ES2241988T3

ES2241988T3 - Laser de cavidad vertical y de emision por superficie.

Info

Publication number: ES2241988T3
Application number: ES02701506T
Authority: ES
Inventors: Elyahou Kapon; Vladimir Iakovlev; Alexei Sirbu; Alok Rudra
Original assignee: Ecole Polytechnique de Montreal; Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL
Current assignee: Ecole Polytechnique de Montreal; Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2005-11-01
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: KR100622852B1; EP1378039A2; CN1263209C; DE60204007T2; WO2002075263A1; HK1069020A1; EP1378039B1; WO2002075868A3; KR100623406B1; DE60204007D1; JP2004538621A; CN1524328A; CN1509406A; ATE295011T1; AU2002234838A1; KR20030083735A; WO2002075868A2; JP2004534383A; KR20030084994A; EP1368623A1

Abstract

Una estructura de dispositivo láser de cavidad vertical y emisión en superficie (VCSEL) (10) que comprende una estructura de material semiconductor de cavidad activa (14) intercalada entre pilas de reflectores de Bragg distribuidos (DBR) superior e inferior (12a, 12b), incluyendo el DBR superior (12b) al menos una capa de semiconductor de tipo n, y que define una región activa para generar luz en respuesta a la aplicación de un voltaje continuo a contactos del dispositivo (15) en la que: dicho material de la cavidad activa comprende una pila de capas de pozos cuánticos múltiples (18) intercalada entre regiones separadoras inferior y superior (16a y 16b), terminando la región separadora superior (16b) con una capa p (20) y una unión de túnel p++/n++ sobre la parte superior de dicha capa p, presentando cada una de las capas p++ y p una capa de tipo p, siendo al menos la capa n++ superior de la unión de túnel una mesa (22) que emerge de la capa de tipo p subyacente, estando formada una superficie estructurada (14b) del material de la cavidad activa (14) por una superficie superior de la mesa (22) y una superficie superior de la capa de tipo p por fuera de la mesa (22). dicha región activa está definida por una abertura de corriente (25) que incluye la mesa (22) rodeada por una separación de aire (24) entre la superficie estructurada fusionada del material de la cavidad activa (14) y la superficie de la capa de semiconductor de tipo n de la pila de DBR superior (12b).

Description

Láser de cavidad vertical y de emisión por superficie.

Campo de la invención

La invención se refiere a láseres de cavidad vertical y emisión en superficie (VCSEL), y particularmente a VCSEL bombeados eléctricamente de longitud de onda larga y formaciones de VCSEL de longitud de onda múltiple, y un procedimiento de fabricación de los mismos.

Antecedentes de la invención

Un VCSEL es un láser de semiconductor que incluye una región activa intercalada entre pilas de espejos multicapa que pueden ser reflectores semiconductores de Bragg distribuidos (DBR) [N.M. Margalit y col., "Laterally Oxidized Long Wavelength CW Vertical cavity Lasers", Appl, Phys. Lett., 69 (4), 22 de julio de 1996, págs. 471-472], o una combinación de DBR semiconductores y dieléctricos [Y. Oshio y col., "1.55 \mum Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers with Wafer-Fused InGaAsP/InPGAAs/AlAs DBRs", Electronic Letters, Vol. 32, nº 16, 1 de agosto de 1996]. Una de las pilas de espejos multicapa es típicamente parcialmente reflectante para pasar una parte de la luz coherente que se acumula en una cavidad resonante formada por las pilas de espejos multicapa que intercalan la región activa. El VCSEL es activado por una corriente forzada a través de la región activa. Las pilas de espejos multicapa están formadas de múltiples pares de capas formadas de un sistema de materiales que se compone generalmente de dos materiales que tienen índices de refracción diferentes y con redes cristalinas que se hacen coincidir fácilmente con las otras partes del VCSEL. Por ejemplo, un VCSEL basado en GaAs usa típicamente un sistema de materiales de AlAs/GaAs o AlGaAs/AlAs en el que el índice de refracción diferente de cada capa de un par se logra alterando el contenido de aluminio en las capas.

Los VCSEL están bien adaptados como fuentes de luz preferidas para aplicaciones de comunicación, debido a las siguientes características ventajosas: una señal de modo único de un VCSEL se acopla fácilmente dentro de una fibra óptica, tiene baja divergencia y es de funcionamiento inherentemente de frecuencia única.

Uno de los requisitos importantes para el funcionamiento de un VCSEL es compensar la pequeña cantidad de medios de ganancia que es típica para VCSEL debido a la naturaleza compacta de los mismos. Esto está relacionado con el hecho de que, para alcanzar el umbral de acción láser, la ganancia total de un VCSEL debe ser igual a la pérdida óptica total del VCSEL. Para compensar la pequeña cantidad de medios de ganancia, y para permitir alcanzar y mantener el umbral de acción láser, se sabe usar fusión de obleas de uno o los dos espejos multicapa, con valores de reflectividad que superan el 99,5%, para la región activa. La fusión de obleas es un procedimiento por el cual materiales de diferente parámetro de reticulado se unen atómicamente aplicando presión y calor para crear una unión física real.

Los VCSEL que emiten luz que tiene una longitud de onda larga son de gran interés en la industria de telecomunicación óptica. Puede obtenerse un VCSEL de longitud de onda larga usando un VCSEL que tiene un material de la cavidad activa de InGaAs/InGaAsP, en cuyo caso debe usarse un sistema de materiales de InP/InGaAsP para los espejos multicapa para lograr una coincidencia de red cristalina con el InP. En este sistema, sin embargo, es prácticamente imposible lograr espejos basados en DBR con reflectividad suficientemente alta debido a la pequeña diferencia en los índices de refracción en este sistema de materiales. Se han hecho muchos intentos de tratar este problema incluyendo una técnica de fusión de obleas en la que se desarrolla un espejo DBR sobre un sustrato separado y se fusiona a la región activa.

