DE10012869C2 - Vertikalresonator-Laserdiode mit koplanaren elektrischen Anschlußkontakten und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Vertikalresonator-Laserdiode mit koplanaren elektrischen Anschlußkontakten und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vertikalresonator-
Laserdiode und ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß den
unabhängigen Patentansprüchen. Die Erfindung bezieht sich so
mit auf eine Vertikalresonator-Laserdiode (VCSEL), wie sie
beispielsweise in der DE 198 13 727 A1 beschrieben worden
ist. Bei dieser VCSEL ist zwischen einer ersten Bragg-Reflek
tor-Schichtenfolge und einer zweiten Bragg-Reflektor-Schich
tenfolge, von denen jede eine Mehrzahl von Spiegelpaaren auf
weist, eine aktive Schichtenfolge zur Erzeugung von Laser
strahlung angeordnet. Die beiden Bragg-Reflektor-Schichten
folgen bilden einen Laserresonator und sind zusammen mit der
aktiven Schichtenfolge zwischen einer ersten und einer zwei
ten elektrischen Anschlußkontaktschicht angeordnet. Eine der
beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen ist für die in der ak
tiven Schichtenfolge erzeugte Laserstrahlung teildurchlässig,
während die andere der beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen
für die in der aktiven Schichtenfolge erzeugte Laserstrahlung
hochreflektierend ist.
Derartige Vertikalresonator-Laserdioden finden zunehmendes
Interesse bei der Anwendung in der optischen Kommunikations-
und Datentechnik sowie für Signalanlagen oder dergleichen.
In dem der Druckschrift US 5,637,511 zugrunde gelegten Stand
der Technik ist in Fig. 4A eine Vertikalresonator-Laserdiode
bekannt. Eine Anschlusselektrode ist unmittelbar auf einer
ersten als Bragg-Reflektor dienenden Schichtenfolge angeord
net. Die zweite Anschlusselektrode erstreckt sich vollständig
über eine kegelstumpfförmige Anordnung einer zweiten als
Bragg-Refelektor dienenden Schichtenfolge und trapezförmig
über weitere Bereiche der Laserdiode.
Eine bekannte VCSEL zur Emission von blauem Licht (EP 0 955 708 A2)
weist eine erste Anschlusselektrode auf, die auf ei
nem Teilbereich einer Gallium-Nitrid-Schicht (GaN-Schicht)
angeordnet ist. Auf einem zweiten Teilbereich der GaN-Schicht
wird eine mehrere Schichten umfassende Struktur ausgebildet
in der eine zweite Anschlusselektrode auf einer Kontakt
schicht der Struktur ausgebildet ist.
Bei einem weiteren bekannten VCSEL-Bauelement (EP 0 926 786 A2)
wird auf einem Teilbereich der Oberfläche einer Schicht
zur Stromleitung eine erste Anschlusselektrode ausgebildet.
Auf einem weiteren Teilbereich der Oberfläche dieser Schicht
wird eine Multi-Quantum-Well-Struktur und darauf ein aus meh
reren Schichten bestehender Stromleitungsbereich ausgebildet.
Eine zweite Anschlusselektrode ist unmittelbar auf der Ober
fläche dieses Stromleitungsbereichs vertikal und horizontal
versetzt zur ersten Anschlusselektrode ausgebildet.
Eine derartige Anordnung der Anschlusselektroden ist auch aus
IEEE Trans. Photon. Techn. Lett., Vol. 12, No. 1, Jan. 2000,
S. 1-3 bekannt.
Der in der DE 198 13 727 A1 beschriebene Aufbau weist elek
trische Anschlußkontakte auf, die sich auf gegenüberliegenden
Seiten des Bauelements befinden. In dem darin beschriebenen
Ausführungsbeispiel befindet sich die Anodenkontaktschicht
auf der lichtaustrittsseitigen Halbleiteroberfläche, während
der Kathodenanschluß mit dem n-dotierten Substrat verbunden
ist. Dieser Aufbau schränkt jedoch die Einsetzbarkeit der
VCSEL zu stark ein. Für bestimmte Montagetechniken, wie Flip-
Chip-Bonding oder eine Montage auf einfachen und preisgünsti
gen Leadframes, wäre ein VCSEL-Design wünschenswert, bei dem
die elektrischen Anschlüsse für Anode und Kathode sich auf
einer gemeinsamen Hauptoberfläche des Bauelements, beispiels
weise auf der Chipoberseite, befinden.
Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ver
tikalresonator-Laserdiode und ein Verfahren zu ihrer Herstel
lung anzugeben, durch welche ein Aufbau ermöglicht wird, in
dem die elektrischen Anschlußkontakte im wesentlichen koplan
ar auf ein und derselben Hauptoberfläche des Bauelements an
geordnet sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa
tentansprüche gelöst.
Demnach beschreibt die vorliegende Erfindung eine Vertikalre
sonator-Laserdiode, bei der
- - zwischen einer ersten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge und einer zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge, von denen jede eine Mehrzahl von Spiegelpaaren aufweist, eine ei nen pn-Übergang aufweisende aktive Schichtenfolge zur Erzeugung von Laserstrahlung angeordnet ist,
- - die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen einen Laser- Resonator bilden,
- - die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen und die akti ve Schichtenfolge in einem Strompfad zwischen zwei von einander isolierten elektrischen Anschlußkontakten ange ordnet sind, die beide auf ein und derselben Hauptober fläche der Laserdiode aufgebracht sind, wobei
- - ein erster Anschlußkontakt mit der der Hauptoberfläche zugewandten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge verbunden ist, und
- - ein zweiter elektrischer Anschlußkontakt mit der der Hauptoberfläche abgewandten Bragg-Reflektor-Schichten folge durch eine sich von der Hauptoberfläche bis minde stens zu dem pn-Übergang erstreckenden Kontaktierungszo ne relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit verbunden ist, und
- - die Kontaktierungszone von der der Hauptoberfläche zuge wandten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge durch eine Isola tionszone elektrisch isoliert ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Verti
kalresonator-Laserdiode weist die folgenden Verfahrensschrit
te auf:
- A) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats;
- B) Aufbringen einer ersten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge, einer einen pn-Übergang aufweisenden aktiven Schichten folge und einer zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge auf das Substrat, durch welche Schichtenfolgen ein La serresonator gebildet wird;
- C) Ausbilden einer sich von der Oberfläche der zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge bis mindestens zu dem pn- Übergang erstreckenden Kontaktierungszone relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit;
- D) Ausbilden einer zur elektrischen Isolierung dienenden Isolationszone zwischen der Kontaktierungszone und der zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge;
- E) Aufbringen von elektrischen Anschlußkontakten (7, 8) auf eine gemeinsame Hauptoberfläche der Laserdiode, wobei ein erster Anschlußkontakt (7) mit der zweiten Bragg- Reflektor-Schichtenfolge (4) verbunden und ein zweiter Anschlußkontakt (8) mit der Kontaktierungszone (6) ver bunden wird.
Dabei können die Verfahrensschritte C) und D) in der oben an
gegebenen Reihenfolge, prinzipiell aber auch in umgekehrter
Reihenfolge ausgeführt werden. In letzterem Fall wird zuerst
die Isolationszone zwischen der zweiten Bragg-Reflektor-
Schichtenfolge und einem als Kontaktierungszone vorgesehenen
Abschnitt erzeugt, und anschließend wird die Kontaktierungs
zone gemäß Verfahrensschritt C) in dem dafür vorgesehenen Ab
schnitt ausgebildet.
