Oberfläche des Substrats 105 definiert ist. In einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Löcher 118 zum Beispiel in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse 101 verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich jedes der Löcher 118 des Lochmusters von der ersten Oberfläche der strukturierten Schicht 188 zu der zweiten Oberfläche der strukturierten Schicht 188 und/oder mindestens zu einer ersten Oberfläche der Begrenzungsschicht 111. In einem Ausführungsbeispiel wird das Lochmuster 185 durch die zweite Stromverteilungsschicht 108 hindurch gebildet und/oder geätzt. In einem Ausführungsbeispiel ist die gemusterte Schicht 188 die zweite stromverteilende Schicht 108. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine zu oxidierende Schicht 482 durch das Lochmuster 185 hindurch oxidiert, um die Begrenzungsschicht 111 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die gemusterte Schicht 188 InP vom p-Typ.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Lochmuster 185 eine Vielzahl von Löchern. In einem Ausführungsbeispiel hat jedes der Löcher einen Durchmesser DH. In verschiedenen Ausführungsbeispielen liegt der Lochdurchmesser DH in einem Bereich von 0,5 bis 5 Mikrometern. In verschiedenen Ausführungsformen haben die Löcher des Lochmusters 185 verschiedene Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 Mikrometern. In verschiedenen Ausführungsformen hat der Teil der Begrenzungsschicht 111, der durch ein bestimmtes Loch 118 oxidiert wird, einen Durchmesser Do. In einer Beispielsausführungsform beträgt der Oxidationsdurchmesser Do bis zu 10 Mikrometer. Zum Beispiel hat die Oxidation der Begrenzungsschicht 111, die durch das Loch 118 erfolgt, eine seitliche Ausbreitung (z. B. eine Ausbreitung in einer seitlichen Richtung vom Loch 118) von bis zu 10 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Oxidationsdurchmesser Do bis zu vier Mikrometer. In verschiedenen Ausführungsformen hat das Lochmuster einen größten Abstand s der nächsten Nachbarn von 10 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel ist der nächste Nachbar eines ersten Lochs 118 ein zweites Loch 118, das dem ersten Loch am nächsten ist, und der nächste Nachbarabstand für das erste Loch ist der Abstand zwischen dem ersten Loch und dem zweiten Loch. Beispielsweise ist der größte nächste Nachbarabstand s so konfiguriert, dass der oxidierte Abschnitt 184 zusammenhängend ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist das Muster der Löcher 185 im Allgemeinen wabenförmig und/oder sechseckig. Zum Beispiel hat ein Loch im Allgemeinen sechs gleichmäßig beabstandete nächste Nachbarn. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Lochmuster nicht regelmäßig um die Apertur 113 herum angeordnet. Zum Beispiel ist das Lochmuster 185 so konfiguriert, dass der oxidierte Teil 184 eine Apertur 113 mit einer bestimmten Form, Größe und Lage definiert. Zum Beispiel definiert das Lochmuster 185 die Form, Größe und Lage der Apertur 113.
  • Bei dem in den 1 und 2A dargestellten Ausführungsbeispiel des VCSEL 100 handelt es sich um eine VCSEL-Konfiguration mit einer einzigen Apertur. Insbesondere umfasst der in den 1 und 2A dargestellte VCSEL 100 eine Apertur 113, die durch das Lochmuster 185 definiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 100 mehr als eine Apertur. 2B ähnelt der 2A, zeigt jedoch einen Querschnitt in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Emissionsachse 101 eines Beispiel-VCSEL mit einer VCSEL-Konfiguration mit mehreren Aperturen verläuft. Insbesondere umfasst der in 2B dargestellte VCSEL mehrere Aperturen 113 (z. B. 113A, 113B, 113C, 113D). In verschiedenen Ausführungsformen kann die Begrenzungsschicht 111 zwei oder mehr Aperturen umfassen und/oder definieren. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst und/oder definiert die Begrenzungsschicht 111 nicht mehr als zehn Aperturen. So kann beispielsweise eine einzige Struktur aus aktivem Material 107 verwendet werden, um ein Array von VCSELs zu erzeugen. Das Lochmuster 185 definiert die Lage, Größe und Form jeder der Aperturen 113.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird die Form der Apertur(en) 113 durch das Muster der Löcher 185 definiert. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Apertur(en) 113 rund, elliptisch mit verschiedenen Exzentrizitätswerten und/oder dergleichen. In verschiedenen Ausführungsformen definiert die Form der Apertur 113 ein optisches Strahlprofil und/oder die Polarisation des Lichts 5, das vom VCSEL 100 durch die Apertur 113 emittiert wird. Verschiedene Ausführungsformen ermöglichen beispielsweise die Herstellung eines Arrays von VCSELs, bei dem jeder VCSEL des Arrays Licht mit einer anderen Polarisation aussendet, was Polarisationsmultiplexing (PDM) ermöglicht.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst die aktive Materialstruktur 107 in verschiedenen Ausführungsformen außerdem eine erste und eine zweite Stromverteilungsschicht 110, 108. Beispielsweise können die erste und die zweite stromverteilende Schicht als globale Kontakte fungieren, die Spannung und/oder Strom an die aktive Materialstruktur 107 liefern. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste und/oder zweite stromverteilende Schicht 110, 108 eine Kontaktschicht 116 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kontaktschicht 116 eine dünne Metallschicht (z. B. ein dünner Metallring) sein, die so konfiguriert ist, dass sie Strom über eine entsprechende der ersten und/oder zweiten stromverteilenden Schicht 110, 108 verteilt. Zum Beispiel kann die Kontaktschicht 116 den Strom über die zweite Stromverteilungsschicht 108 mit einem geringeren Widerstand verteilen, als wenn der Strom über die zweite Stromverteilungsschicht 108 durch die zweite Stromverteilungsschicht 108 allein verteilt wird. In verschiedenen Ausführungsformen sind die erste und die zweite Stromverteilungsschicht 110, 108 so konfiguriert (möglicherweise mit entsprechender(n) Kontaktschicht(en) 116), dass sie eine elektrische Vorspannung (z. B. eine Spannungsdifferenz und/oder einen Strom) an Oberflächen des aktiven Bereichs 114 liefern, die im Wesentlichen senkrecht zur Emissionsachse 101 verlaufen. Beispielsweise können die erste und die zweite Stromspreizschicht 110, 108 (möglicherweise mit entsprechender(n) Kontaktschicht(en) 116) so konfiguriert sein, dass sie eine Spannungsdifferenz und/oder einen Strom zwischen einer Oberfläche des aktiven Bereichs 114, die an die erste Stromspreizschicht 110 angrenzt und/oder an dieser anliegt, und einer Oberfläche des aktiven Bereichs 114, die einen Tunnelübergang 112 umfasst und an die Begrenzungsschicht 111 angrenzt, bereitstellen.
  • Die Stromspreizschichten 108 und 110 können n-Typ-Indiumphosphid-Schichten (n-InP) umfassen. Die Herstellung des elektrischen Kontakts zum aktiven Bereich 114 durch die n-Typ-Stromspreizschichten 110, 108 kann es beispielsweise ermöglichen, dass der erste Reflektor 106 und/oder der zweite Reflektor 104 aus undotierten Halbleiter-DBR-Spiegeln bestehen. In einigen Beispielen erzeugt der Herstellungsprozess des VCSEL eine Mesa-Struktur, die durch den aktiven Bereich 114, die zweite Stromspreizschicht 108 und den zweiten Reflektor 104 dargestellt wird. Die Mesa-Struktur kann auf den darunter liegenden Strukturen (z. B. der ersten Stromausbreitungsschicht 110, dem ersten Reflektor 106, dem Substrat 105 und/oder dergleichen) gebildet werden. Der Herstellungsprozess kann zum Beispiel reaktives Ionenätzen (RIE) und chemisches Ätzen durch die verschiedenen Schichten umfassen, um eine Mesa-Struktur zu bilden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 100 außerdem erste Kontakte 120A und zweite Kontakte 120B. Zum Beispiel können die ersten Kontakte 120A in elektrischer Verbindung mit der ersten Stromverteilungsschicht 110 stehen. Die zweiten Kontakte 120B können in elektrischer Verbindung mit der zweiten stromverteilenden Schicht 108 stehen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die ersten Kontakte 120A und die zweiten Kontakte 120B so konfiguriert, dass sie den VCSEL 100 in elektrischer Verbindung mit einer externen Strom- und/oder Spannungsquelle (z. B. einem VCSEL-Treiber und/oder dergleichen) halten.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 100 so konfiguriert, dass er optisch modulierte Datenbits durch optische Fasern und/oder Wellenleiter mit einer Modulationsgeschwindigkeit von bis zu 50 Gigabit pro Sekunde (Gb/s) oder schneller übertragen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann der VCSEL 100 Licht 5 mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm emittieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann der VCSEL 100 Licht 5 mit einer Wellenlänge im Bereich von 1200-2000 nm emittieren.
  • Beispielhafte Methode zur Herstellung eines ersten Beispiel-VCSEL
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das verschiedene Prozesse, Verfahren, Vorgänge und/oder dergleichen zur Herstellung eines Halbleiters mit einer oxidierten Begrenzungsschicht veranschaulicht. Das in 3 gezeigte Verfahren kann beispielsweise zur Herstellung verschiedener Ausführungen von VCSELs, wie den in 1 dargestellten VCSELs 100, verwendet werden. Die 4A-4C zeigen verschiedene Stufen der Herstellung eines VCSEL 100.
  • Beginnend mit Schritt/Vorgang 302 werden zwei oder mehr Schichten eines Halbleiterbauelements auf einem Substrat gebildet. Die zwei oder mehr Schichten bestehen aus einer freiliegenden Schicht 480 und einer zu oxidierenden Schicht 482. Die zu oxidierende Schicht 482 ist zwischen dem Substrat 105 und der freiliegenden Schicht 480 angeordnet.
  • Zum Beispiel werden, wie in 4A gezeigt, eine oder mehrere Schichten eines VCSEL-Rohlings 400 auf einem Substrat 105 gebildet. So wird beispielsweise eine erste Reflektorform 406 auf dem Substrat 105 gebildet, hergestellt und/oder aufgewachsen. Zusätzlich werden eine oder mehrere Schichten auf der ersten Reflektorform 406 epitaktisch aufgewachsen, wie z. B. eine erste Stromspreizschichtform 410, eine aktive Regionform 414, eine Tunnelübergangsform 412, eine zu oxidierende Schicht 482 und eine zweite Stromspreizschichtform 408. In verschiedenen Ausführungsformen ist die zu oxidierende Schicht 482 eine Abstandsschicht und/oder ein Teil der zweiten stromverteilenden Schicht 108. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die zu oxidierende Schicht 482 InAlGaAs und/oder InAlAs (z. B. p-dotiertes InAlGaAs und/oder InAlAs). In einem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite stromverteilende Schichtform 408 InP (z. B. p-dotiertes InP). In verschiedenen Ausführungsformen ist die zweite stromverteilende Schicht 408 eine freiliegende Schicht 480.
  • Beispielsweise ist die erste Reflektorform 406 so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der ersten Reflektorform 406 auf einer ersten Oberfläche des Substrats 105 ausgebildet ist. Die erste Stromverteilungsschichtform 410 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der ersten Stromverteilungsschichtform 410 auf einer ersten Oberfläche der ersten Reflektorform 406 ausgebildet ist. Der aktive Bereich 414 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche des aktiven Bereichs 414 auf einer ersten Oberfläche der ersten Stromspreizschicht 410 ausgebildet ist. Die Tunnelübergangsform 412 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der Tunnelübergangsform 412 auf einer ersten Oberfläche der ersten Stromspreizschichtform 410 ausgebildet ist. Eine zu oxidierende Schicht 411 wird so gebildet, dass eine zweite Oberfläche der zu oxidierenden Schicht 411 auf einer ersten Oberfläche der Tunnelübergangsform 412 gebildet wird. Eine zweite Stromverteilungsschicht 408 wird so gebildet, dass eine zweite Oberfläche der zweiten Stromverteilungsschicht 408 auf einer ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht 411 gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt sind keine Schichten auf der ersten Oberfläche der zweiten Stromspreizschichtform 408 gebildet, so dass die erste Oberfläche der zweiten Stromspreizschichtform 408 der Umgebung ausgesetzt ist. Somit ist die zweite Stromverteilungsschicht 408 die freiliegende Schicht 480.
  • In dem in 4A gezeigten Ausführungsbeispiel sind die zwei oder mehr Schichten des Halbleiterbauelements (z. B. VCSEL 100), die als Teil des Schritts/der Operation 302 auf dem Substrat gebildet werden, die erste Reflektorform 406, die erste Stromspreizschichtform 410, die aktive Regionform 414, die Tunnelübergangsform 412, die zu oxidierende Schicht 411 und die zweite Stromspreizschichtform 408, die die freigelegte Schicht 480 ist.
  • Wie in 3 dargestellt, wird in Schritt/Vorgang 304 ein Lochmuster durch die freiliegende Schicht 480 geätzt, um eine gemusterte Schicht zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel ein Maskierungsverfahren (z. B. fotografische Maskierung) verwendet, um das Lochmuster zu definieren und zu ätzen. In verschiedenen Ausführungsformen wird jedes Loch 118 von einer ersten Oberfläche der freigelegten Schicht 480 bis zu mindestens einer zweiten Oberfläche der freigelegten Schicht geätzt. In einem Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere Löcher 118 des Lochmusters zumindest teilweise durch die zu oxidierende Schicht 482 geätzt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden die Löcher 118 vollständig durch die zu oxidierende Schicht 482 geätzt. 4B zeigt die Ergebnisse des Ätzens des Lochmusters 185 durch die freiliegende Schicht 480 zur Bildung einer gemusterten Schichtform 488. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Löcher 118 durch die freiliegende Schicht in einer Richtung geätzt, die quer und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer durch eine Oberfläche des Substrats 105 definierten ebenen Fläche verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen ist die ebene Fläche im Allgemeinen und/oder im Wesentlichen parallel zur ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht 482.
  • Wie oben beschrieben, wird das Muster der durch die freiliegende Schicht 480 geätzten Löcher 185 erzeugt, ausgewählt und/oder ähnliches, um die Lage, Größe und Form der einen oder mehreren Aperturen 113 des VCSEL 100 zu definieren. Außerdem wird das Muster der durch die freiliegende Schicht 480 geätzten Löcher 185 erzeugt, ausgewählt und/oder ähnliches, um eine vollständige Oxidation des oxidierten Teils 184 der Begrenzungsschicht zu ermöglichen, die durch Oxidieren der zu oxidierenden Schicht 482 gebildet wird. Der oxidierte Teil 184 besteht aus den Teilen der Begrenzungsschicht 111, die nicht Teil der einen oder mehreren Aperturen 113 sind, möglicherweise mit Ausnahme eines Teils des Umfangs der Begrenzungsschicht 111, wie in den 2A und 2B gezeigt. So sind in verschiedenen Ausführungsformen die nächstgelegenen Abstände s der Löcher 118 so konfiguriert, dass die gesamte zu oxidierende Schicht 482 zwischen den Löchern 118, die nicht Teil einer Apertur 113 sein soll, angesichts der Mobilität von Sauerstoff im Material der zu oxidierenden Schicht vollständig oxidiert werden kann. Da beispielsweise die Mobilität von Sauerstoff in InAlGaAs und/oder InAlAs geringer ist als in AlGaAs, kann in einem Ausführungsbeispiel, in dem die zu oxidierende Schicht 482 InAlGaAs und/oder InAlAs umfasst, der Abstand s der nächsten Nachbarn der Löcher 118 geringer sein als der Abstand s der nächsten Nachbarn der Löcher in einem Ausführungsbeispiel, in dem die zu oxidierende Schicht AlGaAs umfasst. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt der Abstand s der nächsten Nachbarn nicht mehr als 10 Mikrometer (z. B. s ≤ 10 µm).
  • Wie in 4 dargestellt, wird in Schritt/Vorgang 306 die Begrenzungsschicht 411 durch Oxidation der zu oxidierenden Schicht 482 durch die Löcher 118 des Lochmusters 185 gebildet. Beispielsweise kann das Substrat 105 (z. B. ein Wafer usw.), auf dem der Halbleiter hergestellt wird, in eine Oxidationskammer gebracht und einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel besteht das oxidierende Gas aus Wasserdampf. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Halbleiter, der auf dem Substrat 105 gebildet wird, dem oxidierenden Gas bei einer Temperatur im Bereich von 400-500 °C für eine bestimmte Zeit ausgesetzt. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünfzehn Minuten bis drei Stunden. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünf bis dreißig Minuten.
