DE112021001740T5

DE112021001740T5 - Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur eines Oberflächenemitters und Oberflächenemitter

Info

Publication number: DE112021001740T5
Application number: DE112021001740.3T
Authority: DE
Inventors: Roman Körner; Jenny Tempeler
Original assignee: Trumpf Photonic Components GmbH
Current assignee: Trumpf Photonic Components GmbH
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-12-29
Also published as: TW202201868A; CN115298914A; US20230006423A1; TWI767598B; WO2021185697A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur (24) eines Oberflächenemitters (120), welches Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Schichtstapels aus Halbleiterschichten, wobei die Halbleiterschichten eine Zwischenschicht beinhalten, wobei die Zwischenschicht ein Halbleitermaterial umfasst, dass dafür geeignet ist, oxidiert zu werden, Oxidieren der Zwischenschicht zu einer Oxidationsbreite, so dass ein oxidiertes Außengebiet und ein nichtoxidiertes zentrales Gebiet in der Zwischenschicht gebildet werden, Entfernen wenigstens eines Teils des oxidierten Außengebiets, so dass ein Spalt dort gebildet wird, wo das oxidierte Außengebiet oder der Teil des oxidierten Außengebiets entfernt wurde, und Abscheiden eines elektrisch nichtleitenden Materials in dem Spalt. Das elektrisch nichtleitende Material wird unter Verwendung von Atomlagenabscheidung (ALD) abgeschieden, wobei das elektrisch nichtleitende Material (90) auf Wänden des Spalts mit einer Dicke abgeschieden wird, die kleiner als die Dicke des Spalts ist. Nach dem Abscheiden des elektrisch nichtleitenden Materials wird ein verbleibender Hohlraum des Spalts mit einem weiteren Material gefüllt. Ein Oberflächenemitter (120) mit einer optischen Apertur (24) wird ebenfalls beschrieben.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur eines Oberflächenemitters. Die Erfindung betrifft ferner einen Oberflächenemitter mit einer optischen Apertur.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Oberflächenemitter (VCSELs: Vertical Cavity Surface Emitting Lasers: Vertikalkavitätsoberflächenemissionslaser) sind ein Typ von Halbleiterlaserdioden mit einer Laserstrahlemission senkrecht zu der oberen oder unteren Oberfläche der Vorrichtung. Typischerweise umfasst ein VCSEL zwei DBRs (DBR: Distributed Bragg Reflector - Bragg-Spiegel) parallel zu der Waferoberfläche und ein aktives Gebiet, das einen oder mehrere Quantentöpfe für die Laserlichterzeugung umfasst, der/die zwischen den zwei DBRs angeordnet ist/sind. Die DBRs umfassen Schichten mit abwechselnden hohen und niedrigen Brechungsindizes. In üblichen VCSELs sind die DBRs als p-Typ- und n-Typ-Materialien dotiert, die einen Diodenübergang bilden. Um niedrige Schwellenströme zu ermöglichen, weist ein VCSEL typischerweise eine oder mehrere optische Aperturen auf, die zum Begrenzen des Stroms in dem VCSEL auf ein eingegrenztes Gebiet konfiguriert sind. Eine Technik zum Bilden der optischen Apertur verwendet Oxidieren des Halbleitermaterials in einer oder mehreren Schichten des VCSEL-Schichtstapels zu einer gewünschten Oxidationstiefe. Die zu oxidierende(n) Schicht(en) ist/sind typischerweise (eine) Schicht(en) mit hohem Aluminiumanteil des Schichtstapels. Der Strompfad zwischen den DBRs ist auf das zentrale nichtoxidierte Gebiet der oxidierten Schicht(en) eingegrenzt, da das oxidierte Außengebiet nichtleitfähig ist. Eine Laserlichtbildung ist im Wesentlichen auf das zentrale Gebiet der oxidierten Schicht(en) begrenzt. Das zentrale Gebiet bildet dementsprechend die optische Apertur.
Während des VCSEL-Fertigungsprozesses ist eine Beschädigung des VCSEL in Zusammenhang mit mechanischer Spannung ein ernsthaftes Problem, da es die Betriebszuverlässigkeit und Lebensdauer des VCSEL verringert. Die größte Menge einer mechanischen Spannung (bis zu 100 MPa) wird nahe dem empfindlichsten Bereich der Vorrichtung, nämlich dem optisch aktiven Quantentopfgebiet, erzeugt. Falls die optische Apertur durch Oxidation von z. B. einer speziellen AlGaAs-Schicht gebildet wird, erzeugt eine Transformation der kristallografischen Struktur zu AI₂O₃ eine starke Gitterfehlanpassung und daher mechanische Spannung zwischen dem AI₂O₃ und den umliegenden AlGaAs-Schichten.
WO 2010/058805 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenemissionslaservorrichtung. Das Verfahren beinhaltet Bilden eines laminierten Körpers, in dem ein unterer reflektierender Spiegel, eine Resonatorstruktur einschließlich einer aktiven Schicht und eine obere reflektierende Schicht mit einer selektiv oxidierten Schicht auf ein Substrat laminiert sind. Der laminierte Körper wird geätzt, um eine Mesastruktur mit der selektiv oxidierten Schicht zu bilden, die auf Seitenoberflächen davon freigelegt ist. Die selektiv oxidierte Schicht wird selektiv von den Seitenoberflächen der Mesastruktur oxidiert, um eine Begrenzungsstruktur zu bilden, in der ein Stromdurchgangsgebiet durch ein Oxid umgeben ist. Eine Separationskerbe wird an einer Position von der Mesastruktur entfernt gebildet. Eine äußerste vordere Oberfläche wenigstens eines Teils des laminierten Körpers, welche freigelegt ist, wird passiviert, wenn die Separationskerbe gebildet wird. Der passivierte Teil wird mit einem dielektrischen Körper beschichtet.
JP 2004 158664 A offenbart eine Halbleiterlaservorrichtung, die mit einer Stromeingrenzungsstruktur versehen ist. Ein weiterer Oberflächenemissionslaser, der eine oxidierte Schicht zur Stromeingrenzung umfasst, ist aus JP 2009 238832 A bekannt.
