DE60118035T2 - Resonanzreflektor zur verwendung mit optoelektronischen einrichtungen - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft das Gebiet der optoelektronischen Vorrichtungen, und genauer Resonanzreflektoren zur Verwendung mit optoelektronischen Vorrichtungen.
  • Verschiedene Formen von optoelektronischen Vorrichtungen wurden entwickelt und haben weitverbreitete Verwendung gefunden, einschließlich z. B. Halbleiter-Photodioden, Halbleiter-Photodetektoren usw.. Halbleiter-Laser haben weitverbreitet Verwendung in moderner Technologie gefunden, als ausgewählte Lichtquelle für verschiedene Vorrichtungen, z. B. Kommunikationssysteme, Compact Disc Player, usw.. Für viele dieser Anwendungen ist ein Halbleiter-Laser über eine Glasfaserverbindung oder sogar freien Raum mit einem Halbleiter-Detektor (z. B. einer Photodiode) verbunden. Diese Konfiguration bietet einen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationspfad, der für viele Anwendungen sehr vorteilhaft sein kann.
  • Ein typischer Kantenemissions-Halbleiterlaser ist eine doppelte Heterostruktur mit einer Schicht mit einem engen Bandabstand und hohem Brechungsindex, umgeben auf gegenüberliegenden Hauptseiten von Schichten mit einem breiten Bandabstand und niedrigem Brechungsindex, oftmals Mantelschichten genannt. Die Schicht mit geringem Bandabstand wird als die „aktive Schicht" bezeichnet, und die Mantelschichten dienen dazu, sowohl die Ladungsträger als auch die optische Energie in der aktiven Schicht oder dem aktiven Bereich zu beschränken. Gegenüberliegende Enden der aktiven Schicht weisen Spiegelfacetten auf, welche den Laserhohlraum bilden. Wenn Strom durch die Struktur fließt, verbinden sich Elektronen und Löcher in der aktiven Schicht, um Licht zu erzeugen.
  • Ein weiterer Typ eines Halbleiterlasers ist ein Oberflächenemissionslaser. Mehrere Typen von Oberflächenemissionslasern wurden entwickelt, einschließlich des Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers (VCSEL – Vertical Cavity Surface Emitting Laser). (Siehe z. B. „Surface-emitting microlasers for photonic switching and interchip connections", Optical Engineering, 29, Seiten 210–214, März 1990, für eine Beschreibung dieses Lasers). Für weitere Beispiele, siehe US-Patent Nr. 5,115,442 von Yong H. Lee u.a., erteilt 19.5.1992, mit dem Titel „Top-emitting Surface Emitting Laser Structures" und US-Patent Nr. 5,475,701 erteilt am 12.12.1995 an Mary K. Hibbs-Brenner, mit dem Titel „Integrated Laser Power Monitor". Siehe außerdem „Top-surface-emitting GaAs four-quantum-well lasers emitting at 0,85 μm", Electronic Letters, 26, Seiten 710–711, 24.5.1990.
  • Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser bieten vielfältige Leistungs- und Potentialherstellbarkeits-Vorteile gegenüber herkömmlichen Kantenemissionslasern. Diese umfassen viele Vorteile in Zusammenhang mit ihrer Geometrie, einschließlich ihrer Zugänglichkeit für ein- und zweidimensionale Arrays, Qualifikation von Wafer-Niveau und erwünschte Strahleneigenschaften, typischerweise kreisförmige symmetrische Niederdivergenz-Strahlen.
  • VCSELs haben typischerweise einen aktiven Bereich mit einem Volumenmaterial (bulk) oder einer oder mehreren Quantentopfschichten. Auf gegenüberliegenden Seiten des aktiven Bereichs sind Spiegelstapel, oft durch verzahnte Halbleiterschichten gebildet, die jeweils an der gewünschten Betriebswellenlänge (im Medium) eine viertel Wellenlänge dick sind. Die Spiegelstapel haben typischerweise entgegengesetzte Leitfähigkeit auf beiden Seiten des aktiven Bereichs, und der Laser wird typischerweise durch Verändern des Stroms durch die Spiegelstapel und den aktiven Bereich ein- und ausgeschaltet.
  • VSCELs mit hohem Ertrag und hoher Leistung wurden vorgeführt und vermarktet. Oberflächenemittierende VCSELs auf AlGaAs-Basis können auf eine Weise analog zu integrierten Halbleiterschaltungen hergestellt werden, und sind einer Herstellung mit geringen Kosen und hohem Ausstoß und Integration mit existierenden Elektroniktechnologieplattformen zugänglich. Weiterhin wurde die Einheitlichkeit und Reproduzierbarkeit von VCSELs unter Verwendung einer genormten, unmodifizierten, im Handel erhältlichen, metallischen organischen Dampfphasenepitaxie-Kammer (MOVPE) und Molekularstrahlepitaxie (MBE) mit sehr hoher Geräteausbeute dargestellt. Es wird erwartet, dass VSCELs einen Leistungs- und Kostenvorteil in schnellen (z. B. Gbit/s) Einzel- oder Multikanal-Datenverbindungsanwendungen mittlerer Distanzen (z. B. bis ca. 1000 Meter) und vielen optischen und/oder bildgebenden Anwendungen bieten. Dies resultiert aus ihrer inhärenten Geometrie, welche potentiell günstige Hochleistungstransmitter mit flexiblen und wünschenswerten Eigenschaften bereitstellt.