Otro requisito importante para el funcionamiento en modo fundamental de un acoplamiento de VCSEL y luz en una fibra de modo único, es el confinamiento óptico y de corriente. Para reducir el área emisora de luz del VCSEL (prácticamente a aproximadamente 5-10 \mum), la abertura del flujo de corriente (abertura de corriente) se restringe mediante oxidación lateral de capas que contienen Al, que también crea una variación de índice de refracción lateral para funcionamiento en modo óptico fundamental de estos dispositivos. En tal técnica de oxidación lateral, se decapa una mesa en la superficie superior de la oblea del VCSEL, y las paredes laterales expuestas de una capa que contiene Al (típicamente capa de AlGaAs) son expuestas a vapor de agua a temperatura elevada. La exposición a vapor de agua causa la conversión del AlGaAs en AlGaO_{x}, a alguna distancia de la pared lateral hacia el eje vertical central dependiendo de la duración de la oxidación. La formación de la abertura de corriente define la región activa del dispositivo que incluye el material de la cavidad activa donde hay un flujo de corriente y se genera la luz, mientras que la variación del índice de refracción lateral permite controlar la estructura de modo de la luz emitida. Este enfoque se ha usado para prácticamente todos los VCSEL de AlGaAs/Ga(In)As(P) de longitud de onda corta (es decir, que emiten a 0,65-1,1 \mum) y también se aplica a VCSEL de longitud de onda larga (es decir, que emiten a 1,25-1,65 \mum) que pueden comprender espejos DBR desarrollados en el mismo sistema de materiales que la región activa [S. Rapp y col., "Near-Room Temperature Coninuous-Wave Operation of Electrically Pumped 1.55\mum Vertical cavity Lasers with InGaAsP/InP Bottom Mirror", Electronic Letters, Vol. 35, nº 1, 7 de enero de 1999], y DBR basados en AlGaAs que son desarrollados igual [W. Yuen y col., "High Performance 1.6\mum Single-Epitaxy Top-Emitting VCSEL", Electronic Letters, Vol. 36, nº 13, 22 de junio de 2000] o por fusión de obleas en el material de la cavidad activa desarrollado sobre InP (como en el artículo indicado anteriormente de N. M. Margalit y col.). Sin embargo, este enfoque conduce a una estructura no plana, ya que se requieren decapados de mesa, teniendo como resultado un esquema de procesamiento complicado y bajo rendimiento. La oxidación lateral es muy sensible a diversos factores como temperatura, calidad y defectos superficiales, y no permite obtener aberturas de corriente con un tamaño preciso y, sobre todo, suficientemente uniformes para que se usen en la fabricación de formaciones de longitud de onda múltiple mediante ingeniería de longitud de cavidad. En caso de dispositivos de oxidación lateral, es bastante difícil usar DBR de AlAs/GaAs de alto rendimiento con el más alto contraste de índice de refracción y las mejores características térmicas, comparado con otros DBR de AlGaAs/GaAs.

El uso de la técnica de fusión de obleas permite obtener confinamiento tanto de corriente como óptico durante la fusión de los DBR basados en GaAs de tipo p al lado p del material de la cavidad activa desarrollado sobre obleas de InP. Con este fin, se lleva a cabo una estructuración especial de una de dos obleas en contacto. La superficie estructurada se compone de una mesa central rodeada por regiones de decapado poco profundo y una gran área de semiconductor sin decapar. El frente de fusión en la mesa central y la gran área del semiconductor sin decapar están en el mismo plano. El confinamiento de corriente se obtiene colocando una capa de óxido nativo en la interfaz fusionada por fuera de la mesa central [A.V. Syrbu. V.P. Iakovlev, C.A. Berseth. O. Dahaese, A. Rudra, E. Kapon, J. Jacquet, J. Boucart, C. Stark, F.Gaborit, I. Sagnes, J.C. Harmand y R. Raj, "30º CW Operation of 1,52\mum InGaAsP/AlGaAs Vertical Cavity Lasers with in situ built-in lateral current confinement by localized fusion", Electronic Letters, Vol. 34, nº 18, 3 de septiembre de 1998]; o colocando una región implantada con protones en la interfaz fusionada por fuera de la mesa central (patente de EE.UU. Nº 5.985.686). Este enfoque, sin embargo, adolece de los siguientes inconvenientes: las interfaces fusionadas basadas en p-GaAs y p-InP son normalmente altamente resistivas, lo que tiene como resultado un calentamiento sustancial del dispositivo; y es muy difícil optimizar DBR de p-AlGaAs/GaAs para VCSEL de longitud de onda larga para que tengan tanto alta reflectividad (baja absorción) como baja resistividad.

Según un enfoque diferente de la técnica de fabricación de VCSEL de longitud de onda larga, pueden usarse uniones de túnel para inyectar orificios en la región activa, que permiten usar DBR de tipo n en los dos lados del material de la cavidad activa. En la patente de EE.UU. WO98/07218, el lado p de un material de la cavidad activa basado en InP se fusiona al lado p-GaAs de una estructura basada en AlGaAs/GaAs que incluye la pila de DBR de tipo n y la unión de túnel n^{++}/p^{++}. Se realiza decapado de mesa estándar y oxidación húmeda de AlGaAs para confinamiento lateral óptico y de corriente en estos dispositivos. Además de los inconvenientes anteriormente mencionados relacionados con esta técnica de confinamiento lateral particular y con uniones fusionadas de p-GaAs/p-InP altamente resistivas, este enfoque adolece de la dificultad conocida de obtener uniones de túnel de polarización invertida poco resistivas en GaAs, comparado con materiales de separación de bandas inferior.

En un enfoque más reciente, se usa la denominada "estructura de unión de túnel enterrada" formada en el material de la cavidad activa basado en InP de baja banda. [M. Ortsiefer y col., "Room-Temperature Operation of Index-Guided 1.55\mum In-P-based Vertical cavity Surface-Emitting Laser", Electronic Letters, Vol. 36, nº 13, 2 de marzo de 2000]. Esta estructura VCSEL comprende un DBR de óxido y un DBR de semiconductor. El DBR de semiconductor de tipo n, el material de cavidad que termina con un material tipo p, y la estructura de unión de túnel p^{++}/n^{++} se desarrollan en el primer procedimiento epitaxial. Después, se decapa una estructura de mesa poco profunda a través de la unión de túnel hasta alcanzar la región p^{++} y se recrece con una capa de InP de tipo n en el segundo procedimiento epitaxial. Este es seguido por la deposición de un DBR de óxido sobre el n-InP. En esta estructura, la unión de túnel enterrado proporciona un medio para confinamiento lateral de corriente. Sin embargo, entre la región activa y el disipador de calor está colocado un DBR de óxido con conductividad térmica intrínsecamente baja. El dispositivo final representa una estructura epitaxial autoestable sin un sustrato, que añade por lo tanto complejidad en el manejo y procesamiento de tales dispositivos y reduce el rendimiento.