US 5 359 618 A offenbart einen Oberflächenemitter mit einem ersten und zweiten Spiegelstapel und einem aktiven Bereich, der dazwischen sandwichartig eingeschlossen ist. Der zweite Spiegelstapel wird zu einer Mesa mit freigelegter Endoberfläche und Außenseitenwänden und einem zentral lokalisierten Emissionsgebiet gebildet. Der Teil der Mesa angrenzend an die freigelegten Außenwände weist eine reduzierte elektrische Leitfähigkeit auf, so dass ein Betriebsstrom von den Außenseitenwänden in das zentral lokalisierte Emissionsgebiet hinein verteilt wird. Die elektrische Leitfähigkeit des Teils wird durch Oxidieren oder Ätzen der Außenseitenwände reduziert.
US 2006/013276 A1 offenbart einen Oberflächenemitter, der einen Spalt in einem Spiegelstapel und eine Schutzschicht beinhaltet, die ein Ende des Spalts versiegelt. Der Spalt definiert eine Grenze der Apertur des VCSEL, ohne die mechanischen Spannungen einzuführen, die Oxidgebiete und Oxid-VCSELs verursachen können, und eine Schutzschicht, die eine dünne dielektrische Schicht sein kann, schirmt den Spiegelstapel vor Umgebungsschaden ab. Der VCSEL kann dementsprechend eine hohe Zuverlässigkeit erzielen. Ein Fertigungsprozess für den VCSEL bildet ein Oxidationsloch, oxidiert einen Teil einer aluminiumreichen Schicht in einem Spiegelstapel des VCSEL, der in dem Loch freigelegt ist, und entfernt dann das gesamte oder einen Teil des resultierenden Oxids, um den gewünschten Spalt zu bilden. Die Schutzschicht kann dann abgeschieden werden, um ein Ende des Spalts zu versiegeln.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur eines VCSEL.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur in einem Oberflächenemitter bereitzustellen, das eine mechanische Spannung in dem finalen VCSEL-Schichtstapel reduziert.
Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten VCSEL mit erhöhter Lebensdauer und/oder Betriebszuverlässigkeit bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur eines Oberflächenemitters (VCSEL) bereitgestellt, welches Folgendes umfasst:
Bereitstellen eines Schichtstapels aus Halbleiterschichten, wobei die Halbleiterschichten eine Zwischenschicht beinhalten, wobei die Zwischenschicht ein Halbleitermaterial umfasst, dass dafür geeignet ist, oxidiert zu werden,
Oxidieren der Zwischenschicht zu einer Oxidationsbreite, so dass ein oxidiertes Außengebiet und ein nichtoxidiertes zentrales Gebiet in der Zwischenschicht gebildet werden,
Entfernen wenigstens eines Teils des oxidierten Außengebiets, so dass ein Spalt dort gebildet wird, wo das oxidierte Gebiet oder der Teil des oxidierten Außengebiets entfernt wurde, und
Abscheiden eines elektrisch nichtleitenden Materials in dem Spalt.
Wie bei herkömmlichen Prozessen verwendet das Verfahren gemäß der Erfindung einen Oxidationsprozess, um die Größe der optischen Apertur in der Zwischenschicht zu definieren. Die Größe der optischen Apertur kann durch die Oxidationsbreite gesteuert werden, die wiederum durch die Dauer des Oxidationsprozesses und/oder Parameter der Oxidationsatmosphäre, wie Druck und Temperatur, und Bestandsteile der Oxidationsatmosphäre gesteuert werden kann. Die Oxidationsrate hängt ferner von dem Halbleitermaterial ab, das oxidiert wird. Im Unterschied zu den herkömmlichen Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur wird das oxidierte Material von wenigstens einem Teil des oxidierten Außengebiets der Zwischenschicht entfernt. Es ist auch möglich, das oxidierte Material vollständig von dem oxidierten Außengebiet zu entfernen. Durch Entfernen des oxidierten Materials von wenigstens einem Teil des oxidierten Außengebiets bildet sich ein Spalt in der Zwischenschicht zwischen Schichten des Schichtstapels, die an die Zwischenschicht angrenzen. Eine mechanische Spannung, die durch den Oxidationsprozess aufgrund einer starken Gitterfehlanpassung zwischen dem oxidierten Halbleitermaterial und dem umliegenden nichtoxidierten Halbleitermaterial eingeführt wird, wird dementsprechend reduziert. Falls das oxidierte Material vollständig von dem oxidierten Außengebiet der Zwischenschicht entfernt wird, wird eine Mechanische-Spannung-Reduzierung bis zu der Spitze des oxidierten Außengebiets bei dem Übergang zu dem nichtoxidierten zentralen Gebiet erzielt.
Der Spalt, der nach dem Entfernen des oxidierten Materials gebildet wird, wird wenigstens teilweise mit einem elektrisch nichtleitenden Material gefüllt, das eine viel höhere Güte als das entfernte oxidierte Halbleitermaterial aufweist und nicht zu einer mechanischen Spannung in dem Schichtstapel führt. Das elektrisch nichtleitende Material wird in dem Spalt auf den Spaltwänden abgeschieden. Obwohl das Oxidationsprodukt, das durch Oxidieren des Halbleitermaterials der Zwischenschicht erhalten wird, zum Beispiel AI₂O₃, das aus der Oxidation von AlAs oder AlGaAs erhalten wird, eine schlechte mechanische und elektrische Güte aufweist, kann das elektrisch nichtleitende Material, das in dem Spalt nach dem Entfernen des oxidierten Halbleitermaterials abgeschieden wird, eine sehr gute mechanische und elektrische Güte aufweisen. Insbesondere kann das abgeschiedene elektrisch lichtleitende Material offene oder nicht abgesättigte Bindungen, die in dem Oxidationsprozess erzeugt werden können, an den Grenzflächen (Spaltwänden) zwischen dem Spalt und den umliegenden Halbleiterschichten ohne die Einführung mechanischer Spannung passivieren kann. Das elektrisch isolierende Verhalten des abgeschiedenen Materials ermöglicht des Weiteren die weitere Stromeingrenzung.
Verfeinerungen des Verfahrens gemäß der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
Bei einer Ausführungsform kann das Bereitstellen des Schichtstapels Folgendes beinhalten:

epitaktisches Wachsen des Schichtstapels,
Ätzen des Schichtstapels, um eine Vorform einer Mesa des VCSEL und eine Stützstruktur, die die Vorform der Mesa wenigstens teilweise umgibt, zu bilden, wobei die Stützstruktur ein äußeres Stützgebiet und wenigstens einen Stützsteg, der das äußere Stützgebiet mit der Vorform der Mesa verbindet, umfasst, wobei die Vorform der Mesa die Zwischenschicht beinhaltet.

