-
ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Laser mit Vertikalresonator,
und insbesondere monolithische Arrays von Lasern mit Vertikalresonator.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Oberflächenemittierende
Laser mit Vertikalresonator (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers – VCSELs)
sind Halbleitervorrichtungen, die das Gebiet der Telekommunikation
revolutionieren. Sie bestehen im allgemeinen aus einem Paar von
Halbleiterspiegeln, die einen resonanten Hohlraum begrenzen, der
ein Gain-Medium aus Halbleitermaterialien zum Verstärken von
Licht enthält.
-
VSCSELs
weisen eine relativ hohe Effizienz, eine geringe Größe, ein
geringes Gewicht, einen niedrigen Leistungsverbrauch, und die Fähigkeit
auf, bei Niedrigspannung betrieben zu werden. Sie können in
einem Einzelmodus, oder auf einer Einzelfrequenz, arbeiten, und
erzeugen einen kreisförmigen Strahl
von Laserlicht, das leicht in optische Fasern gekoppelt werden kann.
Das Merkmal der Oberflächenemission
erlaubt es Vorrichtungen, dicht auf einem Wafer angeordnet zu werden,
so daß zweidimensionale
Arrays relativ leicht herstellbar sind.
-
VCSELs
benutzen Halbleitermaterialien, die Elemente wie Aluminium, Indium,
Gallium, Arsen, Stickstoff, und Phosphor als Gain-Medium umfassen, und
Spiegelmaterialien mit abwechselnd hohem und niedrigem Index, wie
z.B. Silizium oder Siliziumdioxid als Halbleiterspiegel oder verteilte
Bragg-Reflektoren (DBRs).
-
Die
Laserwellenlänge
eines VCSEL wird durch die optische Höhe seines Resonanzhohlraums bestimmt.
Am üblichsten
ist es, daß die
optische Höhe,
und also die Wellenlänge,
von der Stärke
der Halbleiterschichten in den Vorrichtungen bestimmt wird. Diese
Stärken
werden während
des Wachstums der Halbleiterschichten festgelegt, und sind nominell
gleich für
alle VCSELs auf einem jeweiligen Wafer.
-
Der
Resonanzhohlraum einiger VCSELs weist außerdem einen Luftspalt auf,
wobei die Größe des Luftspalts
teilweise die Laserwellenlänge
bestimmt.
-
Ein
monolithischer VCSEL-Array mit mehreren Wellenlängen macht eine Herstellung
der VCSELs Seite an Seite auf einem Wafer erforderlich, wobei die
VCSELs genau gleich sein müssen,
mit der Ausnahme, daß sie
kontrollierte, unterschiedliche Laserwellenlängen aufweisen. Dies stellt
ein Problem dar, da die Verarbeitung des Wafers sicherstellen muß, daß der Gain-Schwellenwert,
bei dem das Lasen einsetzt, die Stromnutzung, die Effizienz, der Lichtverlust
im Resonanzhohlraum, die Verstärkung des
Gain-Materials, und die Lichtübertragung
des DBR alle gleich bleiben. Gleichzeitig muß diese Verarbeitung unterschiedliche
Laser-Wellenlängen
erzeugen, was üblicherweise
erreicht wird, indem die optische Höhe des Resonanzhohlraums verändert wird.
-
Ein
Verfahren des Stands der Technik zum Herstellen eines monolithischen
VCSEL-Array mit mehreren Wellenlängen
umfaßt
ein ungleichmäßiges Wachstum
aufgrund eines Temperaturgradienten. Die Rückseite des Substrats wird
vor dem epitaktischen Wachstum in einem Molekularstrahl-Epitaxiereaktor
gemustert. Das resultierende Rückseitenmuster
erzeugt einen Temperaturgradienten auf der Oberfläche des
Substrats, wenn der Wafer erwärmt wird.
Da die Wachstumsrate temperaturabhängig ist, ergibt sich eine
variable Materialstärke,
und daher eine variable Laserwellenlänge entlang dem Temperaturgradienten.
Ein Nachteil dieses Ansatzes ist die Tatsache, daß die Arrays
auf lineare Geometrien beschränkt
sind. Bis heute lagen Probleme bei der genauen und wiederholten
Kontrolle der Wellenlänge über große Waferflächen vor.
