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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein einen Laser mit einer Stromeingrenzungsschicht und insbesondere
einen Vertikalresonator-Oberflächenemissionslaser
oder VCSEL mit einer Schicht aus oxidierbarem Material, die selektiv
oxidiert wird, um eine elektrisch isolierende Schicht zu bilden,
durch die sich eine elektrisch leitfähige Öffnung erstreckt, um den Fluß von elektrischem
Strom durch einen aktiven Bereich des Lasers einzugrenzen.
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Beschreibung des Stands
der Technik:
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Fachleuten sind viele verschiedene
Arten von Halbleiterlasern bekannt. Eine Art von Laser ist ein Vertikalresonator-Oberflächenemissionslaser oder
VCSEL, der Licht in einer Richtung emittiert, die im allgemeinen
senkrecht zu einer oberen Oberfläche
der Laserstruktur steht. Laser dieses Typs umfassen mehrere Schichten
aus halbleitendem Material. In der Regel ist an einem Ende eines
Stapels halbleitender Schichten ein Substrat vorgesehen. Auf dem
Substrat sind ein erster Spiegelstapel und ein zweiter Spiegelstapel
mit einem dazwischenliegenden aktiven Quantenmuldenbereich angeordnet.
Auf beiden Seiten des aktiven Bereichs können als Abstandsschichten
zwischen den Spiegeln graduierte oder ungraduierte Schichten vorgesehen
werden. Auf dem zweiten Spiegelstapel wird ein elektrischer Kontakt
angeordnet. Am entgegengesetzten Ende des Stapels von Schichten
wird im Kontakt mit dem Substrat ein weiterer elektrischer Kontakt
vorgesehen. Zwischen den beiden Kontakten wird ein elektrischer
Stromfluß bewirkt.
Dieser elektrische Strom fließt
deshalb durch den zweiten Spiegelstapel, einen oberen Bereich mit
abgestuftem Index, den aktiven Bereich, einen unteren Bereich mit
abgestuftem Index, den ersten Spiegelstapel und das Substrat. In der
Regel wird ein vorgewählter
Teil der aktiven Schicht als der aktive Bereich gekennzeichnet,
und der elektrische Stromfluß wird
durch den aktiven Bereich bewirkt, um den Laservorgang zu induzieren.
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In einer Arbeit mit dem Titel "Progress in Planarized
Vertical Cavity Surface Emitting Laser Devices and Arrays" von Morgan, Chirovski,
Focht, Guth, Asom, Leibenguth, Robinson, Lee und Jewell, veröffentlicht
im Band 1562 der International Society for Optical Engineering,
Devices for Optical Processing (1991), wird eine VCSEL-Struktur
im Detail beschrieben. Der Artikel beschreibt einen stapelverarbeiteten
VCSEL, der Galliumarsenid und Aluminiumgalliumarsenid umfaßt. Mehrere
verschiedene Größen von
Bauelementen wurden experimentell untersucht und werden in der Publikation
beschrieben. Dauer-Schwellenströme
wurden zu 1,7 mA gemessen, wobei Ausgangsleistungen von mehr als
3,7 mW bei Raumtemperatur entstanden. Die Arbeit bespricht außerdem bestimmte
interessante Kenngrößen, wie
z. B. Differenz-Quanteneffizienzen von mehr als eins und Multi-Transversal-Modus-Verhalten.
In 1 dieser Arbeit ist
eine perspektivische Schnittansicht eines VCSEL gezeigt, wobei die
verschiedenen Schichten identifiziert sind. Um den Stromfluß durch
den aktiven Bereich der Quantenmulde einzugrenzen, verwendet das
in dieser Arbeit beschriebene und dargestellte Bauelement eine Wasserstoffionenimplantationstechnik
zur Erzeugung elektrisch isolierender Bereiche mit einer sich dadurch
erstreckenden elektrisch leitfähigen Öffnung.
Von dem oberen elektrischen Kontakt des VCSEL aus wird ein Stromfluß durch
die elektrisch leitfähige Öffnung bewirkt,
der dadurch durch einen vorgewählten
aktiven Bereich einer aktiven Schicht gelenkt wird.
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Aus dem US-Patent 5,245,622, dargestellt für Jewell
et al am 14. September 1993, ist ein Vertikalresonator- Oberflächenemissionslaser
mit einer resonatorinternen Struktur bekannt. In den Figuren des
Patents von Jewell et al wird ein Stromblockierungsbereich durch
die Bezugszahl 44 identifiziert und als eine ringförmige Protonenimplantation
in den aktiven Bereich bildend beschrieben. Die Implantation dient
zum horizontalen Eingrenzen des elektrischen Stromflusses. Die aus
dem Patent von Jewell et al bekannten VCSELs weisen eine verschiedenartige
resonatorinterne Struktur auf, um einen niedrigen Reihenwiderstand,
hohe Leistungseffizienten und eine spezifische Art modaler Strahlung
zu erzielen. Bei einer Ausführungsform
des beschriebenen VCSEL umfaßt
der Laser einen zwischen einem oberen und einem unteren Spiegel
angeordneten Laserresonator. Der Resonator umfaßt eine obere und eine untere
Abstandsschicht, die sandwichartig einen aktiven Bereich umschließen. Eine
schichtenförmige Elektrode
zum Leiten von elektrischem Strom zu dem aktiven Bereich umfaßt den oberen
Spiegel und die obere Abstandsschicht. Die schichtenförmige Elektrode
umfaßt
mehrere alternierende hoch und niedrig dotierte Schichten zur Erzielung
eines niedrigen Reihenwiderstands ohne Erhöhung der optischen Absorption.