Dieser Prozess dient einerseits der Bildung eines Oxidationsbereichs für den späteren Oxidationsprozess. Der Oxidationsbereich wird durch die Außenwand der Vorform der Mesa gebildet.
Andererseits ermöglicht die mechanische Stützstruktur vorteilhafterweise eine mechanische Stabilität während und nach dem Entfernen des oxidierten Materials von der Zwischenschicht, bevor der Spalt wieder gefüllt wird. Die Größe und dementsprechend die Festigkeit der mechanischen Stützstruktur werden von der gewünschten finalen VCSEL-Mesagröße und der Oxidationsbreite abhängen. Für größere Oxidationsbreiten sind Stützstrukturen mit größerer Festigkeit mit mehreren verbindenden Stützstegen vorteilhaft.
Bei dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, falls die Abscheidung des elektrisch nichtleitenden Materials auch die Seitenwand der Vorform der Mesa bedeckt, da es die Vorform der Mesa weiter stabilisiert, und kann weitere Spalte füllen, die nach dem Entfernen von oxidiertem Material von weiteren Schichten des Schichtstapels vorhanden sein können. Mit anderen Worten ist das abgeschiedene elektrisch nichtleitfähige Material gewissermaßen in diesen Schichten „verankert“.
Bei einer Ausführungsform wird Ätzen des Schichtstapels derart durchgeführt, dass die Vorform der Mesa eine sich verjüngende Außenwand aufweist. Die Außenwand kann sich von unten nach oben (d. h. in Richtung des epitaktischen Wachstums des Schichtstapels) der Vorform der Mesa verjüngen. Die sich verjüngende Form der Vorform der Mesa weist den Vorteil auf, dass eine mechanische Stabilität der Vorform der Mesa weiter erhöht wird. Der Seitenwandwinkel des Oxidationsbereichs (die Außenwand der Vorform der Mesa) mit Bezug auf die Ebenenorientierung der Schichten des Schichtstapels kann zwischen 65° und 70° gewählt werden. In diesem Winkelbereich wird eine gute mechanische Stabilität erzielt, wenn das oxidierte Material von der Schicht entfernt wird.
Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner nach dem Abscheiden des elektrisch nichtleitenden Materials in dem Spalt Trimmätzen der Vorform der Mesa umfassen, um eine finale Mesa mit einer geraden (sich nicht verjüngenden) Außenwand zu erhalten.
In Kombination mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann der Mesadefinitionsprozess in zwei separate Prozessschritte aufgeteilt werden, nämlich einen ersten Schritt einer Bildung des Oxidationsbereichs durch Ätzen des Schichtstapels, um die Mesavorform bereitzustellen, und nach der Oxidation, Entfernen des oxidierten Materials und Füllen des nichtleitfähigen Materials in den Spalt, wobei die Vorform der Mesa weiter verarbeitet wird, um die finale Mesa zu erhalten, die dann eine Außenwand senkrecht zu der Ebenenorientierung der Schichten des Stapels aufweisen kann. Das Trimmätzen kann auch Restmaterial entfernen, das möglicherweise auf der Seitenwand der Vorform der Mesa abgeschieden wurde, als der Spalt nach dem Entfernen des oxidierten Materials wieder gefüllt wurde.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Zwischenschicht eine Dicke aufweisen, die erheblich größer als Dicken von Halbleiterschichten angrenzend an oder in der Nähe der Zwischenschicht ist.
Der Vorteil hier ist, dass die dickere Zwischenschicht schneller als die dünneren umliegenden Halbleiterschichten oxidiert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass das oxidierte Material, das beim Oxidieren der Zwischenschicht erzeugt wird, eine höhere Porosität aufweist und dementsprechend leichter zu entfernen ist. Bei einem herkömmlichen VCSEL würde eine dickere oxidierte Schicht zu einer optischen Apertur mit einer geringeren Stromeingrenzungsfähigkeit aufgrund eines niedrigeren elektrischen Durchschlagsfeldes und reduzierten Brechungsindex in dem oxidierten Gebiet der Schicht führen. Da das oxidierte Material bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt wird, wird ein solcher Nachteil bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auftreten, da das oxidierte Material nach dem Entfernen des oxidierten Materials mit einem elektrisch nichtleitenden Material mit hoher Güte ersetzt wird.
Die Dicke der Zwischenschicht, die in dem epitaktischen Prozess definiert werden kann, kann in einem Bereich von etwa 80 nm bis etwa 100 nm liegen, während die umliegenden Halbleiterschichten eine Dicke in einem Bereich von etwa 20 nm bis etwa 30 nm aufweisen können.
Bei einer Ausführungsform kann das Halbleitermaterial der Zwischenschicht ein Al-basiertes Halbleitermaterial, insbesondere AlAs oder AlGaAs, sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Entfernen der oxidierten Zwischenschicht durch Ätzen unter Verwendung von Eintauchen in Flusssäure oder einem fluorgasphasenbasierten Ätzprozess durchgeführt werden.
Ein fluorgasphasenbasierter Ätzprozess, der auch als Atomlagenätzen bezeichnet wird, mit genauer Steuerung des Drucks wird bevorzugt. Auf diese Weise kann eine hohe Ätzrate erzielt werden. Ein Plasma oder dergleichen wird weniger bevorzugt, da ein Plasma anfällige Schichten beschädigen kann. Ein weiterer Vorteil des Fluorgasphasenätzprozesses ist die hohe Selektivität für das oxidierte Material gegenüber dem Halbleitermaterial.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Abscheiden des elektrisch nichtleitenden Materials Abscheiden des elektrisch nichtleitenden Materials unter Verwendung von Atomlagenabscheidung.
Atomlagenabscheidung (ALD) ist eine Abscheidungstechnologie, die zum Füllen dünner Spalte mit einem Aspektverhältnis von bis zu 1000:1 auf eine zuverlässige Weise geeignet ist.
Das elektrisch nichtleitende Material wird auf den Spaltwänden mit einer Dicke abgeschieden, die kleiner als die Dicke des Spalts ist, wobei das elektrisch nichtleitende Material auf den Spaltwänden mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 2 nm bis etwa 5 nm abgeschieden werden kann. Das elektrisch nichtleitende Material wird den Spalt in der Zwischenschicht nicht vollständig füllen, falls der Spalt eine Dicke von mehr als zweimal die abgeschiedene Filmdicke aufweist. Wie vorgesehen, wird dann ein weiteres Material, insbesondere ein Material mit hohem Brechungsindex, in den verbleibenden Hohlraum des Spalts nach der Abscheidung des elektrisch nichtleitenden Materials gefüllt.