  • 4C zeigt das Ergebnis von Schritt/Vorgang 306 bei der Herstellung eines VCSEL 100. Insbesondere ist die zu oxidierende Schicht 482 durch die Löcher 118 des Lochmusters 185 hindurch oxidiert worden, so dass eine Begrenzungsschicht 411 gebildet worden ist. Die Begrenzungsschicht 411 definiert eine Apertur 113, die so konfiguriert ist, dass sie während des Betriebs des VCSEL 100 für eine seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung sorgt. Die Begrenzungsschicht 411 umfasst ferner einen kontinuierlichen oxidierten Teil 484, der den Teil der Begrenzungsschicht 411 einschließt, der ein oxidiertes Material umfasst (z. B. oxidiertes InAlGaAs und/oder InAlAs in einem Ausführungsbeispiel). Die Begrenzungsschicht 411 umfasst nicht oxidierte Abschnitte 486 (z. B. mit InAlGaAs und/oder InAlAs in einem Ausführungsbeispiel), die die eine oder mehrere Aperturen 113 und möglicherweise einen peripheren Abschnitt der Begrenzungsschicht 411 einschließen.
  • Zurück zu 3: In Schritt/Vorgang 308 wird eine zusätzliche Verarbeitung durchgeführt, um die Herstellung des Halbleiters abzuschließen. Um beispielsweise die Herstellung des VCSEL 100 von der in 4C gezeigten Herstellungsstufe bis zur in 1 gezeigten vollständigen Stufe abzuschließen, werden ein oder mehrere zusätzliche Bearbeitungsschritte durchgeführt. Beispielsweise wird der VCSEL-Rohling geätzt, um die VCSEL-Mesastruktur zu definieren, die die aktive Materialstruktur 107 umfasst. Das Ätzen kann beispielsweise durchgeführt werden, um einen ersten Reflektor 106 aus der ersten Reflektorform 406, eine erste Stromspreizschicht 110 aus der ersten Stromspreizschichtform 410, einen aktiven Bereich 114 aus der aktiven Bereichsform 414, einen Tunnelübergang 112 aus der Tunnelübergangsform 412, eine Begrenzungsschicht 111 mit einer oder mehreren Aperturen 113 und einem oxidierten Teil 184 aus der Begrenzungsschicht 411, eine zweite Stromspreizschicht 108 aus der zweiten Stromspreizschichtform 408 (z. B., eine gemusterte Schicht 188 aus der gemusterten Schichtform 488), und/oder dergleichen. Die Kontakte 120A, 120B und die Kontaktschicht 116 werden auf die geätzte Mesa der aktiven Materialstruktur 107 aufgebracht und/oder strukturiert, und ein zweiter Reflektor 104 wird auf der strukturierten Schicht 188 (z. B. der zweiten Stromspreizschicht 108) und/oder der Kontaktschicht 116 gebildet.
  • Ein zweites VCSEL-Beispiel
  • 5 zeigt einen Querschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels eines VCSEL 500, wobei der Querschnitt in einer Ebene aufgenommen ist, die die Emissionsachse 501 umfasst (z. B. in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse 501 verläuft). Bei dem zweiten Beispiel-VCSEL 500 handelt es sich um einen VCSEL, bei dem die zweite GaAs-Schicht des zweiten Reflektors eine gemusterte Schicht ist, die ein Muster von Löchern aufweist, durch die eine erste GaAs-Schicht des zweiten Reflektors oxidiert wurde, um eine elektrische und/oder optische Apertur des VCSEL zu bilden. Ähnlich wie der VCSEL 100 ist der VCSEL 500 in verschiedenen Ausführungsformen so konfiguriert, dass er Licht für eine Vielzahl von Anwendungen emittiert, z. B. für die faseroptische Datenübertragung in Hochgeschwindigkeits-Faseroptik-Kommunikationssystemen. In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 500 so konfiguriert, dass er Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm oder 1200-2000 nm emittiert. Der VCSEL 500 wird auf einem Substrat 505, z. B. einem Siliziumsubstrat, einem GaAs-Substrat und/oder einem anderen geeigneten Substrat, gebildet und/oder hergestellt.
  • In verschiedenen Szenarien kann eine Vielzahl von VCSELs 500 auf einem großen Substrat 505 (z. B. einem Wafer) erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel hat das Substrat (z. B. Wafer) mindestens eine Abmessung (z. B. Länge, Breite oder Radius), die größer als zwei Zoll ist. Nach der Herstellung eines oder mehrerer VCSELs und/oder anderer elektrischer und/oder optischer Bauelemente auf dem Substrat kann das Substrat (z. B. Wafer) in mehrere Chips zerlegt werden. Beispielsweise können die auf dem Substrat (z. B. Wafer) gebildeten VCSEL 500 und/oder elektrooptischen Systeme durch ein Dicing-Verfahren getrennt, als Array von VCSEL verwendet, in ein integriertes VCSEL-System eingebaut und/oder ähnliches werden, je nach Anwendung.
  • Die Struktur des VCSEL 500 umfasst eine aktive Materialstruktur, die zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist. In 5 ist beispielsweise die Struktur des aktiven Materials 507 dargestellt, die zwischen einem ersten Reflektor 506 und einem zweiten Reflektor 504 angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die aktive Materialstruktur 507 so konfiguriert, dass sie Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge erzeugen kann. In verschiedenen Ausführungsformen bilden der erste und der zweite Reflektor 506, 504 dazwischen einen Hohlraum, der so konfiguriert ist, dass das von der aktiven Materialstruktur 507 erzeugte Licht als Laserstrahl und/oder Laserpulse emittiert wird. Der VCSEL 500 kann beispielsweise Licht durch den zweiten Reflektor 504 oder durch den ersten Reflektor 506 emittieren, je nachdem, was für die Anwendung geeignet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der VCSEL 500 so konfiguriert, dass er als „Flip-Chip“ montiert werden kann und Licht durch den ersten Reflektor 506 und das Substrat 505 emittiert. In einer anderen Ausführungsform ist der VCSEL 500 so konfiguriert, dass er Licht durch den zweiten Reflektor 504 emittiert, wie in 5 gezeigt. In verschiedenen Ausführungsformen, bei denen das Licht durch den ersten Reflektor 506 in das Substrat 505 emittiert oder beispielsweise an einen Siliziumwellenleiter gekoppelt wird, liegt die Emissionswellenlänge des Lichts 5 für den VCSEL 500 im Bereich von 1100-2000 nm. Wie in 5 zu sehen ist, definiert die Richtung, in der das Licht 5 vom VCSEL 500 emittiert wird, eine Emissionsachse 501 des VCSEL. In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 500 im Allgemeinen rotationssymmetrisch und/oder radial symmetrisch um die Emissionsachse 501. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Emissionsrichtung in Richtung des ersten Reflektors 506 ausgerichtet sein (z. B. in einer von unten emittierenden und/oder Flip-Chip-Konfiguration).
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfassen der erste Reflektor 506 und/oder der zweite Reflektor 504 Reflektorstapel (z. B. dielektrische Schichtstapel). Beispielsweise können der erste Reflektor 506 und/oder der zweite Reflektor 504 aus undotierten Halbleiterspiegeln mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR) bestehen. Der erste Reflektor 506 und/oder der zweite Reflektor 504 können beispielsweise undotierte abwechselnde Schichten aus Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs) und Gallium-Arsenid (GaAs) umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Reflektor 504 einen DBR-Spiegel und der erste Reflektor 506 ein MEMS-Bauteil umfassen. Ein MEMS-Bauteil kann zum Beispiel auf dem Substrat 505 hergestellt werden, um den ersten Reflektor 506 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der erste Reflektor 506 ein MEMS-Hochkontrastgitter (HCG). In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 506 ein hybrider Reflektor sein, der eine Kombination aus MEMS-Komponenten und Reflektorstapeln, wie DBR-Spiegeln, umfasst.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein MEMS-HCG ein dünnes Element mit einem Gittermuster darauf/darin, wobei die Periode des Gittermusters kleiner als die charakteristische Wellenlänge des entsprechenden VCSEL 500 ist. In solchen Ausführungsformen wird das Gittermuster in einem ersten Material gebildet und ist von einem zweiten Material umgeben und/oder darin eingebettet, wobei das zweite Material einen niedrigeren Brechungsindex als das erste Material aufweist. In verschiedenen Ausführungsformen, in denen der erste Reflektor 506 ein MEMS-Bauteil (z. B. ein MEMS-HCG) umfasst, kann das MEMS-Bauteil mit lateraler Kopplungsfunktionalität hergestellt werden, so dass es möglich ist, das von dem VCSEL emittierte Licht 5 in einer lateralen Richtung oder in beiden lateralen Richtungen direkt einzukoppeln. In verschiedenen Ausführungsformen ist eine seitliche Richtung eine Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Ebene verläuft, die durch eine Oberfläche des Substrats 505 definiert ist. Beispielsweise kann die MEMS-Komponente des ersten Reflektors 506 (z. B. MEMS-HCG und/oder ähnliches) verwendet werden, um den VCSEL optisch an eine andere optische und/oder elektrooptische Komponente zu koppeln, die auf dem Substrat 505 ausgebildet und/oder montiert ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 506 so betrieben und/oder konfiguriert werden, dass er die Form und/oder Polarisation des vom VCSEL 500 emittierten Lichtstrahls und/oder Lichtpulses 5 steuert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 506 so betrieben werden und/oder so konfiguriert sein, dass er die Wellenlänge des vom VCSEL 500 emittierten Lichts abstimmt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 500 eine Begrenzungsschicht 511, die so konfiguriert ist, dass sie für eine seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung sorgt. In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungsschicht 511 eine Schicht des zweiten Reflektors 504. Der zweite Reflektor 504 besteht beispielsweise aus undotierten, alternierenden AlGaAs-Schichten 544 und GaAs-Schichten 542. In einem Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungsschicht 511 eine teilweise oxidierte AlGaAs-Schicht 544 und die gemusterte Schicht 588 mit dem Lochmuster 585 (siehe 6B) ist eine GaAs-Schicht 542, die direkt an die Begrenzungsschicht 511 angrenzt. Zum Beispiel ist die gemusterte Schicht 588 mit dem Lochmuster 585 die zweite GaAs-Schicht 542B. Die Begrenzungsschicht 511 wird in verschiedenen Ausführungsformen durch Oxidieren einer zu oxidierenden Schicht 682 (z. B. der AlGaAs-Schicht 544, die der gebundenen Grenzfläche zwischen dem GaAs-basierten Material und dem InP-basierten Material und/oder der aktiven Materialstruktur 507 am nächsten liegt) gebildet, um eine Begrenzungsschicht 511 zu bilden (siehe 6A und 6C), die eine Apertur 513 definiert. In einem Ausführungsbeispiel weist die Begrenzungsschicht 511 eine Apertur 513 auf und/oder definiert eine Apertur 513 in ihr und/oder durch sie hindurch, die als Strombegrenzungsapertur und als optische Begrenzungsapertur dient. Beispielsweise kann ein Teil der zu oxidierenden Schicht nicht oxidiert sein, so dass ein nicht oxidierter Teil der Begrenzungsschicht 511 eine Apertur 513 aufweist und/oder definiert, durch die ein elektrischer und/oder optischer Durchfluss möglich ist. In verschiedenen Ausführungsformen definiert die Apertur 513 die Emissionsapertur des VCSEL 500.
  • Ähnlich wie die in 2A oder 2B dargestellte Begrenzungsschicht 111 umfasst die Begrenzungsschicht 511 einen oxidierten Teil und nicht oxidierte Teile. Die nicht oxidierten Teile umfassen die Apertur 513 und möglicherweise periphere Teile der Begrenzungsschicht 511. In verschiedenen Ausführungsformen ist der oxidierte Teil durchgehend, so dass ein zusammenhängender oxidierter Teil vorhanden ist. In einem Ausführungsbeispiel besteht der oxidierte Teil aus oxidiertem AlGaAs (z. B. AlGaAs-Oxid) und die nicht oxidierten Teile bestehen aus AlGaAs.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird die Begrenzungsschicht 511 durch Oxidation einer zu oxidierenden Schicht durch ein Muster von Löchern 585 gebildet. Beispielsweise umfasst der VCSEL 500 eine gemusterte Schicht 588 mit einer Vielzahl von Löchern 518, die durch diese hindurch ausgebildet sind. Beispielsweise erstreckt sich jedes der Löcher 518 des Lochmusters 585 in einer Richtung, die quer zu einer Ebene verläuft, die durch eine erste Oberfläche der gemusterten Schicht 588, eine zweite Oberfläche der gemusterten Schicht 588 und/oder eine Oberfläche des Substrats 505 definiert ist. In einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Löcher 518 zum Beispiel in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse 501 verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich jedes der Löcher des Lochmusters 585 von der ersten Oberfläche der gemusterten Schicht 588 zur zweiten Oberfläche der gemusterten Schicht 588 und/oder mindestens zu einer ersten Oberfläche der Begrenzungsschicht 511. In einem Ausführungsbeispiel wird das Lochmuster 585 durch die GaAs-Schicht gebildet und/oder geätzt, die in 6A als freiliegende Schicht 680 dargestellt ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die gemusterte Schicht 588 beispielsweise eine Schicht des zweiten Reflektors 504. In verschiedenen Ausführungsformen ist die zu oxidierende Schicht 682 eine AlGaAs-Schicht 544 des zweiten Reflektors 504. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine zu oxidierende Schicht 682 durch das Lochmuster 585 hindurch oxidiert, um die Begrenzungsschicht 511 zu bilden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Lochmuster 585 eine Vielzahl von Löchern. In einem Ausführungsbeispiel hat jedes der Löcher einen Durchmesser DH. In verschiedenen Ausführungsbeispielen liegt der Lochdurchmesser DH in einem Bereich von 0,5 bis 5 Mikrometern. In verschiedenen Ausführungsformen haben die Löcher des Lochmusters 585 verschiedene Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 Mikrometern. In verschiedenen Ausführungsformen hat der Teil der Begrenzungsschicht 511, der durch ein bestimmtes Loch oxidiert wird, einen Durchmesser Do. In einer Beispielsausführungsform beträgt der Oxidationsdurchmesser Do bis zu 10 Mikrometer. Zum Beispiel hat die Oxidation der Begrenzungsschicht 511, die durch das Loch erfolgt, eine seitliche Ausbreitung (z. B. eine Ausbreitung in einer seitlichen Richtung vom Loch) von bis zu 10 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Oxidationsdurchmesser Do bis zu vier Mikrometer. In verschiedenen Ausführungsformen hat das Lochmuster 585 einen größten Abstand s der nächsten Nachbarn von 10 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel ist der nächste Nachbar eines ersten Lochs ein zweites Loch, das dem ersten Loch am nächsten ist, und der nächste Nachbarabstand für das erste Loch ist der Abstand zwischen dem ersten Loch und dem zweiten Loch. Der größte Abstand s der nächsten Nachbarn ist zum Beispiel so gewählt, dass der oxidierte Teil zusammenhängend ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist das Muster der Löcher 585 im Allgemeinen wabenförmig und/oder sechseckig. Zum Beispiel hat ein Loch im Allgemeinen sechs gleichmäßig beabstandete nächste Nachbarn. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Muster der Löcher 585 nicht regelmäßig um die Apertur 513. Zum Beispiel ist das Lochmuster 585 so konfiguriert, dass der oxidierte Teil 584 eine Apertur 513 mit einer bestimmten Form, Größe und Lage definiert. Zum Beispiel definiert das Lochmuster 585 die Form, Größe und Lage der Apertur 513.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Begrenzungsschicht 511 eine Apertur 513, die durch das Lochmuster 585 definiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 500 mehr als eine Apertur. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst und/oder definiert die Begrenzungsschicht 511 zwei oder mehr Aperturen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst und/oder definiert die Begrenzungsschicht 511 nicht mehr als zehn Aperturen. So kann beispielsweise eine einzige Struktur aus aktivem Material 507 verwendet werden, um ein Array von VCSELs zu erzeugen. Das Lochmuster 585 definiert die Lage, Größe und Form der einzelnen Aperturen 513.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird die Form der Apertur(en) 513 durch das Muster der Löcher 585 definiert. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Apertur(en) 513 rund, elliptisch mit verschiedenen Exzentrizitätswerten und/oder dergleichen. In verschiedenen Ausführungsformen definiert die Form der Apertur 513 ein optisches Strahlprofil und/oder die Polarisation des vom VCSEL 500 durch die Apertur 513 emittierten Lichts 5. Verschiedene Ausführungsformen ermöglichen beispielsweise die Herstellung eines Arrays von VCSELs, wobei jeder VCSEL des Arrays Licht mit einer anderen Polarisation aussendet, was PDM ermöglicht.