  • Ein verwandter Photodetektor ist als Resonanzhohlraum-Photodetektor (RCPD) bekannt. Resonanzhohlraum-Photodetektoren sind typischerweise ähnlich wie VCSELs aufgebaut, arbeiten aber in einem umgekehrten Vorspannungsmodus. Ein Resonanzhohlraum-Photodetektor kann effizienter als eine herkömmliche Photodiode sein, da das Licht, das durch einen der Spiegel in den optischen Hohlraum eintritt, wirksam viele Male durch den aktiven Bereich reflektiert werden kann. Das Licht kann somit zwischen den Spiegelstapeln reflektiert werden, bis das Licht entweder vom aktiven Bereich absorbiert wird oder es durch einen der Spiegelstapel entweicht. Da die Spiegelstapel typischerweise nahe der Resonanz stark reflektierend sind, wird das meiste Licht, das in den Hohlraum eintritt, vom aktiven Bereich absorbiert.
  • Bei vielen optoelektronischen Vorrichtungen, welche einen Resonanzhohlraum aufweisen, sind die oberen und/oder unteren Spiegelstapel Spiegel vom Typ Distributed Bragg Reflector (DBR). DBR-Spiegel umfassen typischerweise eine Anzahl von abwechselnden Schichten eines Halbleitermaterials, wie AlGaA5 und AlAs. Oft umfassen sowohl die oberen als auch die unteren Spiegelstapel eine bedeutsame Anzahl von DBR-Spiegelperioden, um den erwünschten Reflexionsgrad zu erzielen. Ein Weg, die Anzahl der erforderlichen DBR-Spiegelperioden zu verringern ist es, einige der DBR-Spiegelperioden durch einen Resonanzreflektor zu ersetzen. Ein typischer Resonanzreflektor kann u. a. einen Wellenleiter und ein Gitter umfassen.
  • Trotz der Vorteile der Verwendung eines Resonanzreflektors in Verbindung mit einem DBR-Spiegelstapel wurde herausgefunden, dass der Reflexionsgrad des Resonanzreflektors beschränkt werden kann, wenn er nicht richtig zu den angrenzenden leitenden Schichten isoliert ist. Zu viel Energie im geführten Modus im Wellenleiter geht in die verlustreichen, leitenden DBR-Schichten der optoelektronischen Vorrichtung über. Was deshalb wünschenswert wäre, ist eine optoelektronische Vorrichtung, welche eine Isolierung zwischen dem Resonanzreflektor und angrenzenden leitenden Schichten der optoelektronischen Vorrichtung bietet.
  • Die US-A-6055262 offenbart einen VCSEL mit einem Resonanzreflektor, der mit einem DBR kombiniert ist.
  • Die vorliegende Erfindung überwindet viele der Nachteile des Standes der Technik durch Vorsehen einer optoelektronischen Vorrichtung, welche eine Isolierung zwischen einem Resonanzreflektor und einer angrenzenden leitenden Schicht der optoelektronischen Vorrichtung bietet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optoelektronische Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
    einen oberen Spiegel und einen unteren Spiegel, wobei der obere Spiegel und der untere Spiegel zumindest teilweise leitend sind;
    einen Resonanzreflektor, der angrenzend an einen ausgewählten der oberen oder unteren Spiegel angeordnet ist, wobei der Resonanzreflektor einen Wellenleiter und ein Gitter umfasst, die so ausgelegt sind, dass ein Wellenvektor erster Beugungsordnung des Gitters im Wesentlichen einem Verbreitungsmodus des Wellenleiters entspricht, gekennzeichnet durch eine Mantel- oder Pufferschicht, die zwischen dem Resonanzreflektor und dem ausgewählten oberen oder unteren Spiegel angeordnet ist, wobei die Mantel- oder Pufferschicht ausreichend dick ist oder einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters aufweist, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie des evaneszenten Teils des geführten Modus in dem Wellenleiter in den ausgewählten oberen oder unteren Spiegel eintritt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter ein monolithischer Transceiver mit einer Licht ausgebenden Vorrichtung und einer Licht empfangenden Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
    einen unteren Spiegel auf einem Substrat, wobei der untere Spiegel zumindest teilweise leitend ist;
    einen aktiven Bereich auf dem unteren Spiegel;
    einen oberen Spiegel auf dem aktiven Bereich, wobei der obere Spiegel zumindest teilweise leitend ist;
    einen Wellenleiter;
    eine Gitterschicht mit einer ersten geätzten Gitterstruktur über dem Wellenleiter, wobei der Wellenleiter und das Gitter so ausgelegt sind, dass ein Wellenvektor erster Beugungsordnung des Gitters im Wesentlichen einem Verbreitungsmodus des Wellenleiters entspricht, gekennzeichnet durch:
    eine Mantel- oder Pufferschicht, die zwischen dem Wellenleiter und dem oberen Spiegel angeordnet ist, wobei die Mantel- oder Pufferschicht nicht-leitend ist, wobei die Mantel- oder Pufferschicht ausreichend dick ist oder einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters aufweist, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie des evaneszenten Teils des geführten Modus in dem Wellenleiter in den oberen Spiegel eintritt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter eine Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
    ein erstes Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei zumindest ein Teil einer optoelektronischen Vorrichtung auf der Vorderseite ausgebildet ist;
    ein zweites Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite mit einem Resonanzreflektor, der einen Wellenleiter und ein Gitter aufweist, die auf der Vorderseite ausgebildet sind, gekennzeichnet durch:
    die Vorderseite des ersten Substrats ist mittels eines optischen Epoxydharzes, das ausreichend dick ist oder einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Resonanzreflektor-Wellenleiters aufweist, mit der Vorderseite des zweiten Substrats verbunden, um in Wesentlichen zu verhindern, dass Energie eines evaneszenten Teils eines geführten Modus in dem Wellenleiter in das erste Substrat eintritt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter ein Verfahren zum Bilden einer optoelektronischen Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
    Vorsehen eines unteren Spiegels auf einem Substrat, wobei der untere Spiegel zumindest teilweise leitend ist;
    Vorsehen eines aktiven Bereichs über dem unteren Spiegel;
    Vorsehen eines oberen Spiegels über dem aktiven Bereich, wobei der obere Spiegel zumindest teilweise leitend ist;
    Vorsehen eines Wellenleiters und eines Gitters über der Mantel- oder Pufferschicht, wobei der Wellenleiter und das Gitter so ausgelegt sind, dass ein Wellenvektor erster Beugungsordnung des Gitters im Wesentlichen einem Verbreitungsmodus des Wellenleiters entspricht; gekennzeichnet durch:
    Vorsehen einer Mantel- oder Pufferschicht über dem oberen Spiegel, wobei die Mantel- oder Pufferschicht nicht-leitend ist, wobei die Mantel- oder Pufferschicht ausreichend dick ist oder einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters aufweist, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie des evaneszenten Teils des geführten Modus in dem Wellenleiter in den oberen Spiegel eintritt.
  • Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung und viele der vorhandenen Vorteile der vorliegenden Erfindung wird man zu schätzen wissen, wenn diese unter Bezugnahme auf die beigefügte genaue Beschreibung besser verständlich werden, wenn man sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen berücksichtigt, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in allen Figuren bezeichnen und in denen:
  • 1 ein schematisches Diagramm eines ebenen, stromgeführten GaAs/AlGaAs oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers gemäß dem Stand der Technik ist;
  • 2 eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines ebenen, stromgeführten GaAs/AlGaAs oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers mit einem erläuternden Resonanzreflektor ist;
  • 3 eine Kurve ist, welche das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge des Resonanzreflektors der 2 zeigt, sowohl mit einer nicht-leitenden (k = 0) Wel lenleiterschicht als auch einer gering leitenden (k = 10–5) Wellenleiterschicht;
  • 4 eine Kurve ist, welche das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge eines vollständig nichtleitenden (k = 0) Resonanzreflektors zeigt, der an einen oberen Spiegel angrenzt, der ebenfalls nicht-leitend ist (k = 0);
  • 5 das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge eines vollständig nicht-leitenden Resonanzreflektors zeigt, der an einen oberen Spiegel angrenzt, der geringfügig leitend ist (k = 10–5);
  • 6 eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines ebenen, stromgeführten GaAs/AlGaAs oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers ist, der eine Mantel- oder Pufferschicht aufweist, die zwischen der Wellenleiterschicht des Resonanzreflektors und dem oberen DBR-Spiegel angeordnet ist;
  • 7 eine Kurve ist, welche das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge des Resonanzreflektors der 6 zeigt, wenn die oberen Schichten des oberen DBR-Spiegels 86 nicht-leitend sind (k = 0);
  • 8 eine Kurve ist, welche das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge des Resonanzreflektors der 6 zeigt, wenn die oberen Schichten des oberen DBR-Spiegels 86 geringfügig leitend sind (k = 10–5);
  • 9 eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers zeigt, der ähnlich zu dem in 6 gezeigten ist, aber einen modifizierten Gitterfüllfaktor aufweist;
  • 10 eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers zeigt, der ähnlich zu dem in 6 gezeigten ist, aber eine Gitterfolie aufweist, die eine bestimmte Ätztiefe aufweist;
  • 11 eine schematische Querschnittsansicht eines Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers ist, der durch Verkleben eines Resonanzreflektors, der auf einem ersten Substrat hergestellt wurde, mit dem oberen Spiegel des Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers, der auf einem zweiten Substrat hergestellt wurde, geformt wird;
  • 12 eine schematische Querschnitts-Seitenansicht des Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers der 11 ist, wobei eine Mikrolinse, die auf der Rückseite des Substrats positioniert ist, auf dem der Resonanzreflektor ausgebildet wurde; und
  • 13 eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines beispielhaften monolithischen Substrats mit einem RCPD, einem VCSEL und einem MSM ist.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines ebenen, stromgeführten GaAs/AlGaAs oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers 10 gemäß dem Stand der Technik. Auf einem n-gedopten Galliumarsenid(GaAs)-Substrat 14 ist ein n-Kontakt 12 ausgebildet. Das Substrat 14 ist mit Fremdatomen eines ersten Typs (d. h. n-Typ) dotiert. Auf dem Substrat 14 ist ein n-Typ-Spiegelstapel 16 ausgebildet. Auf dem Stapel 16 ist ein Abstandshalter 18 ausgebildet. Der Abstandshalter 18 weist eine untere Begrenzungsschicht 20 und eine obere Begrenzungsschicht 24, welche den aktiven Bereich 22 umgibt, auf. Ein p-Typ-Spiegelstapel 26 ist auf der oberen Begrenzungsschicht 24 ausgebildet. Eine p-Metallschicht 28 ist auf dem Stapel 26 ausgebildet. Der Emissionsbereich kann eine Passivierungsschicht 30 aufweisen.