-
Ein
alternatives Verfahren des Stands der Technik ist es, jeden Laser
vor dem epitaktischen Wachstum seitlich einzugrenzen, indem entweder eine
Mesa oder Musterungsfenster in eine Oxidmaske geätzt werden. Dieses Verfahren
wird als „Selective
Area Growth" (selektives
Flächenwachstum)
bezeichnet. Die Wachstumsrate und Zusammensetzung sind abhängig von
der Querabmessung. Das Verfahren ist problematisch, da es den Wachstumsbedingungen
gegenüber
empfindlich ist und von Reaktor zu Reaktor oder von Wachstum zu
Wachstum variieren kann. Bei beiden genannten Verfahren des Stands
der Technik ist die Nähe
der Vorrichtungen mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem Array begrenzt.
-
Ein
anderes Verfahren des Stands der Technik ist es, eine partielle
VCSEL-Struktur, einschließlich
des unteren DBR, des Gain-Materials, und eines Teils des oberen
DBR zu wachsen. Der Wafer wird dann maskiert und die freiliegenden
Abschnitte werden auf eine kontrollierte Oxidstärke anodisch oxidiert. Dann
wird selektives Ätzen
benutzt, um das Oxid zu entfernen. Dieses Verfahren wird wiederholt, um
Resonanzhohlräume
mit unterschiedlicher effektiver Länge für jeden Laser in einem Array
zu erzeugen. Der Rest der VCSEL-Struktur wird auf dem gemusterten
Wafer aufgewachsen. Abgesehen davon, daß eine große Zahl von Verfahrensschritten
nötig ist,
ist jeder Ätzvorgang
empfindlich gegenüber
Variationen der Spannung und Konzentration, die zu Problemen führen, welche
die Tiefe beeinflussen, so daß es
zu einer reduzierten Kontrolle der Wellenlängenabstände zwischen den Vorrichtungen
kommt.
-
Ein
anderes Verfahren des Stands der Technik ist es, eine partielle
VCSEL-Struktur einschließlich
des unteren DBR, des Gain-Materials, und einer Serie von Ätz-Stop-Schichten zu wachsen,
die selektiv weggeätzt
werden können.
Der Wafer wird wiederholt maskiert und geätzt, so daß unterschiedliche Mengen von
Material von den unterschiedlichen VCSELs in dem Array entfernt
werden. Der Wafer wird dann wieder in die Halbleiter-Wachstumsvorrichtung eingeführt, und
das Aufbringen der verbleibenden Schichten wird durchgeführt. Dieser
Ansatz erfordert mehrere Maskierungs- und Ätzschritte, um die verschiedenen Ätztiefen
zu erreichen. Dies wird unübersichtlich,
wenn mehr als einige wenige VCSELs vorliegen. Außerdem macht dieses Verfahren
es erforderlich, daß der
obere Abschnitt des Halbleitermaterials nach abgeschlossenem Ätzen erneut
epitaktisch gewachsen werden muß.
Dies erhöht
sowohl die Komplexität
als auch die Kosten des Herstellungsprozesses.
-
Trotz
der großen
Zahl entwickelter Verfahren wurde lange nach einem Verfahren gesucht,
das VCSELs bereitstellt, die dieselbe Genauigkeit wie bei einem
planaren epitaktischen Wachstum aufweisen, und keine große Zahl
von Maskierungsschritten oder mehrere epitaktische Wachstumsvorgänge benötigen. Ein
solches Verfahren konnte lange Zeit nicht von Fachleuten gefunden
werden.
-
KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein monolithisches Array aus Lasern
mit Vertikalresonator mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen auf
einem einzigen Wafer und ein Verfahren zum Herstellen desselben
bereit. Ein erster Reflektor ist über dem Halbleitersubstrat
mit einer photoaktiven Halbleiterschicht angeordnet. Ein Reflektor-Träger begrenzt
einen ersten und einen zweiten Luftspalt mit der photoaktiven Halbleiterschicht.