  • Wie in 5 dargestellt, befindet sich die aktive Materialstruktur 507 zwischen dem ersten und zweiten Reflektor 506, 504 und umfasst einen aktiven Bereich 514. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der aktive Bereich 514 einen Stapel von Quantentopf- und/oder Quantenpunktschichten. Die aktive Materialstruktur 507 kann ferner einen Tunnelübergang 512 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Apertur 513 in einer Begrenzungsschicht 511 ausgebildet. In verschiedenen Ausführungsformen wird Licht erzeugt, indem elektrischer Strom durch eine Strombegrenzungsapertur injiziert wird, die durch die Apertur 513 in einer Begrenzungsschicht 511 definiert ist. Die optische(n) Mode(s) des VCSEL ist/sind in der optischen Begrenzungsapertur eingeschlossen. In verschiedenen Ausführungsformen dient die Apertur 513 in der Begrenzungsschicht 511 als optische und elektrische Begrenzungsapertur für den VCSEL 500.
  • In verschiedenen Beispielen umfasst der aktive Bereich 514 zwischen den Reflektoren 504 und 506 eine Vielzahl von Quantenmulden, in denen Licht 5 erzeugt wird. In einigen Beispielen kann der aktive Bereich 514 Mehrfach-Quantentopf- und/oder Punktschichten (MQLs) von VCSEL-Verstärkungsmedien umfassen. Die MQLs können beispielsweise aus einem Stapel oder einer Reihe von Quantenmulden bestehen, die zwischen einer Reihe von (Quanten-)Barrieren angeordnet sind. In verschiedenen Ausführungsformen sind die MQL so konfiguriert, dass sie Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die MMS so konfiguriert, dass sie Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 1200-2000 nm erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen werden die MMS aus GaAs- oder InP-basierten Halbleitermaterialien hergestellt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die aktive Materialstruktur 507 einen p-Typ-Bereich (Schicht), der zwischen der zweiten stromverteilenden Schicht 508 und den MMS-Stapeln außerhalb des Tunnelübergangs angeordnet ist, und einen Tunnelübergang 512, der auf dem p-Typ-Bereich (Schicht) angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Tunnelübergang 512 eine oder mehrere Tunnelübergangs-Teilschichten. Zum Beispiel kann der Tunnelübergang 512 eine p++-Tunnelübergangsunterschicht und eine n++-Tunnelübergangsunterschicht umfassen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Tunnelübergang 512 aus einer Schicht gebildet, die sich über die aktive Materialstruktur 507 erstreckt. Beispielsweise wird ein Tunnelübergang durch epitaktisches Wachstum einer oder mehrerer Schichten aus Halbleitermaterial und erneutes Aufwachsen und/oder Überwachsen der einen oder mehreren Schichten gebildet. Der Prozess des Wiederaufwachsens und/oder Überwachsens kann dazu führen, dass die Form des Tunnelübergangs eine p++-Tunnelübergangs-Teilschicht und eine n++-Tunnelübergangs-Teilschicht umfasst.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die aktive Materialstruktur 507 außerdem eine erste und eine zweite stromverteilende Schicht 510, 508. Beispielsweise können die erste und die zweite stromverteilende Schicht als globale Kontakte fungieren, die Spannung und/oder Strom an die aktive Materialstruktur 507 liefern. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste und/oder zweite stromverteilende Schicht 510, 508 eine Kontaktschicht 516 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kontaktschicht 516 eine dünne Metallschicht (z. B. ein dünner Metallring) sein, die so konfiguriert ist, dass sie den Strom über eine entsprechende der ersten und/oder zweiten Stromverteilungsschicht 510, 508 verteilt. Beispielsweise kann die Kontaktschicht 516 den Strom über die zweite Stromverteilungsschicht 508 mit geringerem Widerstand verteilen, als wenn der Strom über die zweite Stromverteilungsschicht 508 allein durch die zweite Stromverteilungsschicht 508 verteilt wird. In verschiedenen Ausführungsformen sind die erste und die zweite Stromverteilungsschicht 510, 508 so konfiguriert (möglicherweise mit entsprechender(n) Kontaktschicht(en) 516), dass sie eine elektrische Vorspannung (z. B. eine Spannungsdifferenz und/oder einen Strom) an Oberflächen des aktiven Bereichs 514 liefern, die im Wesentlichen senkrecht zur Emissionsachse 501 verlaufen. Beispielsweise können die erste und die zweite Stromspreizschicht 510, 508 (möglicherweise mit entsprechender(n) Kontaktschicht(en) 516) so konfiguriert sein, dass sie eine Spannungsdifferenz und/oder einen Strom zwischen einer Oberfläche des aktiven Bereichs 514, die an die erste Stromspreizschicht 510 angrenzt und/oder an ihr anliegt, und einer Oberfläche des aktiven Bereichs 514, die einen Tunnelübergang 512 umfasst, erzeugen.
  • Die Stromspreizschichten 508 und 510 können n-Typ-Indiumphosphid-Schichten (n-InP) umfassen. Die Herstellung des elektrischen Kontakts zum aktiven Bereich 514 durch die n-Typ-Stromspreizschichten 510, 508 kann es beispielsweise ermöglichen, dass der erste Reflektor 506 und/oder der zweite Reflektor 504 aus undotierten Halbleiter-DBR-Spiegeln bestehen. In einigen Beispielen erzeugt der Herstellungsprozess des VCSEL eine Mesa-Struktur, die durch den aktiven Bereich 514, die zweite Stromspreizschicht 508 und den zweiten Reflektor 504 dargestellt wird. Die Mesa-Struktur kann auf den darunter liegenden Strukturen (z. B. der ersten stromverteilenden Schicht 510, dem ersten Reflektor 506, dem Substrat 505 und/oder dergleichen) gebildet werden. Der Herstellungsprozess kann zum Beispiel reaktives Ionenätzen (RIE) und chemisches Ätzen durch die verschiedenen Schichten umfassen, um eine Mesa-Struktur zu bilden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 500 außerdem erste Kontakte 520A und zweite Kontakte 520B. Zum Beispiel können die ersten Kontakte 520A in elektrischer Verbindung mit der ersten Stromverteilungsschicht 510 stehen. Die zweiten Kontakte 520B können in elektrischer Verbindung mit der zweiten stromverteilenden Schicht 508 stehen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die ersten Kontakte 520A und die zweiten Kontakte 520B so konfiguriert, dass sie den VCSEL 500 in elektrischer Verbindung mit einer externen Strom- und/oder Spannungsquelle (z. B. einem VCSEL-Treiber und/oder dergleichen) halten.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 500 so konfiguriert, dass er optisch modulierten Datenbitverkehr durch Lichtleitfasern und/oder Wellenleiter mit einer Modulationsgeschwindigkeit von bis zu 50 Gigabit pro Sekunde (Gb/s) oder schneller überträgt. In verschiedenen Ausführungsformen kann der VCSEL 500 Licht 5 mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm emittieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann der VCSEL 500 Licht 5 mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 1200-2000 nm emittieren.
  • Beispielverfahren zur Herstellung eines zweiten Beispiel-VCSEL
  • Wie bereits erwähnt, zeigt 3 ein Flussdiagramm, das verschiedene Prozesse, Verfahren, Vorgänge und/oder dergleichen zur Herstellung eines Halbleiters mit einer oxidierten Begrenzungsschicht veranschaulicht. Beispielsweise kann das in 3 gezeigte Verfahren zur Herstellung verschiedener Ausführungsformen von VCSELs, wie den in 5 dargestellten VCSELs 500, verwendet werden. Die 6A-6C zeigen verschiedene Stufen der Herstellung eines VCSEL 500.
  • Beginnend mit Schritt/Vorgang 302 werden zwei oder mehr Schichten eines Halbleiterbauelements auf einem Substrat gebildet. Die zwei oder mehr Schichten bestehen aus einer freiliegenden Schicht 680 und einer zu oxidierenden Schicht 682. Die zu oxidierende Schicht 682 ist zwischen dem Substrat 505 und der freigelegten Schicht 680 angeordnet.
  • Wie in 6A dargestellt, werden beispielsweise eine oder mehrere Schichten eines VCSEL-Rohlings 600 auf einem Substrat 505 gebildet. So wird beispielsweise ein erster Reflektor 506 auf dem Substrat 505 gebildet, hergestellt und/oder aufgewachsen. Außerdem werden auf dem ersten Reflektor 506 eine oder mehrere Schichten epitaktisch aufgewachsen und/oder gebildet, z. B. die erste Stromspreizschicht 510, ein aktiver Bereich 514, ein Tunnelübergang 512, eine zweite Stromspreizschicht 508, eine Kontaktschicht 516 und die ersten paar Schichten (z. B. 542A, 544 und 542B) eines zweiten Reflektors. In einem Ausführungsbeispiel ist die AlGaAs-Schicht 544 die zu oxidierende Schicht 682 und besteht aus AlGaAs. In verschiedenen Ausführungsformen ist die zweite GaAs-Schicht 542B der ersten paar Schichten des zweiten Reflektors eine freigelegte Schicht 680.
  • Beispielsweise ist der erste Reflektor 506 so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche des ersten Reflektors 506 auf einer ersten Oberfläche des Substrats 505 ausgebildet ist. Die erste Stromverteilungsschicht 510 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der ersten Stromverteilungsschicht 510 auf einer ersten Oberfläche des ersten Reflektors 506 ausgebildet ist. Der aktive Bereich 514 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche des aktiven Bereichs 514 auf einer ersten Oberfläche der ersten Stromspreizschicht 510 ausgebildet ist. Der Tunnelübergang 512 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche des Tunnelübergangs 512 auf einer ersten Oberfläche der ersten Stromspreizschicht 510 ausgebildet ist. Eine zweite Stromspreizschicht 508 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der zweiten Stromspreizschicht 508 auf einer ersten Oberfläche des Tunnelübergangs 512 ausgebildet ist. Eine Kontaktschicht 516 wird so gebildet und/oder abgeschieden, dass eine zweite Oberfläche der Kontaktschicht 516 auf einer ersten Oberfläche der zweiten Stromspreizschicht 508 gebildet wird. Eine erste GaAs-Schicht 542A des zweiten Reflektors 504 wird so gebildet, dass eine zweite Oberfläche der ersten GaAs-Schicht 542A auf einer ersten Oberfläche der Kontaktschicht 516 und/oder der zweiten Stromverteilungsschicht 508 gebildet wird. In einem Ausführungsbeispiel können die Kontaktflächen 520A, 520B bei der Bildung der Kontaktschicht 516 abgeschieden und/oder strukturiert werden. Eine AlGaAs-Schicht 544 des zweiten Reflektors 504 wird so gebildet, dass eine zweite Oberfläche der AlGaAs-Schicht 544 auf einer ersten Oberfläche der ersten GaAs-Schicht 542A gebildet wird. Eine zweite GaAs-Schicht 542B wird so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der zweiten GaAs-Schicht 542B auf einer ersten Oberfläche der AlGaAs-Schicht 544 ausgebildet wird.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist die AlGaAs-Schicht 544 die zu oxidierende Schicht 682 und die zweite GaAs-Schicht 542B ist die freigelegte Schicht 680. Zum Beispiel sind an diesem Punkt keine Schichten auf der ersten Oberfläche der zweiten GaAs-Schicht 542B gebildet, so dass die erste Oberfläche der zweiten GaAs-Schicht 542B der Umgebung ausgesetzt ist.
  • In Fortsetzung von 3 wird in Schritt/Vorgang 304 ein Lochmuster 585 durch die freiliegende Schicht 680 geätzt, um eine gemusterte Schicht 588 zu bilden, wie in 6B gezeigt. In einem Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel ein Maskierungsverfahren (z. B. fotografische Maskierung) verwendet, um das Lochmuster 585 zu definieren und zu ätzen. In verschiedenen Ausführungsformen wird jedes Loch 518 des Lochmusters 585 von einer ersten Oberfläche der freigelegten Schicht 680 bis zu mindestens einer zweiten Oberfläche der freigelegten Schicht geätzt. In einem Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere Löcher 518 des Lochmusters 585 zumindest teilweise durch die zu oxidierende Schicht 682 geätzt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden das eine oder die mehreren Löcher 518 vollständig durch die zu oxidierende Schicht 682 geätzt. 6B zeigt die Ergebnisse des Ätzens des Lochmusters 585 durch die freiliegende Schicht 680 zur Bildung einer gemusterten Schicht 588. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Löcher 518 durch die freiliegende Schicht 680 in einer Richtung geätzt, die quer und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer ebenen Fläche verläuft, die durch eine Oberfläche des Substrats 505 definiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die ebene Fläche im Allgemeinen und/oder im Wesentlichen parallel zur ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht 682.
  • Wie oben beschrieben, wird das Muster der Löcher 585, die durch die freiliegende Schicht 680 geätzt werden, erzeugt, ausgewählt und/oder ähnliches, um die Lage, Größe und Form der einen oder mehreren Aperturen 513 des VCSEL 500 zu definieren. Außerdem wird das durch die freiliegende Schicht 680 geätzte Lochmuster 585 erzeugt, ausgewählt und/oder ähnliches, um eine vollständige Oxidation des oxidierten Teils der Begrenzungsschicht 511 zu ermöglichen, die durch Oxidieren der zu oxidierenden Schicht 682 gebildet wird. Der oxidierte Teil besteht aus den Teilen der Begrenzungsschicht 511, die nicht Teil der einen oder mehreren Aperturen 513 sind, möglicherweise mit Ausnahme eines Teils des Umfangs der Begrenzungsschicht 511, ähnlich wie in den 2A und 2B dargestellt. So sind in verschiedenen Ausführungsformen die nächstgelegenen Abstände s der Löcher 518 so konfiguriert, dass die gesamte zu oxidierende Schicht 682 zwischen den Löchern 518, die nicht Teil einer Apertur 513 sein soll, angesichts der Mobilität von Sauerstoff im Material der zu oxidierenden Schicht 682 vollständig oxidiert werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt der Abstand s zwischen den nächsten Nachbarn nicht mehr als 10 Mikrometer (z. B. s ≤ 10 µm).
  • Wie in 3 dargestellt, wird in Schritt/Vorgang 306 die Begrenzungsschicht 511 durch Oxidation der zu oxidierenden Schicht 682 durch die Löcher 518 des Lochmusters 585 gebildet. Beispielsweise kann das Substrat 505 (z. B. ein Wafer usw.), auf dem der Halbleiter hergestellt wird, in eine Oxidationskammer gelegt und einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel besteht das oxidierende Gas aus Wasserdampf. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Halbleiter, der auf dem Substrat 505 gebildet wird, dem oxidierenden Gas bei einer Temperatur im Bereich von 400-500°C für eine bestimmte Zeit ausgesetzt. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünfzehn Minuten bis drei Stunden. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünf bis dreißig Minuten.
  • 6C zeigt das Ergebnis von Schritt/Vorgang 306 bei der Herstellung eines VCSEL 500. Insbesondere ist die zu oxidierende Schicht 682 durch die Löcher 518 des Lochmusters 585 hindurch oxidiert worden, so dass eine Begrenzungsschicht 511 gebildet worden ist. Die Begrenzungsschicht 511 definiert eine Apertur 513, die so konfiguriert ist, dass sie während des Betriebs des VCSEL 500 für eine seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung sorgt. Die Begrenzungsschicht 511 umfasst ferner einen angrenzenden oxidierten Teil, der den Teil der Begrenzungsschicht 511 einschließt, der ein oxidiertes Material umfasst (z. B. oxidiertes AlGaAs in einem Ausführungsbeispiel). Die Begrenzungsschicht 511 umfasst nicht oxidierte Abschnitte (z. B. mit AlGaAs in einem Ausführungsbeispiel), die die eine oder mehrere Aperturen 513 und möglicherweise einen peripheren Abschnitt der Begrenzungsschicht 511 einschließen.
  • Zurück zu 3: In Schritt/Vorgang 308 wird eine zusätzliche Verarbeitung durchgeführt, um die Herstellung des Halbleiters abzuschließen. So werden beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche Verarbeitungsschritte durchgeführt, um die Herstellung des in 5 dargestellten VCSEL 500 aus der in 6C gezeigten Herstellungsstufe abzuschließen. So werden beispielsweise ein oder mehrere (Nass- und/oder Trocken-)Ätzprozesse durchgeführt, um die Mesa-Struktur des VCSEL 500 zu definieren. Zum Beispiel werden eine oder mehrere zusätzliche Schichten (z. B. AlGaAs-Schichten 544 und/oder GaAs-Schichten 542) des zweiten Reflektors 504 auf der strukturierten Schicht 588 gebildet und/oder hergestellt, um die Bildung des zweiten Reflektors 504 zu vervollständigen. In einem Ausführungsbeispiel werden die Kontaktflächen 520A, 520B vor oder nach dem Formen, Herstellen oder Bonden des zweiten Reflektors 504 auf der strukturierten Schicht 588 abgeschieden und/oder strukturiert. Es versteht sich von selbst, dass die zusätzlichen Verarbeitungsschritte, die zur Fertigstellung des Halbleiterbauelements nach der Bildung der Begrenzungsschicht erforderlich sind, von dem jeweiligen Halbleiterbauelement und der Position der Begrenzungsschicht im Halbleiterbauelement abhängen.
