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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf die elektrische Isolation von Komponenten in
einem integrierten optoelektronischen Bauelement, wo zwei oder mehr
aktive Regionen optisch gekoppelt sind, beispielsweise durch einen
Wellenleiter. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Trennung
einer Laserdiode mit verteilter Rückkopplung (DFB = distributed
feed-back) und eines Elektroabsorptions(EA-) Modulators in einem
monolithisch integrierten optoelektronischen Senderbauelement für eine Faseroptiktelekommunikationsverbindung.
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Die optoelektronische Integration
liefert das Potential für
kostengünstige,
zuverlässige
und kompakte Komponenten, verbesserte Temperatur- und mechanische
Stabilität,
und eine sichergestellte Ausrichtung zwischen den Komponenten. Auf
dem Gebiet der Senderbauelemente für Faseroptikkommunikation wurde
die Integration einer Laserdiode mit einem Modulator, beispielsweise
in einer vergrabenen Heterostruktur oder einem Stegstreifen vor
vielen Jahren erreicht, siehe hierzu beispielsweise die Veröffentlichung
von S. Tarucha und H. Okamoto in Appl. Phys. Lett., Bd. 22, S. 242–243, 1986,
die sich auf ein Bauelement bezieht, das aus GaAs hergestellt ist. Um
einen Betrieb bei 1,55 μm
zu erreichen, werden heutzutage solche integrierten optoelektronischen Senderbauelemente
normalerweise von auf einem Wafer hergestellt, der von einem n++-InP-Substrat aufgewachsen
ist, auf dem eine Anzahl von Schichten aufgewachsen sind, einschließlich einer p+-InP-Aktivschicht,
die durch eine p++-GaInAs Ternär-
oder Abdeckungsschicht abgedeckt wird. Die Abdeckungsschicht weist
einen relativ niedrigen Widerstand auf und dient daher als eine
Kontaktschicht, mit der elektrische Kontakte hergestellt werden
können.
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Idealerweise sollte das Licht, das
von der Laserdiode ausgegeben wird, eine stabile Wellenlänge und
Intensität aufweisen.
Aufgrund der integrierten Natur solcher Strukturen und der dichten
physikalischen Nähe
der Komponenten ist der elektrische Widerstand zwischen der Laserdiode
und dem Modulator (der hierin als der Isolationswiderstand bezeichnet
wird) etwa 1–10
kΩ, abhängig von
der Leitfähigkeit
des p-Kontaktmaterials und der Trennung der Kontakte. Es ist daher
möglich,
daß das
elektrische Signal, das verwendet wird, um den Modulator zu modulieren,
die Laserdiode nachteilig beeinträchtigen kann, was Wellenlängen- und/oder
Intensitätsverschiebungen
bewirkt. Der Isolationswiderstand muß daher zumindest um einige
100 kΩ und
vorzugsweise auf einige MΩ erhöht werden.
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Mehrere Lösungsansätze zum Handhaben dieses Problems
der elektrischen Isolation wurden vorgeschlagen. Ein Lösungsansatz
ist, durch die Ternärabdeckungsschicht
zu ätzen.
Dies erhöht
den Isolationswiderstand nur auf etwa 10–20 kΩ. Obwohl solches Ätzen den
optischen Wellenleiter zwischen der Laserdiode und dem Modulator
nicht stört,
ist dies eine nichtausreichende Isolation.
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Eine Möglichkeit zum Erreichen einer
ausreichenden Isolation ist in der Veröffentlichung von M. Suzuki
u. a. im Journal of Lightwave Technology, Bd. 6, S. 779–785, 1988
offenbart. Eine Isolationsregion ist in dem Streifen zwischen der
DFB-Laserdiode und dem EA-Modulator gebildet, durch Wegätzen sowohl der
Abdeckungsschicht als auch der aktiven Schicht. Der Zwischenraum
in der aktiven Schicht wurde dann mit einem passivierenden SiN-Film
und einem Polyimid gefüllt.
Obwohl ein relativ hoher Isolationswiderstand von 2,5 MΩ erreicht
wurde, leidet dieser Lösungsansatz
unter dem Nachteil des Schneidens in den optischen Wellenleiter
zwischen der Laserdiode und dem Modulator, was die optische Effizienz
des Bauelements nachteilig beeinträchtigen kann oder die Kopplung
zwischen den Komponenten reduzieren kann, aufgrund unerwünschter
interner Reflexionen.