Der zweite und der dritte Luftspalt sind durch geometrische Unterschiede
in der Reflektor-Trägerstruktur
voneinander verschieden hergestellt. Ein zweiter und ein dritter
Reflektor sind über
dem Reflektor-Träger
ausgebildet, wodurch ein erster Laser durch den ersten Reflektor,
die photoaktive Halbleiterstruktur, den ersten Luftspalt und den
zweiten Reflektor gebildet wird, und wodurch ein zweiter Laser durch
den ersten Reflektor, die photoaktive Halbleiterstruktur, den zweiten
Luftspalt und den dritten Reflektor gebildet wird. Die Emissionswellenlängen des
ersten und zweiten Lasers sind aufgrund der unterschiedlichen Größe des ersten
und zweiten Luftspalts verschieden. Es ist nur eine Maske nötig, um
die Luftspalte für
ein Array einzurichten, das eine beliebige Anzahl von Lasern aufweist.
-
Der
genannte Vorteil, sowie zusätzliche
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten durch die
Lektüre
der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden
Figuren deutlich werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
-
1 (STAND
DER TECHNIK) ist eine Querschnittansicht eines oberflächenemittierenden Lasers
mit Vertikalresonator des Stands der Technik;
-
2 ist
eine schematische Darstellung eines optischen Kommunikationssystems,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist;
-
3 ist
eine Querschnittansicht eines VCSEL-Array, das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird, in einer Herstellungsphase;
-
4 ist
eine Querschnittansicht des VCSEL-Array aus 3 in einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
5 ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
eines Reflektor-Trägers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
6 ist
eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Reflektor-Trägers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
7 ist
eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Reflektor-Trägers gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
-
8 ist
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Herstellen der vorliegenden Erfindung.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Zu
Zwecken der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung mit vertikalem
Resonanzhohlraum als eine optische Vorrichtung mit vertikalem Hohlraum
(vertical cavity optical devide – VCOD) bezeichnet. Dies ist
deshalb so, weil die Erfindung neben VCSELs auch dazu benutzt werden
kann, monolithische Arrays von Detektoren, Fabry-Perot-Filtern, oder anderen
optischen Vorrichtungen herzustellen, die in dem Array eine Spanne
von Resonanzhohlraum-Wellenlängen
benötigen.
-
Außerdem ist
aus Gründen
der Zweckmäßigkeit
der Begriff „horizontal", wie er hier benutzt
ist, als eine Ebene definiert, die parallel zu der üblichen Ebene
oder Fläche
eines Wafers liegt, auf dem VCODs gebildet werden, unabhängig von
der Ausrichtung des Wafers. Der Begriff „vertikal" oder „Stärke" bezieht sich auf eine Richtung, die
senkrecht zu der soeben definierten Horizontalen ist. Begriffe wie „auf", „über" „unter" „obere", „untere" sind in Bezug auf
die horizontale Ebene definiert. Die Beschreibungen der Position
der verschiedenen Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen
sind nicht als begrenzend zu verstehen, und für Fachleute dürften viele
andere Positionen offensichtlich sein.
-
Bezug
nehmend auf 1 (STAND DER TECHNIK) ist eine
Querschnittansicht eines oberflächenemittierenden
Lasers mit Vertikalresonator oder VCSEL 20 des Stands der
Technik gezeigt. Über
dem Substrat 22 ist ein unterer Spiegel oder verteilter Bragg-Reflektor (DBR) 24 angeordnet,
der aus mehreren Spiegelmaterialien mit abwechselnd hohem und niedrigem
Index besteht. Der DBR 24 kann aus einer Anzahl verschiedener
Kombinationen von Materialien einschließlich Halbleiterschichten,
dielektrischen Materialien wie TiO2 und
SiO2, oder hybriden Kombinationen von Halbleiter-,
dielektrischen und Metallschichten hergestellt sein. Jede der Schichten weist
eine optische Stärke
von etwa ¼ einer
Wellenlänge
auf, und die Schichten werden kombiniert, bis der DBR 24 einen
Gesamtreflexionsgrad von fast 100 % aufweist.