El artículo "Metamorphic DBR and Tunnel-Junction Injection: A CW RT Monolithic Long-Wavelength VCSEL", J. Boucart y col., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 5, nº 3, 1999, págs. 520-529 describe un VCSEL que comprende una unión de túnel incorporada al material de la cavidad activa y un DBR de AlGaAs/GaAs de tipo n metamórfico desarrollado sobre el material de la cavidad activa en el mismo procedimiento epitaxial. En este caso, la disipación de calor se mejora debido a la buena conductividad térmica del DBR de n-AlGaAs. El confinamiento lateral de corriente se obtiene como resultado de implantación profunda de protones a través del DBR de AlGaAs/GaAs superior y la unión de túnel. Sin embargo, tal estructura está caracterizada por el desajuste de red cristalina del 3,7% entre compuestos basados en GaAs y basados en InP, que tiene como resultado una alta densidad de defectos en el DBR de AlGaAs/GaAs metamórfico. Estos defectos se propagan dentro de la región activa, lo que puede tener como resultado una rápida degradación del dispositivo. La implantación de protones también crea defectos y especialmente en el material de la cavidad activa basado en InP. Además, la estructura resultante no comprende un medio para confinamiento lateral óptico.

Las nuevas generaciones de redes de área local usarán el concepto de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) para lograr transmisión de banda ancha. Las formaciones de VCSEL de longitud de onda múltiple pueden jugar un papel importante en estos sistemas.

El artículo "WDM Array Using Long-Wavelength Vertical Cavity Lasers" V. Jayaraman y M. Kilcoyne en Proc. SPIE: Wavelength Division Multiplexing Components, vol. 2690, 1996, págs. 325-336, describe formaciones de VCSEL bombeados ópticamente que emiten a 1550 nm en las que la longitud de cavidad de diferentes VCSEL en el conjunto se cambia por decapado selectivo de una super-red de InGaAsP/InP que está incluida en la cavidad del VCSEL. La desventaja de esta estructura de dispositivo es que tampoco incluye un medio para confinamiento lateral óptico.

Resumen de la invención

Por consiguiente, existe una necesidad en la técnica de mejorar el funcionamiento de VCSEL de longitud de onda larga proporcionando una estructura novedosa de dispositivo VCSEL, y un procedimiento de su fabricación.

La idea principal de la presente invención se compone de lo siguiente. Una estructura de dispositivo VCSEL que incluye un material de la cavidad activa intercalado entre dos DBR está formada con una región activa definida por una abertura entre una superficie estructurada del material de la cavidad activa y una superficie sustancialmente plana de una capa de tipo n de uno de los DBR, estando fusionadas entre sí la superficie estructurada y la superficie plana de la capa de tipo n. La superficie estructurada está formada por una superficie superior de una mesa, que incluye al menos una capa n^{++} superior de una unión de túnel p^{++}/n^{++} formada sobre la parte superior de una capa de semiconductor p que es parte del material de la cavidad activa, y una superficie superior de una capa de tipo p (es decir, la capa p^{++} de la unión de túnel, o la capa de semiconductor p, según sea el caso) por fuera de la mesa. La superficie estructurada (es decir, tanto la superficie superior de la mesa como la superficie de la capa de tipo p por fuera de la mesa) está fusionada a la superficie plana de la capa de tipo n del DBR, como resultado de la deformación de estas superficies. Como consecuencia, se forma una separación de aire en las inmediaciones de la mesa entre las superficies fusionadas, que presenta la abertura entre las superficies fusionadas. Esto permite restringir un flujo de corriente eléctrica al material de la cavidad activa (es decir, la formación de la abertura de corriente que define la región activa), y la variación lateral del índice de refracción dentro de la región activa.

Así, la abertura que define la región activa incluye la mesa (al menos la capa superior n^{++} de la unión de túnel) sujeta por la fusión de obleas entre la superficie estructurada del material de la cavidad activa y la superficie sustancialmente plana de la capa de tipo n de la pila de DBR. La separación de aire que existe entre las superficies fusionadas proporciona una variación de índice de refracción lateral en la estructura de dispositivo propuesta.

El término "capa de tipo p por fuera de una mesa" usado en este documento significa una capa del material de la cavidad activa, que es una capa p debajo de una estructura de unión de túnel p^{++}/n^{++} o la capa p^{++} inferior de la unión de túnel. El término "fusión" significa una técnica de fusión de obleas que se compone de unir atómicamente dos superficies aplicando presión y calor para crear una adhesión física real entre las superficies fusionadas.

Así, según la técnica de la presente invención, está formada una mesa en la unión de túnel (una pila de capas p^{++} y n^{++}) sobre la parte superior de una capa p que es parte del material de la cavidad activa, y la fusión de obleas se aplica entre una capa plana inferior de tipo n del DBR y la superficie estructurada del material de la cavidad activa. Este procedimiento, debido a deformación de las obleas (estructura del DBR y la estructura del material de la cavidad activa), tiene como resultado una topología específica de las capas alrededor de la mesa y la creación de una separación de aire definida por la altura de la mesa y la presión aplicada a temperatura de fusión. La provisión de la separación de aire permite la variación del índice de refracción lateral en la región activa del dispositivo. La provisión de un campo eléctrico dirigido desde la parte superior a la inferior hace que tanto la unión de túnel en la mesa como la interfaz fusionada n-p (o n-p^{++}) inviertan la polarización, restringiendo de este modo el flujo de corriente a través de la mesa.

El dispositivo VCSEL según la invención se fabrica de la siguiente manera:

Se desarrolla un material de la cavidad activa que termina con una unión de túnel p^{++}/n^{++} sobre un sustrato de InP. El material de la cavidad activa incluye un separador inferior de tipo n, una estructura de pozos cuánticos múltiples, y un separador superior que termina con una capa p sobre la que se desarrolla la unión de túnel. Después, se decapa una estructura de mesa a través de la unión de túnel hasta la capa p o la capa p^{++} (generalmente, la capa de tipo p), obteniendo de este modo una superficie estructurada del material de la cavidad activa que termina con la capa n^{++}sobre la parte superior de la mesa y la capa de tipo p por fuera de la mesa. Después de esto, la fusión de un DBR de AlAs/GaAs de tipo n a la superficie estructurada del material de la cavidad activa se lleva a cabo poniendo en contacto estas obleas cara a cara y aplicando una presión a temperatura elevada. Mediante esto, debido a deformación de las obleas, se obtiene una fusión de alta calidad tanto del material n^{++} sobre la parte superior de la mesa como del material p (o p^{++}) por fuera de la mesa al DBR de AlAs/GaAs de tipo n. El sustrato de InP se decapa después selectivamente, y un DBR de AlAs/GaAs de tipo n inferior se fusiona al lado n de la estructura del material de la cavidad activa. El sustrato de GaAs del DBR superior se decapa selectivamente, y se depositan contactos óhmicos sobre ambos lados del dispositivo.