Das Füllen des verbleibenden Hohlraums des Spalts mit einem Material mit hohem Brechungsindex kann unter Verwendung einer fluiden chemischen Waferabscheidung durchgeführt werden. Geeignete Materialien als das Material mit hohem Brechungsindex sind AIN, SiN und dergleichen.
Das elektrisch nichtleitende Material kann AI₂O₃ oder oxidiertes TiN oder TiO₂ sein. Obwohl AI₂O₃ das Produkt in der Zwischenschicht nach dem Oxidationsprozess sein kann, falls die Zwischenschicht zum Beispiel AlAs umfasst, kann die Al₂O₃-Schicht, wenn sie in dem Spalt nach dem Entfernen des oxidierten Materials von der Zwischenschicht abgeschieden wird, eine viel höhere mechanische und elektrische Güte aufgrund des Abscheidungsprozesses aufweisen. Insbesondere kann das abgeschiedene Al₂O₃ viel weniger porös als das AI₂O₃ sein, das aus der Oxidation des Halbleitermaterials resultiert, und kann einen Passivierungseffekt an der Grenzfläche zu den umliegenden Schichten aufweisen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Oxidieren der Zwischenschicht Nassoxidation bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 320 °C bis 350 °C und bei einem Druck von mehr als 500 mbar umfassen. Diese Maßnahme kann zu einem stärker diffusionsbegrenzten Oxidationsprozess führen.
Ein Verfahren zum Fertigen eins VCSEL kann das Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Oberflächenemitter bereitgestellt, der Folgendes umfasst:

einen Schichtstapel aus Halbleiterschichten, wobei die Halbleiterschichten wenigstens eine Zwischenschicht beinhalten, wobei die Zwischenschicht ein Halbleitermaterial umfasst und eine optische Apertur des Oberflächenemitters bildet,
wobei die wenigstens eine Zwischenschicht ein zentrales Gebiet, das das Halbleitermaterial umfasst, und ein Außengebiet aufweist, das eine abgeschiedene Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material umfasst, das auf Wänden eines Spalts abgeschieden ist, die durch Entfernen von oxidiertem Material von wenigstens einem Teil des Außengebiets gebildet werden, wobei die abgeschiedene Schicht eine Dicke aufweist, die kleiner als die Dicke der Zwischenschicht ist, und das Außengebiet zusätzlich ein weiteres Material umfasst, das einen verbleibenden Hohlraum des Spalts füllt, der nicht durch die Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material gefüllt ist.

Die abgeschiedene Schicht aus elektrisch nichtleitenden Material ist dementsprechend eine Schicht, die ein Material außer einem Material umfasst, das durch Oxidieren des Halbleitermaterials erhalten wird, und ist dementsprechend verschieden von einer oxidierten Schicht, die durch Oxidieren des Halbleitermaterials der Zwischenschicht erhalten wird. Insbesondere weist die abgeschiedene Schicht eine höhere mechanische und elektrische Güte als eine oxidierte Schicht auf.
Der Oberflächenemitter weist die gleichen oder ähnliche Vorteile wie zuvor mit Bezug auf das Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben auf.
Die Zwischenschicht, die die optische Apertur bildet, kann eine Schicht in einem DBR des VCSEL oder eine Schicht zwischen dem aktiven Gebiet und einem DBR sein. Der VCSEL kann mehr als eine optische Apertur in dem Schichtstapel aufweisen, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung gebildet worden sein kann.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 zeigt eine Skizze eines VCSEL, der eine optische Apertur umfasst;
2 zeigt einen Schichtstapel aus Halbleiterschichten in einer Phase eines Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur eines VCSEL;
3 zeigt eine Draufsicht des Schichtstapels in 2 in einer weiteren Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur;
4 zeigt eine Seitenansicht eines Teils der Struktur in 3;
5 zeigt eine Draufsicht der Struktur in 3 in einer weiteren Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur;
6 zeigt eine Draufsicht der Struktur in 5 in einer weiteren Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur;
7 zeigt eine Draufsicht der Struktur in 6 in einer weiteren Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur;
8 zeigt eine Draufsicht der Struktur in 7 in einer weiteren Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur;
9 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Teils der Struktur in der Phase des Verfahrens gemäß 8;
10 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Teils der Struktur in der Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur gemäß 8;
11 zeigt eine Draufsicht der Struktur in 8 in einer weiteren Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur;
12 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Teils der Struktur in 11;
13 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Teils der Struktur in 11;
14 zeigt die Struktur in 11 in einer weiteren Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur;
15 zeigt eine Draufsicht der Struktur in 14 in einer weiteren Phase des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur;
16 zeigt eine Querschnittsseitenansicht der Struktur in 14;
17 zeigt eine Querschnittsseitenansicht der Struktur in 15;
18 zeigt eine Skizze eines VCSEL mit einer optischen Apertur; und
19 zeigt eine Skizze eines Vergleichsbeispiels eines VCSEL mit einer optischen Apertur.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevor ein Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur in einem Oberflächenemitter (VCSEL) beschrieben wird, wird ein VCSEL mit einer optischen Apertur unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Der VCSEL 10 umfasst einen Schichtstapel aus mehreren Halbleiterschichten. Der Schichtstapel kann, auf einem Substrat 12, einen ersten Bragg-Spiegel (DBR) 14, ein aktives Gebiet 16 zur Laserlichtemission und einen zweiten DBR 18 umfassen. Das aktive Gebiet 16 ist zwischen dem ersten DBR und zweiten DBR 14, 18 angeordnet. Der erste DBR 14, die aktiven Gebiete 16 und der zweite DBR 16 bilden einen optischen Resonator. Der erste DBR 14 kann zum Beispiel n-dotierte AIGaAs/GaAs-Schichtpaare umfassen. Das aktive Gebiet 16 kann einen oder mehrere Quantentöpfe zur Laseremission umfassen. Der zweite DBR 18 kann p-dotierte AIGaAs/GaAs-Schichtpaare umfassen. Der VCSEL 10 kann ferner einen n-Kontakt 20 und einen ringförmigen p-Kontakt 22 umfassen. Ein Gebiet M des VCSEL 10 wird als eine Mesa bezeichnet.