-
Über dem
DBR 24 ist ein vertikaler Resonanzhohlraum 26 angeordnet,
der aus einer photoaktiven Halbleiterstruktur 28 und einem
Luftspalt 30 besteht. Für
den Fall, daß die
VCOD ein VCSEL ist, enthält
die photoaktive Halbleiterstruktur einen Quantenwell, oder Quantenwells,
um Laserlicht bereitzustellen. Der Luftspalt 30 ist der
Spalt über
der photoaktiven Halbleiterstruktur 28, und unter einem
Reflektor-Träger 32,
der durch eine Verankerung 34 gehalten wird. Die Höhen oder
Stärken
der photoaktiven Halbleiterstruktur 28, des Luftspalts 30,
und des Reflektor-Trägers 32 sind
so ausgewählt,
daß ihre
optische Stärke
in etwa ein Mehrfaches von λ/4
beträgt, so
daß der
vertikale Resonanzhohlraum 26 eine Gesamthöhe aufweist,
die ein ganzes Vielfaches von λ/2 ist.
-
Der
Reflektor-Träger 32 kann
aus einem Material wie Siliziumnitrid oder einem organischen Polymer
hergestellt sein, oder ein Halbleitermaterial sein. Auf und über dem
Reflektor-Träger 32 ist
ein oberer Spiegel oder DBR 36 angeordnet, der aus abwechselnden
Schichten von Spiegelmaterial mit hohem und niedrigem Index von
einer Stärke
von etwa λ/4 besteht,
die Licht von dem DBR 36 zurück auf den DBR 24 reflektieren.
-
Je
nach dem relativen Reflexionsvermögen der DBRs 24 und 36 wird
Licht aufwärts
durch den DBR 36 oder abwärts durch den DBR 24 und
das Substrat 22 emittiert. Die Wellenlänge des Lichts ist für alle VCSELs
auf demselben Wafer dieselbe, und für eine unterschiedliche Wellenlänge wird
ein unterschiedlicher Wafer benötigt,
wobei die vertikalen Resonanzhohlräume alle eine unterschiedliche
Höhe aufweisen.
-
Bezug
nehmend auf 2 zeigt eine schematische Darstellung,
wie ein optisches Kommunikationssystem 50 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist. Ein einzelner Wafer 52 wird gemäß der vorliegenden
Erfindung derart bearbeitet, daß mehrere
VCODs mit unterschiedlichen vertikalen Resonanzhohlräumen gebildet
werden.
-
Der
Wafer 52 wird dann zu einem monolithischen VCSEL-Array 53 geschnitten,
das mehrere VCODs 54, 55, und 56 aufweist.
Die VCODs 54, 55, und 56 sind durch Schaltungen
(nicht dargestellt) verbunden, die jeweils Laserlicht einer ersten,
zweiten bzw. dritten Wellenlänge
in ein faseroptisches Kabel 58 zuführen. Die VCODs 54, 55,
und 56 sind in ein gemeinsames Paket 57 gepackt.
-
Bezug
nehmend auf 3 ist eine Querschnittansicht
eines monolithischen VCSEL-Arrays 60 gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Herstellungsphase gezeigt.
-
Das
Array 60 weist ein Substrat 62 auf. Über dem
Substrat 62 ist ein unterer Spiegel oder unterer DBR 64 angeordnet,
der aus mehreren Spiegelmaterialien mit abwechselnd hohem und niedrigem
Index besteht. Der untere DBR 64 kann aus einer Anzahl verschiedener
Kombinationen von dielektrischen Schichten, wie z.B. SiO2, SiC, TiO2, und
Al2O3 hergestellt
sein. Es kann sich dabei um Halbleiterschichten oder um Kombinationen
von Halbleitern, dielektrischen Materialien, und Metall handeln.
Jede der Schichten weist eine optische Stärke von etwa ¼ einer
Wellenlänge
(S/4) auf, und die Schichten werden kombiniert, bis der untere DBR 64 einen
Gesamtreflexionsgrad von fast 100 % aufweist.
-
Über dem
unteren DBR 64 ist eine photoaktive Halbleiterstruktur 66 angeordnet,
die Quantenwells enthält,
wie zuvor beschrieben wurde. Der Quantenwell kann ein einzelner
Quantenwell sein, oder mehrere Quantenwells mit einer Anzahl dünner Schichten
aus Halbleitermaterialien mit abwechselnd hohem und niedrigem Bandabstand
umfassen. Die photoaktive Halbleiterstruktur 66 ist aus
mehreren Schichten aus Materialien hergestellt, wie z.B. solchen,
die Aluminium, Indium, Gallium, Arsen, Stickstoff, und/oder Phosphor
enthalten.