Die Isolationszone zwischen der Kontaktierungszone und der
zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge kann beispielsweise
dadurch hergestellt werden, daß durch vertikale Strukturie
rung, also im wesentlichen durch einen oder mehrere Ätz
schritte ein Graben zwischen der Kontaktierungszone und der
einen Bragg-Reflektor-Schichtenfolge geformt wird und der
Graben mit einem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt
wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jedoch nicht
nur dieser Graben geformt, sondern es werden um einen heraus
zubildenden lichtemittierenden Bereich der Laserdiode größere
Bereiche der zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge und der
aktiven Schichtenfolge durch vertikale Strukturierung ent
fernt, so daß der lichtemittierende Bereich als eine mesaför
mige Struktur zurückbleibt. Bevor die entfernten Bereiche
dann mit dem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt wer
den, können dann anhand der freistehenden mesaförmigen Struk
tur in an sich bekannter Weise (s. DE 198 13 727 A1) Strom
aperturschichten geformt werden. Diese können bei einer La
serdiode auf der Basis von III-V-Material durch Oxidieren von
Schichten mit relativ hohem Aluminiumgehalt hergestellt wer
den, wodurch in Abhängigkeit von den Prozeßbedingungen, der
Oxidation, dem Aluminiumgehalt und der Dicke der Schicht ein
oxidierter, ringförmiger, an die Seitenwände der mesaförmigen
Struktur angrenzender und umlaufender Abschnitt gebildet
wird. Diese Stromaperturschicht kann innerhalb der ersten
oder der zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge angeordnet
sein. Durch die Prozeßbedingungen kann auch die Breite des
ringförmigen Abschnitts, also der Durchmesser des Stromdurch
laßbereiches, relativ gezielt eingestellt werden. Nach dem
Herstellen der einen oder der mehreren Stromaperturschichten
können dann die bei der Mesaätzung entfernten Bereiche mit
dem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt werden.
Wenn eine Vertikalresonator-Laserdiode auf der Basis von III-
V-Material hergestellt werden soll, können bereits beim Aufwachsen
der Schichtstruktur Schichten mit einer derartigen
Materialzusammensetzung entweder als Zwischenschichten zwi
schen den Spiegelpaaren oder als Teilschichten der Spiegel
paare in der ersten oder der zweiten Bragg-Reflektor-Schich
tenfolge aufgewachsen werden, so daß aus ihnen in einem spä
teren Prozeß Stromaperturschichten gebildet werden können.
Bei einer Vertikalresonator-Laserdiode auf der Basis von (Al,
Ga) As werden derartige Schichten, die als Stromapertur
schichten vorgesehen sind, mit einem relativ hohen Aluminium
gehalt geformt.
Die Kontaktierungszone kann dadurch hergestellt werden, indem
Fremdatome durch Diffusion oder Implantation in das Bauele
ment eingebracht werden. Diese Fremdatome werden in dem unten
beschriebenen Ausführungsbeispiel auf der lichtaustrittssei
tigen Hauptoberfläche des Bauelements eingebracht. Durch sie
soll eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit in der Kon
taktierungszone hergestellt werden. Die Fremdatome können al
so beispielsweise ein Dotierstoff sein, durch den in der
zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge im Bereich der zu er
zeugenden Kontaktierungszone eine relativ hohe n- oder p-Do
tierung erzeugt wird. Im Falle von III-V-Material kann bei
spielsweise eine Dotierung mit Zinkatomen, also eine p-Dotie
rung, vorgenommen werden. Diese kann beispielsweise durch ei
ne Diffusion bei etwa 600°C-650°C vorgenommen werden. Dabei
kann auch eine Durchmischung der Schichten mit unterschiedli
chem Al-Gehalt (disordering) herbeigeführt werden. Dieser Ef
fekt stellt für die Funktion des Bauelementes keinen Nachteil
dar, sondern sorgt für eine Kontaktierungszone mit guter
elektrischer Leitfähigkeit ohne störende Heterogrenzflächen.
Vor der Durchführung des Diffusionsschrittes kann eine Mas
kierung vorgenommen werden, indem beispielsweise eine Maskie
rungsschicht, wie eine Si3N4-Schicht, mit einer Maskenöffnung
im Bereich der zu formenden Kontaktierungszone auf der
Hauptoberfläche der Bauelements abgeschieden wird. Die Größe
und Form der Maskenöffnung legt die laterale Begrenzung der
Kontaktierungszone fest, während ihre Tiefe durch die Prozeß
bedingungen der Diffusion bestimmt wird.