  • Ein drittes VCSEL-Beispiel
  • 7 zeigt einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines VCSEL 700, wobei der Querschnitt in einer Ebene aufgenommen ist, die die Emissionsachse 701 umfasst (z. B. in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse 701 verläuft). Das dritte Beispiel für einen VCSEL 700 ist ein VCSEL, bei dem die erste GaAs-Schicht des zweiten Reflektors eine gemusterte Schicht ist, die ein Lochmuster aufweist, durch das eine erste GaAs-Schicht des zweiten Reflektors oxidiert wurde, um eine elektrische und/oder optische Apertur des VCSEL zu bilden. Ähnlich wie die VCSEL 100, 500 ist der VCSEL 700 in verschiedenen Ausführungsformen so konfiguriert, dass er Licht zur Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen aussendet, z. B. zur faseroptischen Datenübertragung in Hochgeschwindigkeits-Faseroptik-Kommunikationssystemen. In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 700 so konfiguriert, dass er Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm oder 1200-2000 nm emittiert. Der VCSEL 700 wird auf einem Substrat 705, z. B. einem Siliziumsubstrat, einem GaAs-Substrat und/oder einem anderen geeigneten Substrat, gebildet und/oder hergestellt.
  • In verschiedenen Szenarien kann eine Vielzahl von VCSELs 700 auf einem großen Substrat 705 (z. B. einem Wafer) erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel hat das Substrat (z. B. Wafer) mindestens eine Abmessung (z. B. Länge, Breite oder Radius), die größer als zwei Zoll ist. Nach der Herstellung eines oder mehrerer VCSELs und/oder anderer elektrischer und/oder optischer Bauelemente auf dem Substrat kann das Substrat (z. B. Wafer) in mehrere Chips zerlegt werden. Beispielsweise können die auf dem Substrat (z. B. Wafer) gebildeten VCSEL 700 und/oder elektrooptischen Systeme durch ein Dicing-Verfahren getrennt, als VCSEL-Array verwendet, in ein integriertes VCSEL-System eingebaut und/oder dergleichen werden, je nach Anwendung.
  • Die Struktur des VCSEL 700 umfasst eine aktive Materialstruktur, die zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist. In 7 ist beispielsweise die Struktur des aktiven Materials 707 dargestellt, die zwischen einem ersten Reflektor 706 und einem zweiten Reflektor 704 angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die aktive Materialstruktur 707 so konfiguriert, dass sie Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge erzeugen kann. In verschiedenen Ausführungsformen bilden der erste und der zweite Reflektor 706, 704 dazwischen einen Hohlraum, der so konfiguriert ist, dass das von der Struktur aus aktivem Material 707 erzeugte Licht als Laserstrahl und/oder Laserpulse emittiert wird. Der VCSEL 700 kann beispielsweise Licht durch den zweiten Reflektor 704 oder durch den ersten Reflektor 706 emittieren, je nachdem, was für die jeweilige Anwendung geeignet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der VCSEL 700 so konfiguriert, dass er als „Flip-Chip“ montiert werden kann und Licht durch den ersten Reflektor 706 und das Substrat 705 emittiert. In einer anderen Ausführungsform ist der VCSEL 700 so konfiguriert, dass er Licht durch den zweiten Reflektor 704 emittiert, wie in 7 gezeigt. In verschiedenen Ausführungsformen, bei denen das Licht durch den ersten Reflektor 706 in das Substrat 705 emittiert oder beispielsweise an einen Siliziumwellenleiter gekoppelt wird, liegt die Emissionswellenlänge des Lichts 5 für den VCSEL 700 im Bereich von 1100-2000 nm. Wie in 7 zu sehen ist, definiert die Richtung, in der Licht 5 vom VCSEL 700 emittiert wird, eine Emissionsachse 701 des VCSEL. In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 700 im Allgemeinen rotationssymmetrisch und/oder radial symmetrisch um die Emissionsachse 701. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Emissionsrichtung in Richtung des ersten Reflektors 706 ausgerichtet sein (z. B. in einer von unten emittierenden und/oder Flip-Chip-Konfiguration).
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfassen der erste Reflektor 706 und/oder der zweite Reflektor 704 Reflektorstapel (z. B. dielektrische Schichtstapel). Beispielsweise können der erste Reflektor 706 und/oder der zweite Reflektor 704 aus undotierten Halbleiterspiegeln mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR) bestehen. Der erste Reflektor 706 und/oder der zweite Reflektor 704 können beispielsweise undotierte abwechselnde Schichten aus Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs) und Gallium-Arsenid (GaAs) enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Reflektor 704 einen DBR-Spiegel und der erste Reflektor 706 ein MEMS-Bauteil umfassen. Ein MEMS-Bauteil kann zum Beispiel auf dem Substrat 705 hergestellt werden, um den ersten Reflektor 706 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der erste Reflektor 706 ein MEMS-Hochkontrastgitter (HCG). In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 706 ein hybrider Reflektor sein, der eine Kombination aus MEMS-Komponenten und Reflektorstapeln, wie DBR-Spiegeln, umfasst.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein MEMS-HCG ein dünnes Element mit einem Gittermuster darauf/darin, wobei die Periode des Gittermusters kleiner ist als die charakteristische Wellenlänge des entsprechenden VCSEL 700. In solchen Ausführungsformen wird das Gittermuster in einem ersten Material gebildet und ist von einem zweiten Material umgeben und/oder darin eingebettet, wobei das zweite Material einen niedrigeren Brechungsindex als das erste Material aufweist. In verschiedenen Ausführungsformen, in denen der erste Reflektor 706 ein MEMS-Bauteil (z. B. ein MEMS-HCG) umfasst, kann das MEMS-Bauteil mit lateraler Kopplungsfunktionalität hergestellt werden, so dass es möglich ist, das von dem VCSEL emittierte Licht 5 direkt in eine laterale Richtung oder in beide laterale Richtungen einzukoppeln. In verschiedenen Ausführungsformen ist eine seitliche Richtung eine Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Ebene verläuft, die durch eine Oberfläche des Substrats 705 definiert ist. Beispielsweise kann die MEMS-Komponente des ersten Reflektors 706 (z. B. MEMS-HCG und/oder ähnliches) verwendet werden, um den VCSEL optisch an eine andere optische und/oder elektrooptische Komponente zu koppeln, die auf dem Substrat 705 ausgebildet und/oder daran befestigt ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 706 so betrieben und/oder konfiguriert werden, dass er die Form und/oder Polarisation des vom VCSEL 700 emittierten Lichtstrahls und/oder Lichtpulses 5 steuert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 706 so betrieben werden und/oder so konfiguriert sein, dass er die Wellenlänge des vom VCSEL 700 emittierten Lichts abstimmt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 700 eine Begrenzungsschicht 711, die so konfiguriert ist, dass sie für eine seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung sorgt. In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungsschicht 711 eine Schicht des zweiten Reflektors 704. Der zweite Reflektor 704 besteht beispielsweise aus undotierten, alternierenden AlGaAs-Schichten 744 und GaAs-Schichten 742. In einem Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungsschicht 711 eine teilweise oxidierte AlGaAs-Schicht 744 und die gemusterte Schicht 788, die das Lochmuster 785 (siehe 8B) in der ersten GaAs-Schicht 742A umfasst. Die Begrenzungsschicht 711 wird in verschiedenen Ausführungsformen durch Oxidieren einer zu oxidierenden Schicht 882 (z. B. eine der AlGaAs-Schichten 744) gebildet, um eine Begrenzungsschicht 711 (siehe 8A und 8C) zu bilden, die eine Apertur 713 definiert. In einem Ausführungsbeispiel weist die Begrenzungsschicht 711 eine Apertur 713 auf und/oder definiert eine Apertur 713 in ihr und/oder durch sie hindurch, die als Strombegrenzungsapertur und als optische Begrenzungsapertur wirkt. Zum Beispiel kann ein Teil der zu oxidierenden Schicht nicht oxidiert sein, so dass ein nicht oxidierter Teil der Begrenzungsschicht 711 eine Apertur 713 aufweist und/oder definiert, die einen elektrischen und/oder optischen Fluss durch sie hindurch ermöglicht. In verschiedenen Ausführungsformen definiert die Apertur 713 die Emissionsapertur des VCSEL 700.
  • Ähnlich wie die in 2A oder 2B dargestellte Begrenzungsschicht 111 umfasst die Begrenzungsschicht 711 einen oxidierten Teil und nicht oxidierte Teile. Die nicht oxidierten Teile umfassen die Apertur 713 und möglicherweise periphere Teile der Begrenzungsschicht 711. In verschiedenen Ausführungsformen ist der oxidierte Teil kontinuierlich, so dass es einen zusammenhängenden oxidierten Teil gibt. In einem Ausführungsbeispiel besteht der oxidierte Teil aus oxidiertem AlGaAs (z. B. AlGaAs-Oxid) und die nicht oxidierten Teile bestehen aus AlGaAs.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird die Begrenzungsschicht 711 durch Oxidation einer zu oxidierenden Schicht durch ein Muster von Löchern 785 gebildet. Beispielsweise umfasst der VCSEL 700 eine gemusterte Schicht 788 mit einer Vielzahl von Löchern 718, die durch sie hindurch ausgebildet sind. Beispielsweise erstreckt sich jedes der Löcher 718 des Lochmusters 785 in einer Richtung, die quer zu einer Ebene verläuft, die durch eine erste Oberfläche der gemusterten Schicht 788, eine zweite Oberfläche der gemusterten Schicht 788 und/oder eine Oberfläche des Substrats 705 definiert ist. In einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Löcher 718 zum Beispiel in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse 701 verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich jedes der Löcher des Lochmusters 785 von der ersten Oberfläche der gemusterten Schicht 788 zur zweiten Oberfläche der gemusterten Schicht 788 und/oder mindestens zu einer ersten Oberfläche der Begrenzungsschicht 711. In einem Ausführungsbeispiel wird das Lochmuster 785 durch die erste GaAs-Schicht 742A gebildet und/oder geätzt. In einem Ausführungsbeispiel ist die gemusterte Schicht 788 eine Schicht des zweiten Reflektors 704, die mit der zweiten Stromausbreitungsschicht 708 der aktiven Materialstruktur 707 verschmolzen ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die zu oxidierende Schicht 882 eine AlGaAs-Schicht 744 des zweiten Reflektors 704. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine zu oxidierende Schicht 882 durch das Lochmuster 785 hindurch oxidiert, um die Begrenzungsschicht 711 zu bilden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Lochmuster 785 eine Vielzahl von Löchern. In einem Ausführungsbeispiel hat jedes der Löcher einen Durchmesser DH. In verschiedenen Ausführungsbeispielen liegt der Lochdurchmesser DH in einem Bereich von 0,5 bis 5 Mikron. In verschiedenen Ausführungsformen haben die Löcher des Lochmusters 785 verschiedene Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 Mikrometern. In verschiedenen Ausführungsformen hat der Teil der Begrenzungsschicht 711, der durch ein bestimmtes Loch 718 oxidiert wird, einen Durchmesser Do. In einer Beispielsausführungsform beträgt der Oxidationsdurchmesser Do bis zu 10 Mikrometer. Zum Beispiel hat die Oxidation der Begrenzungsschicht 711, die durch das Loch erfolgt, eine seitliche Ausbreitung (z. B. eine Ausbreitung in einer seitlichen Richtung vom Loch) von bis zu 10 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Oxidationsdurchmesser Do bis zu vier Mikrometer. In verschiedenen Ausführungsformen hat das Lochmuster 785 einen größten Abstand s der nächsten Nachbarn von 10 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel ist der nächste Nachbar eines ersten Lochs ein zweites Loch, das dem ersten Loch am nächsten ist, und der nächste Nachbarabstand für das erste Loch ist der Abstand zwischen dem ersten Loch und dem zweiten Loch. Beispielsweise ist der größte Abstand s der nächsten Nachbarn so gewählt, dass der oxidierte Teil zusammenhängend ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist das Muster der Löcher 785 im Allgemeinen wabenförmig und/oder sechseckig. Zum Beispiel hat ein Loch im Allgemeinen sechs gleichmäßig beabstandete nächste Nachbarn. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Muster der Löcher 785 nicht regelmäßig um die Apertur 713. Zum Beispiel ist das Lochmuster 785 so konfiguriert, dass der oxidierte Teil 784 eine Apertur 713 mit einer bestimmten Form, Größe und Lage definiert. Zum Beispiel definiert das Lochmuster 785 die Form, Größe und Lage der Apertur 713.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Begrenzungsschicht 711 eine Apertur 713, die durch das Lochmuster 785 definiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 700 mehr als eine Apertur. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst und/oder definiert die Begrenzungsschicht 711 zwei oder mehr Aperturen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst und/oder definiert die Begrenzungsschicht 711 nicht mehr als zehn Aperturen. So kann beispielsweise eine einzige Struktur aus aktivem Material 707 verwendet werden, um ein Array von VCSELs zu erzeugen. Das Lochmuster 785 definiert die Lage, Größe und Form jeder der Aperturen 713.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird die Form der Apertur(en) 713 durch das Muster der Löcher 785 definiert. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Apertur(en) 713 rund, elliptisch mit verschiedenen Exzentrizitätswerten und/oder dergleichen. In verschiedenen Ausführungsformen definiert die Form der Apertur 713 ein optisches Strahlprofil und/oder die Polarisation des Lichts 5, das vom VCSEL 700 durch die Apertur 713 emittiert wird. Verschiedene Ausführungsformen ermöglichen beispielsweise die Herstellung eines Arrays von VCSELs, wobei jeder VCSEL des Arrays Licht mit einer anderen Polarisation aussendet, was PDM ermöglicht.
  • Wie in 7 dargestellt, befindet sich die aktive Materialstruktur 707 zwischen dem ersten und zweiten Reflektor 706, 704 und umfasst einen aktiven Bereich 714. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der aktive Bereich 714 einen Stapel von Quantentopf- und/oder Quantenpunktschichten. Die aktive Materialstruktur 707 kann ferner einen Tunnelübergang 712 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Apertur 713 in einer Begrenzungsschicht 711 ausgebildet. In verschiedenen Ausführungsformen wird Licht durch Injektion von elektrischem Strom durch eine Strombegrenzungsapertur erzeugt, die durch die Apertur 713 in einer Begrenzungsschicht 711 definiert ist. Die optische(n) Mode(s) des VCSEL wird/werden in der optischen Begrenzungsapertur eingegrenzt. In verschiedenen Ausführungsformen dient die Apertur 713 in der Begrenzungsschicht 711 als optische und elektrische Begrenzungsapertur für den VCSEL 700.
  • In verschiedenen Beispielen umfasst der aktive Bereich 714 zwischen den Reflektoren 704 und 706 eine Vielzahl von Quantenmulden, in denen Licht 5 erzeugt wird. In einigen Beispielen kann der aktive Bereich 714 Mehrfach-Quantentopf- und/oder Punktschichten (MQLs) von VCSEL-Verstärkungsmedien umfassen. Die MQLs können beispielsweise einen Stapel oder eine Reihe von Quantenmulden umfassen, die zwischen einer Reihe von (Quanten-)Barrieren angeordnet sind. In verschiedenen Ausführungsformen sind die MQLs so konfiguriert, dass sie Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die MMS so konfiguriert, dass sie Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 1200-2000 nm erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen werden die MMS aus GaAs- oder InP-basierten Halbleitermaterialien gebildet.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die aktive Materialstruktur 707 einen p-Typ-Bereich (Schicht), der zwischen der zweiten stromverteilenden Schicht 708 und den MMS-Stapeln außerhalb des Tunnelübergangs angeordnet ist, und einen Tunnelübergang 712, der auf dem p-Typ-Bereich (Schicht) angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Tunnelübergang 712 eine oder mehrere Tunnelübergangs-Unterschichten. Zum Beispiel kann der Tunnelübergang 712 eine p++-Tunnelübergangs-Teilschicht und eine n++-Tunnelübergangs-Teilschicht umfassen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Tunnelübergang 712 aus einer Schicht gebildet, die sich über die Struktur des aktiven Materials 707 erstreckt. Zum Beispiel wird ein Tunnelübergang durch epitaktisches Wachstum einer oder mehrerer Schichten aus Halbleitermaterial und erneutes Wachstum und/oder Überwachsen der einen oder mehreren Schichten gebildet. Der Prozess des Wiederaufwachsens und/oder Überwachsens kann dazu führen, dass die Form des Tunnelübergangs eine p++-Tunnelübergangs-Teilschicht und eine n++-Tunnelübergangs-Teilschicht umfasst.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die aktive Materialstruktur 707 außerdem eine erste und eine zweite stromverteilende Schicht 710, 708. Beispielsweise können die erste und die zweite stromverteilende Schicht als globale Kontakte fungieren, die Spannung und/oder Strom an die aktive Materialstruktur 707 liefern. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste und/oder zweite Stromspreizschicht 710, 708 eine oder mehrere Schichten umfassen, die zur Erhöhung der Flexibilität des Herstellungsprozesses konfiguriert sind (z. B. Ätzstoppschichten, Verbindungsschichten, Schichten, die die Qualität der Kontaktpads 720A, 720B verbessern, und/oder Ähnliches). In verschiedenen Ausführungsformen sind die erste und die zweite Stromverteilungsschicht 710, 708 so konfiguriert, dass sie eine elektrische Vorspannung (z. B. eine Spannungsdifferenz und/oder einen Strom) an Oberflächen des aktiven Bereichs 714 liefern, die im Wesentlichen senkrecht zur Emissionsachse 701 verlaufen. Beispielsweise können die erste und die zweite Stromspreizschicht 710, 708 so konfiguriert sein, dass sie eine Spannungsdifferenz und/oder einen Strom zwischen einer Oberfläche des aktiven Bereichs 714, die an die erste Stromspreizschicht 710 angrenzt und/oder an diese stößt, und einer Oberfläche des aktiven Bereichs 714, die einen Tunnelübergang 712 umfasst, bereitstellen.