  • Ein Isolationsbereich 29 begrenzt den Bereich des Stromflusses 27 durch den aktiven Bereich. Der Bereich 29 kann durch tiefe H+-Ionenimplantation gebildet sein. Während ein tiefes H+-Implantat als Beispiel vorgesehen ist, wird erwogen, dass jede Art von Strom- und Feldbeschränkung verwendet werden kann, einschließlich z. B. verstärkungsgeführte Oxidbeschränkung oder jedes andere Mittel. Der Durchmesser „g" kann so festgelegt sein, um den gewünschten aktiven Bereich bereitzustellen, und somit die Verstärkungsapertur des VCSELs 10. Ferner kann der Durchmesser „g" durch den gewünschten Widerstand des p-Typ-Spiegelstapels 26 festgelegt sein, insbesondere durch den nicht-leitenden Bereich 29. Somit führt der nicht-leitende Bereich 29 die Verstärkungsführungsfunktion durch. Der Durchmesser „g" ist typischerweise durch Herstellungseinschränkungen beschränkt, wie seitliche Streuung während des Implantationsschritts.
  • Der Abstandshalter 18 kann einen Volumenmaterial- oder Quantentopf-Aktivbereich enthalten, der zwischen den Spiegelstapeln 16 und 26 angeordnet ist. Der Quantentopf-Aktivbereich 22 kann abwechselnde Schichten aus Aluminium-Galliumarsenid (AlGaAs) Grenzschichten und GaAs-Quantentopfschichten aufweisen. InGaAs-Quantentöpfe können auch im aktiven Bereich verwendet werden, insbesondere wenn eine Emissionswellenlänge (z. B. λ = 980 nm) gewünscht ist, bei der GaAs transparent ist. Die Stapel 16 und 16 sind Stapel vom Typ Distributed Bragg Reflector (DBR) und können periodische Schichten aus dotiertem AlGaAs und Aluminiumarsenid (AlAs) umfassen. Das AlGaAs des Stapels 16 ist mit dem gleichen Typ von Fremdatom wie das Substrat 14 dotiert (z. B. n-Typ), und das AlGaRs des Stapels 26 ist mit der anderen Art von Fremdatom dotiert (z. B. p-Typ).
  • Metallkontaktschichten 12 und 28 sind Ohmsche Kontakte, welche eine geeignete elektrische Vorspannung der Laserdiode 10 ermöglichen. Wenn die Laserdiode 10 mit einer positiveren Spannung am Kontakt 28 als am Kontakt 12 vorgespannt ist, gibt der aktive Bereich 22 Licht 31 aus, welches durch den Stapel 26 verläuft.
  • Ein typischer infrarotnaher VCSEL erfordert ein hohes Reflexionsvermögen (> 99%). Somit benötigt ein vollständiger Halbleiter-DBR typischerweise 20 bis 40 Spiegelperioden mit einer Dicke von 2 bis 4 μm. Die Epistruktur, die für einen kompletten VCSEL erforderlich ist, einschließlich der beiden oberen und unteren DBR-Spiegel, welche einen aktiven Abstandbereich umgeben, umfasst also als solche mehr als 200 Schichten mit einer Dicke von mehr als 7 bis 8 μm.
  • Wie im US-Patent Nr. 6 055 262 mit dem Titel „Resonant Reflector for Improved Optoelektronic Device Performance and Enhanced Applicability" diskutiert, kann eine Hybrid-Spiegelstruktur verwendet werden, um die Gesamtspiegeldicke zu verringern. 2 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines ebenen, stromgeführten, GaAs/AlGaAs oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers mit einem hybriden oberen Spiegel, umfassend einen Resonanzreflektor 52 und einen Distributed Bragg-Reflektor 56. Diese Vorrichtung kombiniert die anormalen Filtereigenschaften der Resonanz der geführten Moden in einem dielektrischen Wellenleitergitter mit den Reflexionseigenschaften eines herkömmlichen DBR-Spiegels.
  • Die hybride Spiegelstruktur umfasst z. B. einen Resonanzreflektor 52 und einen DBR-Spiegel 56. Auch wenn es nicht ausdrücklich gezeigt ist, wird erwogen, dass der untere Spiegel auch eine Resonanzreflektorstruktur umfassen kann, falls erwünscht. Es ist bekannt, dass ein dielektrischer Resonanzreflektor 52 bei Resonanz sehr stark reflektiert, und bei der gleichen Wellenlänge stärker reflektierend sein kann als ein entsprechender Spiegel vom DBR-Typ. Somit wird durch die Verwendung eines Hybridansatzes erwogen, dass die Anzahl der DBR-Spiegelperioden, die für ein gegebenes Reflexionsvermögen erforderlich ist, verringert werden kann.