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Eine weitere Verbesserung der oben
erwähnten
Lösung
ist in dem Dokument US-A-5,484,559 (Fujitsu Ltd.) offenbart. Das
zweite Ausführungsbeispiel
in diesem Dokument ist ein integriertes optoelektronisches Bauelement
mit zwei Komponenten: einem lichtemittierenden Element, d. h. einer
Laserdiode und einem Lichtmodulator. Eine geerdete dritte Elektrode
ist in der Isolationsregion auf einer Halbleiterkontaktschicht vorgesehen.
Diese geerdete Elektrode liefert eine elektrostatische Abschirmung,
wodurch vermieden wird, daß das
Hochfrequenzsignal, das von der Elektrode des Lichtmodulators induziert
wird, zu der Elektrode des lichtemittierenden Elements übertragen
wird. Folglich kann dieses lichtemittierende Element auf stabile
Weise arbeiten.
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Eine weitere Möglichkeit zum Erreichen eines
hohen Grads an elektrischer Isolation ohne Wegätzen der Abdeckungs- und der
aktiven Schicht und ohne nachteiliges Beeinträchtigen der optischen Leistungsfähigkeit
des Bauelements ist es, eine Tiefprotonimplantation in der Region
zwischen der Laserdiode und dem Modulator zu verwenden. M. Aoki und
H. Sano haben in „OFC '95 Optical Fibre
Communication" Summaries
of Papers Presented at the Conference on Optical Fibre Communication,
Bd. 8, S. 25–26,
pub. Optical Society of America, 1995, berichtet, daß diese
Technik eine elektrische Isolation von mehr als 1 MΩ erreichen
kann. Es wird davon ausgegangen, daß dieser Lösungsansatz einen Isolationswiderstand
von bis zu 10 MΩ erreichen
könnte.
Keiner der anderen Prozeßschritte
im Zusammenhang mit der Herstellung eines solchen integrierten optoelektronischen
Bauelements erfordert jedoch eine solche Proton- oder Ionimplantation
und daher erfordert dieser Lösungsansatz
eine Investition in ein zusätzliches
Element einer sehr aufwendigen Produktionsausrüstung.
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Gemäß der Erfindung ist ein integriertes
optoelektronisches Bauelement vorgesehen, das zumindest zwei optoelektronische
Komponenten umfaßt,
die auf dem gleichen Substrat herge stellt sind, wobei zwei der optoelektronischen
Komponenten durch eine elektrische Isolationsregion getrennt sind; durch
einen Wellenleiter optisch über
die Isolationsregion verbunden sind; und durch eine Kontaktschicht
abgedeckt sind, durch die ohmsche Kontakte hergestellt werden, um
die Komponenten zu betreiben, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Kontaktschicht durch die Isolationsregion erstreckt, von der ein
Massekontakt hergestellt ist, um die Kontaktschicht in der Isolationsregion
zu erden, und so die beiden optoelektronischen Komponenten elektrisch voneinander
zu isolieren.
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Der Massekontakt kann dann alle Streuströme von einer
der beiden Komponenten ziehen, die die Leistungsfähigkeit
der anderen Komponente nachteilig beeinträchtigen könnten. In dem Fall, in dem
die Komponente eine Laserdiode ist und die andere Komponente ein
Modulator ist, beispielsweise ein EA-Modulator zum Modulieren des Ausgangs
der Laserdiode, können
Streumodulationsströme
bei der Modulationsfrequenz zu dem Massekontakt gezogen werden,
um ein Wellenlängen- oder Intensitätschirpen
der anderweitig beständig
vorgespannten Laserdiode zu verhindern.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung bedeckt eine Passivierungsschicht die Abdeckungsschicht,
um einen Umgebungsschutz für das
Bauelement zu liefern. Die Passivierungsschicht kann dann Kontaktfenster
in der Passivierungsschicht aufweisen, durch die die Kontakte hergestellt werden.