Cuando se aplica apropiadamente un voltaje de polarización a los contactos del dispositivo de manera que el campo eléctrico correspondiente se dirige de la parte superior a la inferior (voltaje continuo), se invierte la polarización tanto de la unión de túnel en la mesa como de la interfaz fusionada n-p (o n-p^{++}). Las uniones de túnel de polarización invertida son buenas conductoras y la interfaz fusionada n-p (o n-p^{++}) de polarización invertida es no conductora. Por lo tanto, se obtiene la restricción del flujo de corriente a través de la mesa (es decir, la formación de la abertura de corriente). La parte del material de la cavidad activa donde la corriente circula después de pasar a través de la abertura de corriente es la región activa del dispositivo donde se genera la luz. La localización eléctrica puede mejorarse más formando una capa de confinamiento eléctrico adicional, como una capa de implantación de protones sobre la estructura del material de la cavidad activa alrededor de la mesa, antes de realizar la fusión al DBR-n.

Así, según un aspecto de la presente invención, se proporciona una estructura de dispositivo láser de cavidad vertical y emisión superficial (VCSEL), que comprende un material de la cavidad activa semiconductor intercalado entre pilas superior e inferior de reflectores de Bragg distribuidos (DBR), incluyendo la pila superior de DBR al menos una capa de semiconductor de tipo n, y que define una región activa para generar luz en respuesta a la aplicación de un voltaje continuo a contactos del dispositivo, en el que:

-: dicho material de la cavidad activa comprende una pila de pozos cuánticos múltiples intercalada entre regiones separadoras inferior y superior, terminando la región separadora superior con una capa p y una unión de túnel p^{++}/n^{++} sobre la parte superior de dicha capa p, presentando cada una de las capas p^{++} y p una capa de tipo p, siendo al menos la capa n^{++} superior de la unión de túnel una mesa que emerge de la capa de tipo p subyacente, estando formada una superficie estructurada del material de la cavidad activa por una superficie superior de la mesa y una superficie superior de la capa de tipo p por fuera de la mesa;

-: dicha región activa está definida por una abertura de corriente que incluye la mesa rodeada por una separación de aire entre la superficie estructurada fusionada del material de la cavidad activa y la superficie de la capa de semiconductor de tipo n de la pila de DBR.

La estructura de dispositivo VCSEL según la presente invención puede comprender al menos una región activa adicional intercalada entre los mismos DBR superior e inferior, siendo fabricadas las regiones activas partiendo desde el mismo material de la cavidad activa. Las diferentes regiones activas tienen contactos separados y aislamiento eléctrico, permitiendo de este modo realizar bombeo eléctrico separado de cada región activa. Las diferentes regiones activas pueden diseñarse para que tengan diferentes longitudes de cavidad de manera que la luz emitida a través de los DBR será de diferentes longitudes de onda. Con este fin, las mesas que definen diferentes regiones activas pueden fabricarse de diferentes alturas y, por consiguiente, diferentes regiones activas tendrán diferentes longitudes de cavidad. Esto se pone en práctica realizando dicha al menos una mesa adicional que termina con una capa de tipo n adicional sobre la parte superior de la capa n^{++} de la unión de túnel. Preferentemente, esta capa de tipo n adicional tiene un espesor que no supera 1/8 de la longitud de onda de emisión dentro de la estructura del VCSEL, y está constituida por un cierto número de pares de capas, siendo las capas de cada par de composición química diferente. Si están n de tales mesas adicionales provistas (regiones activas), cada una de las mesas adicionales contiene una parte de la capa de tipo n adicional de un espesor diferente al de las otras mesas adicionales. Para proporcionar una separación de longitud de onda mínima igual entre la luz emitida a través de los DBR que intercalan diferentes regiones activas, la diferencia entre los valores de los espesores del material de la cavidad activa que incluye la capa de tipo n adicional en regiones activas correspondientes se hace igual.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de fabricación de una estructura de dispositivo láser de cavidad vertical y emisión superficial (VCSEL), comprendiendo el procedimiento las etapas de:

(i): desarrollar un material de la cavidad activa semiconductor que se compone de una pila de capas de pozos cuánticos múltiples intercaladas entre regiones separadoras inferior y superior, terminando la región separadora superior con una capa p y una unión de túnel p^{++}/n^{++} desarrollada sobre la parte superior de la capa p, presentando cada una de las capas p^{++} y p una capa de tipo p;

(ii): decapar el material de la cavidad activa formado en la etapa (I) para formar una mesa que incluye al menos la capa n++ superior de la unión de túnel que surge de la capa de tipo p subyacente, creando de este modo una superficie estructurada del material de la cavidad activa formada por la superficie superior de la mesa y la superficie superior de la capa de tipo p por fuera de la mesa;

(iii): aplicar una fusión de obleas entre la superficie estructurada del material de la cavidad activa y una superficie sustancialmente plana de una capa de semiconductor de tipo n de una primera pila de reflectores de Bragg distribuidos (DBR), causando de este modo deformación a la superficie fusionada alrededor de la mesa y definiendo una región de abertura para flujo de corriente eléctrica a través de la misma, incluyendo la región de abertura la mesa rodeada por una separación de aire entre las superficies fusionadas deformadas y definiendo una región activa del dispositivo;

(iv): formar una segunda pila de DBR sobre la superficie del material de la cavidad activa opuesta a la superficie estructurada;

(v): formar contactos óhmicos en la estructura de dispositivo VCSEL para permitir que la corriente eléctrica circule a través de la abertura de corriente hacia la región activa.

Para formar la estructura de dispositivo VCSEL que contiene al menos una región activa adicional que comienza desde el mismo material de la cavidad activa, se proporciona una capa de tipo n adicional sobre la parte superior de la capa n^{++} de la unión de túnel, antes de realizar la etapa (ii). En este caso, durante la etapa (ii), se forma al menos una mesa adicional que contiene también una parte de esta capa de tipo n adicional.

Distinguida de las técnicas conocidas de fabricación de VCSEL de longitud de onda larga basadas en el enfoque de unión de túnel, la técnica de la presente invención permite usar un DBR de AlAs/GaAs de alta calidad estructural con muy buena conductividad térmica. Se obtienen confinamientos laterales tanto eléctrico como óptico mientras que se realiza la fusión del DBR de AlAs/GaAs al material de la cavidad activa con una unión fusionada n^{++} basada en InP/n-GaAs de baja resistividad.

Debe observarse que el procedimiento de fabricación del dispositivo según la invención es sencillo, no incluye ningún procedimiento que no sea estándar, y permite la fabricación de formaciones de VCSEL de longitud de onda múltiple. El dispositivo final es mecánicamente estable, permitiendo una producción a gran escala y de bajo coste.