  • Es ist bekannt, dass seitliche Streueffekte während der Ionenimplantation des Verstärkungsführungsbereichs 62 durch die DBR-Spiegel häufig die seitliche Abmessung 64 des aktiven Bereichs auf ≥ 10 μm begrenzt. Dies beeinträchtigt direkt den minimal erzielbaren Schwellenstrom, den Einmode-Betrieb und indirekt die Geschwindigkeit des VCSELs. Durch Integrieren eines Resonanzreflektors in den oberen Spiegel können gleiche oder bessere Reflexionseigenschaften in einer Struktur erzielt werden, die fünf- bis zehnmal dünner ist. Dies kann in ein Ionenimplantat übertragen werden, das besser steuerbar ist, was das Volumen des aktiven Bereichs verringern kann. Ein kleinerer aktiver Bereich kann den Betriebsstrom und die Leistung der Vorrichtung verringern, die Ebenheit und somit die monolithische Integrierbarkeit des VCSELs mit Elektronik und Smart-Pixeln verbessern, und kann eine steuerbare Einmode- und Einzelpolarisationsemission mit verbesserter Modensteuerung bereitstellen.
  • Es ist anerkannt, dass der Hybridansatz der 2 mit alternativ bestehenden Verstärkungsführungstechniken kompatibel ist, einschließlich geätzter Säulen (mit oder ohne Planartechnik und/oder Nachwachsen), seitlicher Oxidation, ausgewähltem Wachstum usw.. Durch Verringern der Gesamtdicke der VCSEL-Spiegel, kann der Resonanzreflektor die Verarbeitbarkeit und Leistung der wechselnden Stromführungsansätze verbessern. Während Ionenimplantation als ein Beispiel bereitgestellt wird, wird erwogen, dass jede Art von Strom- und Feldbeschränkung verwendet werden kann, einschließlich z. B. verstärkungsgeführte Oxidbeschränkung oder jedes andere Mittel.
  • Der Resonanzreflektor 52 der 2 umfast eine dreischichtige Wellenleitergitterstruktur, die zur Verwendung in einem infrarotnahen VSCEL geeignet ist. Der dreischichtige Stapel kann so ausgelegt sein, dass er sowohl als eine Antireflexions-Beschichtung (AR) nahe der Emissionswellenlänge für das Substrat der VCSEL-Stuktur und unabhängig als ein Führungsmodus-Resonanzreflektor-Wellenleitergitter dienen kann. Die drei Schichten des Resonanzreflektors 52 können einen nichtreflektierenden Bereich bilden, der wenig Reflexionsvermögen für zumindest einen vorbestimmten Bereich von Wellenlängen, einschließlich einer Resonanzwellenlänge, bietet. Die bei 52 gezeigte Gitter-Mehrschicht-Wellenleiterstruktur verursacht, dass die Struktur im Wesentlichen stärker reflektierend wird, zumindest bei der Resonanzwellenlänge.
  • Alternativ kann der dreischichtige Stapel 52 so ausgelegt sein, dass er sowohl als eine stark reflektierende Beschichtung für das Substrat der VCSEL-Struktur und unabhängig als ein Führungsmodus-Resonanzreflektor-Wellenleitergitter dient. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die dreischichtige Struktur 52 einen hochreflektierenden Spiegelbereich, der ein Reflexionsvermögen für zumindest einen vorbestimmten Bereich der Wellenlängen, einschließlich einer Resonanzwellenlänge (z. B. nahe 980 nm) bereitstellt. Das gesamte Reflexionsvermögen des oberen Spiegels, einschließlich der Schichten 66 und 68, kann geringer sein als für das Lasern erforderlich. Dies kann z. B. durch Verringern der Anzahl der Spiegelperioden in dem oberen DBR-Spiegel 56 erreicht werden. Die Gitterschicht 58 verursacht, dass die Führungsmodus-Resonanzreflektorstruktur 52 wenigstens nahe der Resonanzwellenlänge wesentlich stärker reflektierend wird. In jedem Fall kann die Anzahl der DBR-Spie gelschichten unter dem Resonanzreflektor 52 in Bezug auf die herkömmliche VCSEL-Konstruktion, die in 1 gezeigt ist, verringert werden.
  • Die Resonanz wird im Resonanzreflektor 52 durch Abgleichen des Wellenvektors erster Beugungsordnung des Gitters 58 mit dem Verbreitungsmodus des Wellenleiters 66 erreicht. Da Letzterer von der Polarisation abhängt, ist das Reflexionsvermögen inhärent polarisationsselektiv. Die Resonanzwellenlänge wird hauptsächlich durch die Gitterperiode 60 bestimmt, und die Bandbreite wird hauptsächlich durch die Modulation des Brechungsindexes und des Füllfaktors des Gitters 58 bestimmt.