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Im allgemeinen weist das integrierte
Bauelement eine Masseebene auf, beispielsweise entweder das Substrat
oder eine Schicht, die auf dem Substrat aufgewachsen ist. In vielen
Fällen
ist das Bauelement so hergestellt, daß das Substrat eine Masseebene
ist. Der Massekontakt von der Abdeckungsschicht kann dann zu der
Masseebene hergestellt werden. Falls ein Kontaktfenster für das Substrat
vorgesehen ist, kann ein Massekontakt praktischerweise durch dieses
Fenster zu der Masseebene hergestellt werden. Es wäre jedoch
möglich,
daß der
Massekontakt beispielsweise durch einen Draht oder einen anderen
geeigneten Massepunkt hergestellt wird. Die Masseebene muß nicht
notwendigerweise bei Null Volt bezüglich der Masse sein, sondern
bei einem geeigneten Potential bezüglich der Komponenten, um Streuströme weg von
einer oder mehreren der Komponenten zu ziehen. Es kann jedoch der Fall
sein, daß zumindest
eine der Komponenten durch die Masseebene geerdet wird.
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Es kann oft der Fall sein, daß sich eine
Passivierungsschicht über
das Bauelement erstreckt, und bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung grenzt diese Bauelementpassivierungsschicht an die
Abdeckungspassivierungsschicht. Das Fenster zu dem Substrat kann
sich dann durch die Bauelementpassivierungsschicht erstrecken, um eine
praktische Route zu der Masseebene zu liefern.
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Es kann praktisch sein, einen oder
jeden der Kontakte durch Aufbringen einer leitfähigen Schicht aufzubringen,
und nicht durch Verwendung von Drähten. Diese aufgebrachte leitfähige Schicht
kann dann ein oder mehrere Fenster bedecken. Vorzugsweise sind die
Kontakte so aufgebracht, daß die
Kontakte alle Kontaktfenster vollständig überdekken. Die aufgebrachte
leitfähige
Schicht/Schichten können dann
als ein Typ von Passivierungsschicht in dem Bereich der Fenster
wirken, die nicht anderweitig durch die vorher erwähnte Passivierungsschicht
geschützt
sind.
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Es kann wünschenswert sein, die Streuströme, die
durch den Massekontakt gezogen werden, zu beschränken, beispielsweise um das Überhitzen
aufgrund von ohmschen Verlusten zu verhindern, oder um einen Spannungsabfall
für die
Komponenten zu vermeiden. Daher kann ein Widerstand in Reihe mit dem
Stromweg zur Masse vorgesehen sein. Zumindest ein Teil dieses Widerstands
kann praktischerweise durch die Abdekkungsschicht geliefert werden, die
mit Abmessungen hergestellt werden kann, die von dem Material der
Abdeckungs schicht abhängen, um
zumindest 1 KΩ zwischen
einer Komponente und dem Massekontakt zu liefern.
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Die Erfindung wird nun mit Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen integrierten optoelektronischen
Bauelements, das eine DFB-Laserdiode in Reihe mit einem EA-Modulator umfaßt;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines integrierten optoelektronischen
Bauelements gemäß der Erfindung,
das eine DFB-Laserdiode in Reihe mit einem EA-Modulator umfaßt, die
durch eine Isolationsregion getrennt sind, von der ein Massekontakt
zu einer Masseebene hergestellt ist;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht des Bauelements von 2 das mit plattierten Anschlußflächen gezeigt
ist, die an dem Bauelement befestigt sind; und
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4 ist
ein Schaltbild des Bauelements von 2 und 3, das zeigt, wie der Massekontakt
die beiden Komponenten isoliert.
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1 zeigt,
nicht maßstabsgerecht,
ein integriertes herkömmliches
optoelektronisches Bauelement 1, das zwei Komponenten umfaßt, nämlich eine DFB-Laserdiode 2 und
einen EA-Modulator 4, der für die Verwendung als ein Sender
in einer Hochgeschwindigkeitsfaseroptikverbindung geeignet ist die bei
1,55 μm
arbeitet. Derzeit arbeiten Hochgeschwindigkeitsverbindungen bei
2,5 oder 10 Gbit/s und Bitraten von bis zu 40 Gbit/s wurden im Labor
demonstriert.