Breve descripción de los dibujos

Para comprender la invención y ver cómo puede llevarse a cabo en la práctica, ahora se describirán varias realizaciones, sólo a modo de ejemplos no restrictivos, en relación con los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1A ilustra una estructura de capas de un dispositivo VCSEL según una realización de la invención;

la Fig. 1B ilustra la variación de índice de refracción y la onda óptica permanente dentro de un material de la cavidad activa y DBR adyacentes del dispositivo de la Fig. 1A, y

las Figs. 2 a 4 ilustran la fabricación del dispositivo VCSEL de la Fig. 1A;

la Fig. 5 es una representación esquemática de un dispositivo VCSEL según otra realización de la invención;

la Fig. 6 ilustra la fabricación del dispositivo VCSEL de la Fig. 5;

la Fig. 7 es una representación esquemática de un dispositivo VCSEL según otra realización más de la invención;

la Fig. 8 es una representación esquemática de un conjunto de VCSEL de longitud de onda múltiple bombeada eléctricamente según la presente invención; y

las Figs. 9 y 10 ilustran la fabricación del dispositivo de la Fig. 8.

Descripción detallada de la invención

La Fig. 1A ilustra una estructura de dispositivo VCSEL, designada en general por el número 10, según una realización de la presente invención. El dispositivo 10 se compone de DBR de n-AlAs/GaAs inferior y superior 12a y 12b, y un material de la cavidad activa, designado en general por el número 14, entre los mismos. Los DBR 12a y 12b están adheridos, respectivamente, a una superficie inferior 14a y una superficie estructurada superior 14b del material de la cavidad activa, mediante fusión de obleas. Están provistos contactos óhmicos, designados en general por el número 15, sobre lados opuestos del dispositivo 10.

El material de la cavidad activa 14 es una estructura que incluye un separador de tipo n inferior 16a, una estructura de pozos cuánticos múltiples (MQW) 18, un separador superior 16b que termina con una capa de tipo p 20, y una mesa 22, que es una unión de túnel p^{++}/n^{++} compuesta de una capa inferior p^{++} y una capa superior n^{++}. Por lo tanto, la superficie estructurada 14b está formada por las superficies superiores de la mesa 22 y de la capa de tipo p 20 por fuera de la mesa 22. La superficie inferior del DBR de tipo n 12b (es decir, de la capa de semiconductor n de la estructura de espejos) en un lado y la superficie estructurada 14b en el otro lado forman una interfaz fusionada. La mesa 22 está sujeta entre las superficies fusionadas debido a deformación de las mismas, creándose una separación de aire alargada 24 en las inmediaciones de la mesa 22. La mesa dentro de la separación de aire entre las superficies deformadas fusionadas presenta una región de abertura 25 para un flujo de corriente eléctrica a través de la misma, mientras que la separación de aire proporciona variación de índice de refracción lateral para confinamiento de modo óptico. La abertura de corriente 25 define una región activa como parte del material de la cavidad activa 14 donde la corriente circula después de pasar a través de la abertura de corriente 25 y donde se genera luz.

La aplicación de un voltaje de polarización a los contactos 15 tiene como resultado un campo eléctrico dirigido de la parte superior a la inferior, de manera que la unión de túnel en la mesa 22 y la interfaz fusionada n-p son de polarización invertida, siendo, respectivamente, buena conductora y no conductora. De este modo se obtiene la restricción del flujo de corriente a través de la mesa.

La Fig. 1B muestra variaciones de índice de refracción dentro del material de la cavidad activa y los DBR adyacentes de la estructura de dispositivo VCSEL 10, y el perfil de la onda estacionaria (campo eléctrico) en la longitud de onda de emisión. Como se muestra, la región de la estructura de pozos cuánticos múltiples 18 está situada en un máximo de campo eléctrico, mientras que la unión de túnel TJ está situada en un mínimo de la onda estacionaria, no introduciendo así absorción de la luz emitida por la estructura de dispositivo VCSEL 10.

Ahora se describirán las principales etapas en la fabricación del dispositivo 10 en relación con las Figs. 2-4:

En la primera etapa (Fig. 2) el material de la cavidad activa 14 (estructura de la oblea) se fabrica desarrollando secuencialmente sobre un sustrato de InP de tipo n 26, una capa de detención de decapado de InGaAsP 17, la capa separadora de n-InP inferior 16a, la estructura MQW sin dopar 18, la capa separadora de InP superior 16b que termina con la capa de InP de tipo p 20, y la unión de túnel p^{++}/n^{++} TJ.

En el presente ejemplo, se usan los siguientes parámetros de capas. La capa de detención de decapado de InGaAsP 17 tiene el máximo de fotoluminiscencia (PL_{max}) a 1,4\mum (es decir, PL_{max}=1,4 \mum) y un espesor de 113 nm. La capa separadora de n-InP inferior 16a tiene un nivel de dopaje, n, de 3\cdot10^{17} cm^{-3} y un espesor de 305 nm. La estructura MQW sin dopar 18 comprende 6 pozos cuánticos de InGaAsP con PL_{max}=1,54 \mum y espesor de 8 nm, y 7 barreras de InGaAsP con PL_{max}=1,38 \mum y espesor de 9,4 nm. La capa separadora de InP superior 16b comprende 101 nm de InP sin dopar. La capa de InP de tipo p 20 tiene un espesor de 192 nm y un nivel de dopaje p=5\cdot10^{17} cm^{-3}. La unión de túnel p^{++}/n^{++} TJ está formada por la capa de InGaAs p^{++} 22a con un nivel de dopaje p=5\cdot10^{19} cm^{-3} y espesor de 15 nm, y la capa de InGaAs n^{++} 22b con un nivel de dopaje n=5\cdot10^{19} cm^{-3} y espesor de 15 nm, teniendo así la unión de túnel TJ el espesor total de 30 nm. Generalmente, el espesor de la unión de túnel está comprendido entre 20 y
50 nm.

En la segunda etapa (Fig. 3), la estructura de mesa 22 se decapa a través de la unión de túnel TJ usando un decapado selectivo en una solución basada en H_{3}PO_{4}:H_{2}O_{2}:H_{2}O, obteniendo de este modo la superficie estructurada 14b de la estructura del material de la cavidad activa 14. En el presente ejemplo, el decapado se realiza usando una máscara fotoprotectora de 10 \mum de diámetro y se continúa hasta que se alcanza la capa de tipo p 20, presentando de este modo la superficie de la capa 20 la capa de tipo p por fuera de la mesa que ha de fusionarse al DBR de tipo n 12b. Sin embargo, debe observarse que el decapado podría continuar hasta que se alcanzase la capa p^{++} 22a de la unión de túnel, en cuyo caso la superficie de la capa 22a presentará la capa de tipo p por fuera de la mesa que ha de
fusionarse.