  • 3 ist eine Kurve, welche die Kurven des Reflexionsvermögens für einen Resonanzreflektor zeigt, unter der Annahme von zwei Werten für die imaginäre Komponente des Brechungsindexes (k = 0 und 10–5) in einer beliebigen Schicht der Wellenleitergitterstruktur, und k = 0 in den anderen beiden Schichten. In diesem Beispiel sind die obere Schicht, die mittlere Schicht und die untere Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO), GaAs bzw. AlGaAs gebildet. Die Brechungsindizes für die obere, mittlere und untere Schicht sind 1,96, 3,5 bzw. 3,24, und die Dicken der oberen, mittleren und unteren Schicht sind vorzugsweise λ/4, 3λ/4 bzw. λ/4. Für diese Messung werden die Schichten auf einem Substrat mit einem effektiven Brechungsindex von 3,2 angeordnet. Diese Struktur wird angeregt, eine quer elektrische (TE) Modenresonanz (mit einer Polarisation parallel zum Gitter), keine senkrechte Resonanz und eine niedrige Ausgangs-Resonanzreflexion nahe 10–6 zu haben.
  • Die imaginäre Komponente „k" des Brechungsindexes bezieht sich auf die optische Absorption und elektrische Leitfähigkeit des Resonanzreflektors. Der Fall k = 10–5, der ungefähr der minimalen Leitfähigkeit entspricht, die erforderlich ist, um Strom durch den Resonanzreflektor einzuleiten, erzeugt etwa 5 % Absorp tion. Die gleichen drei Schichten, alle mit k = 0, was auf einen dielektrischen Resonanzreflektor hinweiset, erzeugen theoretisch eine 100%ige Reflexion.
  • Diese Kurve illustriert die extreme Empfindlichkeit des Resonanzreflektors 52 hinsichtlich Absorption, oder allgemeiner gesagt, hinsichtlich Verlust jeder Art. Um somit das vom Resonanzreflektor bereitgestellte Reflexionsvermögen zu maximieren, sollte die Absorption (z. B. k = 0) jeder der Schichten 58, 66 und 68 nahe Null sein. Das bedeutet, dass die Leitfähigkeit des Resonanzreflektors ebenfalls Null sein sollte (z. B. nicht-leitend).
  • Trotz der Vorteile der Verwendung eines Resonanzreflektors in Verbindung mit einem DBR-Spiegelstapel wurde herausgefunden, dass das Reflexionsvermögen des Resonanzreflektors begrenzt sein kann, wenn er nicht in geeigneter Weise vom DBR-Spiegelstapel isoliert ist. 4 ist eine Kurve, welche das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge eines insgesamt nichtleitenden (k = 0) Resonanzreflektors zeigt, der angrenzend an einen oberen Spiegel angeordnet ist, der ebenfalls nichtleitend ist (k = 0). Die Reflexionskurve hat eine schmale Bandbreite und erreicht ungefähr 100 % Reflexionsvermögen bei der Resonanzwellenlänge. Im Gegensatz dazu zeigt 5 das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge eines insgesamt nichtleitenden Resonanzreflektors, der angrenzend an einen oberen Spiegel angeordnet ist, der geringfügig leitend ist (k = 10–5). Wie man sieht, verschlechtert sich die Leistung des Resonanzreflektors deutlich bei einem angrenzenden oberen Spiegel, der geringfügig leitend ist. Zu viel Energie im geführten Modus in dem Wellenleiter geht über in die verlustreichen, leitenden DBR-Filme der optoelektronischen Vorrichtung.
  • Um diese und andere Schwierigkeiten zu überwinden, zieht die vorliegende Erfindung in Erwägung, den Resonanzreflektor von den angrenzenden leitenden Schichten zu isolieren. Die Isolierung wird vorzugsweise durch Vorsehen einer nicht-leitenden (z. B. dielektrischen) Puffer- oder Mantelschicht zwischen dem Resonanzreflektor und der angrenzenden leitenden Schicht der optoelektronischen Vorrichtung erreicht. Die nicht-leitende Mantel- oder Pufferschicht ist vorzugsweise ausreichend dick und/oder weist einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters des Resonanzreflektors auf, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie im evaneszenten Teil des geführten Modus in dem Wellenleiter in die angrenzende leitende Schicht der optoelektronischen Vorrichtung eintritt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Wellenleiter aus einem Nichtleiter gebildet, der einen Brechungsindex aufweist, der höher ist als der Brechungsindex der Puffer- oder Mantelschicht, und auch höher als der durchschnittliche Brechungsindex des Gitters. Die Dicke des Wellenleiters hängt vorzugsweise von der Brechungsindexdifferenz zwischen dem Wellenleiter und der Puffer- oder Mantelschicht ab.