Der VCSEL 10 umfasst ferner eine optische Apertur 24. Die optische Apertur 24 ist bei diesem Beispiel in dem zweiten DBR 18 integriert. Die optische Apertur 24 ist in einer Zwischenschicht 26 des Schichtstapels des VCSEL 10 gebildet. Bei herkömmlichen VCSELs wird die optische Apertur 24 durch Oxidieren der Zwischenschicht 26 gebildet, die ein Al-basiertes Halbleitermaterial mit einem hohen Al-Anteil umfassen kann. Zum Beispiel kann die Zwischenschicht 26 AlAs umfassen, das so oxidiert wird, dass ein Außengebiet 28 der Zwischenschicht 26 AI₂O₃ als ein Oxidationsprodukt der AlAs-Zwischenschicht 26 umfasst.
Ein zentrales Gebiet 28 der Zwischenschicht 26 bildet die optische Apertur. Ein oxidiertes Außengebiet 29 der Zwischenschicht 26 dient dem Eingrenzen des Stroms durch das aktive Gebiet 16, d. h., der Strom wird auf das zentrale Gebiet 28 der Zwischenschicht 26 begrenzt. Die optische Apertur 24 grenzt ferner die optische Emission des aktiven Gebiets 16 auf das zentrale Gebiet 28 der Zwischenschicht 26 ein. Es versteht sich, dass ein VCSEL bei anderen Ausführungsformen mehr als eine Zwischenschicht umfassen kann, die jeweils eine optische Apertur bilden.
Ein Nachteil des oxidierten Außengebiets 28 der Zwischenschicht 26 ist, dass das Oxidationsprodukt des Halbleitermaterials der Zwischenschicht 26, z. B. AI₂O₃, eine starke Gitterfehlanpassung zu den umliegenden Halbleiterschichten, bei dem vorliegenden Beispiel den AlGaAs-Schichten, aufzeigt. Die Gitterfehlanpassung erzeugt eine mechanische Spannung in den umliegenden Halbleiterschichten, was zu einer reduzierten Lebensdauer und reduzierten Betriebszuverlässigkeit des VCSEL führt. Nachfolgend werden ein Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur in einem VCSEL und ein solcher VCSEL, die diese Nachteile abschwächen, unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren beschrieben.
Gemäß 2 wird ein Schichtstapel 40 aus Halbleiterschichten bereitgestellt. Der Schichtstapel 40 kann ein Substrat 42 und, epitaktisch darauf aufgewachsen, mehrere Halbleiterschichten, die einen ersten DBR 44 bilden, eine oder mehrere Halbleiterschichten, die ein aktives Gebiet 46 bilden, und mehrere weitere Halbleiterschichten, die einen zweiten DBR 48 bilden, umfassen. Die DBRs 44 und 48 und das aktive Gebiet 46 können wie zuvor beschrieben angeordnet sein. Die Halbleiterschichten des Schichtstapels 40 können AlGaAs- und GaAs-Schichten umfassen.
Der Schichtstapel 40 umfasst ferner eine Zwischenschicht 50, in der eine optische Apertur zu bilden ist. Die Zwischenschicht 50 kann wie gezeigt in dem zweiten DBR 48 angeordnet sein. Die Zwischenschicht 50 kann in dem ersten DBR 44 oder zwischen dem aktiven Gebiet 46 und einem der DBRs 44, 48 bei anderen Ausführungsformen angeordnet sein.
Wie in 2 gezeigt, weist die Zwischenschicht 50 eine Dicke auf, die erheblich größer als die Dicke der Halbleiterschichten, z. B. der Schichten 52 und 54, in der Nähe der Zwischenschicht 50 ist. Die größere Dicke der Zwischenschicht 50 ist bei dem Verfahren zum Bilden der optischen Apertur vorteilhaft, wie nachfolgend beschrieben wird. Zum Beispiel kann die Zwischenschicht 50 eine Dicke in einem Bereich von etwa 80 nm bis etwa 100 nm aufweisen. Die Schichten 52 und 54 und die verbleibenden Schichten des zweiten DBR 48 können eine Dicke in einem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 15 nm aufweisen.
Die Zwischenschicht 50 umfasst ein Halbleitermaterial, das dafür geeignet ist, oxidiert zu werden. Das Halbleitermaterial der Zwischenschicht 50 kann ein Al-basiertes Halbleitermaterial, insbesondere AlAs oder AlGaAs bei einer Ausführungsform, sein.
Als Nächstes fährt das Verfahren unter Bezugnahme auf 3 und 4 mit der Bildung eines Oxidationsbereichs fort. Dies wird durch Ätzen des Schichtstapels 40 durchgeführt, um eine Vorform 54 einer Mesa 56 des VCSEL zu bilden. Wenn der Schichtstapel 40 geätzt wird, wird nicht nur die Vorform 54 der Mesa 56 erzeugt, sondern auch eine Stützstruktur 58, die wenigstens teilweise, hier vollständig, die Mesa 56 umgibt. Die Stützstruktur 58 umfasst ein äußeres Stützgebiet 60 und wenigstens einen Stütz- oder Verbindungssteg 62, bei dem gezeigten Beispiel vier Stege 62. Die Stege 62 verbinden das Außengebiet 60 mit der Mesa 56. Die Stützstruktur 58 stellt eine ausreichende Stützung des Schichtstapels 40 in dem Gebiet der Vorform 54 der Mesa 56 in den anschließenden Verarbeitungsschritten des Verfahrens zum Bilden einer optischen Apertur in dem Schichtstapel 40 bereit.
Die Vorform 54 der Mesa 56 bildet den Oxidationsbereich für den späteren Oxidationsprozess und beinhaltet die Zwischenschicht 50, wie in 4 veranschaulicht. 4 zeigt nur den Schichtstapel 40 in dem Gebiet der oberen Schichten des Schichtstapels, hier in dem Gebiet des zweiten DBR 48. Der erste DBR 44 und das Substrat 42 sind nicht gezeigt. Die Mesa 56 kann auch das aktive Gebiet 46 beinhalten.