En la tercera etapa (Fig. 4), la pila de DBR de tipo n 12b y el material de la cavidad activa 14 se ponen en contacto cara a cara, y se aplica una presión a temperatura elevada, realizando de este modo la fusión de la superficie de la capa de semiconductor n inferior del DBR 12b a la superficie estructurada 14b. La pila de DBR 12b es una estructura de DBR de AlAs/GaAs desarrollada por deposición química de matalorgánicos en fase vapor (MOCVD) sobre un sustrato de GaAs, y comprende 25 pares de AlAs con el nivel de dopaje n=10^{18} cm^{-3} y espesor de 130 nm, y GaAs con el nivel de dopaje n=10^{18} cm^{-3} y espesor de 114 nm.

El sistema de fusión, que es básicamente una prensa neumática, permite cambiar la presión aplicada a las obleas que están en contacto en diferentes etapas del procedimiento de fusión. Para evitar formación de defectos en la región activa, es muy importante que, durante la purga a temperatura ambiente, la presión aplicada a las obleas no supere 50 kPa. Esta baja presión se mantiene durante el ciclo de calentamiento hasta alcanzar la temperatura de fusión de 650ºC. Después, la presión se aumenta gradualmente hasta 200 kPa, y las obleas se mantienen en estas condiciones durante 30 minutos. Durante el procedimiento de fusión, las obleas se deforman, y se obtiene una fusión de alta calidad tanto del material n^{++} en la parte superior de la mesa 22 como del material de tipo p por fuera de la mesa al DBR de AlAs/GaAs de tipo n 12b, y se forma la separación de aire 24.

En la última etapa, el sustrato de InP se decapa selectivamente en HCl hasta alcanzar la capa de detención de decapado de InGaAsP 17 que también es decapada selectivamente en una solución de H_{3}PO_{4}:H_{2}O_{2}:H_{2}O. Después se fusiona el DBR de AlAs/GaAs de tipo n inferior 12a al lado n del material de la cavidad activa. En el presente ejemplo, el DBR 12a comprende 27 pares de capas de AlAs y GaAs con el mismo espesor y valores de nivel de dopaje que los de las capas en la pila de DBR superior 12b. El sustrato de GaAs del DBR superior es decapado selectivamente en una solución de H_{2}O_{2}-NH_{3}OH hasta alcanzar la primera capa de AlAs que actúa de detención de decapado y que también es decapada selectivamente en HF, y se depositan contactos óhmicos 15 de Ni-Au-Ge-Au sobre ambos lados del dispositivo. La estructura de dispositivo VCSEL 10 obtenida según este procedimiento emite a
1520 nm.

Respecto a las Figs. 5 y 6, se ilustra una estructura de dispositivo VCSEL 100 según otra realización de la presente invención. Para facilitar la comprensión, se usan los mismos números de referencia para identificar aquellos componentes que son idénticos en los dispositivos 10 y 100. El dispositivo 100 se fabrica usando una implantación de protones a través del material de la cavidad activa 14 por fuera de la mesa 22 antes de realizar la fusión del DBR superior 12b, permitiendo de este modo mejorar más la localización eléctrica a través de la región de abertura 25 de la estructura de dispositivo VCSEL 100.

Para fabricar el dispositivo 100, la preparación del material de la cavidad activa estructurado se lleva a cabo como se describe anteriormente con respecto a la fabricación del dispositivo 10, y después de esto, como se muestra en la Fig. 6, se forma un disco fotoprotector 27 sobre la mesa 22 de tal manera que este disco es concéntrico con la mesa. El disco 27 sirve como máscara que tiene un diámetro de 30 \mum y un espesor de 2 \mum. El enmascaramiento de la mesa es seguido por una implantación de protones de la superficie del material de la cavidad activa 14 con una dosis de 5\cdot10^{14} a una energía de 80 keV. La energía de implantación y la dosis se seleccionan de tal manera que una capa de implantación 28 (Fig. 5) alcanza el separador de InP n inferior 16a.

Después de la implantación de protones, la máscara fotoprotectora 27 se elimina en acetona y plasma de oxígeno, y las siguientes etapas son similares a las descritas anteriormente en relación con la fabricación del dispositivo 10. Como resultado, se obtiene el dispositivo VCSEL 100 que tiene una capa adicional de confinamiento de corriente por implantación de protones 28, que sólo alcanza el límite exterior de la separación de aire 24 que rodea la mesa 22, y no introduce defectos en la región activa definida por la abertura 25 porque está situada fuera de la región activa y bastante lejos de la misma. También puede usarse para este propósito implantación de iones de oxígeno u otros
iones.

La Fig. 7 ilustra esquemáticamente una estructura de dispositivo VCSEL 200 según otra realización más de la invención. Igualmente, se usan los mismos números de referencia para identificar los componentes que son comunes con los ejemplos descritos previamente. En el presente ejemplo de la Fig. 7, un DBR superior 12b es una pila de AlAs/GaAs, en la que sólo una capa de GaAs superior 30 es de tipo n dopada con una concentración portadora de 5\cdot10^{18} cm^{-3}, y todas las otras capas están sin dopar. La pila de DBR 12b se pone en contacto con el material de la cavidad activa 14 y la capa n de GaAs superior 30 de la pila de DBR 12b se fusiona a la superficie estructurada 14b del material de la cavidad activa 14 de la manera descrita anteriormente. Después de esto, el sustrato de GaAs del DBR superior 12b es decapado selectivamente en una solución de H_{2}O_{2}-NH_{3}OH. Se usa decapado en seco con plasma reactivo en Cl_{2}-CH_{4}-Ar para formar un hueco anular 31 en la pila de DBR superior 12b hasta alcanzar la capa de GaAs de tipo n 30, y para definir de este modo una región apilada central 29 del DBR superior 12b rodeada por este hueco anular 31. Este procedimiento es seguido por deposición de contactos óhmicos superiores 32 dentro del hueco 31.

Cuando se aplica un voltaje continuo entre los contactos superiores 32 y un contacto inferior 15b, pasa una corriente eléctrica a lo largo de la capa de tipo n 30 hacia la región de abertura 25 y, después, a través de la región activa. La ventaja de usar el DBR superior 12b siendo todas las capas, excepto la capa superior 30, sin dopar está en la reducida absorción de luz en el DBR a través del que se extrae luz del dispositivo, permitiendo así aumentar la potencia de emisión del VCSEL.

Pasando ahora a las Figs. 8-10, se ilustra una nueva realización de la presente invención. La Fig. 8 muestra esquemáticamente una estructura de dispositivo VCSEL 300 en forma de un conjunto de VCSEL de longitud de onda múltiple que, en el presente ejemplo, comprende un conjunto de tres dispositivos VCSEL 300a, 300b y 300c que emiten diferentes longitudes de onda \lambda_{1}, \lambda_{2}, y \lambda_{3}, respectivamente. Las Figs. 9 y 10 ilustran la fabricación de la estructura de dispositivo 300.