-
Über der
photoaktiven Halbleiterstruktur 66 ist eine Opferschicht
angeordnet, die mit Hilfe von üblichen
Lithographie- und Ätzverfahren
zu Opferinseln 70 bis 72 geformt wurde. Die Opferinseln 70 bis 72 können verschiedene
Formen aufweisen, aber in einer Ausführungsform, sind sie scheibenförmig und weisen
unterschiedliche Durchmesser auf, um eine Kontrolle der optischen
Eigenschaften der finalen VCODs zu erlauben, wie später erläutert werden
soll. Die Opferinseln 70 bis 72 sind auf der photoaktiven Halbleiterstruktur 66 angeordnet,
und sind aus ätzbarem
Material, wie z.B. Polyimid, hergestellt, das leicht in einem Sauerstoffplasma
entfernt werden kann. Alternativ können sie aus Halbleiterschichten
hergestellt sein, die durch selektives Ätzen entfernt werden können.
-
Ein
Reflektor-Träger 74 ist
auf der photoaktiven Halbleiterstruktur 66 angeordnet,
und deckt die Opferinseln 70 bis 72 ab. Der Reflektor-Träger 74 kann
aus einem Material wie z.B. Siliziumnitrid oder einem organischen
Polymer hergestellt sein, oder er kann ein Halbleitermaterial sein.
Eine Verankerung 76 ist auf dem Reflektor-Träger 74 abgelagert,
wobei sie an der photoaktiven Halbleiterstruktur 66 befestigt ist.
Die Verankerung 76 kann aus denselben Materialien wie die
oberen DBRs 80 bis 82 oder aus dielektrischen
Materialien wie SiO2 oder Si3N4 hergestellt sein, oder sie kann ein Metall
wie Gold oder Aluminium sein.
-
Die
Materialien, die benutzt werden, um die oberen DBRs 80 bis 82 zu
bilden, sind so abgelagert, daß sie
den Reflektor-Träger 74 und
die Verankerung 76 abdecken. Diese Schichten sind abwechselnde Schichten
aus Spiegelmaterial mit einem niedrigen und hohen Index, die geätzt werden,
um die oberen Spiegel oder oberen DBRs 80 bis 82 zu
bilden. Die DBRs 80 bis 82 können aus dielektrischen Materialien
wie SiO2, SiC, TiO2 und
Al2O3 hergestellt
sein, oder sie können
Halbleiterschichten oder Kombinationen aus Halbleitern, dielektrischen
Materialien, und Metall sein. Es gibt verschiedene Verfahren, diese Materialien
aufzubringen, wie z.B. Plasmaauftragen, Verdampfen, Zerstäuben, ionenunterstütztes Auftragen;
oder epitaktisches Wachstum.
-
Die
oberen DBRs 80 bis 82 können verschiedene Formen und
Größen aufweisen,
doch in einer bevorzugten Ausführungsform
sind sie Scheiben, die denselben Durchmesser aufweisen, und die
zentral an Abschnitten des Reflektor-Trägers 74 angeordnet sind,
welche unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
-
Die
Materialien der oberen DBRs und die Materialien, die für den Reflektor-Träger 74 benutzt werden,
weisen eine Restspannung auf, die entweder eine Zugspannung oder
eine Druckspannung sein kann. Die Existenz von Restspannungen in
diesen Schichten ist für
Durchschnittsfachleute offensichtlich. Die Spannungen können während des
Auftragens der Schichten mit Hilfe verschiedener Verfahren angepaßt werden.
Beim Plasmaauftragen können
verschiedene Faktoren wie Gasströme,
Temperatur, und Druck verändert
werden, um die innere Spannung des aufgetragenen Materials zu beeinflussen.
Beim Sputtern beeinflussen beispielsweise die Temperatur und die
Stromspannung des Sputterns, oder beim ionenunterstützten Abscheiden
die Ionenenergie, die Spannung. Die Bedeutung dieser Restspannungen
wird Fachleuten anhand der folgenden Beschreibung deutlich werden.
-
Bezug
nehmend auf 4 ist eine Querschnittansicht
des VCSEL-Array aus 3 in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die gleichen Elemente in 4 weisen
dieselben Bezugszeichen auf wie in 3.