  • Die Stromspreizschichten 708 und/oder 710 können n-Typ-Indiumphosphid-Schichten (n-InP) umfassen. Wenn beispielsweise der elektrische Kontakt zum aktiven Bereich 714 durch die n-Typ-Stromspreizschichten 710 hergestellt wird, kann der erste Reflektor 706 aus nicht dotierten Halbleiter-DBR-Spiegeln bestehen. In einigen Beispielen erzeugt der Herstellungsprozess des VCSEL eine Mesa-Struktur, die durch den aktiven Bereich 714, die zweite Stromspreizschicht 708 und den zweiten Reflektor 704 dargestellt wird. Die Mesa-Struktur kann auf den darunter liegenden Strukturen (z. B. der ersten Stromausbreitungsschicht 710, dem ersten Reflektor 706, dem Substrat 705 und/oder dergleichen) gebildet werden. Der Herstellungsprozess kann zum Beispiel reaktives Ionenätzen (RIE) und chemisches Ätzen durch die verschiedenen Schichten umfassen, um eine Mesa-Struktur zu bilden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 700 außerdem erste Kontakte 720A und zweite Kontakte 720B. Zum Beispiel können die ersten Kontakte 720A in elektrischer Verbindung mit der ersten Stromverteilungsschicht 710 stehen. Die zweiten Kontakte 720B können in elektrischer Verbindung mit dem zweiten Reflektor 704 stehen (z. B. so, dass die aktive Materialstruktur 707 mit einer elektrischen Vorspannung versorgt wird). In verschiedenen Ausführungsformen sind die ersten Kontakte 720A und die zweiten Kontakte 720B so konfiguriert, dass sie den VCSEL 700 in elektrischer Verbindung mit einer externen Strom- und/oder Spannungsquelle (z. B. einem VCSEL-Treiber und/oder dergleichen) halten.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 700 so konfiguriert, dass er optisch modulierten Datenbitverkehr durch Lichtleitfasern und/oder Wellenleiter mit einer Modulationsgeschwindigkeit von bis zu 50 Gigabit pro Sekunde (Gb/s) oder schneller übertragen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann der VCSEL 700 Licht 5 mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm emittieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann der VCSEL 700 Licht 5 mit einer Wellenlänge im Bereich von 1200-2000 nm emittieren.
  • Beispielverfahren zur Herstellung eines dritten Beispiel-VCSEL
  • Wie bereits erwähnt, zeigt 3 ein Flussdiagramm, das verschiedene Prozesse, Verfahren, Vorgänge und/oder dergleichen zur Herstellung eines Halbleiters mit einer oxidierten Begrenzungsschicht veranschaulicht. Beispielsweise kann das in 3 gezeigte Verfahren zur Herstellung verschiedener Ausführungsformen von VCSELs, wie den in 7 dargestellten VCSELs 700, verwendet werden. Die 8A-8C zeigen verschiedene Stufen der Herstellung eines VCSEL 700.
  • Beginnend mit Schritt/Vorgang 302 werden zwei oder mehr Schichten eines Halbleiterbauelements auf einem Substrat gebildet. Die zwei oder mehr Schichten bestehen aus einer freiliegenden Schicht 880 und einer zu oxidierenden Schicht 882. Die zu oxidierende Schicht 882 ist zwischen dem Substrat 805 und der freiliegenden Schicht 880 angeordnet.
  • Wie in 8A dargestellt, werden beispielsweise eine oder mehrere Schichten eines VCSEL-Rohlings 800 auf einem Substrat 705 und eine oder mehrere Schichten eines zweiten Reflektors 704 auf einem Reflektorsubstrat 805 gebildet, um einen Reflektorrohling 850 zu bilden. Zum Beispiel wird ein erster Reflektor 706 auf dem Substrat 705 gebildet, hergestellt und/oder gezüchtet. Zusätzlich werden auf dem ersten Reflektor 706 eine oder mehrere Schichten epitaktisch aufgewachsen und/oder gebildet, wie z. B. die erste stromverteilende Schicht 710, ein aktiver Bereich 714, ein Tunnelübergang 712, eine zweite stromverteilende Schicht 708 und optional die Schichten für elektrische Kontakte mit der ersten stromverteilenden Schicht 710 und der zweiten stromverteilenden Schicht 708, die für die Verwendung und/oder Modifizierung während eines oder mehrerer nachfolgender Bondprozesse konfiguriert sind.
  • Auf einem separaten Substrat (z. B. dem Reflektorsubstrat 805) wird ein Reflektorrohling 850 gebildet. Auf dem Reflektorsubstrat 805 werden zum Beispiel dielektrische Schichten des zweiten Reflektors 704 gebildet, gezüchtet und/oder ähnliches. In einem Ausführungsbeispiel ist das Reflektorsubstrat 805 ein GaAs-Substrat, ein Wafer und/oder ähnliches. In einem Ausführungsbeispiel werden auf dem Reflektorsubstrat 805 beispielsweise abwechselnde Schichten aus AlGaAs 744 und GaAs 742 gebildet. Zum Beispiel wird die zweite GaAs-Schicht 742B so gebildet, dass die erste Oberfläche der zweiten GaAs-Schicht 742B auf der zweiten Oberfläche einer AlGaAs-Schicht 744 gebildet wird. Die erste AlGaAs-Schicht 744A ist so ausgebildet, dass die erste Oberfläche der ersten AlGaAs-Schicht 744A auf der zweiten Oberfläche der zweiten GaAs-Schicht 742B ausgebildet ist. Die erste GaAs-Schicht 742A ist so ausgebildet, dass die erste Oberfläche der ersten GaAs-Schicht 742A auf der zweiten Oberfläche der ersten AlGaAs-Schicht 744A ausgebildet ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist eine erste AlGaAs-Schicht 744A, die zwischen der ersten GaAs-Schicht 742A und der zweiten GaAs-Schicht 742B angeordnet ist, die zu oxidierende Schicht 782 und umfasst AlGaAs. In verschiedenen Ausführungsformen ist die erste GaAs-Schicht 742A des zweiten Reflektors eine freiliegende Schicht 880.
  • Außerdem wird ein VCSEL-Rohling 800 auf einem Substrat 705 gebildet. Beispielsweise wird der erste Reflektor 706 so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche des ersten Reflektors 706 auf einer ersten Oberfläche des Substrats 705 ausgebildet wird. Die erste Stromverteilungsschicht 710 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der ersten Stromverteilungsschicht 710 auf einer ersten Oberfläche des ersten Reflektors 706 ausgebildet ist. Der aktive Bereich 714 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche des aktiven Bereichs 714 auf einer ersten Oberfläche der ersten Stromausbreitungsschicht 710 ausgebildet ist. Der Tunnelübergang 712 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche des Tunnelübergangs 712 auf einer ersten Oberfläche der ersten Stromspreizschicht 710 ausgebildet ist. Eine zweite Stromspreizschicht 708 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der zweiten Stromspreizschicht 708 auf einer ersten Oberfläche des Tunnelübergangs 712 ausgebildet ist. Eine Kontaktschicht 716 wird so gebildet und/oder abgeschieden, dass eine zweite Oberfläche der Kontaktschicht 716 auf einer ersten Oberfläche der zweiten Stromspreizschicht 708 gebildet wird. In einem Ausführungsbeispiel können die Kontaktpads 720A, 720B bei der Bildung der Kontaktschicht 716 aufgebracht und/oder strukturiert werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist die erste AlGaAs-Schicht 744A die zu oxidierende Schicht 882 und die erste GaAs-Schicht 742A ist die freiliegende Schicht 880. Zum Beispiel sind auf der zweiten Oberfläche der ersten GaAs-Schicht 742A keine Schichten ausgebildet, so dass die zweite Oberfläche der ersten GaAs-Schicht 742A der Umgebung ausgesetzt ist. In dem in 8A gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich also bei den zwei oder mehr Schichten, die im Rahmen von Schritt/Vorgang 302 auf dem Substrat 805 gebildet werden, um die alternierenden GaAs-Schichten 742 und AlGaAs 744 des zweiten Reflektors 704. Der VCSEL-Rohling 800 wird ebenfalls gebildet.
  • In Fortsetzung von 3 wird in Schritt/Vorgang 304 ein Lochmuster 785 durch die freiliegende Schicht 880 geätzt, um eine gemusterte Schicht 788 zu bilden, die einen gemusterten zweiten Reflektorrohling 851 bildet, wie in 8B gezeigt. In einem Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel ein Maskierungsverfahren (z. B. fotografische Maskierung) verwendet, um das Lochmuster 785 zu definieren und zu ätzen. In verschiedenen Ausführungsformen wird jedes Loch 718 des Lochmusters 785 von einer zweiten Oberfläche der freigelegten Schicht 880 bis zu mindestens einer ersten Oberfläche der freigelegten Schicht geätzt. In einem Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere Löcher 718 des Lochmusters 785 teilweise durch die zu oxidierende Schicht 882 geätzt werden. 8B zeigt einen gemusterten zweiten Reflektorrohling 851, der das Ergebnis des Ätzens des Lochmusters 785 durch die freiliegende Schicht 880 zur Bildung einer gemusterten Schicht 788 ist. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Löcher 718 durch die freiliegende Schicht 880 in einer Richtung geätzt, die quer und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer durch eine Oberfläche des Reflektorsubstrats 805 definierten ebenen Fläche verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen ist die ebene Fläche im Allgemeinen und/oder im Wesentlichen parallel zur ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht 882.
  • Wie oben beschrieben, wird das Muster der durch die freiliegende Schicht 880 geätzten Löcher 785 erzeugt, ausgewählt und/oder dergleichen, um die Lage, Größe und Form der einen oder mehreren Aperturen 713 des VCSEL 700 zu definieren. Außerdem wird das Muster der durch die freiliegende Schicht 880 geätzten Löcher 785 erzeugt, ausgewählt und/oder ähnliches, um eine vollständige Oxidation des oxidierten Teils der Begrenzungsschicht 711 zu ermöglichen, die durch Oxidation der zu oxidierenden Schicht 882 gebildet wird. Der oxidierte Teil besteht aus den Teilen der Begrenzungsschicht 711, die nicht Teil der einen oder mehreren Aperturen 713 sind, möglicherweise mit Ausnahme eines Teils des Umfangs der Begrenzungsschicht 711, ähnlich wie in den 2A und 2B gezeigt. So sind in verschiedenen Ausführungsformen die nächstgelegenen Abstände s der Löcher 718 so konfiguriert, dass die gesamte zu oxidierende Schicht 882 zwischen den Löchern 718, die nicht Teil einer Apertur 713 sein soll, angesichts der Mobilität von Sauerstoff im Material der zu oxidierenden Schicht 782 vollständig oxidiert werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt der Abstand s zwischen den nächsten Nachbarn nicht mehr als 10 Mikrometer (z. B. s ≤ 10 µm).
  • In Fortsetzung von 3 wird in Schritt/Vorgang 306 ein oxidierter zweiter Reflektorrohling 852 gebildet, wie in 8C gezeigt. Der oxidierte zweite Reflektorrohling 852 wird durch Oxidieren der zu oxidierenden Schicht 882 durch die Löcher 718 des Lochmusters 785 hindurch gebildet, um eine Begrenzungsschicht 711 zu bilden. Beispielsweise kann das Reflektorsubstrat 850 (z. B. ein Wafer usw.), auf dem der zweite Reflektor 704 hergestellt wird, in eine Oxidationskammer gelegt und einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel besteht das oxidierende Gas aus Wasserdampf. In verschiedenen Ausführungsformen wird der zweite Reflektor 704, der auf dem Reflektorsubstrat 805 gebildet wird, dem oxidierenden Gas bei einer Temperatur im Bereich von 400-500 °C für eine bestimmte Zeit ausgesetzt. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünfzehn Minuten bis drei Stunden. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünf bis dreißig Minuten.
  • 8C zeigt das Ergebnis von Schritt/Vorgang 306 bei der Herstellung eines VCSEL 700. Insbesondere wurde die zu oxidierende Schicht 882 durch die Löcher 718 des Lochmusters 785 oxidiert, so dass eine Begrenzungsschicht 711 des oxidierten zweiten Reflektorrohlings 852 gebildet wurde. Die Begrenzungsschicht 711 definiert eine Apertur 713, die so konfiguriert ist, dass sie während des Betriebs des VCSEL 700 für eine seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung sorgt. Die Begrenzungsschicht 711 umfasst ferner einen angrenzenden oxidierten Teil, der den Teil der Begrenzungsschicht 711 einschließt, der ein oxidiertes Material (z. B. oxidiertes AlGaAs in einem Ausführungsbeispiel) umfasst. Die Begrenzungsschicht 711 umfasst nicht oxidierte Abschnitte (z. B. mit AlGaAs in einem Ausführungsbeispiel), die die eine oder mehrere Aperturen 713 und möglicherweise einen peripheren Abschnitt der Begrenzungsschicht 711 einschließen.
  • Zurück zu 3: In Schritt/Vorgang 308 wird eine zusätzliche Verarbeitung durchgeführt, um die Herstellung des VCSEL abzuschließen. So werden beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche Verarbeitungsschritte durchgeführt, um die Herstellung des in 7 dargestellten VCSEL 700 aus dem VCSEL-Rohling 800 und dem oxidierten zweiten Reflektorrohling 852 zu beenden. So wird beispielsweise die zweite Oberfläche der ersten GaAs-Schicht 742A auf die erste Oberfläche des VCSEL-Rohlings 800 (z. B. die erste Oberfläche der Kontaktschicht 716 und/oder der zweiten Stromverteilungsschicht 708) gebondet und/oder aufgeschmolzen. In einem Ausführungsbeispiel wird der oxidierte zweite Reflektorrohling 852 mit dem VCSEL-Rohling 800 verklebt und/oder verschmolzen, um eine verschmolzene Grenzfläche mit geringem Widerstand (z. B. weniger als 1*10-3 ohms*cm2) zwischen der Kontaktschicht 716 und/oder der zweiten Stromverteilungsschicht 708 und der ersten GaAs-Schicht 742A des zweiten Reflektors 704 zu bilden. Sobald der oxidierte zweite Reflektorrohling 852 mit dem VCSEL-Rohling 800 verklebt und/oder verschmolzen ist, wird das Reflektorsubstrat 805 entfernt (z. B. durch Ätzen). Es versteht sich von selbst, dass die zusätzlichen Bearbeitungsschritte, die zur Fertigstellung des Halbleiterbauelements nach der Bildung der Begrenzungsschicht erforderlich sind, von dem jeweiligen Halbleiterbauelement und der Position der Begrenzungsschicht innerhalb des Halbleiterbauelements abhängen.