Das Einbringen von Fremdatomen mit dem Ziel der Dotierung
kann alternativ auch durch eine Ionenimplantation durchge
führt werden. Hierbei kann ebenfalls eine Maskenschicht, wie
eine Si3N4-Maskenschicht, zum Einsatz kommen. Die Implantati
on kann durch eine Anzahl von Implantationsschritten mit ge
eignet gewählten Implantationsenergien und -dosen durchge
führt werden, so daß eine Kontaktierungszone mit über die
Tiefe ausreichend homogener elektrischer Leitfähigkeit herge
stellt wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung
einer erfindungsgemäßen Vertikalresonator-Laserdiode anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1A-D die Zwischenprodukte bei der erfindungsgemäßen Her
stellung einer Vertikalresonator-Laserdiode nach
einzelnen Verfahrensschritten in einer Quer
schnittsdarstellung in einer Ebene durch die me
saförmige Struktur.
In der Fig. 1A ist die einer Vertikalresonator-Laserdiode zu
grunde liegende Schichtstruktur dargestellt. Auf einem
p-dotierten GaAs-Substrat 1 wird zuerst eine erste, untere,
p-dotierte Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 2 aufgewachsen, die
aus einzelnen identischen Spiegelpaaren aufgebaut ist. Die
Spiegelpaare bestehen jeweils aus zwei p-dotierten AlGaAs-
Schichten unterschiedlicher Bandlücke, d. h. beispielsweise
unterschiedlicher Aluminiumkonzentration. Auf diese erste
Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 2 wird eine einen pn-Übergang
aufweisende aktive Schichtenfolge 3 aufgewachsen, die eine
aktive, lichtemittierende Zone aufweist. Diese kann eine in
trinsische Zone eines aus Volumenhalbleitermaterial gebildeten
pn-Übergangs sein. Die aktive Zone kann jedoch auch aus
einer Einfach- oder Mehrfach-Quantentrogstruktur gebildet
sein. Die Emissionswellenlänge der Laserdiode kann beispiels
weise 850 nm betragen.
Auf die aktive Schichtenfolge 3 wird dann eine zweiter, obe
re, n-dotierte Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 4 aufgebracht,
die ebenfalls wie die erste Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 2
aus einzelnen identischen Spiegelpaaren aufgebaut ist.
Der Reflexionsgrad der beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen
ist derart in an sich bekannter Weise durch Wahl der Schicht
dicken und/oder Materialzusammensetzungen der Spiegelpaare
auf die Emissionswellenlänge abgestimmt, daß die erste, unte
re Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 2 einen hohen Reflexions
grad, idealerweise 100%, aufweist, während die zweite, obere
Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 4 teildurchlässig ist, damit
die emittierte Laserstrahlung ausgekoppelt werden kann.
Die nach diesen Verfahrensschritten hergestellte Struktur ist
in der Fig. 1A dargestellt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel soll die Laserdiode
dadurch elektrisch kontaktiert werden, daß auf ihre, dem Sub
strat gegenüberliegende, lichtaustrittsseitige Hauptoberflä
che zwei elektrische Anschlußkontakte im wesentlichen koplan
ar aufgebracht werden. Im folgenden wird daher eine elek
trisch leitfähige Verbindung zwischen der p-Seite des pn-
Übergangs und der lichtaustrittsseitigen Hauptoberfläche ge
schaffen. Dies wird dadurch erreicht, daß Fremdatome durch
einen Diffusionsprozeß von der lichtaustrittsseitigen Haupto
berfläche eingebracht und somit eine elektrisch leitfähige
Kontaktierungszone 6 erzeugt wird (Fig. 1B). Im vorliegenden
Fall kann beispielsweise die Spezies der Fremdatome derart
gewählt werden, daß die Kontaktierungszone 6 p-leitend wird.