  • 6 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines ebenen, stromgeführten GaAs/AlGaAs oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers mit einer Mantel- oder Pufferschicht 80, die zwischen der Wellenleiterschicht 82 des Resonanzreflektors 84 und dem oberen DBR-Spiegel 86 angeordnet ist. Wie oben angedeutet, ist die Mantel- oder Pufferschicht 80 vorzugsweise ausreichend dick und/oder weist einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters des Resonanzreflektors auf, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie in dem evaneszenten Teil des geführten Modus in dem Wellenleiter in eine angrenzende leitende Schicht der optoelektronischen Vorrichtung eintritt.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gitterschicht 90 SiO2 mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,484 und einer Dicke von 0,340 μm. Die Wellenleiterschicht 82 kann GaAs mit einem Brechungsindex von 3,532 und einer Dicke von 0,280 μm sein. Alternativ kann der Wellenleiter eine Dreifach-Verbindung, wie z. B. AlxGa1–xAs sein, wobei x nahe 1 ist, oder ein Nichtleiter mit hohen Brechungsindex, wie z. B. TiO2, ZrO2, HfO2 oder Si3N4. Die Dicke des Wellenleiters hängt vorzugsweise von der Brechungsindexdifferenz zwischen dem Wellenleiter und der Puffer- oder Mantelschicht ab. Die Mantel- oder Pufferschicht 80 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist AlO, mit einem Brechungsindex von 1,6 und einer Dicke von 0,766 μm. Schließlich kann die obere DBR-Spiegelschicht 92 AlGaAs mit einem Brechungsindex von 3,418 und einer Dicke von 0,072 μm sein. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Mantel- oder Pufferschicht 80 eine vergrößerte Dicke und einen verringerten Brechungsindex in Bezug auf das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel, wobei beides dabei hilft, zu verhindern, dass Energie im evaneszenten Teil des geführten Modus in der Wellenleiterschicht 82 in die obere DBR-Spiegelschicht 92 eintritt. Es wird jedoch erwogen, dass ähnliche Ergebnisse erzielt werden können, indem man entweder die Dicke vergrößert oder den Brechungsindex der Mantel- oder Pufferschicht 80 verringert, falls gewünscht.
  • Wie oben angedeutet, kann die Mantel- oder Pufferschicht 80 AlO sein, was einen relativ niedrigen Brechungsindex aufweist. In einem Verfahren kann dies erreicht werden, indem zu Beginn die Mantel- oder Pufferschicht 80 mit AlGaAs gebildet wird, mit einer relativ hohen Konzentration an Aluminium (z. B. > 95%). AlGaAs weist einen relativ hohen Brechungsindex auf. Dann werden die Wellenleiterschicht 82 und die Gitterschicht 90 vorgesehen. Die Mantel- oder Pufferschicht 80, die Wellenleiterschicht 82 und das Gitter 90 können dann um den Umfang des gewünschten optischen Hohlraums entfernt werden. Kontakte 93 können dann auf dem freigelegten oberen Spiegel 86 abge schieden werden, um einen elektrischen Kontakt zum oberen Spiegel herzustellen. Dann kann die Vorrichtung einer Oxidationsumgebung ausgesetzt werden, welche das AlGaAs-Material der Mantel- oder Pufferschicht oxidiert, was zu AlO führt, was einen relativ niedrigen Brechungsindex aufweist. Das AlGaAs-Material wird vorzugsweise seitlich nach innen von den freigelegten Kanten der Mantel- oder Pufferschicht 80 oxidiert.
  • 7 ist eine Kurve, welche das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge des Resonanzreflektors der 6 zeigt, wenn die oberen Schichten des oberen DBR-Spiegels 86 nicht-leitend sind (k = 0). Die Reflexionskurve hat eine schmale Bandbreite (0,00975 nm) und erreicht theoretisch ein 100%iges Reflexionsvermögen an der Resonanzwellenlänge. 8 ist eine Kurve, welche das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge des Resonanzreflektors der 6 zeigt, wenn die oberen Schichten des oberen DBR-Spiegels 86 geringfügig leitend sind (k = 10–5). Wie zu sehen ist, hat die Reflexionskurve immer noch eine schmale Bandbreite (0,0097 nm) und erreicht theoretisch ein 100%iges Reflexionsvermögen an der Resonanzwellenlänge. Deshalb, und anders als bei 5, gibt es kaum oder gar keine Verschlechterung der beobachteten Reflexionsfähigkeit des Resonanzreflektors, auch wenn er angrenzend an eine leitende Schicht angeordnet ist.
  • 9 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers ähnlich zu dem in 6 gezeigten, aber mit einem modifizierten Gitterfüllfaktor. Der Gitterfüllfaktor wird als der Gitterabstand 102 geteilt durch die Gitterperiode 100 definiert. Die Resonanzwellenlänge eines Resonanzreflektors wird häufig durch die Gitterperiode 100 bestimmt, und die Spektralbandbreite wird häufig durch die Modulation des Brechungsindexes und des Füllfaktors des Gitters bestimmt.
  • Wenn das Gitter aus einem Oxid wie SiO2 gebildet ist, bezieht sich die Modulation des Brechungsindexes auf die Differenz zwischen den dielektrischen Konstanten des Gittermaterials und dem Material, das die Räume zwischen den Gitterelementen füllt, geteilt durch die durchschnittliche dielektrische Konstante über das Gitter. Die durchschnittliche dielektrische Konstante über das Gitter kann verändert werden, indem der Füllfaktor des Gitters verändert wird. Als Beispiel, und unter der Annahme einer konstanten Gitterperiode, kann der Gitterfüllfaktor erhöht werden, indem die Breite jedes Gitterelements verringert wird. Eine Grenze des Erreichens einer gewünschten Spektralbandbreite eines Resonanzreflektors durch Ändern des Gitterfüllfaktors ist, dass die Konstruktionsregeln vieler Herstellungsvorgänge die minimale Breite der Gitterelemente beschränken. Um einige Spektralbandbreiten zu erhalten, müssen somit die Konstruktionsregeln verschoben werden, was die Ausbeute bei der Herstellung der Vorrichtungen verringern kann.