  • Ein viertes VCSEL-Beispiel
  • 9 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines VCSEL 900, wobei der Querschnitt in einer Ebene aufgenommen ist, die die Emissionsachse 901 umfasst (z. B. in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse 901 verläuft). Das vierte Beispiel eines VCSEL 900 ist ein VCSEL mit zwei strukturierten Schichten, die jeweils ein entsprechendes Lochmuster aufweisen, durch das eine entsprechende oxidierte Schicht oxidiert wurde, um eine zusammengesetzte elektrische und/oder optische Apertur des VCSEL zu bilden. Ähnlich wie die VCSEL 100, 500 und 700 ist ein VCSEL 900 so konfiguriert, dass er Licht zur Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen aussendet, z. B. bei der faseroptischen Datenübertragung in Hochgeschwindigkeits-Faseroptik-Kommunikationssystemen. In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 900 so konfiguriert, dass er Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge von 910-2000 nm oder im Wellenlängenbereich von 1200-2000 nm emittiert. Der VCSEL 900 wird auf einem Substrat 905, wie z. B. einem Siliziumsubstrat, einem GaAs-Substrat und/oder einem anderen geeigneten Substrat, gebildet und/oder hergestellt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 900 mindestens eine zusammengesetzte Apertur mit einer oder mehreren ersten Aperturen 913A und einer oder mehreren zweiten Aperturen 913B. Beispielsweise umfasst der VCSEL 900 in verschiedenen Ausführungsformen eine erste Begrenzungsschicht 911A mit einer oder mehreren darin ausgebildeten und/oder definierten ersten Aperturen 913A und eine zweite Begrenzungsschicht 911B mit einer oder mehreren darin ausgebildeten und/oder definierten zweiten Aperturen 913B. Die Möglichkeit, die mindestens eine zweite Apertur 913B vorzusehen, bietet einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Konstruktion und Herstellung des VCSEL 900. In verschiedenen Ausführungsformen dient die mindestens eine erste Apertur 913A als primäre oder dominante Strom- und optische Einschlussapertur. Die mindestens eine zweite Apertur 913B trägt zu einer Verringerung der parasitären Kapazität des VCSEL 900 bei. Sowohl die mindestens eine erste Apertur 913A als auch die mindestens eine zweite Apertur 913B tragen zur optischen Modeneinschränkung und Polarisationsstabilisierung des vom VCSEL 900 emittierten Lichts 5 bei. In einem Ausführungsbeispiel ist jede der einen oder mehreren ersten Aperturen 913A mit einer entsprechenden der einen oder mehreren zweiten Aperturen 913B ausgerichtet (z. B. zentriert). In einem Ausführungsbeispiel hat eine erste Apertur 913A die gleiche Größe und Form wie die jeweilige zweite Apertur 913B, die auf die erste Apertur 913A ausgerichtet und/oder zentriert ist. In einem Ausführungsbeispiel ist eine erste Apertur 913A größer als die entsprechende zweite Apertur 913B. Zwischen der einen oder den mehreren ersten Aperturen 913A und der einen oder den mehreren zweiten Aperturen 913B können verschiedene Größen-, Form-, Ausrichtungs- (oder Versatz-) Beziehungen bestehen, die für die jeweilige Anwendung geeignet sind.
  • In verschiedenen Szenarien kann eine Vielzahl von VCSELs 900 auf einem großen Substrat 905 (z. B. einem Wafer) erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel hat das Substrat (z. B. Wafer) mindestens eine Abmessung (z. B. Länge, Breite oder Radius), die größer als zwei Zoll ist. Nach der Herstellung eines oder mehrerer VCSELs und/oder anderer elektrischer und/oder optischer Bauelemente auf dem Substrat kann das Substrat (z. B. Wafer) in mehrere Chips zerlegt werden. Beispielsweise können die auf dem Substrat (z. B. Wafer) gebildeten VCSEL 900 und/oder elektrooptischen Systeme durch ein Dicing-Verfahren getrennt, als VCSEL-Array verwendet, in ein integriertes VCSEL-System integriert und/oder ähnliches werden, je nach Anwendung.
  • Die Struktur des VCSEL 900 umfasst eine aktive Materialstruktur, die zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist. In 9 ist beispielsweise die Struktur des aktiven Materials 907 dargestellt, die zwischen einem ersten Reflektor 906 und einem zweiten Reflektor 904 angeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die aktive Materialstruktur 907 so konfiguriert, dass sie Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge erzeugen kann. In verschiedenen Ausführungsformen bilden der erste und der zweite Reflektor 906, 904 dazwischen einen Hohlraum, der so konfiguriert ist, dass das von der aktiven Materialstruktur 907 erzeugte Licht als Laserstrahl und/oder Laserpulse emittiert wird. Beispielsweise kann der VCSEL 900 so konfiguriert sein, dass er Licht durch den zweiten Reflektor 904 oder durch den ersten Reflektor 906 emittiert, je nach Anwendung. In einem Ausführungsbeispiel ist der VCSEL 900 so konfiguriert, dass er auf einem „Flip-Chip“ montiert wird und Licht durch den ersten Reflektor 906 und das Substrat 905 emittiert. In einer anderen Ausführungsform ist der VCSEL 900 so konfiguriert, dass er Licht durch den zweiten Reflektor 904 emittiert, wie in 1 gezeigt. In verschiedenen Ausführungsformen, bei denen das Licht durch den ersten Reflektor 906 in das Substrat emittiert oder mit einem Wellenleiter (z. B. einem Siliziumwellenleiter und/oder einem anderen Wellenleiter) gekoppelt wird, liegt die Emissionswellenlänge des Lichts 5 für den VCSEL 900 beispielsweise im Bereich von 1100-2000 nm. Wie in 9 zu sehen ist, definiert die Richtung, in der Licht 5 vom VCSEL 900 emittiert wird, eine Emissionsachse 901 des VCSEL. In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 900 im Allgemeinen rotationssymmetrisch und/oder radial symmetrisch um die Emissionsachse 901. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Emissionsrichtung in Richtung des ersten Reflektors 906 ausgerichtet sein (z. B. in einer von unten emittierenden und/oder Flip-Chip-Konfiguration).
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der erste Reflektor 906 Reflektorstapel (z. B. dielektrische Schichtstapel). Der erste Reflektor 906 kann zum Beispiel undotierte Halbleiterspiegel mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR) umfassen. Der erste Reflektor 906 kann zum Beispiel undotierte, alternierende Schichten aus Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs) und Gallium-Arsenid (GaAs) umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Reflektor 904 einen DBR-Spiegel und der erste Reflektor 906 ein MEMS-Bauteil (microelectromechanical systems) umfassen. Zum Beispiel kann ein MEMS-Bauteil auf dem Substrat 905 hergestellt werden, um den ersten Reflektor 906 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der erste Reflektor 906 ein MEMS-Hochkontrastgitter (HCG). In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 906 ein hybrider Reflektor sein, der eine Kombination aus MEMS-Komponenten und Reflektorstapeln, wie DBR-Spiegeln, umfasst.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein MEMS-HCG ein dünnes Element mit einem Gittermuster darauf/darin, wobei die Periode des Gittermusters kleiner als die charakteristische Wellenlänge des entsprechenden VCSEL 900 ist. In solchen Ausführungsformen wird das Gittermuster in einem ersten Material gebildet und ist von einem zweiten Material umgeben und/oder darin eingebettet, wobei das zweite Material einen niedrigeren Brechungsindex als das erste Material aufweist. In verschiedenen Ausführungsformen, in denen der erste Reflektor 906 ein MEMS-Bauteil (z. B. ein MEMS-HCG) umfasst, kann das MEMS-Bauteil mit lateraler Kopplungsfunktionalität hergestellt werden, so dass es möglich ist, das von dem VCSEL emittierte Licht 5 direkt in eine laterale Richtung oder in beide laterale Richtungen einzukoppeln. In verschiedenen Ausführungsformen ist eine seitliche Richtung eine Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Ebene verläuft, die durch eine Oberfläche des Substrats 905 definiert ist. Beispielsweise kann die MEMS-Komponente des ersten Reflektors 906 (z. B. MEMS-HCG und/oder ähnliches) verwendet werden, um den VCSEL optisch an eine andere optische und/oder elektrooptische Komponente zu koppeln, die auf dem Substrat 905 ausgebildet und/oder daran befestigt ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 906 so betrieben und/oder konfiguriert werden, dass er die Form und/oder Polarisation des vom VCSEL 900 emittierten Lichtstrahls und/oder Lichtpulses 5 steuert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Reflektor 906 so betrieben und/oder konfiguriert werden, dass er die Wellenlänge des von dem VCSEL 900 emittierten Lichts abstimmt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der zweite Reflektor 904 undotierte Halbleiterspiegel mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR-Spiegel). Zum Beispiel kann der zweite Reflektor 904 undotierte abwechselnde Schichten aus Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs) und Gallium-Arsenid (GaAs) umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen enthält der zweite Reflektor 904 keinen DBR auf AlGaAs-Basis. Zum Beispiel kann der zweite Reflektor 904 verschiedene reflektierende Elemente umfassen, die ein gewünschtes Reflexionsniveau für die beabsichtigte Anwendung des VCSEL bei der charakteristischen Wellenlänge des VCSEL 900 bieten.
  • Die aktive Materialstruktur 907 kann zwischen dem ersten und dem zweiten Reflektor 906, 904 angeordnet sein und einen aktiven Bereich 914 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der aktive Bereich 914 einen Stapel von Quantentopf- und/oder Quantenpunktschichten (MQLs). In verschiedenen Ausführungsformen sind die MQLs VCSEL-Verstärkungsmedien. Beispielsweise können die MQLs einen Stapel oder eine Reihe von Quantenmulden umfassen, die zwischen einer Reihe von (Quanten-)Barrieren angeordnet sind. In verschiedenen Ausführungsformen sind die MQL so konfiguriert, dass sie Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die MMS so konfiguriert, dass sie Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 1200-2000 nm erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen werden die MMS aus GaAs- oder InP-basierten Halbleitermaterialien hergestellt.
  • Die aktive Materialstruktur 907 kann außerdem einen Tunnelübergang 912 enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Tunnelübergang 912 aus einer Schicht gebildet, die sich über die aktive Materialstruktur 907 erstreckt. Beispielsweise wird eine Tunnelübergangsform 1112 (siehe 11A) durch epitaktisches Aufwachsen einer oder mehrerer Schichten aus Halbleitermaterial und/oder erneutes Aufwachsen und/oder Überwachsen der einen oder mehreren Schichten gebildet. In einem Ausführungsbeispiel wird der Tunnelübergang 912 gebildet, indem ein Aufwachs- und/oder Überwachsungsprozess an der Tunnelübergangsform 1112 durchgeführt wird, der bewirkt, dass der Tunnelübergang 912 eine p++-Tunnelübergangsunterschicht und eine n++-Tunnelübergangsunterschicht enthält. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Tunnelübergang 912 beispielsweise eine oder mehrere Tunnelübergangsunterschichten. Zum Beispiel kann der Tunnelübergang 912 eine p++-Tunnelübergangs-Teilschicht und eine n++-Tunnelübergangs-Teilschicht umfassen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die aktive Materialstruktur 907 einen p-Typ-Bereich (Schicht), der zwischen der zweiten Stromverteilungsschicht 908 und den MQL-Stapeln des aktiven Bereichs 917 angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der Tunnelübergang 912 auf dem p-Typ-Bereich (der Schicht) angeordnet.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 900 eine zusammengesetzte Apertur, die aus einer ersten Apertur 913A und einer zweiten Apertur 913B besteht. Wie in 9 dargestellt, umfasst der VCSEL 900 eine erste Begrenzungsschicht 911A und eine zweite Begrenzungsschicht 911B. Die erste Begrenzungsschicht 911A umfasst eine oder mehrere erste Aperturen 913A. Die Form, Größe und Positionierung jeder der einen oder mehreren ersten Aperturen 913A wird durch das erste Lochmuster konfiguriert, gebildet und/oder definiert, das eine Vielzahl von ersten Löchern 918A durch eine erste gemusterte Schicht 988A umfasst. In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Begrenzungsschicht 911A eine Schicht auf InP-Basis und die erste gemusterte Schicht 988A ist mindestens ein Teil der zweiten Stromverteilungsschicht 908. Die zweite Begrenzungsschicht 911B umfasst eine oder mehrere zweite Aperturen 913B. Die Form, Größe und Positionierung jeder der einen oder mehreren zweiten Aperturen 913B wird durch das zweite Lochmuster konfiguriert, gebildet und/oder definiert, das eine Vielzahl von zweiten Löchern 918B durch eine zweite gemusterte Schicht 988B umfasst. In der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Begrenzungsschicht 911B eine Schicht des zweiten Reflektors 904 und die zweite gemusterte Schicht 988B ist eine weitere Schicht des zweiten Reflektors 904.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird Licht erzeugt, indem elektrischer Strom durch eine Strombegrenzungsapertur injiziert wird, die durch die Aperturen 913A, 913B in den jeweiligen oxidierten Begrenzungsschichten 911A, 911B definiert ist. Die optische(n) Mode(s) des VCSEL wird/werden in den optischen Begrenzungsaperturen eingeschlossen. In verschiedenen Ausführungsformen dienen die Aperturen 913A, 913B in den oxidierten Begrenzungsschichten 911A, 911B als optische und elektrische Begrenzungsaperturen für den VCSEL 900.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 900 beispielsweise mehrere (z. B. zwei) oxidierten Begrenzungsschichten 911A, 911B, die so konfiguriert sind, dass sie für einen lateralen elektrischen und/oder optischen Begrenzung sorgen. Die oxidierten Begrenzungsschichten 911A, 911B werden in verschiedenen Ausführungsformen durch Oxidation einer jeweiligen zu oxidierenden Schicht 1182A, 1182B (siehe 11B und 11E) gebildet, die die jeweilige(n) Apertur(en) 913A, 913B definiert/en. In einem Ausführungsbeispiel weist eine Begrenzungsschicht 911A, 911B eine oder mehrere entsprechende Aperturen 913A, 913B darin und/oder durch sie hindurch auf, die als eine Strombegrenzungsapertur und die optische Begrenzungsapertur wirken. Beispielsweise kann ein Teil einer zu oxidierenden Schicht 1182A, 1182B nicht oxidiert sein, so dass ein nicht oxidierter Teil der Begrenzungsschicht 911A, 911B eine Apertur 913A, 913B bereitstellt und/oder definiert, die einen elektrischen und/oder optischen Fluss durch sie hindurch ermöglicht. In verschiedenen Ausführungsformen definieren die Aperturen 913A, 913B gemeinsam die Emissionsapertur des VCSEL 900. In verschiedenen Ausführungsformen bestehen die oxidierten Begrenzungsschichten 911A, 911B aus einer entsprechenden aluminiumhaltigen Verbindung. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Begrenzungsschicht 911A beispielsweise InAlGaAs und/oder InAlAs (z. B. p-dotiertes InAlGaAs und/oder InAlAs) und oxidiertes InAlGaAs und/oder InAlAs. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Begrenzungsschicht 911B AlGaAs und oxidiertes AlGaAs.
  • In verschiedenen Ausführungsformen werden die oxidierten Begrenzungsschichten 911A, 911B durch Oxidation einer entsprechenden zu oxidierenden Schicht 1182A, 1182B durch ein entsprechendes Muster von Löchern 985A, 985B gebildet (siehe 11B und 11D). Der VCSEL 900 umfasst beispielsweise eine gemusterte Schicht 988A, 988B, die jeweils einer der oxidierten Begrenzungsschichten 911A, 911B entspricht. Jede gemusterte Schicht 988A, 988B umfasst eine entsprechende Vielzahl von Löchern 918A, 918B, die durch sie hindurch ausgebildet sind und das entsprechende Muster von Löchern 985A, 985B bilden. Beispielsweise erstreckt sich jedes der Löcher 918A, 918B des jeweiligen Lochmusters 985A, 985B in einer Richtung, die quer zu einer Ebene verläuft, die durch eine erste Oberfläche der jeweiligen strukturierten Schicht 988A, 988B, eine zweite Oberfläche der jeweiligen strukturierten Schicht 988A, 988B und/oder eine Oberfläche des Substrats 905 definiert ist. In einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Löcher 918A, 918B zum Beispiel in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Emissionsachse 901 ist. In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich jedes der Löcher 918A, 918B des jeweiligen Lochmusters 985A, 985B von der ersten Oberfläche der jeweiligen strukturierten Schicht 988A, 988B zur zweiten Oberfläche der jeweiligen strukturierten Schicht 988A, 988B und/oder mindestens zu einer ersten Oberfläche der jeweiligen Begrenzungsschicht 911A, 911B.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird das erste Lochmuster 985A durch die zweite stromverteilende Schicht 908 hindurch gebildet und/oder geätzt. In einem Ausführungsbeispiel ist die erste gemusterte Schicht 988 die zweite stromverteilende Schicht 908. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine erste zu oxidierende Schicht 982 durch das erste Lochmuster 985A oxidiert, um die erste Begrenzungsschicht 911A zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste gemusterte Schicht 988A p-Typ InP.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird das zweite Lochmuster 985B durch eine Schicht des zweiten Reflektors 904 gebildet und/oder geätzt. In einem Ausführungsbeispiel wird das zweite Lochmuster 985B beispielsweise durch die zweite GaAs-Schicht 942B des zweiten Reflektors 904 gebildet und/oder geätzt. In verschiedenen Ausführungsformen ist die zweite Begrenzungsschicht 911B eine AlGaAs-Schicht 944 des zweiten Reflektors 904.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die ersten und zweiten Lochmuster 985A, 985B jeweils eine Vielzahl von Löchern 918A, 918B. In einem Ausführungsbeispiel hat jedes der Löcher einen Durchmesser DH. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Löcher der ersten Vielzahl von Löchern 918A denselben oder einen anderen Durchmesser haben als die Löcher der zweiten Vielzahl von Löchern 918B. In verschiedenen Ausführungsformen liegt der Lochdurchmesser DH in einem Bereich von 0,5 bis 5 Mikron. In verschiedenen Ausführungsformen haben die Löcher der Lochmuster 985A, 985B verschiedene Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 Mikrometern. In verschiedenen Ausführungsformen hat der Teil einer jeweiligen Begrenzungsschicht 911A, 911B, der durch ein bestimmtes Loch 918A, 918B oxidiert wird, einen Durchmesser Do. In einer Beispielsausführungsform beträgt der Oxidationsdurchmesser Do bis zu 10 Mikrometer. Zum Beispiel hat die Oxidation der Begrenzungsschicht 911A, 911B, die durch das Loch 918A, 918B auftritt, eine seitliche Ausbreitung (z. B. eine Ausbreitung in einer seitlichen Richtung vom Loch 918A, 918B) von bis zu 10 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Oxidationsdurchmesser Do bis zu vier Mikrometer. In verschiedenen Ausführungsformen hat das Muster der Löcher 985A, 985B einen größten Abstand s der nächsten Nachbarn von 10 Mikrometern. In einem Ausführungsbeispiel ist der nächste Nachbar eines ersten Lochs (918A, 918B) ein zweites Loch (918A, 918B), das dem ersten Loch am nächsten ist, und der nächste Nachbarabstand für das erste Loch ist der Abstand zwischen dem ersten Loch und dem zweiten Loch. Zum Beispiel ist der größte nächste Nachbarabstand s so konfiguriert, dass der oxidierte Abschnitt 984 zusammenhängend ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist das Muster der Löcher 985A, 985B im Allgemeinen wabenförmig und/oder hexagonal. Zum Beispiel hat ein Loch im Allgemeinen sechs gleichmäßig beabstandete nächste Nachbarn. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Muster der Löcher um die Aperturen 913A, 913B nicht regelmäßig. Zum Beispiel sind die Lochmuster 985A, 985B jeweils so konfiguriert, dass der jeweilige oxidierte Abschnitt 984A, 984B eine jeweilige Apertur 913A, 913B mit einer bestimmten Form, Größe und Lage definiert. Zum Beispiel definiert das erste Lochmuster 985A die Form, Größe und Lage der ersten Apertur 913A und das zweite Lochmuster 985B definiert die Form, Größe und Lage der zweiten Apertur 913B.