Das Ätzen des Schichtstapels 40 wird derart durchgeführt, dass die Vorform 54 der Mesa 56 eine Außenwand 55 aufweist, die sich zu einem Ende 64 der Mesa 56 hin verjüngt, welches das Ende ist, das von dem Substrat 42 abgewandt ist. Ein Winkel α der Außenwand 55 der Vorform 54 der Mesa 56 zu einer Ebenenorientierung der Schichten des Stapels 40 kann zum Bereitstellen einer guten mechanischen Stabilität in einem Bereich von etwa 65° bis etwa 75° liegen.
Nachdem der Oxidationsbereich wie zuvor beschrieben gebildet wurde, fährt das Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur mit Oxidieren der Zwischenschicht 50 fort, wie in 5 und 6 gezeigt. 5 zeigt den Oxidationsprozess am Anfang und 6 zeigt den Oxidationsprozess, wenn er beendet wird. Die schraffierten Gebiete in 5 und 6 geben das oxidierte Material der Zwischenschicht 50 an. Oxidieren der Zwischenschicht 50 wird bis zu einer Oxidationsbreite durchgeführt, die kleiner als die Hälfte der gesamten Bereite der Vorform 54 der Mesa 56 in dem Gebiet der Zwischenschicht 50 ist. Das Oxidieren kann unter Verwendung von Nassoxidation bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 320 °C bis 350 °C und bei einem Druck von mehr als 500 mbar durchgeführt werden.
Falls die Zwischenschicht 50 AlAs oder AlGaAs umfasst, umfasst das oxidierte Material AI₂O₃. Wenn der Oxidationsprozess abgeschlossen ist, weist die Zwischenschicht 50 ein oxidiertes Außengebiet 70 und ein nichtoxidiertes zentrales Gebiet 68 auf, wie in 6 veranschaulicht ist. Das zentrale Gebiet 68 der Zwischenschicht 50, das in 6 gezeigt ist, wird die optische Apertur in dem finalen VCSEL sein.
Der Oxidationsprozess kann auch Material in der Stützstruktur 58 oxidieren, einschließlich der Stege 62 und des Außengebiets 60 der Stützstruktur 58, wie angegeben ist.
Die Oxidation anderer Schichten des Schichtstapels 40 in dem Oxidationsbereich, der durch die Vorform 54 der Mesa 56 gebildet ist, kann auch auftreten, insbesondere dann, falls sie Al in dem Halbleitermaterial umfassen. Wie zuvor beschrieben, ist die Dicke der Zwischenschicht 50 größer als die Dicke von Schichten in der Nähe der Zwischenschicht 50. Eine dickere Schicht, z. B. eine dickere AlAs-Schicht, wird schneller als dünnere Schichten, z. B. dünnere AlAs-Schichten, oxidiert. Dies bedeutet, dass die Oxidationsbreite oder -tiefe der Zwischenschicht 50 größer als in den umliegenden dünneren Schichten ist. Ein weiterer Vorteil der größeren Dicke der Zwischenschicht 50 ist, dass das oxidierte Material, z. B. AI₂O₃, eine höhere Porosität aufweist und dementsprechend einfacher entfernt werden kann. Bei einem herkömmlichen VCSEL-Fertigungsprozess würde eine dicke poröse Al₂O₃-Schicht zu einer geringeren Stromeingrenzung und Eingrenzungsfähigkeit einer optischen Mode aufgrund eines geringeren elektrischen Durchschlagsfeldes und reduzierten Brechungsindex führen. Bei dem Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur gemäß der vorliegenden Offenbarung wird dies kein Problem darstellen, da das oxidierte Material wenigstens teilweise von dem oxidierten Außengebiet 70 entfernt wird, wie nachfolgend beschrieben wird.
Das Verfahren fährt mit dem Entfernen des oxidierten Materials von dem oxidierten Außengebiet 70 der Zwischenschicht 50 fort. Das Entfernen der oxidierten Zwischenschicht 50 kann Entfernen des gesamten oxidierten Materials von dem Außengebiet 70 der Zwischenschicht 50 oder nur einem Teil davon beinhalten. Mit anderen Worten kann das oxidierte Material über die gesamte Breite des oxidierten Außengebiets 70 oder nur über einem Teil der Breite des oxidierten Außengebiets 70 entfernt werden.
7 zeigt einen Verarbeitungsschritt des Verfahrens vor dem Entfern des oxidierten Materials. In diesem Verarbeitungsschritt wird der Schichtstapel 40 mit einem Lithografieschutzfilm 72 bedeckt, der in 7 grau veranschaulicht ist. Der Schutzfilm 72 bedeckt die Schutzstruktur 58. Die Schutzstruktur bedeckt nicht die Außenwand der Vorform 54 der Mesa 56, wie in 10 veranschaulicht. 10 veranschaulicht ausführlicher, dass der Schutzfilm 72 die Verbindungsstege 62 in der Nähe der Vorform 54 der Mesa 56 nicht bedeckt. Die sich verjüngende Form der Vorform 54 der Mesa 56 ist in 10 nicht gezeigt.
Als Nächstes wird das oxidierte Material von dem gesamten oxidierten Gebiet 70 oder einem Teil des oxidierten Außengebiets 70 der Zwischenschicht 50 entfernt. Dies ist in 8 mit einer Schraffur angegeben, die sich von der Schraffur des Außengebiets 70 in 7 unterscheidet.
Das Entfernen des oxidierten Materials von wenigstens einem Teil der Breite des oxidierten Außengebiets 70 der Zwischenschicht 50 kann durch Ätzen unter Verwendung von Eintauchen in Flusssäure oder einem fluorgasphasenbasierten Ätzprozess durchgeführt werden. Der Ätzprozess sollte eine hohe Selektivität haben, so dass nur oxidiertes Material entfernt wird und Halbleitermaterial nicht von umliegenden Schichten und dem zentralen Gebiet 68 der Zwischenschicht 50 entfernt wird. Der Ätzprozess ist bevorzugt ein Atomschichtätzen in einem geschlossenen System unter einer spezifischen Drucksteuerung.
Das Entfernen von oxidiertem Material von dem oxidierten Außengebiet 70 der Zwischenschicht 50 und von anderen Bereichen der Vorform 54 der Mesa 56, wo sich Oxide aufgrund des Oxidationsprozesses gebildet haben, führt zu der Bildung von Spalten 78 und 80, wie in 9 gezeigt. Der Spalt 78 wird nach dem Entfernen des oxidierten Materials von dem oxidierten Außengebiet 70 der Zwischenschicht 50 gebildet. Spalte 80 werden in anderen Schichten gebildet, wo sich oxidiertes Material während des Oxidationsprozesses gebildet hat, und die auch durch das Atomschichtätzen entfernt werden. 9 veranschaulicht auch, dass der Oxidationsprozess zu einer höheren Oxidationsbreite in der dickeren Zwischenschicht 50 als in den dünneren umliegenden Alhaltigen Schichten des Schichtstapels 40 führt.