Weiterhin umfaßt
der VCSEL eine Stromapertur, wie z. B. einen plattenförmigen Bereich,
die in der schichtenförmigen
Elektrode zur Unterdrückung von
Strahlung höherer
Moden ausgebildet ist. Die Stromapertur wird durch Reduzieren oder
Beseitigen der Leitfähigkeit
der ringförmigen
Umgebungsbereiche gebildet. Bei einer Ausführungsform wird auf dem oberen
Spiegel des VCSEL eine Metallkontaktschicht mit einer optischen
Apertur ausgebildet. Die optische Apertur blockiert das optische
Feld so, daß sie
einen Laserbetrieb in höheren
Transversalmoden beseitigt.
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Das US-Patent 5,258,990, ausgegeben
an Olbright et al am 2. November 1993, beschreibt einen oberflächenemissions-Halbleiterlaser
für sichtbares Licht.
In den Figuren des Patents von Olbright et al ist eine aktive Quantenmulde
durch die Bezugszahl 34 identifiziert und wird durch eine
durch die Bezugszahl 33 identifizierte ringförmige Zone
definiert. Die ringförmige
Zone umfaßt
implantierte Protonen, die die aktive Quantenmulde umgeben und dadurch
den elektrischen Stromfluß zu
der Quantenmulde eingrenzen. Der in dem Patent von Olbright et al
beschriebene VCSEL umfaßt
einen Laserresonator, der zwischen zwei verteilten Bragg-Reflektoren
geschichtet ist. Der Laserresonator umfaßt zwei Abstandsschichten,
die eine oder mehrere aktive, optisch emittierende Quantenmuldenschichten
mit einer Bandlücke
im sichtbaren Bereich umgeben, die als das aktive optisch emittierende
Material des Bauelements dienen. Das elektrische Pumpen des Lasers
wird durch starkes Dotieren des unteren Spiegels und des Substrats
auf einen Leitfähigkeitstyp und
starkes Dotieren von Bereichen des oberen Spiegels mit dem entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp
erzielt, um eine Diodenstruktur zu bilden. Außerdem wird eine geeignete
Spannung an die Diodenstruktur angelegt. Bestimmte Ausführungsformen des
Bauelements werden in dem Patent von Olbright et al beschrieben,
darunter solche, die rote, grüne und
blaue Strahlung erzeugen.
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Das US-Patent 5,115,442, ausgegeben
an Lee et al am 19. Mai 1992, beschreibt einen Vertikalresonator-Oberflächenemissionslaser.
Laser dieses Typs werden als von der Emission durch eine obere Oberflächenelektrode
mit Apertur abhängig
beschrieben. Ein Vorstrom, entsprechend an der Peripherie des Lasers
wie eingeführt,
folgt einem Weg, der mit dem aktiven Verstärkungsbereich in Konfluenz kommt,
um die Laserschwellen effektiv zu erreichen. Der Weg des elektrischen
Stroms verläuft
durch eine Öffnung
eines vergrabenen Bereichs zunehmenden Widerstands, der den Laser
in oder über
dem aktiven Bereich umkreist. Der vergrabene Bereich wird mit durch
Ionenimplantation verursachter Beschädigung mit einem Ionenenergiebetrag
und -spektrum erzeugt, die so gewählt werden, daß ein entsprechender
Widerstandsgradient erzeugt wird. Die zitierte Literaturstelle beschreibt
sowohl integrierte als auch diskrete Laser. Die Figuren des Patents
von Lee et al zeigen die Position und Form des Bereichs der Ionenimplantationsbeschädigung,
mit der der elektrische Stromfluß durch einen aktiven Bereich
in der aktiven Schicht eingegrenzt wird.
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In der Veröffentlichung von IEEE Photonics Technology
Letters vom April 1993, Band 4, Nr. 4, beschreibt ein Artikel mit
dem Titel "Transverse
Mode Control of Vertical-Cavity Top-Surface-Emitting Lasers" von Morgan, Guth,
Focht, Asom, Kojima, Rogers und Callis Transversalmodenkenngrößen und die
Steuerung für
VCSELs. Die Arbeit bespricht ein neuartiges räumliches Filterungskonzept
zur Steuerung von VCSEL-Transversalmoden, durch die in bestimmten
Transversalmodenemissionen aus elektrisch angeregten VCSELs im Dauerstrich
mehr als 1,5 mW erreicht werden können. Diese zitierte Arbeit zeigt
außerdem
die Verwendung von Ionenimplantation zum Zweck der Stromeingrenzung
und zeigt eine Schnittansicht dieser Technik in ihrer. ersten Figur.