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Das Bauelement 1 ist in
Waferform aufgewachsen, von einem n++-InP-Substrat 6, das
auf etwa 1019 cm–3 dotiert
ist, auf dem eine 2 μm
dicke n+-InP-Pufferschicht 8 aufgewachsen
ist, die auf etwa 1018 cm–3 dotiert
ist. Die Laserdiode weist eine InxGa1–xAs1–yPy aktive Schicht 10 auf, die etwa
100 nm bis 300 nm dick ist, und diese wird durch eine weiter Pufferschicht 12 bedeckt,
hier eine „Umhüllungs"-Schicht, die aus p+-InP
gebildet ist. Das DFB-Gitter für
die Laserdiode kann in der n+-InP-Pufferschicht
oder in der p+-InP-Abdeckungsschicht enthalten
sein. Die aktive Region des DFB-Lasers und des EA-Modulators umfaßt normalerweise
eine Mehrquantenmuldenstruktur (MQW structure; MQW = Multiple Quantum
Well). Die MQW-Struktur ist insbesondere in dem Modulatorabschnitt
vorteilhaft, wo die Absorptionskante des Modulators durch Anlegen eines
elektrischen Feldes zu längeren
Wellenlängen verschoben
werden kann (der quantenbeschränkte Stark-Effekt).
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Die Ausgangsfläche 9 des Modulators
ist antireflexbeschichtet für
eine gute Übertragung
durch die Fläche,
und die Rückfläche 11 der
Laserdiode kann reflektierend beschichtet sein oder unbeschichtet
sein.
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Die Umhüllung oder obere Pufferschicht 12 ist
aufgewachsen, um etwa 2 μm
dick zu sein, und auf derselben ist eine 100 nm bis 200 nm dicke
Abdeckungsschicht aufgebracht. Die Abdeckungsschicht ist aus p++-GaInAs gebildet, hochdotiert auf etwa
1019 cm–3 um
einen guten ohmschen Kontakt mit geringem Widerstand für die elektrische
Verbindung zu der Laserdiode 2 zu liefern. Dann wird der
Wafer unter Verwendung einer gut bekannten Herstellungstechnologie
mit einer Oxidschicht beschichtet, hier SiO2 (nicht dargestellt),
die durch einen plasmagestützten
chemischen Dampfaufbringungsprozeß (PECVD = Plasma Enhanced
Chemical Vapor Deposition) aufgebracht wird. Diese Oxidschicht wird
photolithographisch strukturiert und trockengeätzt, um die Abdeckungsschicht 16 und
fast 200 nm der Pufferschicht zu entfernen, außer entlang eines 3 μm breiten
Stegstreifens 14. Der Stegstreifen 14 steht daher
etwa 2 μm über der
umgebenden Oberfläche hoch.
Schließlich
wird die PECVD-Oxidschicht von dem Stegstreifen entfernt, um die
Abdeckungsschicht 16 erneut freizulegen.
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Der Stegstreifen 14 hat
den Effekt des Führens
einer optischen Mode 15 entlang einer aktiven Region 17 unterhalb
des Streifens 14.
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Der Stegstreifen 14 erstreckt
sich von der Laserdiode 2 durch eine Isolationsregion 18bzu
dem EA-Modulator 4. Der EA-Modulator weist eine ähnliche
Struktur auf wie diejenige, die für die Laserdiode beschrieben
wurde, außer
daß die
Absorptionskante des nichtvorgespannten Modulators bei einer kürzeren Wellenlänge ist
(typischerweise 30 nm bis 100 nm kürzer) als das Gewinnmaximum
und die Emissionswellenlänge
der Laserdiode.
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Die Isolationsregion 18 umfaßt einen
Zwischenraum 20, der an einem ähnlichen Prozeß geätzt wird
wie derjenigen, der oben beschrieben ist, um die Abdeckungsschicht 16 vollständig zu
entfernen, und falls nötig,
die Oberseite der oberen p+-InP-Pufferschicht
12. Das Ätzen
des Zwischenraums 20 endet kurz vor der Tiefe, die Reflexionen bewirken
würde und
Licht stört,
das durch die aktive Region 17 geleitet wird, die sich
unter dem Streifen 14 erstreckt. Aufgrund der Notwendigkeit,
den Isolationswiderstand zu maximieren, ohne die optischen Eigenschaften
des Stegwellenleiters nachteilig zu beeinträchtigen, und außerdem der
Notwendigkeit, die photolithographische Struktur mit dem Steg 14 zwischen
den Komponenten 2, 4 auszurichten, ist das Positionieren
und Ätzen
des Zwischenraums ein sehr kritischer Prozeß. Es ist sehr schwierig, diese Ausrichtung
in einer Herstellungsumgebung zu erreichen. Die so hergestellte
Isolationsregion 18 verdoppelt etwa den Isolationswiderstand
zwischen der Laserdiode 2 und dem Modulator 4.