  • Wie oben erwähnt, definiert jedes Lochmuster 985A, 985B jeweils eine oder mehrere Aperturen 913A, 913B. Zum Beispiel umfasst und/oder definiert jede Begrenzungsschicht 911A, 911B eine oder mehrere Aperturen (z. B. bis zu zehn Aperturen in einem Ausführungsbeispiel). Beispielsweise kann eine einzige aktive Materialstruktur 907 verwendet werden, um ein Array von VCSELs zu erzeugen. Die Muster der Löcher 985A, 985B definieren die Lage, Größe und Form der jeweiligen Apertur 913A, 913B.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird die Form der Apertur(en) 913A, 913B durch das jeweilige Muster der Löcher 985A, 985B definiert. Beispielsweise wird die Apertur (bzw. werden die Aperturen) 913A, 913B einer Begrenzungsschicht 911A, 911B durch die Oxidation der Begrenzungsschicht 911A, 911B durch die Löcher 918A, 918B der jeweiligen strukturierten Schicht 988A, 988B gebildet. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Apertur(en) 913A rund, elliptisch mit verschiedenen Exzentrizitätswerten und/oder dergleichen. In verschiedenen Ausführungsformen definiert eine Form der Apertur 913A, 913B ein optisches Strahlprofil und/oder eine Polarisation des Lichts 5, das vom VCSEL 900 durch die zusammengesetzte Apertur, die durch die erste und zweite Apertur 913A, 913B gebildet wird, emittiert wird. Verschiedene Ausführungsformen ermöglichen beispielsweise die Herstellung eines Arrays von VCSELs, bei dem jeder VCSEL des Arrays Licht mit einer anderen Polarisation aussendet, was Polarisationsmultiplexing (PDM) ermöglicht.
  • Wie in 9 gezeigt, umfasst die aktive Materialstruktur 907 in verschiedenen Ausführungsformen außerdem eine erste und eine zweite stromverteilende Schicht 910, 908. Beispielsweise können die erste und die zweite stromverteilende Schicht als globale Kontakte fungieren, die Spannung und/oder Strom an die aktive Materialstruktur 907 liefern. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste und/oder zweite stromverteilende Schicht 910, 908 eine Kontaktschicht umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kontaktschicht eine dünne Metallschicht (z. B. ein dünner Metallring) sein, die so konfiguriert ist, dass sie den Strom über eine entsprechende der ersten und/oder zweiten Stromverteilungsschicht 910, 908 verteilt. Zum Beispiel kann die Kontaktschicht den Strom über die zweite Stromverteilungsschicht 908 mit einem geringeren Widerstand verteilen, als wenn der Strom über die zweite Stromverteilungsschicht 908 durch die zweite Stromverteilungsschicht 908 allein verteilt wird. In verschiedenen Ausführungsformen sind die erste und die zweite Stromverteilungsschicht 910, 908 so konfiguriert (möglicherweise mit entsprechender(n) Kontaktschicht(en)), dass sie eine elektrische Vorspannung (z. B. eine Spannungsdifferenz und/oder einen Strom) an Oberflächen des aktiven Bereichs 914 liefern, die im Wesentlichen senkrecht zur Emissionsachse 901 verlaufen. Beispielsweise können die erste und die zweite Stromspreizschicht 910, 908 (möglicherweise mit entsprechender(n) Kontaktschicht(en)) so konfiguriert sein, dass sie eine Spannungsdifferenz und/oder einen Strom zwischen einer Oberfläche des aktiven Bereichs 914, die an die erste Stromspreizschicht 910 angrenzt und/oder an diese stößt, und einer Oberfläche des aktiven Bereichs 914, die einen Tunnelübergang 912 umfasst und an die erste Begrenzungsschicht 911A angrenzt, bereitstellen.
  • Die Stromspreizschichten 908 und 910 können n-Typ-Indiumphosphid-Schichten (n-InP) umfassen. Die Herstellung des elektrischen Kontakts zum aktiven Bereich 914 durch die n-Typ-Stromspreizschichten 910, 908 kann es beispielsweise ermöglichen, dass der erste Reflektor 906 und/oder der zweite Reflektor 904 aus undotierten Halbleiter-DBR-Spiegeln bestehen. In einigen Beispielen erzeugt der Herstellungsprozess des VCSEL eine Mesa-Struktur, die durch den aktiven Bereich 914, die zweite Stromspreizschicht 908 und den zweiten Reflektor 904 dargestellt wird. Die Mesa-Struktur kann auf den darunter liegenden Strukturen (z. B. der ersten Stromausbreitungsschicht 910, dem ersten Reflektor 906, dem Substrat 905 und/oder dergleichen) gebildet werden. Der Herstellungsprozess kann zum Beispiel reaktives Ionenätzen (RIE) und chemisches Ätzen durch die verschiedenen Schichten umfassen, um eine Mesa-Struktur zu bilden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der VCSEL 900 außerdem erste Kontakte 920A und zweite Kontakte 920B. Zum Beispiel können die ersten Kontakte 920A in elektrischer Verbindung mit der ersten Stromverteilungsschicht 910 stehen. Die zweiten Kontakte 920B können in elektrischer Verbindung mit der zweiten stromverteilenden Schicht 908 stehen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die ersten Kontakte 920A und die zweiten Kontakte 920B so konfiguriert, dass sie den VCSEL 900 in elektrischer Verbindung mit einer externen Strom- und/oder Spannungsquelle (z. B. einem VCSEL-Treiber und/oder dergleichen) halten.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist der VCSEL 900 so konfiguriert, dass er optisch modulierte Datenbits durch optische Fasern und/oder Wellenleiter mit einer Modulationsgeschwindigkeit von bis zu 50 Gigabit pro Sekunde (Gb/s) oder schneller übertragen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann der VCSEL 900 Licht 5 mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 910-2000 nm emittieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann der VCSEL 900 Licht 5 mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 1200-2000 nm emittieren.
  • Beispielverfahren zur Herstellung eines vierten Beispiel-VCSEL
  • 10 zeigt ein Flussdiagramm, das verschiedene Prozesse, Verfahren, Vorgänge und/oder dergleichen zur Herstellung eines Halbleiters mit einer oxidierten Begrenzungsschicht veranschaulicht. Das in 10 gezeigte Verfahren kann beispielsweise zur Herstellung verschiedener Ausführungen von VCSELs, wie den in 9 dargestellten VCSELs 900, verwendet werden. Die 11A-11F zeigen verschiedene Stufen der Herstellung eines VCSEL 900.
  • Beginnend mit Schritt/Vorgang 1002 werden zwei oder mehr Schichten einer Halbleiterbauelement auf einem Substrat 905 gebildet. Die zwei oder mehr Schichten umfassen eine erste freigelegte Schicht 1180A und eine erste zu oxidierende Schicht 1182A. Die erste zu oxidierende Schicht 1182A ist zwischen dem Substrat 905 und der ersten freigelegten Schicht 1180A angeordnet.
  • Zum Beispiel werden, wie in 11A gezeigt, eine oder mehrere Schichten eines VCSEL-Rohlings 1100 auf einem Substrat 905 gebildet. Zum Beispiel wird eine erste Reflektorform 1106 auf dem Substrat 905 gebildet, hergestellt und/oder aufgewachsen. Zusätzlich werden eine oder mehrere Schichten auf der ersten Reflektorform 1106 epitaktisch aufgewachsen, wie zum Beispiel eine erste Stromspreizschichtform 1110, eine aktive Regionform 1114, eine Tunnelübergangsform 1112, eine erste zu oxidierende Schicht 1182A und eine zweite Stromspreizschichtform 1108. In verschiedenen Ausführungsformen ist die erste zu oxidierende Schicht 1182A eine Abstandsschicht und/oder ein Teil der zweiten Stromspreizschicht 1108. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die erste zu oxidierende Schicht 1182A InAlGaAs und/oder InAlAs (z. B. p-dotiertes InAlGaAs und/oder InAlAs). In einem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Stromverteilungsschicht 1108 InP (z. B. p-dotiertes InP). In verschiedenen Ausführungsformen ist die zweite stromverteilende Schichtform 1108 eine erste freiliegende Schicht 1180A.
  • Beispielsweise ist die erste Reflektorform 1106 so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der ersten Reflektorform 1106 auf einer ersten Oberfläche des Substrats 905 ausgebildet ist. Die erste Stromverteilungsschichtform 1110 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der ersten Stromverteilungsschichtform 1110 auf einer ersten Oberfläche der ersten Reflektorform 1106 ausgebildet ist. Der aktive Bereich 1114 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche des aktiven Bereichs 1114 auf einer ersten Oberfläche der ersten Stromspreizschicht 1110 ausgebildet ist. Die Tunnelübergangsform 1112 ist so ausgebildet, dass eine zweite Oberfläche der Tunnelübergangsform 1112 auf einer ersten Oberfläche der ersten Stromverteilungsschichtform 1110 ausgebildet ist. Eine erste zu oxidierende Schicht 1182A wird so gebildet, dass eine zweite Oberfläche der ersten zu oxidierenden Schicht 1182A auf einer ersten Oberfläche der Tunnelübergangsform 1112 gebildet wird. Eine zweite Stromspreizschichtform 1108 wird so gebildet, dass eine zweite Oberfläche der zweiten Stromspreizschichtform 1108 auf einer ersten Oberfläche der ersten zu oxidierenden Schicht 1182A gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt sind keine Schichten auf der ersten Oberfläche der zweiten Stromspreizschichtform 1108 gebildet, so dass die erste Oberfläche der zweiten Stromspreizschichtform 1108 der Umgebung ausgesetzt ist. Somit ist die zweite Stromspreizschichtform 1108 die erste freigelegte Schicht 1180A.
  • In dem in 11A gezeigten Ausführungsbeispiel sind die zwei oder mehr Schichten des Halbleiterbauelements (z. B. VCSEL 900), die auf dem Substrat 905 als Teil des Schritts/der Operation 1002 gebildet werden, die erste Reflektorform 1106, die erste Stromverteilungsschicht 1110, die aktive Regionform 1114, die Tunnelübergangsform 1112, die erste zu oxidierende Schicht 1182A und die zweite Stromverteilungsschichtform 1108, die die erste freigelegte Schicht 1180A ist.
  • Wie in 10 dargestellt, wird in Schritt/Vorgang 1004 ein erstes Lochmuster 985A durch die erste freigelegte Schicht 1180A geätzt, um eine erste gemusterte Schichtform 1188A zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel ein Maskierungsverfahren (z. B. fotografische Maskierung) verwendet, um das erste Lochmuster zu definieren und zu ätzen. In verschiedenen Ausführungsformen wird jedes Loch 918A des ersten Lochmusters 985A von einer ersten Oberfläche der ersten freigelegten Schicht 1180A bis zu mindestens einer zweiten Oberfläche der ersten freigelegten Schicht geätzt. In einem Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere Löcher 918A des ersten Lochmusters teilweise durch die erste zu oxidierende Schicht 1182A geätzt werden. 4B zeigt die Ergebnisse des Ätzens des ersten Lochmusters 985A durch die erste freigelegte Schicht 1180A, um eine erste gemusterte Schichtform 1188A zu bilden. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Löcher 918A durch die erste freiliegende Schicht 1180A in einer Richtung geätzt, die quer und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer ebenen Fläche verläuft, die durch eine Oberfläche des Substrats 905 definiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die ebene Fläche im Allgemeinen und/oder im Wesentlichen parallel zur ersten Oberfläche der ersten zu oxidierenden Schicht 1182A.
  • Wie oben beschrieben, wird das erste Muster von Löchern 985A, das durch die erste freiliegende Schicht 1180A geätzt ist, erzeugt, ausgewählt und/oder ähnliches, um die Lage, Größe und Form der einen oder mehreren ersten Aperturen 913A des VCSEL 900 zu definieren. Zusätzlich wird das erste Muster von Löchern 985, das durch die erste freiliegende Schicht 1180A geätzt ist, erzeugt, ausgewählt und/oder ähnliches, um eine vollständige Oxidation des oxidierten Abschnitts 984A der ersten Begrenzungsschicht 911A zu ermöglichen, die durch Oxidieren der ersten zu oxidierenden Schicht 1182A gebildet wird. Der oxidierte Teil 984A besteht aus den Teilen der ersten Begrenzungsschicht 911A, die nicht Teil der einen oder mehreren ersten Aperturen 913A sind, möglicherweise mit Ausnahme eines Teils des Umfangs der ersten Begrenzungsschicht 911A, wie in den 2A und 2B gezeigt. So sind in verschiedenen Ausführungsformen die nächstgelegenen Abstände s der Löcher 918A so konfiguriert, dass die gesamte erste zu oxidierende Schicht 1182A zwischen den Löchern 918A, die nicht Teil der ersten Apertur(en) 913 sein soll, angesichts der Mobilität von Sauerstoff im Material der ersten zu oxidierenden Schicht vollständig oxidiert werden kann. Da beispielsweise die Mobilität von Sauerstoff in InAlGaAs und/oder InAlAs geringer ist als in AlGaAs, kann in einem Ausführungsbeispiel, bei dem die erste zu oxidierende Schicht 1182A InAlGaAs und/oder InAlAs umfasst, der Abstand s der nächsten Nachbarn der Löcher 918A geringer sein als der Abstand s der nächsten Nachbarn der Löcher in einem Ausführungsbeispiel, bei dem die zu oxidierende Schicht AlGaAs umfasst. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt der Abstand s der nächsten Nachbarn nicht mehr als 10 Mikrometer (z. B. s ≤ 10 µm).
  • Wie in 10 dargestellt, wird in Schritt/Vorgang 1006 die erste Begrenzungsschichtform 1111A durch Oxidation der ersten zu oxidierenden Schicht 1182A durch die Löcher 918A des ersten Lochmusters 985A gebildet. Beispielsweise kann das Substrat 905 (z. B. ein Wafer usw.), auf dem der Halbleiter hergestellt wird, in eine Oxidationskammer gelegt und einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel besteht das oxidierende Gas aus Wasserdampf. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Halbleiter, der auf dem Substrat 905 gebildet wird, dem oxidierenden Gas bei einer Temperatur im Bereich von 400-500 °C für eine bestimmte Zeit ausgesetzt. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünfzehn Minuten bis drei Stunden. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünf bis dreißig Minuten.