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Die am meisten verwendete bekannte
Technik zur Bereitstellung des Stromeingrenzungsbereichs eines VCSEL
besteht darin, eine Ionenbombardierung zu verwenden, um einen ringförmig geformten
Bereich zu beeinflussen und seinen Widerstand gegenüber elektrischem
Strom zu vergrößern. Durch
Bereitstellung einer elektrisch leitfähigen Öffnung in diesem Bereich mit
vergrößertem elektrischen
Widerstand wird Strom durch die Öffnung
mit höherer
elektrischer Leitfähigkeit
gelenkt und kann deshalb durch einen vorgewählten aktiven Bereich in der
aktiven Schicht gelenkt werden. Es wäre von Nutzen, wenn ein alternatives
Verfahren zur Erzielung der Stromeingrenzung bereitgestellt werden
könnte, ohne
daß die
in den gerade zitierten Arbeiten und Patenten beschriebene Ionenbombardierungstechnik verwendet
werden muß.
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Aus dem US-Patent 5,373,522, ausgegeben an
Holonyak et al am 13. Dezember 1994, ist ein Halbleiterbauelement
mit nativen Aluminiumoxidbereichen bekannt. Dieses Patent beschreibt
ein Verfahren zur Ausbildung eines nativen Oxids aus aluminiumhaltigem
Halbleitermaterial der Gruppe III-V. Bei diesem Verfahren wird aluminiumhaltiges
Halbleitermaterial der Gruppe III-V einer wasserhaltigen Umgebung
und einer Temperatur von mindestens 375 Grad Celsius ausgesetzt,
um mindestens einen Teil des aluminiumhaltigen Materials in ein
natives Oxid umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des
nativen Oxids im wesentlichen dieselbe oder weniger als die Dicke
des Teils des aluminium- haltigen Halbleitermaterials der Gruppe
III-V ist, der auf diese Weise umgesetzt wurde. Das so gebildete
native Oxid ist besonders in elektrischen und optoelektrischen Bauelementen,
wie z. B. Lasern, nützlich.
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Aus dem US-Patent 5,262,360, ausgegeben an
Holonyak et al am 16. November 1993, ist ein natives AlGaAs-Oxid
bekannt. Es wird ein Verfahren zur Ausbildung eines nativen Oxids
aus einem aluminiumhaltigen Halbleitermaterial der Gruppe III-V
beschrieben. Dabei wird ein aluminiumhaltiges Halbleitermaterial
der Gruppe III-V einer wasserhaltigen Umgebung und einer Temperatur
von mindestens etwa 375 Grad Celsius ausgesetzt, um mindestens einen
Teil des aluminiumhaltigen Materials in ein natives Oxid umzusetzen,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Dicke des nativen Oxids im wesentlichen dieselbe oder kleiner als
die Dicke des Teils des aluminiumhaltigen Halbleitermaterials der
Gruppe III-V ist, der auf diese weise umgesetzt wird. Das so gebildete native
Oxid ist besonders in elektrischen und optoelektrischen Bauelementen,
wie z. B. Lasern, nützlich.
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Aus dem US-Patent 5,115,442, dem
US-Patent 5,245,622, dem US-Patent 5,262,360, dem US-Patent 5,373,522
und dem US-Patent 5,258,990 sind Halbleiterbauelemente des Stands
der Technik bekannt.
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Aus der europäischen Patentanmeldungsschrift
Nr. 0858137A ist eine Laserstruktur mit einer einzigen Stromblockierschicht
bekannt.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung liefert
eine Laserstruktur gemäß Anspruch
1.
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Die Laserstruktur kann die Merkmale
eines beliebigen oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis
11 enthalten.
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Außerdem liefert die vorliegende
Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 12.
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Das Verfahren kann die Merkmale beliebiger der
abhängigen
Ansprüche
13 bis 19 enthalten.
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Die vorliegende Erfindung stellt
einen Laser bereit, der ein Vertikalresonator-Oberflächenemissionslaser
sein kann, der einen zwischen einem ersten und einem zweiten elektrischen
Kontakt angeordneten aktiven Bereich umfaßt. Zwischen dem ersten und
dem zweiten elektrischen Kontakt wird eine erste Stromblockierschicht
bereitgestellt. Das Material der Stromblockierschicht wird spezifisch
so gewählt,
daß es,
wenn es einem Oxidationsmittel ausgesetzt wird, eine Oxidation erfährt. Weiterhin
umfaßt
die vorliegende Erfindung eine erste Einrichtung, die selektiv einen
Teil der ersten Stromblockierschicht dem Oxidationsmittel aussetzt,
um einen ersten nicht oxidierten Bereich der ersten Stromblockierschicht
zu definieren, der von einem zweiten oxidierten Bereich der Stromblockierschicht
umgeben wird. Der erste nicht oxidierte Bereich der ersten Stromblockierschicht wird
mit einem vorgewählten
Bereich eines aktiven Bereichs ausgerichtet. Der erste oxidierte
Bereich der Stromblockierschicht ist elektrisch isolierend, während der
erste nicht oxidierte Bereich der Stromblockierschicht elektrisch
leitfähig
ist.