-
Der
Reflektor-Träger 74,
der in einer Ausführungsform
basierend auf der Scheibenform der Opferinseln 70 bis 72 mehrere
trommelförmige
Anordnungen unterschiedlicher Größe bildet,
wurde geätzt,
um Öffnungen
zu bilden, wie z.B. Sektoren oder Bohrungen, um die Opferinseln 70 bis 72 durch Ätzen zur
Erzeugung von Luftspalten 84 bis 86 zu entfernen. Wenn
die Opferinseln 70 bis 72 entfernt wurden, veranlaßt die innere
Spannung der oberen DBRs 80 bis 82 und in den
DBR-Trägern
diese zu einer Krümmung.
Die Krümmungen 87 bis 89 in
dem Reflektor-Träger 74 führen dazu,
daß die
Luftspalte 84 bis 86 aufgrund der unterschiedlichen
Durchmesser der trommelförmigen
Anordnungen unterschiedliche Höhen
H1, H2, H3 in ihren Mitten aufweisen. Die jeweilige Höhe H1, H2,
H3 der Luftspalte 84 bis 86, und die Stärken der
photoaktiven Halbleiterstruktur 66 und des Reflektor-Trägers 74 definieren
die optischen Höhen
der Resonanzhohlräume
mehrerer VCODs 90 bis 92, und so die Wellenlängen des
Laserlichts, das sie bei Aktivierung emittieren.
-
In
verschiedenen Ausführungsformen
können
die unterschiedlichen Höhen
H1, H2, H3 durch Photolithographie mit Hilfe einer einzelnen Maske
erzielt werden, um die geometrische Größe und/oder Form der Verankerungen
oder der oberen DBRs 80 bis 82 oder die geometrische
Größe, Form,
und/oder Konfiguration der Öffnungen
in dem Reflektor-Träger 74 zu
steuern.
-
Es
versteht sich, daß die
genannten Ausführungsformen
separat sowie in Kombination auf demselben Wafer benutzt werden
können.
-
Bezug
nehmend auf 5 ist eine Draufsicht auf eine
Ausführungsform
eines einzelnen Abschnitts eines Reflektor-Trägers 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Der Reflektor-Träger 100 weist zwei
Sektorabschnitte 101 und 102 auf, die entfernt werden,
um einen einzelnen Träger 103 zurückzulassen,
der einen Reflektor 104 trägt.
-
Bezug
nehmend auf 6 ist eine Draufsicht auf eine
andere Ausführungsform
eines einzelnen Abschnitts eines Reflektor-Trägers 105 gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Der Reflektor-Träger 100 weist vier
Sektoren 106 bis 109 auf, die entfernt werden,
damit ein doppelter Träger 110 einen
Reflektor 112 trägt.
-
Bezug
nehmend auf 7 ist eine Draufsicht auf eine
weitere Ausführungsform
eines einzelnen Abschnitts eines Reflektor-Trägers 114 gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Der Reflektor-Träger 114 weist mehrere Öffnungen 116 auf,
die darin vorgesehen sind, wobei der verbleibende Abschnitt 117 einen
Reflektor 118 trägt.
-
Bezug
nehmend auf 8 ist ein Flußdiagramm 120 eines
Verfahrens zum Herstellen des monolithischen VCOD-Arrays gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Ein erster Schritt 122 sieht ein Bereitstellen
des Wafers 52 vor. Ein zweiter Schritt 124 sieht
das Bilden des unteren DBR 64 über dem Wafer 52 vor.
Ein dritter Schritt 126 sieht das Bilden der photoaktiven
Halbleiterstruktur 66 über
dem unteren DBR 64 vor.
-
Ein
vierter Schritt 128 sieht das Bilden der ersten und zweiten
Opferinsel 70 und 71 einer Opferschicht über der
photoaktiven Halbleiterstruktur 66 vor, wobei die erste
und die zweite Opferinsel 70 und 71 eine jeweilige
erste und zweite sich unterscheidende Größe aufweisen. Wenn die erste
und zweite Opferinsel 70 und 71 scheibenförmig sind,
weisen die erste und die zweite Opferinsel 70 und 71 einen
ersten und zweiten Durchmesser auf, die unterschiedlich sind. Unterschiedliche
Größen und
Formen von Opferinseln können
für den
gesamten Wafer 52 unter Benutzung einer einzelnen Maske
gebildet werden.