La emisión de diferentes longitudes de onda se obtiene proporcionando diferentes longitudes L_{1}, L_{2}, L_{3} de material de la cavidad activa estructurado dentro de los dispositivos adyacentes 300a, 300b y 300c, respectivamente, debido a diferentes alturas de las mesas 33, 34 y 35. En el DBR de tipo n superior 12b se forman contactos óhmicos anulares 36, 37 y 38, después del decapado selectivo del sustrato de GaAs superior. Después, se forman estructuras de aislamiento de mesa 39, 40 y 41 en el DBR superior 12b por decapado con plasma reactivo en Cl_{2}-CH_{4}-Ar. Cada uno de los contactos anulares 36, 37, 38 y las estructuras de aislamiento de mesa 39, 40, 41 correspondientes está centrado respecto a un eje vertical que pasa a través del centro de la mesa correspondiente 33, 34, 35, respectivamente. Aplicando un voltaje continuo entre uno de los contactos superiores 36, 37 ó 38 y un contacto inferior 15b, se proporciona un flujo de corriente a través de la región activa del dispositivo VCSEL respectivo (330a, 330b ó 330c), y se emite luz a la longitud de onda respectiva dependiendo de la longitud de cavidad de este dispositivo particular.

Para aplicaciones de telecomunicación, es importante controlar con precisión las longitudes de onda de emisión de láseres en conjuntos de VCSEL de longitud de onda múltiple de manera que se obtenga una misma separación de longitud de onda \Delta\lambda entre los VCSEL del conjunto. Esto puede realizarse asegurando una misma separación de longitud de cavidad \DeltaL de dispositivos vecinos. En esta realización de la invención, como se muestra en la Fig. 9, las capas 22a y 22b de la unión de túnel se desarrollan sobre el material de cavidad basado en InP, y después se desarrollan dos pares de capas de InP-InGaAsP 42. Cada capa en el par de capas de InP-InGaAsP tiene un espesor de 10 nm y un nivel de dopaje de tipo n de 5\cdot10^{17} cm^{-3}. La composición de las capas de InGaAsP corresponde a PL_{max} de 1,4 \mum. Generalmente, esta capa de tipo n adicional está constituida por un número deseado de pares N_{p} de capas, teniendo cada par dos capas de composición química diferente. La relación entre el número deseado de longitudes de onda separadas N y N_{p} es N_{p}= N-1.

El procedimiento anterior de formación de las capas es seguido por decapado selectivo de las capas 42 y las capas de la unión de túnel 22a y 22b en una solución basada en H_{3}PO_{4}:H_{2}O_{2}:H_{2}O y HCl hasta alcanzar la capa de tipo p 20 del material de cavidad basado en InP para formar mesas 43, 44 y 45 (Fig. 10). Cada una de las mesas 43, 44 y 45 tiene un diámetro de 10 \mum.

Volviendo a la Figura 8, el procedimiento anterior de decapado selectivo es seguido por un ajuste exacto de mesas usando fotolitografía y decapado selectiva en una solución basada en H_{3}PO_{4}:H_{2}O_{2}:H_{2}O y HCl, que tiene como resultado la formación de mesas 33, 34 y 35 de alturas diferentes. La mesa 35 está constituida por las capas de la unión de túnel 22a y 22b, y dos pares de capas 42 con una altura total de 70 nm. La mesa 34 está constituida por las capas de la unión de túnel 22a y 22b, y el par de capas 42 con una altura total de 50 nm. La mesa 33 está constituida sólo por las capas de la unión de túnel 22a y 22b, y tiene una altura de 30 nm. La diferencia entre la longitud de cavidad óptica de cada dos dispositivos VCSEL vecinos en el conjunto (300a y 330b, 300b y 300c) es la misma (20 nm multiplicados por el índice de refracción efectivo del par de capas de InP-InGaAsP) que permite obtener una misma diferencia \Delta\lambda entre la longitud de onda de emisión de los VCSEL vecinos. En este ejemplo particular, los valores de longitud de onda de emisión de los dispositivos con mesas 33, 34 y 35 han sido medidos para que sean 1520 nm, 1538 nm y 1556 nm, respectivamente, que resulta en una \Delta\lambda de 18 nm.

Generalmente, para proporcionar mesas de alturas diferentes, algunas mesas terminan con una capa de tipo n adicional sobre la parte superior de la capa n^{++} 22b de la unión de túnel. La capa de tipo n adicional está constituida por un determinado número de pares de capas, teniendo cada par dos capas de composiciones químicas diferentes. Una parte de la capa de tipo n adicional en la mesa respectiva tiene un espesor diferente del de las otras mesas. Considerando d como el espesor que se deposita de esta capa de tipo n adicional y antes de ser decapado para formar N mesas diferentes, después del decapado selectivo de esta capa, el espesor d_{i} de la parte restante de la misma en la mesa i-ésima (i=1, 2,..., N) es d_{1}' \cong (i-1)d/(N-1). Este espesor d_{i} no supera 1/8 de la longitud de onda de emisión dentro del dispositivo VCSEL respectivo, es decir, aproximadamente 60 nm.

Los expertos en la materia apreciarán fácilmente que pueden aplicarse diversas modificaciones y cambios a la realización preferida de la invención como se ejemplificó anteriormente en este documento sin apartarse de su alcance definido en y por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Una estructura de dispositivo láser de cavidad vertical y emisión en superficie (VCSEL) (10) que comprende una estructura de material semiconductor de cavidad activa (14) intercalada entre pilas de reflectores de Bragg distribuidos (DBR) superior e inferior (12a, 12b), incluyendo el DBR superior (12b) al menos una capa de semiconductor de tipo n, y que define una región activa para generar luz en respuesta a la aplicación de un voltaje continuo a contactos del dispositivo (15) en la que:

-: dicho material de la cavidad activa comprende una pila de capas de pozos cuánticos múltiples (18) intercalada entre regiones separadoras inferior y superior (16a y 16b), terminando la región separadora superior (16b) con una capa p (20) y una unión de túnel p^{++}/n^{++} sobre la parte superior de dicha capa p, presentando cada una de las capas p^{++} y p una capa de tipo p, siendo al menos la capa n^{++} superior de la unión de túnel una mesa (22) que emerge de la capa de tipo p subyacente, estando formada una superficie estructurada (14b) del material de la cavidad activa (14) por una superficie superior de la mesa (22) y una superficie superior de la capa de tipo p por fuera de la mesa (22).