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Die Laserstruktur kann ein Vertikalresonator-Oberflächenemissionslaser
sein, obwohl dies nicht in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
notwendig ist. Eine zweite Stromblockierschicht kann in der Laserstruktur
bereitgestellt werden und besteht aus einem Material, das eine Oxidation
erfährt,
wenn es einem Oxidationsmittel ausgesetzt wird. Diese Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
weiterhin eine Einrichtung, die selektiv einen Teil der zweiten
Stromblockierschicht dem Oxidationsmittel aussetzt, um einen zweiten nicht
oxidierten Bereich der zweiten Stromblockierschicht zu definieren,
der von einem zweiten oxidierten Bereich der zweiten Stromblockierschicht
umgeben wird. Der nicht oxidierte Bereich ist mit dem aktiven Bereich
des Lasers ausgerichtet. Wie bei der ersten Stromblockierschicht
ist der zweite oxidierte Bereich elektrisch isolierend, während der
zweite nicht oxidierte Bereich elektrisch leitfähig ist. Wenn zwei Stromblockierschichten
aus oxidierten und nicht oxidierten Bereichen in einem einzigen
Laser verwendet werden, werden die nicht oxidierten Bereiche der
ersten und der zweiten Stromblockierschicht ausgerichtet, um Strom
durch einen vorgewählten
Teil des aktiven Bereichs zu lenken.
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Es werden nachfolgend zwei spezifische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei einer Ausführungsform
umfaßt
die Laserstruktur einen Substratteil, einen auf dem Substratteil
angeordneten Laserwirkungsteil, einen auf dem Substratteil angeordneten
Kontaktstützteil
und einen auf dem Substrat angeordneten Überbrückungsteil. Der Überbrückungsteil
ist zwischen dem Laserwirkungsteil und dem Kontaktstützteil angeschlossen,
und die erste Stromblockierschicht in dem Laserwirkungsteil wird
an einer Randoberfläche
ausgesetzt, damit sie selektiv oxidiert wird. Bei dieser bestimmten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann man entweder eine oder zwei Stromblockierschichten
verwenden.
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Bei einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erstreckt sich mindestens eine geätzte Vertiefung
von einer ersten Oberfläche
der Laserstruktur in den Körper
der Laserstruktur und durch die erste Stromblockierschicht, um einen
Teil der Stromblockierschicht während
der Herstellung der Laserstruktur dem Oxidationsmittel auszusetzen. Bei
bestimmten Ausführungsformen
der Erfindung können
vier geätzte
Vertiefungen verwendet werden, um selektiv vier Bereiche der Stromblockierschicht einem
Oxidationsmittel auszusetzen.
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Es versteht sich daß, obwohl
nachfolgend zwei spezifische Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben werden, auch alternative Konfigurationen verwendet
werden könnten,
um die Vorteile der vorliegenden Erfindung einzusetzen, und diese
alternativen Konfigurationen sollten als in den Schutzumfang der
vorliegenden Erfindung fallend betrachtet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird bei
Durchsicht der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit
den Zeichnungen besser und vollständiger verständlich.
Es zeigen:
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1 einen
Vertikalresonator-Oberflächenemissionslaser
im Stand der Technik;
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2 eine
sehr schematische Querschnittsansicht der vorliegenden Erfindung;
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3A und 3B eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4A und 4B einen Zwischenschritt bei der Herstellung
der in 3A und 3B gezeigten Ausführungsform;
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5A und 5B eine spätere Herstellungsphase
des in 4A und 4B beschriebenen Bauelements;
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6A und 6B eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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7A und 7B eine spätere Phase
der Entwicklung des Bauelements in 6A und 6B; und
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8A und 8B eine spätere Phase
der Entwicklung des in 7A und 7B dargestellten Bauelements.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In der gesamten Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
werden gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszahlen identifiziert.
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1 ist
eine Darstellung einer perspektivischen Darstellung, die im allgemeinen
der ähnlich
ist, die in der oben zitierten Arbeit, Band 1562, mit dem Titel "Progress in Planarized
Vertical Cavity Surface Emitting Laser Devices and Arrays", als 1 identifiziert wird. nie
perspektivische Ansicht von
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1 zeigt
eine typische Struktur für
einen Vertikalresonator-Oberflächenemissionslaser 10,
der Fachleuten wohlbekannt ist. Ein Galliumarsenidsubstrat 12 ist
auf einem elektrischen Kontakt 14 des n-Typs angeordnet.
Ein erster Spiegelstapel 16 und eine unterer Bereich 18 mit
abgestuftem Index sind schrittweise in Schichten auf dem Substrat 12 angeordnet.