Die Stützstruktur 58 stabilisiert vorteilhafterweise die Vorform 54 der Mesa 56 mechanisch, wenn das oxidierte Material in dem Ätzprozess entfernt wird.
Das Verfahren fährt mit Füllen der Spalte 78, 80, die durch das Entfernen des oxidierten Materials gebildet werden, mit einem Material mit hoher Güte fort, wie unter Bezugnahme auf 11-13 beschrieben wird.
Das Wiederfüllen der Spalte 78, 80 mit einem Material mit hoher Güte wird durch Abscheiden einer Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material 90 in den Spalten 78, 80, bevorzugt durch Atomlagenabscheidung, durchgeführt. Das elektrisch nichtleitende Material kann AI₂O₃, oxidiertes TiN oder TiO₂ sein. AI₂O₃, das durch Atomlagenabscheidung abgeschieden wird, weist eine viel höhere Güte hinsichtlich kristallografischer Strukturen, ist z. B. weniger porös und weniger spröde, als AI₂O₃ als ein Oxidationsprodukt von z. B. AlAs auf. Die Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material 90 passiviert auch offene Bindungen an den freigelegten Grenzflächen (Spaltwänden), ohne mechanische Spannung einzuführen. Das elektrisch isolierende Verhalten des elektrisch nichtleitenden Materials ermöglicht ferner die Stromeingrenzung in der Zwischenschicht 50 auf das zentrale Gebiet 68.
Das elektrisch nichtleitende Material 90 wird bevorzugt auf der Spaltwand des Spalts 78 in der Zwischenschicht 50 mit einer Dicke abgeschieden, die kleiner als die Dicke des Spalts 78 ist. Zum Beispiel kann das elektrisch nichtleitende Material 90 auf den Spaltwänden des Spalts 78 mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 2 nm bis etwa 5 nm abgeschieden werden.
Falls die Zwischenschicht 50 eine relativ große Dicke aufweist, wird die Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material 90 den Spalt 78 nicht vollständig über seine volle Dicke füllen. Daher kann jeglicher verbleibender Hohlraum in dem Spalt 78 zusätzlich mit einem Material mit hohem Brechungsindex gefüllt werden. Dies kann durch fluide chemische Gasphasenabscheidung durchgeführt werden. Ein Material mit hohem Brechungsindex kann amorphes Silicium (a-Si) sein, das bei einer Temperatur von etwa 150 °C eingefüllt wird. Das Material mit hohem Brechungsindex verbessert eine Eingrenzung einer optischen Mode auf das zentrale Gebiet 68 der Zwischenschicht 50 und stellt außerdem eine weitere mechanische Stabilisierung der Mesa 56 bereit.
13 zeigt den Spalt 78, der nun mit dem elektrisch nichtleitenden Material 90 oder bevorzugt mit einer Kombination aus elektrisch nichtleitendem Material 90 und einem Material mit hohem Brechungsindex gefüllt ist. Die Spalte 80 können auch mit diesen Materialien gefüllt werden.
12 zeigt, dass in den Verbindungsstegen 62 immer noch oxidiertes Material 70 vorhanden ist, da diese Bereiche mit dem Schutzfilm 72 bedeckt wurden (10).
Nachdem die Spalte 78, 80 wieder gefüllt wurden, wie zuvor beschrieben wurde, ist die Vorform 54 stabil genug, so dass der Prozess mit einer Trimmätzung der Vorform 54 fortfahren kann, welche dem Entfernen jeglichen Restmaterials der Wiederfüllungsprozesssequenzen dient, um die Stege 62 und das Außengebiet 60 der Stützstruktur wenigstens teilweise zu entfernen (z. B. in Bereichen davon, wo oxidiertes Material von dem Oxidationsprozess immer noch vorhanden ist oder wo diese Struktur in dem finalen VCSEL nicht benötigt wird) und um eine gerade Außenwand der Mesa 56 (α = 90°) zu erzeugen.
14 zeigt einen Verarbeitungsschritt des Verfahrens beim Vorbereiten der Trimmätzung des Schichtstapels 40. Jene Gebiete des Schichtstapels 40, die keine Trimmätzung unterliegen sollen, werden mit einer lithografischen Schutzschicht 94 geschützt. Gebiete, wo Restmaterial des elektrisch nichtleitenden Materials 90 und/oder ein Teil des Materials mit hohem Brechungsindex vorhanden ist, werden nicht durch den Schutzfilm 94 bedeckt, wie in 14 gezeigt ist.
Als Nächstes wird, wie in 15 gezeigt, Trimmätzen durchgeführt, um die finale Mesa 56 zu erhalten, die eine gerade Außenwand 98 aufweist, wie in 18 gezeigt ist. Der Trimmätzprozess entfernt auch die Stützstruktur 58. Ein Gebiet 100 in 15 ist ein Teil der unteren Gebiete des Schichtstapels 40. 15 zeigt die Zwischenschicht 50 mit dem zentralen Gebiet 68 und einem Außengebiet 70', das nun das elektrisch nichtleitende Material 90 oder eine Kombination aus dem elektrisch nichtleitenden Material 90 und dem Material mit hohem Brechungsindex umfasst.
16 gibt mit einer Linie 102 an, dass der Trimmätzprozess einen Teil des Außengebiets der Mesa 56 entfernt, was zu einer kleinen Mesastruktur führt, wie in 17 gezeigt ist. Der Trimmätzprozess kann auch die gefüllten Spalte 80 entfernen, wie in 17 gezeigt ist.
18 zeigt einen VCSEL 120, der gemäß dem Verfahren zum Bilden der optischen Apertur 24 in der Zwischenschicht 50 gebildet wurde, gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Außengebiet der Zwischenschicht 50 umfasst eine Kombination aus einer abgeschiedenen Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material 90 und einem Material 106 mit hohem Brechungsindex. Im Vergleich zu einer optischen Apertur, die herkömmlich durch Oxidieren der Zwischenschicht ohne anschließendes Ersetzen der oxidierten Schicht wenigstens teilweise mit einer nichtleitfähigen Schicht mit hoher Güte gebildet wird, wird der Übergang der kristallografischen Struktur von der Schicht mit hoher Güte, die die optische Apertur bildet, zu den angrenzenden Schichten oberhalb und unterhalb der Schicht mit hoher Güte eher scharf als verschmiert sein, während im Fall des herkömmlichen Verfahrens der Übergang der kristallografischen Struktur von der Oxidschicht zu den angrenzenden Schichten eher verschmiert als scharf ist.