-: dicha región activa está definida por una abertura de corriente (25) que incluye la mesa (22) rodeada por una separación de aire (24) entre la superficie estructurada fusionada del material de la cavidad activa (14) y la superficie de la capa de semiconductor de tipo n de la pila de DBR superior (12b).

2. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha unión de túnel está colocada en un mínimo de un campo óptico de onda estacionaria de la estructura del dispositivo y tiene un espesor de 20-50 nm.

3. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que el material de la cavidad activa (14) también comprende una capa de confinamiento eléctrico (28) en el material de cavidad por fuera de la mesa (22).

4. El dispositivo según la reivindicación 3, en el que dicha capa de confinamiento (28) es una capa de implantación de iones.

5. El dispositivo según la reivindicación 1, que también comprende al menos una región activa adicional intercalada entre los DBR superior e inferior (12a, 12b) que ha de estar formada con contactos eléctricos adicionales para un flujo de corriente eléctrica a través de la misma entre la estructura del material de la cavidad activa y la pila de DBR, estando definida dicha al menos una región activa adicional por una mesa adicional rodeada por una separación de aire entre la superficie estructurada fusionada del material de la cavidad activa y la superficie de la capa de semiconductor de tipo n de la pila de DBR superior, estando alineadas las al menos dos regiones activas en una relación
separada.

6. El dispositivo según la reivindicación 5, en el que las al menos dos mesas tienen alturas diferentes, pudiendo funcionar las al menos dos regiones activas de manera que la luz emitida a través de los DBR dentro de las dos regiones activas sea de longitudes de onda diferentes, respectivamente.

7. El dispositivo según la reivindicación 6, en el que dicha al menos una mesa adicional termina con una capa de tipo n adicional sobre la parte superior de la capa n^{++} de la unión de túnel que tiene un espesor que no supera 1/8 de la longitud de onda de emisión dentro de la estructura del VCSEL.

8. El dispositivo según la reivindicación 7, en el que la capa de tipo n adicional está constituida por un cierto número de pares de capas, teniendo cada par dos capas de composiciones químicas diferentes.

9. El dispositivo según la reivindicación 8, en el que están provistas N de tales mesas adicionales, conteniendo cada una de las mesas adicionales la capa de tipo n adicional de un espesor diferente, comparado con el de los otras mesas adicionales.

10. El dispositivo según la reivindicación 9, en el que la diferencia entre valores de espesores de los materiales de cavidad activa definidos por cada dos regiones activas localmente adyacentes son iguales, proporcionando de este modo una separación igual de longitud de onda de la luz emitida a través de los DBR que intercalan cada dos regiones activas localmente adyacentes.

11. Un procedimiento de fabricación de una estructura de dispositivo láser de cavidad vertical y emisión en superficie (VCSEL) (10), comprendiendo el procedimiento las etapas de:

(i): desarrollar un material de la cavidad activa semiconductor (14) que incluye una pila de capas de pozos cuánticos múltiples (18) intercalada entre regiones separadoras inferior y superior (16a, 16b), terminando la región separadora superior (16b) con una capa p (20) y una estructura de unión de túnel p^{++}/n^{++} sobre la parte superior de dicha capa p, presentando cada una de las capas p^{++} y p una capa de tipo p;

(ii): decapar el material de la cavidad activa (14) formado en la etapa (i) para formar una mesa (22) que incluye al menos la capa n++ superior de la unión de túnel que surge de la capa de tipo p subyacente, creando así una superficie estructurada (14b) del material de la cavidad activa (14) formada por la superficie superior de la mesa (22) y la superficie superior de la capa de tipo p por fuera de la mesa (22);

(iii): aplicar una fusión de obleas entre la superficie estructurada (14b) del material de la cavidad activa (14) y una superficie sustancialmente plana de una capa de semiconductor de tipo n de una primera pila de reflectores de Bragg distribuidos (DBR) (12b), causando de este modo deformación de la superficie fusionada alrededor de la mesa y definiendo una región de abertura (25) para flujo de corriente eléctrica a través de la misma, incluyendo la región de abertura (25) la mesa (22) rodeada por una separación de aire (24) entre las superficies fusionadas deformadas y definiendo una región activa del dispositivo;

(iv): formar una segunda pila de DBR (12a) sobre una superficie del material de la cavidad activa (14) opuesta a la superficie estructurada (14b);

(v): formar contactos óhmicos (15) sobre la estructura de dispositivo VCSEL para permitir el flujo de corriente eléctrica a través de la abertura de corriente (25) hacia la región activa (14).

12. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que el material de la cavidad activa se desarrolla sobre un sustrato de InP (26).

13. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que dicha unión de túnel está colocada en un mínimo de un campo óptico de onda estacionaria en la estructura del dispositivo y tiene un espesor de 20-50 nm.

14. El procedimiento según la reivindicación 11, y que también comprende la etapa de formación de una capa de confinamiento eléctrico (28) en la estructura del material de cavidad por fuera de la mesa (22).

15. El procedimiento según la reivindicación 14, en el que la formación de la capa de confinamiento eléctrico (28) comprende implantación de iones de la superficie del material de la cavidad activa (14) sobre la mesa (22) usando discos fotoprotectores como máscara, situando los discos como para que sean concéntricos con la mesa, creando de este modo una capa de confinamiento de corriente por implantación de iones que alcanza un límite exterior de la separación de aire y está situado por fuera de la región activa.

16. El procedimiento según la reivindicación 11, que también comprende la etapa de formación de al menos una región activa adicional intercalada entre el primer y segundo DBR (12a, 12b) que comienza desde el material de la cavidad activa, y que forma contactos óhmicos adicionales sobe la estructura de dispositivo VCSEL para permitir un flujo de corriente eléctrica a través de la región activa adicional, incluyendo dicha al menos una región activa adicional una mesa adicional rodeada por una separación de aire entre la superficie estructurada fusionada del material de la cavidad activa y la superficie de la capa de semiconductor de tipo n de la pila de DBR.

17. El procedimiento según la reivindicación 16, en el que la formación de dicha al menos una región activa adicional comprende la etapa de proporcionar una capa de tipo n adicional que tiene un espesor que no supera 1/8 de la longitud de onda de emisión dentro de la estructura del VCSEL, llevándose a cabo dicho decapado de una manera para formar dicha al menos una mesa adicional que termina con dicha capa de tipo n adicional.

18. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que dicho decapado se lleva a cabo de una manera para formar al menos dos mesas adicionales, conteniendo cada una de las mesas adicionales una parte de dicha capa de tipo n adicional de un espesor diferente al de la otra mesa adicional.

19. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que los dos DBR (12a, 12b) están hechos de capas de AlAs y GaAs.

20. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que la segunda pila de DBR (12a) se adhiere a dicha superficie del material de la cavidad activa (14) por fusión de obleas.