Ein aktiver Quantenmuldenbereich 20 wird ausgebildet, und
ein oberer Bereich 22 mit abgestuftem Index wird über dem
aktiven Bereich 20 angeordnet. Ein oberer Spiegelstapel 24 wird über dem
aktiven Bereich ausgebildet, und eine Schicht 26 des Leitfähigkeitstyps
p bildet einen elektrischen Kontakt. Von dem oberen Kontakt 26 zu
dem unteren Kontakt 14 kann dann ein Stromfluß bewirkt
werden. Dieser Strom fließt
durch den aktiven Bereich 20. Pfeile in 1 zeigen den Durchgang von Licht durch
eine Apertur 30 in dem oberen Kontakt 26. Andere
Pfeile in 1 zeigen den
Stromfluß nach
unten von dem oberen Kontakt 26 durch den oberen Spiegelstapel 24 und
den aktiven Bereich 20. Eine Wasserstoffionenimplantation 40 bildet
einen ringförmigen
Bereich aus Material mit elektrischem Widerstand. Eine zentrale Öffnung 42 aus
elektrisch leitfähigem
Material bleibt während
des Ionenimplantationsprozesses unbeschädigt. Als Ergebnis wird erzwungen,
daß von dem
oberen Kontakt 26 zu dem unteren Kontakt 14 fließender Strom
durch die leitfähige Öffnung 42 fließt und dadurch
selektiv so gelenkt wird, daß er
durch einen vorgewählten
Teil des aktiven Bereichs 20 fließt. Die in 1 gezeigte Struktur ist Fachleuten wohlbekannt
und ist ein akzeptiertes Verfahren zur Erzielung der Stromeingrenzung
in einem Vertikalresonator-Oberflächenemissionslaser.
Die vorliegende Erfindung stellt gegenüber den Techniken, die erforderlich
sind, um einen in der Struktur von 1 dargestellten
VCSEL zu erzeugen, eine Verbesserung dar.
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Jede der in der oben zitierten Patenten
und Arbeiten beschriebenen Laserstrukturen verwendet eine bestimmte
Art von Ionenbombardierung oder -implantation zur Erzeugung eines
beschädigten ringförmigen Bereichs
mit vergrößertem elektrischen Widerstand,
der einen Bereich mit geringerem elektrischen Widerstand umgibt.
Diese ringförmige
Struktur lenkt den elektrischen Strom durch den vorgewählten Teil
des aktiven Bereichs in dem Laser. Die vorliegende Erfindung ist
eine Abweichung von diesen im Stand der Technik beschriebenen Techniken.
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2 zeigt
eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Laserstruktur. Ein Substrat 12 ist
mit einem elektrischen Kontakt 14 versehen. Außerdem ist
ein oberer Kontakt 26 vorgesehen, der eine sich durch seine
Dicke hindurch erstreckende Öffnung 30 aufweist.
Ein aktiver Bereich 20 ist durch gestrichelte Linien in
dem zentralen Teil der in 2 gezeigten
Laserstruktur dargestellt. Zwischen den beiden elektrischen Kontakten 14 und 26 ist
eine Stromquelle 50 angeschlossen, um den Stromfluß durch
die verschiedenen Schichten der Laserstruktur. zu verursachen.
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Im Verlauf der folgenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Strukturen über die
Verwendung von Schichten, die oxidiert werden, um ihre Leitungsfähigkeit
zu ändern,
dargestellt und beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß dasselbe
Ziel auch durch Verwendung eines Ätzmittels erzielt werden könnte, das
die Schichten selektiv entfernt, anstatt sie zu oxidieren. Jedes
dieser Verfahren könnte
zur Erzeugung des gewünschten
Effekts in den vorgewählten Schichten
verwendet werden. Bei Verwendung des Oxidationsprozesses würde natürlich ein
Oxidationsmittel verwendet, um das Material in den Schichten zu
oxidieren. Wenn der Ätzprozeß gewählt wird,
würde dagegen
ein Ätzmittel
verwendet, um die vorgewählten
Schichten selektiv zu ätzen.
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Das Grundkonzept der vorliegenden
Erfindung ist die Geometrie, die notwendig ist, um eine im wesentlichen
planare Oberfläche
aufrechtzuerhalten, wenn die Unteroberfläche durch Einwirkung eines vorgewählten Mittels,
wie z. B. eines Oxidationsmittels oder eines Ätzmittels, modifiziert wird.
In jedem Fall wird die vorgewählte
Schicht mit einer hohen Konzentration von Aluminium hergestellt.
Durch diese Konzentration von Aluminium wird die vorgewählte Schicht
besonders empfindlich gegenüber
Oxidation oder Ätzung.
Ein Ätzen
würde eine
Leerstelle zurücklassen,
an der die vorgewählte
Schicht entfernt ist, während
eine Oxidation eine Schicht aus Aluminiumoxid zurücklassen
würde.
Jeder dieser Prozesse kann eine effektive optische und elektrische Stromeingrenzung
bereitstellen. Die Konzepte der vorliegenden Erfindung umfassen
beide diese Prozesse.
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Wenn selektives Ätzen als der Prozeß zur Erzielung
der vorliegenden Erfindung gewählt
wird, kann man die Hoch-Aluminium-Schichten
in geschichteten AlGaAs-Strukturen mit Salzsäure oder Flußsäure erhalten.