Beispielsweise können Zinkatome in einem Diffusionsprozeß bei
etwa 600°C-650°C eindiffundiert werden. In dem Bereich der
zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 4 stellt das Einbrin
gen von p-leitendem Material eine Umdotierung oder Invertie
rung des Halbleitermaterials dar, da die zweite Bragg-Reflek
tor-Schichtenfolge 4 ursprünglich n-dotiert ist. Im Bereich
der ersten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 2 wird dagegen
durch diesen Vorgang die dort bereits vorhandene p-Dotierung
verstärkt. Die Kontaktierungszone 6 sollte möglichst stark
dotiert werden, um einerseits eine möglichst hohe elektrische
Leitfähigkeit zu erzielen und um andererseits eine möglichst
große Homogenität der Kontaktierungszone 6 zu erzielen, wo
durch der Einfluß der in diesem Bereich ursprünglich vorhan
denen Heterogrenzflächen nahezu zum Verschwinden gebracht
wird.
Anstelle eines Diffusionsprozesses können auch Fremdsubstan
zen mittels Ionenimplantation eingebracht werden. Um dabei
eine ausreichend homogen dotierte Zone zu erzielen, werden
vorzugsweise mehrere Implantationsschritte bei verschiedenen
Tonenenergien und -dosen durchgeführt. Anschließend wird ein
Temperprozeß zum Ausheilen und zur elektrischen Aktivierung
der implantierten Ionen durchgeführt.
Vorzugsweise erstreckt sich die Kontaktierungszone bis zu dem
Substrat. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Um einen
geschlossenen Stromkreis zu formen, ist es prinzipiell aus
reichend, wenn die Kontaktierungszone bis zu dem pn-Übergang
reicht.
Das Einbringen von Fremdatomen erfolgt bevorzugtermaßen durch
eine Maske, durch die die nicht zu dotierenden Bereiche abge
deckt werden. Die Maske kann beispielsweise in Form einer
Si3N4-Schicht für eine Diffusion oder einer Goldschicht für
eine Implantation auf der Oberfläche abgeschieden werden, wo
bei die Maskenschicht eine Öffnung aufweist, durch die late
ralen Abmessungen der Kontaktierungszone 6 definiert werden.
Nach der Durchführung des Diffusions- oder Implantationsvor
gangs der Fremdsubstanzen wird die Maskenschicht wieder entfernt.
In Fig. 1B ist die Struktur nach der Herstellung der
Kontaktierungszone 6 dargestellt.
Anschließend wird gemäß Fig. 1C durch einen Ätzvorgang eine
mesaförmige Struktur 9 erzeugt, die den lichtemittierenden
Bereich der Laserdiode bildet. Diese mesaförmige Struktur 9
kann beispielsweise quadratischen oder rechteckigen Quer
schnitt aufweisen, wobei die Seitenflanken vorzugsweise
leicht abgeschrägt sind. Der Ätzvorgang erfolgt auf allen
Seiten der mesaförmigen Struktur 9 bis zu einer vorbestimmten
Schicht der ersten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 2. An
schließend wird eine Stromaperturschicht 22 dadurch herge
stellt, daß eine selektive Oxidation einer dafür vorgesehenen
Schicht der ersten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 2 mit rela
tiv hohem Aluminiumgehalt durchgeführt wird. Diese selektive
Oxidation kann beispielsweise in einer mit Wasserdampf gesät
tigten Stickstoff-Atmosphäre bei ca. 400°C durchgeführt wer
den. Die Selektivität des Oxidationsprozesses wird über den
größeren Aluminiumgehalt und/oder eine größere Schichtdicke
(bei gleichem Aluminiumgehalt) als bei den anderen Schichten
in der Laserdiode erreicht. Die Oxidation läßt einen ringför
migen, an die Seitenwände der mesaförmigen Struktur 9 angren
zenden und umlaufenden, oxidierten und somit elektrisch iso
lierenden Abschnitt entstehen. Durch diesen Abschnitt wird
der elektrische Strom in der Laserdiode gebündelt, da er nur
noch durch den Durchlaßbereich der Stromaperturschicht 22
fließen kann. Diese Strombündelung sorgt für einen besonders
effizienten Betrieb der Laserdiode. Auf diese Weise können
auch mehrere Stromaperturschichten gebildet werden. Prinzipi
ell kann die Stromaperturschicht auch in der zweiten Bragg-
Reflektor-Schichtenfolge 4 oder in beiden Bragg-Reflektor-
Schichtenfolgen angeordnet werden. Aufgrund der kleineren
Diffusionsgeschwindigkeit von Ladungsträgern im p-dotierten
Halbleiter führt jedoch eine Strombündelung im p-Bereich zu
einem effektiveren Betrieb der Laserdiode und ist damit be
vorzugt.