Eine Protonimplantation könnte
verwendet werden, um diesen Isolationswiderstand weiter auf 1 bis
10 MΩ zu
erhöhen.
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Die Abdeckungsschicht 16,
die Seiten des Stegstreifens 14 und die umgebende obere
Pufferschicht 10 werden dann mit einer PECVD-Oxidschicht 22 beschichtet,
hier eine SiO2-Schicht. Diese wird in einem ähnlichen
Prozeß wie
demjenigen, der oben beschrieben wurde, strukturiert und geätzt, um zwei
Kontaktfenster auf dem Stegstreifen 14 zu öffnen, eines, 24, über der
Laserdiode und das andere, 26, über dem Modulator.
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Dann wird unter Verwendung gut bekannter Techniken
auf dem Bauelement 1 Metall in zwei Stufen vakuumaufgedampft,
zunächst
mit einer TiPt-Schicht, die unter Verwendung eines Abhebeprozesses
strukturiert wird und dann der Endaufbringung einer TiAu-Schicht
gefolgt von Metallnaßätzen in
photolithographisch definierten Bereichen. Die verbleibende TiAu-Schicht
bildet zwei Kontakte 28, 30, die die Kontaktfenster 24, 26 überdecken,
um gute ohmsche Kontakte durch die Abdeckungsschicht mit der Laserdiode 2 und
dem Modulator 4 herzustellen. Sechs andere metallisierte
Bereiche 31 bis 36 sind ebenfalls gebildet, die
keine elektrische Verbindung herstellen, aber auf denen Anschlußflächen (nicht gezeigt)
plattiert werden können,
um einen physikalischen Schutz für
den Stegstreifen 14 zu liefern.
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Obwohl dies nicht dargestellt ist,
würde das Substrat 6 auf
herkömmliche
Weise auf ein Wärmesenke
gelötet.
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Das herkömmliche Bauelement ist etwa
700 μm lang
(d. h. in der Richtung des Stegs 14) und etwa 300 μm breit.
Die Längen
der Laserdiode 2, der Zwischenraumisolationsregion 18 und
des Modulators 4 sind etwa 450 μm, 50 μm bzw. 200 μm.
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Die 2 und 3 stellen, nicht maßstabsgerecht,
ein integriertes optoelektronisches Bauelement 101 gemäß der Erfindung
dar. Dieses Bauelement 101 ist ähnlich wie das herkömmliche
Bauelement 1, das oben beschrieben wurde, und daher werden ähnliche
Merkmale mit Bezugszeichen dargestellt, die um 100 inkrementiert
sind.
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Das Bauelement 101 weist
eine Isolationsregion 118 auf, die etwa 70 μm lang ist,
und daher etwas länger
ist als die herkömmliche
Isolationsregion 18. Dies ermöglicht ausreichend Platz für ein Isolationskontaktfenster 140,
das zu einer ununterbrochenen Abdeckungsschicht 116 gebildet
ist, die sich zwischen der Laserdiode 102 und dem Modulator 104 erstreckt.
Das Isolationskontaktfenster 140 wird auf gleiche Weise
und zur gleichen Zeit gebildet wie die Kontaktfenster 124, 126 für die Komponenten 102, 104.
Dies ist sehr viel praktischer als die Bildung des oben beschriebenen
Isolationszwischenraums, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird,
die Isolationsregion in einem getrennten Prozeßschritt von der Ausrichtung
der Kontaktfenster auszurichten.