Da der selektive Ätzprozeß nicht perfekt
ist, könnten
die ausgesetzten Ränder
nach dem Ätzen
den Zähnen
eines Kamms ähneln,
wobei die höchsten
Aluminiumschichten tief in die Struktur geätzt und die niedrigeren Aluminiumschichten
wesentlich weniger stark geätzt
werden. Um diese empfindliche kammartige Struktur zu entfernen,
könnte dem
selektiven Ätzen
ein nicht selektives Ätzen
folgen, das die Ränder
glätten
würde.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 2 sind zwei Stromblockierschichten dargestellt.
Eine erste Stromblockierschicht 100 besteht aus einem Material,
das bei Anwesenheit- eines Oxidationsmittels eine Oxidation erfährt. Bei
bestimmten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann dieses Material. AlxGa1–xAs
sein, wobei × größer als
0,90 ist. In 2 ist außerdem eine
zweite Stromblockierschicht 104 dargestellt, obwohl sich
versteht, daß bestimmte Implementierungen
der vorliegenden Erfindung nur eine einzige Stromblockierschicht
verwenden können.
Obwohl die Verwendung zweier Stromblockierschichten 100 und 104 in
bestimmten Ausführungsformen
sehr vorteilhaft sein kann, sind nicht in jeder Anwendung der vorliegenden
Erfindung zwei Schichten erforderlich. Die zentralen Öffnungen 101 und 105 sind
Teile der Stromblockierschichten, die unoxidiert bleiben. und deshalb
elektrisch leitfähig
sind. Die oxidierten Teile der Stromblockierschichten werden elektrisch
isolierend und sperren dadurch den Stromfluß durch ihre Dicken. Als Ergebnis
wird erzwungen, daß von
dem oberen Kontakt 26 zu dem unteren Kontakt 14 fließender Strom
in den durch die Pfeile dargestellten Richtungen fließt, dieses
Trichtern des Stroms bewirkt, daß er durch einen vorgewählten Teil
des aktiven Bereichs 20 auf eine im allgemeinen ähnliche
Weise wie bei dem Stromweg in den oben beschriebenen vorbekannten
Laserstrukturen fließt.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 2 wird, wenn der Teil der
Laserstruktur, der sich über
das Substrat 12 erstreckt, mehrere Schichten umfaßt, deren
Ränder
an den Seitenoberflächen
der Struktur ausgesetzt werden, eine Einwirkung eines Oxidationsmittels
selektiv die Bereiche ätzen,
die aus einem Material bestehen, das eine Oxidation erfährt, und die
Oxidation beginnt an den Rändern
der Struktur. Durch Wählen
eines geeigneten Oxidationsmittels, z. B. mit Wasserdampf mit 80°C gesättigtes
Stickstoffgas, das über
Wafer mit 400°C
fließt,
und durch Zeitsteuerung des Oxidationszeitraums kann eine ringförmige oxidierte
Struktur mit unoxidierten zentralen Bereichen erzeugt werden, wie
z. B. die durch die Bezugszahlen 101 und 105 in 2 identifizierten. Mit einer
Struktur wie z. B. der in 2 dargestellten
ist jedoch ein großes
Herstellungsproblem verbunden. Es müssen bestimmte Einrichtungen
vorgesehen werden, um einen elektrischen Kontakt zwischen einer
Stromquelle 50 und den elektrischen Kontakten 14 und 26 herzustellen.
Bei den meisten Strukturen dieses Typs kann man leicht einen elektrischen
Kontakt zwischen der Stromquelle 50 und der leitfähigen Kontaktstelle 14 herstellen.
Aufgrund der äußerst kleinen
Größe der sich
von dem Substrat 12 aufwärts erstreckenden Struktur
ist die Verbindung zwischen einer Stromquelle 50 und dem
oberen elektrischen Kontakt 26 jedoch schwierig. Diese
Schwierigkeit ist ungeachtet der Methodologie, mit der die Stromblockierschichten 100 und 104 erzeugt
werden, vorhanden. Die vorliegende Erfindung liefert eine Einrichtung,
die die Verbindung zwischen der Stromquelle 50 und dem
oberen elektrischen Kontakt 26 erleichtert.
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3A ist
eine Draufsicht einer gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung hergestellten Laserstruktur. Das Substrat 12 unterstützt eine
vertikale Struktur, die drei Teile umfaßt. Ein Überbrückungsteil 118 verbindet
einen Laserwirkungsteil 110 und einen Kontaktstützteil 114. 3B ist eine Seitenansicht
der in 3A gezeigten
Struktur.
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In 3B sind
die Ränder
bestimmter Schichten der Laserstruktur gezeigt. Obwohl es sich versteht,
daß der
Laserwirkungsteil 110, der Kontaktstützteil 114 und der Überbrückungsteil 118 mehrere Schichten
umfassen, die den aktiven Bereich, die oberen und unteren Spiegel,
die Bereiche mit abgestuftem Index und die Kontakte bilden, ist 3B eine vereinfachte Darstellung,
die nur die erste und die zweite Stromblockierschicht der vorliegenden
Erfindung zeigt. Die erste und die zweite Stromblockierschicht 100 und 104 werden über und
unter dem aktiven Bereich der Laserstruktur angeordnet.