Die nach diesen Verfahrensschritten hergestellte Struktur ist
in der Fig. 1C dargestellt.
Anschließend werden die durch die Ätzschritte entfernten Be
reiche durch ein elektrisch isolierendes Material, wie bei
spielsweise eine Kunststoff-Passivierungsschicht 5, aufge
füllt. Auf der zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 4 wird
dann ein erster elektrischer Anschlußkontakt 7 mit einer
Lichtdurchgangsöffnung abgeschieden und auf der Kontaktie
rungszone 6 wird ein zweiter elektrischer Anschlußkontakt 8
abgeschieden. Der erste elektrische Anschlußkontakt 7 kann,
wie dargestellt, teilweise auf der Passivierungsschicht 5
aufliegen. Die somit fertiggestellte Vertikalresonator-
Laserdiode ist in der Fig. 1D dargestellt.
Da eine Emissionswellenlänge von 850 nm angenommen wurde, er
folgt die Lichtemission zu der dem Substrat abgewandten Sei
te, da das GaAs-Substrat für diese Wellenlänge nicht transpa
rent ist. Für den Fall der Verwendung anderer Wellenlängen
kann jedoch im Unterschied zu der Laserdiode nach der Fig. 1D
eine Lichtemission zur Substratseite vorgesehen sein, so daß
die Lichtausgangsseite der mit den elektrischen Anschlußkon
takten belegten Hauptoberfläche gegenüberliegt.
Anstelle der in der Fig. 1C beschriebenen Erzeugung der me
saförmigen Struktur 9 kann auch lediglich ein Graben zwischen
der Kontaktierungszone 6 und einem davon beabstandeten, als
lichtemittierenden Bereich vorgesehenen Abschnitt geformt
werden. Der Graben kann anschließend mit einem elektrisch
isolierenden Material aufgefüllt werden.
Die einzelnen Verfahrensschritte des Ausführungsbeispiels
können prinzipiell auch in ihrer Reihenfolge miteinander ver
tauscht werden. Beispielsweise kann die Mesaätzung und die
Auffüllung der weggeätzten Bereiche zuerst durchgeführt wer
den und anschließend kann die Kontaktierungszone 6 durch Ein
bringen von Fremdatomen gebildet werden.
Es ist theoretisch auch denkbar, die Isolationszone 5 zwi
schen der Kontaktierungszone 6 und der zweiten Bragg-Reflek
tor-Schichtenfolge 4 anders zu formen als durch Mesaätzung
und Auffüllung mit einem elektrisch isolierenden Material.
Beispielsweise kann eine Ionenimplantation mit Wasserstoffio
nen derart hoher Dosis durchgeführt werden, daß das Halblei
termaterial dabei amorphisiert wird. Auch diese Implantation
kann lediglich in einem grabenförmigen Abschnitt erfolgen
oder um eine mesaförmige Struktur 9 durchgeführt werden.
Prinzipiell denkbar ist auch ein kombiniertes Verfahren, bei
dem erst eine vertikale Ätzung bis in eine bestimmte Tiefe
durchgeführt wird und anschließend eine amorphisierende Io
nenimplantation bis in eine noch größere tiefe vorgenommen
wird.