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Bei einem getrennten Prozeßschritt
vor dem Ätzen
der Kontakt- und Isolationsfenster wird ein Massekontaktfenster 142 zu
dem Substrat in dem Bauelement gebildet, das durch die Pufferschichten 108, 112,
die aktive Schicht 110 und etwa 2 μm in das 100 μm dicke Substrat 106 verläuft. Bei
diesem Pegel ist das Substrat eine effektive Masseebene für die Komponenten 102, 104.
Dann werden während
der Aufbringung der PEVCD-Oxidschicht 122 über der Abdeckungsschicht
und der Oberfläche
an jeder Seite des Stegs die Seiten 144 und die Basis (nicht gezeigt)
des Massefensters 142 ebenfalls in der Oxidschicht bedeckt.
Das Oxid, das die Basis des Massefensters 142 bedeckt,
wird dann in dem gleichen Prozeßschritt
entfernt, der die Kontaktfenster 124, 126 und
das Isolationsfenster 140 öffnet.
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Bei einem Herstellungsebene wird
ein TiPt/TiAu-Leiter 146 zwischen das Isolationskontaktfenster 140 und
das Massekontaktfenster 142 aufgebracht, zur gleichen Zeit
wie die Komponentenleiter 128, 130 aufgebracht
werden. Ein 10 μm
Zwischenraum trennt die Leiter 128, 130 von dem
Masseleiter
146. Dieses Verfahren ist ziemlich praktisch,
da es keine zusätzlichen
Prozeßschritte
gibt. Es wurde jedoch beobachtet, daß sich für Bauelemente, die unter speziellen
Verarbeitungsbedingungen erzeugt werden, der Übergang zwischen dem TiPt und
dem n++-Substrat wie eine Schottky-Diode verhält. Es wird daher bevorzugt,
wenn der Abschnitt des Leiters 146 entfernt von dem Stegstreifen
in einem getrennten Prozeßschritt
aus einer einzigen Schicht aus AuGeNi oder einer AuSn-Legierung
gebildet wird.
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Obwohl es möglich wäre, einen anderen Weg zur Masse
bereitzustellen als durch Aufbringen des Leiters 146 von
dem Isolationskontaktfenster 140 zu dem Massekontaktfenster 142,
beispielsweise mit einem freistehenden geerdeten Draht, der mit dem
Isolationskontaktfenster verbunden ist, wird davon ausgegangen,
daß die
oben beschriebene integrierte Konstruktion besonders vorteilhaft
ist, weil dieselbe die Leitung von Streuströmen mit sehr hoher Frequenz
(in der Größenordnung
von 1 bis 10 GHz oder sogar höher)
ermöglicht,
die durch die Modulation induziert werden.
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Das oben beschriebene Bauelement
weist eine relativ geringe Integrationsdichte auf. Aufgrund des
großen
Raums, der durch den Bereich zu der linken Seite (wie es gezeichnet
ist) des Stegs benötigt wird,
kann das Massefenster 142 im Vergleich zu den Kontaktfenstern 124, 126 und
dem Isolationsfenster 140 relativ groß sein. Bei diesem Beispiel
ist das Massefenster 50 μm
breit (in der Richtung des Stegs 14) und 100 μm lang. Die
Ausrichtung des Massefensters bezüglich der anderen Merkmale
ist daher nicht so kritisch wie die Ausrichtung des Abdeckungsschichtzwischenraums 20 des
herkömmlichen
Bauelements. Ferner ist die Tiefe des Massefensters nicht kritisch
um einen guten Weg zu der Masse in dem Substrat 106 zu
erreichen. Dieses Ausführungsbeispiel
des Bauelements ist daher für eine
Herstellungsumgebung sehr gut geeignet.
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Mit Bezugnahme auf 3 ist eine Au-Kontaktanschlußfläche 158 an
den metallisierten Bereich 128 plattiert, und Au-Schutzanschlußflächen 162, 163, 165, 166 sind
an metallisierte Bereiche 132, 133, 135, 136 plattiert.
Die Kontaktanschlußfläche 158 ist
nur vorgesehen, um das Anfangstesten der Laserdiode zu ermöglichen.
Nach dem Testen kann das Bauelement dann in eine Industriestandardverpackung
(nicht gezeigt) verpackt werden, mit einer optischen Einmodenfaser,
die mit einer späherischen Linse
an der Ausgangsfläche
des Modulators 104 gekoppelt ist, und mit Goldverbindungsdrähten, die
auf die metallisierten Bereiche 128 und 130 gelötet sind.