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4A und 4B zeigen dieselbe Struktur
wie oben in Verbindung mit 3A und 3B beschrieben, aber nachdem
die Stromblockierschichten selektiv oxidiert wurden.
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4A ist
eine Querschnittsansicht von 4B durch
die obere oder erste Stromblockierschicht 100. Da die Oxidation
der Stromblockierschichten an den Rändern der vertikalen Struktur
auf dem Substrat 12 beginnt, schreitet die Oxidation von diesen
Rändern
aus nach innen voran, wenn die Ränder
einem Oxidationsmittel ausgesetzt werden. Der oxidierte Bereich
wächst
von den äußeren Rändern aus
und schreitet über
die Zeit hinweg nach innen heran, um einen unoxidierten Teil, wie
z. B. die oben in 2 durch
die Bezugszahlen 101 und 105 identifizierten,
zu umgeben. In 4A wird
der unoxidierte Bereich des Laserwirkungsteils 110 durch
die Bezugszahl 130 identifiziert. Da sich die Oxidation
für gewöhnlich hier
in allen Teilen der Struktur mit einer konstanten Rate bewegt, wird
auch ein unoxidierter Teil 134 des Kontaktstützteils 114 bestehen.
Der Überbrückungsteil 118,
der weniger breit als die beiden anderen Teile ist, wird vollständig oxidiert.
Der in 4A dargestellte
Grad der Oxidation und Nichtoxidation ergibt sich dadurch, daß die Struktur
für einen vorgewählten Zeitraum,
der die Funktion sowohl des verwendeten Oxidationsmittels als auch
der Temperatur, unter der der Oxidationsprozeß stattfindet, ist, dem Oxidationsmittel
ausgesetzt wird. Für
diese Zwecke sind viele verschiedene Möglichkeiten verfügbar. Der
nicht oxidierte Teil 130 des Laserwirkungsteils 110 liefert
einen Stromweg, der elektrischen Strom durch den vorgewählten Teil
des aktiven Bereichs lenkt.
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5A und 5B zeigen die Struktur von 4A und 4B, nachdem eine weitere Verarbeitung abgeschlossen
ist. In 5A wird ein
leitfähiges
Material, wie z. B. Titan : Gold, auf der oberen Oberfläche des
Laserwirkungsteils 110, des Kontaktstützteils 114 und des Überbrückungsteils 118 abgelagert. Das
elektrisch leitfähige
Material wird in einer ringförmigen
Form 140 ausgebildet, um eine Apertur 144 bereitzustellen,
durch die Licht aus dem Laserwirkungsteil 110 emittiert werden
kann. Auf dem Kontaktstützteil 114 ist
die elektrische Kontaktstelle 148 so geformt, daß sie groß genug
ist, um eine durch bekannte Drahtbondtechniken hergestellte Verbindung zwischen
der. Kontaktstelle 148 und einer Stromquelle, wie z. B.
der in 2 durch die Bezugszahl 50 identifizierten,
zu ermöglichen.
Zwischen dem ringförmigen
Kontakt 140 und der Verbindungskontaktstelle 148 erstreckt
sich ein leitfähiger
Streifen 150 über
den Überbrückungsteil 118.
Dies ermöglicht
einen elektrischen Kontakt zwischen der größeren leitfähigen Kontaktstelle 148 und
dem ringförmigen
Leiter 140, der die Apertur 144 umgibt.
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5B ist
eine Querschnittsansicht von 5A durch
die Mitte des Laserwirkungsteils 110, des Überbrückungsteils 118 und
des Kontaktstützteils 114.
Als Ergebnis sind die erste und die zweite Stromblockierschicht 100 und 104 mit
dem elektrisch leitfähigen
Teil gezeigt, der oben in Verbindung mit 4A beschrieben und durch die Bezugszahl 130 identifiziert
wurde. Dieser elektrisch leitfähige
Teil der Stromblockierschichten ermöglicht einen Stromfluß von dem
oberen Kontakt 140 durch den aktiven Bereich 20,
wie durch die Pfeile dargestellt. Obwohl der Laserwirkungsteil 110 extrem
klein ist, ermöglicht
der größere Kontaktstützteil 114 die
Bereitstellung einer relativ großen Kontaktstelle 148,
damit das Bauelement durch bekannte Drahtbondtechniken mit einer Stromquelle
verbunden werden kann. Der Überbrückungsteil 118 liefert
physischen Halt für
den elektrischen Leiter 150, während er sich von dem Kontaktstützteil 114 zu
dem Laserwirkungsteil 110 erstreckt. Ein zusätzlicher
Schritt, wie z. B. Protonenimplantation in allen Bereichen mit Ausnahme
eines kleinen Bereichs in und um den Laserbereich und eines kleinen
Bereichs in der Kontaktstelle kann eine Isolation von Bauelement
zu Bauelement bereitstellen und die Bauelementkapazität minimieren.
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Die in 3A, 3B, 4A, 4B, 5A und 5B beschriebene Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschreiben eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform
beschrieben, die in bestimmten Anwendungen bevorzugt wird.