19 zeigt ein Vergleichsbeispiel eines herkömmlichen VCSEL 150 mit einer optischen Apertur 24. Im Vergleich zu dem VCSEL 120 in 18 weist der VCSEL 150, der gemäß herkömmlichen Techniken gefertigt ist, eine Mesa 152 auf, die breiter als die Mesa 56 des VCSEL 120 ist. Ferner umfasst die Mesa 152 des VCSEL 150 ein oxidiertes Material 154 mit geringer Güte in der Schicht, die die optische Apertur 24 umfasst, die durch Oxidieren des Halbleitermaterials dieser Schicht erhalten wurde, und in weiteren Schichten, die die optische Apertur 24 umgeben.
18 und 19 zeigen auch einen elektrischen Kontakt 124 und einen elektrischen Kontakt 156 auf der Mesa 56 bzw. 152.
Es versteht sich, dass mehr als eine optische Apertur mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung in einer einzigen Mesa gebildet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010058805 A1 [0004]
JP 2004158664 A [0005]
JP 2009238832 A [0005]
US 5359618 A [0006]
US 2006013276 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Bilden einer optischen Apertur (24) eines Oberflächenemitters (120), welches Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Schichtstapels (40) aus Halbleiterschichten, wobei die Halbleiterschichten eine Zwischenschicht (50) beinhalten, wobei die Zwischenschicht (50) ein Halbleitermaterial umfasst, dass dafür geeignet ist, oxidiert zu werden, Oxidieren der Zwischenschicht (50) zu einer Oxidationsbreite, so dass ein oxidiertes Außengebiet (70) und ein nichtoxidiertes zentrales Gebiet (68) in der Zwischenschicht (50) gebildet werden, Entfernen wenigstens eines Teils des oxidierten Außengebiets (70), so dass ein Spalt (78) dort gebildet wird, wo das oxidierte Außengebiet (70) oder der Teil des oxidierten Außengebiets (70) entfernt wurde, Abscheiden eines elektrisch nichtleitenden Materials (90) in dem Spalt (78), wobei das elektrisch nichtleitende Material (90) auf Wänden des Spalts (78) mit einer Dicke abgeschieden wird, die kleiner als die Dicke des Spalts (78) ist, und Füllen, nach der Abscheidung des elektrisch nichtleitenden Materials (90), eines verbleibenden Hohlraums des Spalts mit einem weiteren Material.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen des Schichtstapels (40) Folgendes beinhaltet: epitaktisches Wachsen des Schichtstapels (40), Ätzen des Schichtstapels (40), um eine Vorform (54) einer Mesa (56) und eine Stützstruktur (58), die die Vorform (54) der Mesa (56) wenigstens teilweise umgibt, zu bilden, wobei die Stützstruktur (58) ein äußeres Stützgebiet (60) und wenigstens einen Stützsteg (62), der das äußere Stützgebiet (60) mit der Vorform (54) der Mesa (56) verbindet, umfasst, wobei die Vorform (54) der Mesa (56) die Zwischenschicht (50) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ätzen des Schichtstapels (40) derart durchgeführt wird, dass die Vorform (54) der Mesa (56) eine sich verjüngende Außenwand (55) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner nach dem Abscheiden des elektrisch nichtleitenden Materials (90) in dem Spalt (78) Trimmätzen der Vorform (54) der Mesa (56) umfasst, um eine finale Mesa (56') mit einer geraden Außenwand (98) zu erhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zwischenschicht (50) eine Dicke aufweist, die erheblich größer als Dicken von Halbleiterschichten angrenzend an die oder in der Nähe der Zwischenschicht (50) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zwischenschicht (50) eine Dicke in einem Bereich von etwa 80 nm bis etwa 100 nm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Halbleitermaterial der Zwischenschicht (50) ein Al-basiertes Halbleitermaterial, insbesondere AlAs oder AlGaAs, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Entfernen von wenigstens einem Teil des oxidierten Außengebiets (70) der Zwischenschicht (50) durch Ätzen unter Verwendung von Eintauchen in Flusssäure oder einem fluorgasphasenbasierten Ätzprozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Abscheiden des elektrisch nichtleitenden Materials (90) Abscheiden des elektrisch nichtleitenden Materials (90) unter Verwendung von Atomlagenabscheidung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das elektrisch nichtleitende Material (90) auf den Wänden des Spalts (78) mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 2 nm bis etwa 5 nm abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das elektrisch nichtleitende Material (90) AI₂O₃ oder oxidiertes TiN oder TiO₂ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das weitere Material AIN oder SiN ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Füllen des verbleibenden Hohlraums mit einem weiteren Material unter Verwendung von fluider chemischer Gasphasenabscheidung des weiteren Materials (106) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Oxidieren der Zwischenschicht (50) Nassoxidieren bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 320 °C bis 350 °C und bei einem Druck von mehr als 500 mbar umfasst.
Oberflächenemitter, der Folgendes umfasst: einen Schichtstapel aus Halbleiterschichten, wobei die Halbleiterschichten wenigstens eine Zwischenschicht (50) beinhalten, wobei die Zwischenschicht (50) ein Halbleitermaterial umfasst und eine optische Apertur (24) des Oberflächenemitters (120) bildet, wobei die wenigstens eine Zwischenschicht (50) ein zentrales Gebiet (68), das das Halbleitermaterial umfasst, und ein Außengebiet (70) aufweist, das eine abgeschiedene Schicht (90) aus elektrisch nichtleitendem Material umfasst, das auf Wänden eines Spalts (78) abgeschieden ist, die durch Entfernen von oxidiertem Material von wenigstens einem Teil des Außengebiets (70) gebildet werden, wobei die abgeschiedene Schicht eine Dicke aufweist, die kleiner als die Dicke der Zwischenschicht ist, und das Außengebiet (70) zusätzlich ein weiteres Material umfasst, das einen verbleibenden Hohlraum des Spalts (78) füllt, der nicht durch die Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material gefüllt ist.