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Der Zweckmäßigkeit halber werden in 4 die gleichen Bezugszeichen
verwendet wie oben, um im allgemeinen äquivalente Schaltungselemente
zu bezeichnen. 4 zeigt
elektrisch, wie die Isolationsregion 118 dazu beiträgt, die
beständige
Laserdiode 102 vor einer elektrischen Störung von
dem Modulator 104 zu isolieren.
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Die Laserdiode ist durch VLD bei etwa 1,6 V in Durchlaßrichtung
vorgespannt, und der Modulator ist mit einer Modulation VM in Sperrichtung vorgespannt, die zwischen – 0,5 V
(durchlässig)
und –2,0
V (absorbierend) bei bis zu 10 Gbit/s oder höher moduliert ist. Bei Fehlen
eines Isolationsmerkmals würde
ein Streustrom von der Laserdiode 102 zu dem Modulator 104,
der zwischen 0,5 mA und 0,9 mA schwankt, Wellenlängen- oder Intensitätschirpen
des Lasers bewirken.
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Die ununterbrochene Abdeckungsschicht 116 zwischen
der Laserdiode 102 und dem Modulator 104 liefert
einen relativ geringen Widerstandsweg Ri-Weg
zu dem Isolationsfenster und zu der Substratmasse 106 durch
den Leiter 146. Alle Streuströme in der Umhüllung oder
der oberen Pufferschicht 112, die einen Widerstandswert
von 5 × 10–4 Ωm aufweist
(etwa zehn mal höher
als die für
die Abdeckungsschicht) wird auch zu der Abdeckungsschicht 116 zwischen
den Komponenten 102, 104 und von dort zu der Masse 106 gezogen.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Wert von Ri vorzugsweise
etwa 2 bis 3 KΩ.
Ein Wert für
Ri unter etwa 1 KΩ könnte eine übermäßige Erwärmung der Laserdiode bewirken, was
zu einer Wellenlängenverschiebung
der Laserdiode führt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
insbesondere für
das Beispiel einer DFB-Laserdiode in Reihe mit einem EA-Modulator beschrieben
wurde, ist die Erfindung auf jedes Paar oder jede Anzahl von optoelektronischen
Komponenten anwendbar, die monolithisch auf einem Substrat integriert
sind, bei denen Streuströme
von einer Komponente von der anderen Komponente isoliert werden
müssen.
Beispielsweise kann ein optischer Wellenleiter mit einer Trennung
in zwei Wellenleiter bei einem Y-Übergang elektrisch angetriebene
oder modulierte aktive optische Regionen in zwei oder drei der Arme
des „Y" haben, beispielsweise
ein optischer Verstärker
oder Modulator. Es kann dann wünschenswert
sein, eine Isolationsregion an dem Übergang der drei Arme zu liefern,
mit der die zwei oder drei optisch aktiven Regionen elektrisch isoliert
werden.
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Ein weiteres Beispiel eines optoelektronischen
Bauelements, bei dem es einen Bedarf nach einer elektrischen Isolation
zwischen optisch gekoppelten Komponenten gibt, wären abstimmbare DFB-Laserdioden.
Diese können
aus zwei oder drei in Reihe geschalteten Abschnitten gebildet werden, mit
einem abstimmbaren Bragg-Gitterabschnitt, der an einen Dauerzustandsverstärkungsabschnitt
angrenzt.
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Optoelektronische Bauelemente gemäß der Erfindung
liefern eine praktische und ökonomische Einrichtung
zum elektrischen Isolieren integrierter optoelektronischer Komponenten.
Die beteiligten Prozeßschritte
können ähnlich sein
wie andere Standardschritte, die bei der Herstellung solcher Bauelemente
verwendet werden. Es gibt keinen Bedarf an zusätzlicher aufwendiger Prozeßausrüstung, die
in anderen Schritten nicht verwendet wird, wie z. B. Ionenstrahlimplantationsausrüstung. Die
Toleranzen bei der Ausrichtung der Isolationsregion, und Massekontakte
oder -fenster können
im Vergleich zu denjenigen herkömmlicher
Isolationsregionen reduziert werden.