Claims (15)
1. Vertikalresonator-Laserdiode, bei der
zwischen einer ersten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (2) und einer zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4), von denen jede eine Mehrzahl von Spiegelpaaren aufweist, eine einen pn-Übergang aufweisende aktive Schichtenfolge (3) zur Erzeugung von Laserstrahlung angeordnet ist,
die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) einen Laser-Resonator bilden,
die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) und die aktive Schichtenfolge (3) in einem Strompfad zwi schen zwei voneinander isolierten, elektrischen An schlußkontakten (7, 8) angeordnet sind, die beide auf ein und derselben Hauptoberfläche der Laserdiode aufge bracht sind, wobei
ein erster elektrischer Anschlußkontakt (7) mit der der Hauptoberfläche zugewandten Bragg-Reflektor-Schichten folge (4) verbunden ist, und
ein zweiter elektrischer Anschlußkontakt (8) mit der der Hauptoberfläche abgewandten Bragg-Reflektor-Schichten folge (2) durch eine sich von der Hauptoberfläche bis mindestens zu dem pn-Übergang erstreckenden Kontaktie rungszone (6) relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit verbunden ist, und
die Kontaktierungszone (6) von der der Hauptoberfläche zugewandten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4) durch ei ne Isolationszone (5) elektrisch isoliert ist.
zwischen einer ersten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (2) und einer zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4), von denen jede eine Mehrzahl von Spiegelpaaren aufweist, eine einen pn-Übergang aufweisende aktive Schichtenfolge (3) zur Erzeugung von Laserstrahlung angeordnet ist,
die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) einen Laser-Resonator bilden,
die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) und die aktive Schichtenfolge (3) in einem Strompfad zwi schen zwei voneinander isolierten, elektrischen An schlußkontakten (7, 8) angeordnet sind, die beide auf ein und derselben Hauptoberfläche der Laserdiode aufge bracht sind, wobei
ein erster elektrischer Anschlußkontakt (7) mit der der Hauptoberfläche zugewandten Bragg-Reflektor-Schichten folge (4) verbunden ist, und
ein zweiter elektrischer Anschlußkontakt (8) mit der der Hauptoberfläche abgewandten Bragg-Reflektor-Schichten folge (2) durch eine sich von der Hauptoberfläche bis mindestens zu dem pn-Übergang erstreckenden Kontaktie rungszone (6) relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit verbunden ist, und
die Kontaktierungszone (6) von der der Hauptoberfläche zugewandten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4) durch ei ne Isolationszone (5) elektrisch isoliert ist.
2. Vertikalresonator-Laserdiode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Isolationszone (5) durch vertikale Strukturierung
eines Grabens zwischen der Kontaktierungszone (6) und
der einen Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4) und Auffüllen
des Grabens mit einem elektrisch isolierenden Mate
rial hergestellt ist.
3. Vertikalresonator-Laserdiode nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
ihr lichtemittierender Bereich innerhalb einer durch vertikale Strukturierung erzeugten mesaförmigen Struktur (9) enthalten ist, die von der Kontaktierungszone (6) durch den Graben beabstandet ist, wobei
die bei der vertikalen Strukturierung entfernten Berei che mit dem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt sind.
ihr lichtemittierender Bereich innerhalb einer durch vertikale Strukturierung erzeugten mesaförmigen Struktur (9) enthalten ist, die von der Kontaktierungszone (6) durch den Graben beabstandet ist, wobei
die bei der vertikalen Strukturierung entfernten Berei che mit dem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt sind.
4. Vertikalresonator-Laserdiode nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine der Schichten der ersten (2) oder zwei
ten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4) innerhalb der me
saförmigen Struktur (9) eine Stromaperturschicht (22)
bildet, in welcher ein oxidierter ringförmiger, an die
Seitenwände der mesaförmigen Struktur (9) angrenzender
und umlaufender Abschnitt gebildet ist.
5. Vertikalresonator-Laserdiode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Isolationszone (5) durch eine Ionenimplantation her
gestellt ist.