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6A zeigt
eine Draufsicht einer Laserstruktur, die die oben in Verbindung
mit 1 beschriebenen
bekannten Schichten umfaßt.
Die Laserstruktur 160 besitzt eine obere Oberfläche, in
die sich mehrere geätzte Öffnungen 171–174 erstrecken. 6B ist eine Querschnittsansicht
von 6A und zeigt die
beispielhafte Tiefe, bis auf die die Öffnungen geätzt werden. Der Schnitt von 6A wird durch die geätzten Öffnungen 173 und 174 genommen.
Sie erstrecken sich nach unten durch die erste Stromblockierschicht 100,
den aktiven Bereich 20 und die zweite Stromblockierschicht 104.
Wenn eine einzige Stromblockierschicht 100 verwendet wird,
müssen
sich natürlich
die elektrischen Öffnungen
nur durch sie erstrecken. Das Vorhandensein der Öffnungen 171–174 legt
einen Rand der Stromblockierschichten frei, wo sie sich mit den Öffnungen
schneiden. Durch Anordnen eines Oxidationsmittels in den Öffnungen 171–174 kann
eine Oxidation dieser Ränder
der Stromblockierschichten eingeleitet werden.
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7A und 7B zeigen den Effekt dieses
Prozesses. In 7B sind
die Stromblockierschichten 100 und 104 als oxidierte
Bereiche 200 und 204 aufweisend gezeigt. Diese
oxidierten Bereiche breiten sich von den Öffnungen 173 und 174 aus
als Funktion der Zeit, während
der sich das Oxidationsmittel in den Öffnungen befindet, aus. 7B ist eine Querschnittsansicht
von 7A durch die Öffnungen 173 und 174. 7A zeigt wiederum einen
Querschnitt des Bauelements durch einen Bereich, in dem die Stromblockierschicht 100 vorhanden ist.
Dadurch wird das Wachstum der oxidierten Bereiche nach außen gezeigt,
die in 7A als gestrichelte
Kreise gezeigt und durch die Bezugszahlen 200–203 identifiziert
werden. Es versteht. sich, daß nicht
erwartet wird, daß das
Wachsen nach außen
von den Öffnungen
in den meisten Fällen
perfekt kreisförmig
ist. Tatsächlich
können
verschiedene Oxidations- oder Ätzraten
in verschiedenen Richtungen ausgenutzt werden, um die Geometrie
der unoxidierten oder ungeätzten
Bereiche zu modifizieren. Für
den Zweck der Darstellung der Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung
sind die oxidierten Bereiche jedoch als gestrichelte Linien dargestellt,
die in 7A im allgemeinen
kreisförmig
sind. Ein nicht oxidierter Bereich wird von vier oxidierten Kreisen 200–203 (siehe 7A) umgeben. Dieser zentrale
unoxidierte Bereich wird durch die oxidierten Bereiche eingegrenzt
und dient als der Stromweg, dem der eingegrenzte elektrische Strom
folgen kann, während
er durch den aktiven Bereich 20 nach unten fließt. Anders
ausgedrückt
sind die Grundprinzipien der Funktionsweise des in 6A, 6B, 7A und 7B gezeigten
Bauelements mit den oben beschriebenen identisch, aber die Implementierung,
die diese Betriebsart erzielt, ist verschieden. Anstatt äußere Ränder dieser
Struktur freizulegen, um die Stromblockierschichten zu oxidieren, werden
Löcher
geätzt,
um Ränder
in den Löchern freizulegen,
und die Oxidation wird durch Anordnen eines Oxidationsmittels in
den geätzten
Löchern
erreicht. Vier oxidierte Muster werden positioniert, um wie in 7A gezeigt einen unoxidierten
Teil zu umgeben. Das vorteilhafte Ergebnis ist in beiden Fällen ähnlich.
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8A und 8B zeigen das Bauelement
von 7A und 7B nach weiterer Verarbeitung.
Ein elektrisch leitfähiges
Material, wie z. B. Titan : Gold wird auf der oberen Oberfläche des
Bauelements abgelagert. Dieses Material weist einen ringförmigen Teil 300 und
eine kleinere Kontaktstelle 304 auf. Diese beiden Teile
werden wie gezeigt durch einen Streifen 308 verbunden.
Ein zusätzlicher
Schritt, wie z. B. Protonenimplantation in allen Bereichen mit Ausnahme
eines kleinen Bereichs in und um den Laserbereich und eines kleinen
Bereichs in der Kontaktstelle kann Isolation von Bauelement zu Bauelement
bereitstellen und die Bauelementekapazität minimieren. Die Kontakte
auf der oberen Oberfläche
ermöglichen die
Verbindung mit einer elektrischen Quelle durch bekannte Drahtbondtechniken
und liefert elektrischen Strom, der durch die Öffnungen in den oxidierten
Bereichen der Stromblockierschichten nach unten fließt. Der
Fluß wird
durch Pfeile in 8B dargestellt,
die eine Querschnittsansicht von 8A ist.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
in konkretem Detail beschrieben wird, um zwei bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegende Erfindung darzustellen, versteht sich, daß auch alternative
Ausführungsformen
in ihren Schutzumfang fallen.