-
Ein
fünfter
Schritt 130 sieht das Bilden des Reflektor-Trägers 74 über der
ersten und zweiten Opferinsel 70 und 71 vor. Der
Reflektor-Träger 74 ist konform über der
ersten und zweiten Opferinsel 70 und 71 abgelagert,
und ist um die erste und zweite Opferinsel 70 und 71 an
der photoaktiven Halbleiterstruktur 66 befestigt. Es ist
zu beachten, daß die
erste und zweite Opferinsel weit genug voneinander entfernt sind,
so daß selbst
dann ein Spalt zwischen der ersten und zweiten Opferinsel 70 und 71 verbleibt, nachdem
der Reflektor-Träger 74 abgelagert
ist. Der sechste Schritt 132 sieht das Bilden der Verankerung 76 zwischen
der ersten und zweiten Opferinsel 70 und 71 über dem
Reflektor-Träger 74 vor.
Unterschiedliche Größen und
Formen für
die Verankerung 76 über
dem Reflektor-Träger
können
für den
gesamten Wafer 52 unter Benutzung einer einzelnen Maske gebildet
werden.
-
Ein
siebter Schritt 134 sieht das Bilden eines ersten und zweiten
oberen DBR 80 und 81 über dem Reflektor-Träger 74 vor.
Dies umfaßt
das Ablagern einer Reflektorschicht und das Mustern und Ätzen der
Reflektorschicht, um den ersten und zweiten oberen DBR 80 und 81 zu
bilden. Unterschiedliche Größen und
Formen der oberen DBRs können
für den gesamten
Wafer 52 unter Benutzung einer einzelnen Maske gebildet
werden.
-
Ein
achter Schritt 136 sieht das Entfernen der ersten und zweiten
Opferinsel 70 und 71 vor, um einen ersten und
zweiten Luftspalt 84 und 85 zu bilden. In diesem
Schritt werden Sektoren oder Öffnungen
in dem Reflektor-Träger 74 gebildet,
und die erste und zweite Opferinsel 70 und 71 werden
durch die Öffnungen
weggeätzt,
um den ersten und zweiten Luftspalt 84 und 85 zu
bilden. Dieser Schritt des Entfernens führt dazu, daß die erste
optische Vorrichtung 54 durch den unteren DBR 64,
die photoaktive Halbleiterstruktur 66, den ersten Luftspalt 84,
und den ersten oberen DBR 80 gebildet wird. Gleichzeitig wird
eine zweite optische Vorrichtung 55 durch den unteren DBR 64,
die photoaktive Halbleiterstruktur 66, den zweiten Luftspalt 85,
und den zweiten oberen DBR 81 gebildet.
-
Der
erste und zweite Luftspalt 84 und 85 sind von
unterschiedlicher Höhe
H1 und H2 aufgrund von: Spannungen, die während des Bildens der oberen
reflektierenden Schicht erzeugt wurden; der geometrischen Größe der Verankerungen 76,
oder der ersten und zweiten oberen DBRs 80 und 81;
oder der geometrischen Größe und Konfiguration
der Öffnungen in
dem Reflektor-Träger 74.
Die unterschiedlichen Höhen
H1 und H2 liefern die erste und zweite optische Vorrichtung 54 und 55 mit
unterschiedlichen Emissionswellenlängen.
-
Es
versteht sich, daß das
Flußdiagramm 120 lediglich
ein Beispiel ist, und viele andere Schritte hinzugefügt und einige
ausgelassen werden können, wie
es für
Durchschnittsfachleute offensichtlich ist. Beispielsweise kann der
Wafer 52 geschnitten und paketiert werden.
-
Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit einer bestimmten besten Ausführungsform
beschrieben wurde, versteht es sich, daß angesichts der vorangehenden
Beschreibung viele Alternativen, Modifikationen, und Variationen
für Fachleute
offensichtlich sein dürften.
Deshalb sollen alle diese Alternativen, Modifikationen, und Variationen,
die in den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen, mit einbezogen
werden. Alle hier dargestellten oder in den begleitenden Figuren
gezeigten Punkte sind in erläuternder
und nicht begrenzender Weise zu verstehen.