6. Verfahren zum Herstellen einer Vertikalresonator-
Laserdiode, mit den Verfahrensschritten
- A) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1);
- B) Aufbringen einer ersten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (2), einer einen pn-Übergang aufweisenden aktiven Schichtenfolge (3) und einer zweiten Bragg-Reflektor- Schichtenfolge (4) auf das Substrat (1), durch welche Schichtenfolgen ein Laserresonator gebildet wird;
- C) Ausbilden einer sich von der Oberfläche der zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4) bis mindestens zu dem pn-Übergang erstreckenden Kontaktierungszone (6) relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit;
- D) Ausbilden einer zur elektrischen Isolierung dienenden Isolationszone (5) zwischen der Kontaktierungszone (6) und der zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4);
- E) Aufbringen von elektrischen Anschlußkontakten (7, 8) auf eine gemeinsame Hauptoberfläche der Laserdiode, wobei ein erster Anschlußkontakt (7) mit der zweiten Bragg- Reflektor-Schichtenfolge (4) verbunden und ein zweiter Anschlußkontakt (8) mit der Kontaktierungszone (6) ver bunden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verfahrensschritte in der zeitlichen Reihenfolge A,
B, C, D, E ausgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verfahrensschritte in der zeitlichen Reihenfolge A,
B, D, C, E ausgeführt werden, wobei im Verfahrensschritt
D) die Isolationszone (5) zwischen der zweiten Bragg-
Reflektor-Schichtenfolge (4) und einem als Kontaktie
rungszone (6) vorgesehenen Abschnitt erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Verfahrensschritt D) die folgenden Verfahrensschrit te umfaßt:
der Verfahrensschritt D) die folgenden Verfahrensschrit te umfaßt:
- a) Formen eines Grabens zwischen der Kontaktierungszone (6) und der einen Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4), und
- b) Auffüllen des Grabens mit einem elektrisch isolierenden Material.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Verfahrensschritt D) die folgenden Verfahrensschrit te umfaßt:
der Verfahrensschritt D) die folgenden Verfahrensschrit te umfaßt:
- a) Erzeugen einer mesaförmigen, von der Kontaktierungszone (6) beabstandeten Struktur (9) durch vertikale Struktu rierungsschritte, und
- b) Auffüllen der bei der vertikalen Strukturierung entfern ten Bereiche mit dem elektrisch isolierenden Material.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Verfahrensschritten c) und d) mindestens
eine der Schichten der Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen
(2, 4) in eine Stromaperturschicht (22) umgewandelt
wird, indem eine Oxidation durchgeführt wird, durch die
ein ringförmiger, an die Seitenwände der mesaförmigen
Struktur (9) angrenzender und umlaufender Abschnitt der
Schicht in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung
und/oder ihrer Dicke und den Prozeßbedingungen ausgehend
von den Seitenwänden der mesaförmigen Struktur (9) kon
tinuierlich oxidiert wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vertikalresonator-Laserdiode auf der Basis von III-
V-Halbleitermaterial hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
beim Aufbringen der Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2,
4) in den Verfahrensschritten A) und B) die als Strom
aperturschicht (22) vorgesehene Schicht mit einem rela
tiv hohen Aluminiumgehalt hergestellt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Verfahrensschritt C) zur Ausbildung der Kontaktie
rungszone (6) Fremdatome durch Diffusion oder Implanta
tion eingebracht werden.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (2) p-leitend und die zweite Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4) n-leitend ist, und
die Fremdatome Zink-Atome sind, so daß die Kontaktie rungszone (6) als p-leitende Zone ausgebildet wird, wobei
die Zink-Atome vorzugsweise bei einer Temperatur von 600°C-650°C eindiffundiert werden und vorzugsweise vor Durchführung der Diffusion eine Si3N4-Maskenschicht mit einer Maskenöffnung aufgebracht wird, durch die die la terale Ausdehnung der zu formenden Kontaktierungszone (6) festgelegt wird.
die erste Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (2) p-leitend und die zweite Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4) n-leitend ist, und
die Fremdatome Zink-Atome sind, so daß die Kontaktie rungszone (6) als p-leitende Zone ausgebildet wird, wobei
die Zink-Atome vorzugsweise bei einer Temperatur von 600°C-650°C eindiffundiert werden und vorzugsweise vor Durchführung der Diffusion eine Si3N4-Maskenschicht mit einer Maskenöffnung aufgebracht wird, durch die die la terale Ausdehnung der zu formenden Kontaktierungszone (6) festgelegt wird.
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