  • 11C zeigt das Ergebnis von Schritt/Vorgang 1006 bei der Herstellung eines VCSEL 900. Insbesondere ist die erste zu oxidierende Schicht 1182A durch die Löcher 918A des ersten Lochmusters 985A hindurch oxidiert worden, so dass eine erste Begrenzungsschichtform 1111A gebildet worden ist. Die erste Begrenzungsschichtform 1111A definiert eine erste Apertur 913A, die so konfiguriert ist, dass sie zumindest teilweise eine seitliche elektrische und/oder optische Begrenzung während des Betriebs des VCSEL 900 bereitstellt. Die erste Begrenzungsschichtform 1111A umfasst ferner einen kontinuierlichen und/oder zusammenhängenden oxidierten Abschnitt 1184A, der den Abschnitt der ersten Begrenzungsschichtform 1111A umfasst, der ein oxidiertes Material (z. B. oxidiertes InAlGaAs und/oder InAlAs in einer Beispielsausführungsform) umfasst. Die erste Begrenzungsschichtform 1111A umfasst nicht oxidierte Abschnitte 1186 (z. B. InAlGaAs und/oder InAlAs in einem Ausführungsbeispiel), die die eine oder mehrere erste Aperturen 913A und möglicherweise einen peripheren Abschnitt der ersten Begrenzungsschichtform 1111A umfassen.
  • In Fortsetzung von 10 wird in Schritt/Vorgang 1108 ein Teil des zweiten Reflektors 904 (z. B. die erste GaAs-Schicht 942A, die erste AlGaAs-Schicht 944A und die zweite GaAs-Schicht 942B) auf der ersten Oberfläche der ersten freiliegenden Schicht 1180A (z. B. der ersten strukturierten Schicht 988A) gebildet. In einem Ausführungsbeispiel werden die erste GaAs-Schicht 942A, die erste AlGaAs-Schicht 944A und die zweite GaAs-Schicht 942B auf einem Reflektorsubstrat gebildet, auf die erste gemusterte Schicht 985A gebondet und/oder aufgeschmolzen und dann wird das Reflektorsubstrat entfernt (z. B. durch einen Ätzprozess). In einem Ausführungsbeispiel wird die erste GaAs-Schicht 942A mit der ersten strukturierten Schicht 985A verbunden und/oder verschmolzen, so dass die resultierende verschmolzene Grenzfläche einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweist (z. B. weniger als 1*10-3 ohms*cm2). Wie in 11D gezeigt, werden beispielsweise eine oder mehrere Schichten des zweiten Reflektors auf der zweiten stromverteilenden Schicht 908 und/oder der ersten strukturierten Schicht 988A hergestellt, geformt und/oder aufgeklebt. In einem Ausführungsbeispiel ist die erste AlGaAs-Schicht 544A die zweite zu oxidierende Schicht 1182B und besteht aus AlGaAs. In verschiedenen Ausführungsformen ist die zweite GaAs-Schicht 942B des zweiten Reflektors die zweite freigelegte Schicht 1180B.
  • Beispielsweise wird eine erste GaAs-Schicht 542A des zweiten Reflektors 504 so ausgebildet und/oder verbunden, dass eine zweite Oberfläche der ersten GaAs-Schicht 542A auf einer ersten Oberfläche der zweiten Stromverteilungsschicht 908 (z. B. der ersten strukturierten Schicht 988A) ausgebildet und/oder mit ihr verbunden/verschmolzen wird. Die zweite Oberfläche der zweiten GaAs-Schicht 942B ist der Umgebung ausgesetzt, so dass die zweite GaAs-Schicht 942B die zweite freiliegende Schicht 1180B ist. Die erste AlGaAs-Schicht 944A ist die zweite zu oxidierende Schicht 1182B.
  • In Fortsetzung von 10 wird in Schritt/Vorgang 1010 ein zweites Muster von Löchern 985B durch die zweite freigelegte Schicht 1180B geätzt, um eine zweite gemusterte Schichtform 1188B zu bilden, wie in 11E gezeigt. In einem Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel ein Maskierungsverfahren (z. B. fotografische Maskierung) verwendet, um das zweite Lochmuster 985B zu definieren und zu ätzen. In verschiedenen Ausführungsformen wird jedes Loch 918B des zweiten Musters von Löchern 985B von einer ersten Oberfläche der zweiten freiliegenden Schicht 1180B bis zu mindestens einer zweiten Oberfläche der zweiten freiliegenden Schicht geätzt. In einem Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere Löcher 918B des zweiten Lochmusters 985B teilweise durch die zweite zu oxidierende Schicht 1182B geätzt werden. 11E zeigt die Ergebnisse des Ätzens des zweiten Musters von Löchern 985B durch die zweite freigelegte Schicht 1180B, um eine zweite gemusterte Schichtform 1188B zu bilden. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Löcher 918B durch die zweite freiliegende Schicht 1180B in einer Richtung geätzt, die quer und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer ebenen Fläche verläuft, die durch eine Oberfläche des Substrats 905 definiert ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die ebene Fläche im Allgemeinen und/oder im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche der zweiten zu oxidierenden Schicht 1182B.
  • Wie oben beschrieben, wird das zweite Muster von Löchern 985B, die durch die zweite freiliegende Schicht 1180B geätzt sind, erzeugt, ausgewählt und/oder ähnliches, um die Lage, Größe und Form der einen oder mehreren zweiten Aperturen 913B des VCSEL 900 zu definieren. Darüber hinaus wird das zweite Muster von Löchern 985B, das durch die zweite freiliegende Schicht 1180B geätzt wird, erzeugt, ausgewählt und/oder dergleichen, um eine vollständige Oxidation des oxidierten Teils der zweiten Begrenzungsschichtform 1111B zu ermöglichen, die durch Oxidieren der zweiten zu oxidierenden Schicht 1182B gebildet wird. Der oxidierte Teil besteht aus den Teilen der zweiten Begrenzungsschichtform 1111B, die nicht Teil der einen oder mehreren zweiten Aperturen 913B sind, möglicherweise mit Ausnahme eines Teils des Umfangs der zweiten Begrenzungsschichtform 1111B, ähnlich wie in den 2A und 2B gezeigt. So sind in verschiedenen Ausführungsformen die nächstgelegenen Abstände s der Löcher 918B so konfiguriert, dass die gesamte zweite zu oxidierende Schicht 1182B zwischen den Löchern 918B, die nicht Teil einer zweiten Apertur 913B sein soll, angesichts der Mobilität von Sauerstoff im Material der zweiten zu oxidierenden Schicht 1182B vollständig oxidiert werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt der Abstand s zwischen den nächsten Nachbarn nicht mehr als 10 Mikrometer (z. B. s ≤ 10 µm).
  • Wie in 10 dargestellt, wird in Schritt/Vorgang 1012 die zweite Begrenzungsschichtform 1111B durch Oxidation der zweiten zu oxidierenden Schicht 1182B durch die Löcher 918B des zweiten Lochmusters 985B gebildet. Beispielsweise kann das Substrat 905 (z. B. ein Wafer usw.), auf dem der Halbleiter hergestellt wird, in eine Oxidationskammer gelegt und einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel besteht das oxidierende Gas aus Wasserdampf. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Halbleiter, der auf dem Substrat 905 (und den darauf gebildeten Schichten) gebildet wird, dem oxidierenden Gas bei einer Temperatur im Bereich von 400-500 °C für eine bestimmte Zeitspanne ausgesetzt. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne in einem Bereich von fünfzehn Minuten bis drei Stunden. In einem Ausführungsbeispiel liegt die definierte Zeitspanne im Bereich von fünf bis dreißig Minuten.
  • 11F zeigt das Ergebnis von Schritt/Vorgang 1012 bei der Herstellung eines VCSEL 900. Insbesondere ist die zweite zu oxidierende Schicht 1182B durch die Löcher 918B des zweiten Lochmusters 985B hindurch oxidiert worden, so dass eine zweite Begrenzungsschichtform 1111B gebildet worden ist. Die zweite Begrenzungsschichtform 1111B definiert mindestens eine zweite Apertur 913B, die so konfiguriert ist, dass sie eine laterale elektrische und/oder optische Begrenzung während des Betriebs des VCSEL 900 bereitstellt. Die zweite Begrenzungsschichtform 1111B umfasst ferner einen angrenzenden oxidierten Teil 984B, der den Teil der zweiten Begrenzungsschichtform 1111B umfasst, der ein oxidiertes Material (z. B. oxidiertes AlGaAs in einer Beispielsausführungsform) umfasst. Die zweite Begrenzungsschichtform 1111B umfasst nicht oxidierte Abschnitte 986 (z. B. mit AlGaAs in einem Ausführungsbeispiel), die die eine oder mehrere zweite Aperturen 913B und möglicherweise einen peripheren Abschnitt der zweiten Begrenzungsschichtform 1111B umfassen.
  • Zurück zu 10: In Schritt/Vorgang 1014 wird eine zusätzliche Verarbeitung durchgeführt, um die Herstellung des Halbleiters abzuschließen. So werden beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche Verarbeitungsschritte durchgeführt, um die Herstellung des in 9 dargestellten VCSEL 900 aus der in 11F gezeigten Herstellungsstufe abzuschließen. Beispielsweise werden eine oder mehrere zusätzliche Schichten (z. B. AlGaAs-Schichten 944 und/oder GaAs-Schichten 942) des zweiten Reflektors 904 auf der zweiten strukturierten Schichtform 1188B (oder der zweiten strukturierten Schicht 988B) gebildet und/oder hergestellt, um die Bildung des zweiten Reflektors 904 abzuschließen. Zum Beispiel kann ein Ätzprozess durchgeführt werden, um die Mesa-Struktur des VCSEL 900 zu erzeugen. Zum Beispiel kann der Ätzprozess so konfiguriert sein, dass der erste Reflektor 906 aus der ersten Reflektorform 1106, die erste Stromspreizschicht 910 aus der ersten Stromspreizschichtform 1110, der aktive Bereich 914 aus der aktiven Bereichsform 1114, der Tunnelübergang 912 aus der Tunnelübergangsform 1112 die erste oxidierte Begrenzungsschicht 911A aus der ersten Begrenzungsschichtform 1111A, die zweite Stromspreizschicht 908 aus der zweiten Stromspreizschichtform 1108, die zweite Begrenzungsschicht 911B aus der zweiten Begrenzungsschichtform 1111B und die zweite gemusterte Schicht 988B aus der zweiten strukturierten Schichtform 1188B. Die Kontakte 920A, 920B werden auf die geätzte Mesa der aktiven Materialstruktur 907 (z. B. auf die ersten Stromverteilungsschichten 910 bzw. die zweite gemusterte Schicht 988B und/oder dergleichen) aufgebracht und/oder strukturiert. Es versteht sich von selbst, dass die zusätzlichen Verarbeitungsschritte, die zur Fertigstellung des Halbleiterbauelements nach der Bildung der zweiten Begrenzungsschicht erforderlich sind, von dem jeweiligen Halbleiterbauelement und der Position der zweiten Begrenzungsschicht innerhalb des Halbleiterbauelements abhängen.
  • Viele Modifikationen und andere Ausführungsformen der hierin dargelegten Erfindungen werden einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindungen gehören, in den Sinn kommen, wenn er die in den vorstehenden Beschreibungen und den zugehörigen Zeichnungen dargelegten Lehren nutzt. Es versteht sich daher von selbst, dass die Erfindungen nicht auf die offengelegten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sind und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche einbezogen werden sollen. Obwohl hier spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung verwendet.
  • Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen nur beispielhaft sind und dass im Rahmen der Ansprüche Änderungen im Detail vorgenommen werden können.
  • Jedes Gerät, Verfahren und Merkmal, das in der Beschreibung und (gegebenenfalls) in den Ansprüchen und Zeichnungen offenbart wird, kann unabhängig oder in jeder geeigneten Kombination bereitgestellt werden.
  • Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen dienen nur der Veranschaulichung und haben keine einschränkende Wirkung auf den Umfang der Ansprüche.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 17249224 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren zur Herstellung einer zumindest teilweise oxidierten Begrenzungsschicht eines Halbleiterbauelements, wobei das Verfahren umfasst: Bilden von zwei oder mehr Schichten einer Halbleiterbauelement auf einem Substrat, wobei die zwei oder mehr Schichten eine freiliegende Schicht und eine zu oxidierende Schicht umfassen, wobei die zu oxidierende Schicht zwischen dem Substrat und der freiliegenden Schicht angeordnet ist; Ätzen, unter Verwendung eines Maskierungsprozesses, eines Musters von Löchern, die sich durch die freiliegende Schicht mindestens bis zu einer ersten Oberfläche der zu oxidierenden Schicht erstrecken, wobei die erste Oberfläche der zu oxidierenden Schicht eine Oberfläche der zu oxidierenden Schicht ist, die im Allgemeinen parallel zu einer ebenen Fläche ist, die durch eine Oberfläche des Substrats definiert ist, die der freiliegenden Schicht am nächsten ist, wobei sich jedes Loch des Musters von Löchern in einer Richtung erstreckt, die quer zu der ebenen Fläche ist; und Oxidieren der zu oxidierenden Schicht durch das Muster von Löchern hindurch, indem die zwei oder mehr Schichten des Halbleiterbauelements einem oxidierenden Gas ausgesetzt werden, um eine Begrenzungsschicht zu bilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zwei oder mehr Schichten außerdem mindestens eine aktive Schicht umfassen, die ein Material auf InP-Basis enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zu oxidierende Schicht InAlGaAs oder InAlAs umfasst und die Begrenzungsschicht oxidiertes InAlGaAs oder oxidiertes InAlAs umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei: das Halbleiterbauelement ein Oberflächenemitter (VCSEL) ist, die zwei oder mehr Schichten einen ersten Reflektor und einen aktiven Bereich umfassen, wobei der erste Reflektor zwischen dem Substrat und dem aktiven Bereich angeordnet ist, und der VCSEL ferner einen zweiten Reflektor umfasst, wobei der aktive Bereich zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor angeordnet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei es sich bei der zu oxidierenden Schicht um eine der folgenden Schichten handelt: (a) eine Abstandshalterschicht, die zwischen dem aktiven Bereich und dem zweiten Reflektor angeordnet ist, oder (b) eine Schicht des zweiten Reflektors.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der VCSEL so konfiguriert ist, dass er Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge im Bereich von 1200-2000 nm emittiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei nach der Bildung der Begrenzungsschicht der zweite Reflektor auf der freiliegenden Schicht gebildet oder aufgeklebt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach dem Ausbilden oder Aufkleben des zweiten Reflektors auf die freiliegende Schicht die freiliegende Schicht immer noch das Muster von Löchern aufweist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Begrenzungsschicht mindestens einen Aperturabschnitt umfasst, wobei der Aperturabschnitt ein nicht oxidierter Abschnitt der Begrenzungsschicht ist, der eine elektrooptische Apertur des VCSEL definiert.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Form des Aperturabschnitts ein optisches Strahlprofil und eine Polarisation des von dem VCSEL emittierten Lichts definiert.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der mindestens eine Aperturabschnitt zwei oder mehr Aperturabschnitte umfasst, wobei der VCSEL so konfiguriert ist, dass er Licht durch zwei oder mehr optische Aperturen emittiert, wobei jede der zwei oder mehr optischen Aperturen durch einen entsprechenden der zwei oder mehr Aperturabschnitte definiert ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei der mindestens eine Aperturabschnitt durch das Muster von Löchern definiert ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei das Muster von Löchern eine Form und ein Muster mindestens einer elektro-optischen Apertur einer Single- und/oder Multi-Mode-VCSEL-Konfiguration definiert.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Loch des Musters von Löchern mindestens einen nächsten Nachbarn hat, der nicht mehr als zehn Mikrometer vom Loch entfernt ist.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Loch des Musters von Löchern einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 Mikrometer hat.
  16. Oberflächenemitter (VCSEL), umfassend: einen ersten Reflektor, der auf einem Substrat ausgebildet ist; einen zweiten Reflektor; einen aktiven Bereich, der zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor angeordnet ist; eine Begrenzungsschicht; und eine gemusterte Schicht; wobei: die Begrenzungsschicht ein oxidiertes Muster und mindestens einen Aperturabschnitt umfasst, der Aperturabschnitt ein nicht oxidierter Teil der Begrenzungsschicht ist, der eine elektro-optische Apertur des VCSEL definiert, die gemusterte Schicht ein Muster von Löchern aufweist, das dem oxidierten Muster entspricht.
  17. VCSEL nach Anspruch 16, wobei der mindestens eine Aperturabschnitt zwei oder mehr Aperturabschnitte umfasst und der VCSEL so konfiguriert ist, dass er Licht durch zwei oder mehr optische Aperturen emittiert, wobei jede der zwei oder mehr optischen Aperturen einem entsprechenden der zwei oder mehr Aperturabschnitte entspricht.
  18. VCSEL nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Begrenzungsschicht und die gemusterte Schicht unmittelbar benachbarte Schichten sind und (a) zwischen dem aktiven Bereich und dem zweiten Reflektor oder (b) innerhalb des zweiten Reflektors angeordnet sind.
  19. VCSEL nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei eine Form des Aperturabschnitts ein optisches Strahlprofil und eine Polarisation des von dem VCSEL durch die optische Apertur emittierten Lichts definiert.
  20. VCSEL nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der VCSEL so konfiguriert ist, dass er Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge in einem Bereich von 1200 bis 2000 nm emittiert.
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