  • 10 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines oberflächenemittierenden Vertikalhohlraumlasers ähnlich zu dem in 6 gezeigten, aber mit einer Gitterfolie, die eine festgelegte Ätztiefe aufweist, um die Spektralbandbreite des Resonanzreflektors zu steuern. Wie oben ist eine Gitterfolie 120 vorgesehen und wird nachfolgend geätzt, um zwei oder mehr beabstandete Gitterbereiche 122a–122c zu bilden, die durch einen oder mehrere beabstandete Ätzbereiche 124a–124b getrennt sind. Anstatt jedoch einen Ätzvorgang durch die gesamte Gitterfolie 120 durchzuführen, um einen gewünschten Gitterfüllfaktor, und somit eine gewünschte Spektralbandbreite, zu erhalten, wird die Tiefe der Ätzung festgelegt. Durch Festlegen der Tiefe der Ätzung kann eine gewünschte durchschnittliche dielektrische Konstante über das Gitter erzielt werden. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die Gitterbreite und die Gitterabstände optimal an die Konstruktionsregeln des Herstel lungsvorgangs angepasst werden können, und die Ätztiefe kann festgelegt werden, um die gewünschte Spektralbandbreite zu erzielen. Zum Beispiel ist ein Füllfaktor von ca. 50 % bevorzugt. Dies kann die Produktivität und die Ausbeute des Resonanzreflektors steigern.
  • 11 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht eines Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers, der durch Verkleben eines Resonanzreflektors 132, der auf einem ersten Substrat 130 hergestellt ist, mit einem oberen Spiegel 134 eines Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers, der auf einem zweiten Substrat hergestellt ist, gebildet wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Resonanzreflektor auf einer Vorderseite 131 eines ersten Substrats 130 ausgebildet. Dies umfasst das Ausbilden zumindest eines Wellenleiters 136 und eines Gitters 138, wie gezeigt. Dann wird zumindest ein Bereich einer optoelektronischen Vorrichtung, wie ein Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser oder ein Resonanzhohlraum-Photodetektor, auf einer Vorderseite eines zweiten Substrats hergestellt. In 11 umfasst dieses einen unteren DBR-Spiegel, einen aktiven Bereich, einen oberen DBR-Spiegel 134 und einen oder mehrere Kontakte 140.
  • Danach wird die Vorderseite des ersten Substrats 130 mit der Vorderseite des zweiten Substrats verklebt, um die optoelektronische Vorrichtung fertigzustellen. Das erste Substrat 130 kann unter Verwendung eines optischen Epoxydharzes 144, und bevorzugt einem nicht-leitenden optischen Epoxydharz, mit dem zweiten Substrat verklebt werden. Dieses optische Epoxydharz ist vorzugsweise ausreichend dick oder weist einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters 136 des Resonanzreflektors 132 auf, so dass im Wesentlichen verhindert wird, dass Energie vom evaneszenten Wellenvektor im Wellenleiter 136 in die optoelektronische Vorrichtung auf dem ersten Substrat ein tritt. Eine nicht-reflektierende Beschichtung 148 kann dann auf der Rückseite des ersten Substrats 130 aufgebracht werden, wie gezeigt.
  • Es ist bekannt, dass die relative Position des Wellenleiters 136 und des Gitters 138 verändert werden kann. Als Beispiel, und wie in 11 gezeigt, kann das Gitter näher zur Vorderseite des ersten Substrats als zum Wellenleiter angeordnet sein. Alternativ kann der Wellenleiter jedoch näher zur Vorderseite des ersten Substrats als zum Gitter angeordnet sein, falls gewünscht.
  • 12 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht des Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers der 11 mit einer Mikrolinse 150, die auf der Rückseite des ersten Substrats 130 angeordnet ist. Für oberflächenemittierende Vorrichtungen kann eine Mikrolinse, wie eine kollimierende Mikrolinse, auf der Rückseite des ersten Substrats 130 angeordnet sein. Für rückseitenemittierende Vorrichtungen kann eine kollimierende Mikrolinse auf der Rückseite des Substrats, welches den unteren Spiegel, den aktiven Bereich und den oberen Spiegel der optoelektronischen Vorrichtung trägt, ausgebildet sein. In beiden Fällen wird die kollimierende Mikrolinse 150 vorzugsweise in Übereinstimmung mit der Ausgabe der optoelektronischen Vorrichtung angeordnet, wie gezeigt.
  • Es wird erwogen, dass eine Anzahl von optoelektronischen Vorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet werden können, wie in 13 gezeigt. Eine Anwendung für eine solche Konfiguration ist ein monolithischer Transceiver, der eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen 190 und eine oder mehrere lichtempfangende Vorrichtungen 192 und 194 umfasst. In diesem erläuternden Ausführungsbeispiel sind sowohl die lichtemittierenden als auch die lichtempfangenden Vorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat (nicht gezeigt) ausgebildet. In ei nem Beispiel wird ein unterer Spiegel zuerst auf dem gemeinsamen Substrat ausgebildet. Der untere Spiegel kann als der untere Spiegel für mehr als eine der optoelektronischen Vorrichtungen 190, 192 und 194 dienen, und ist bevorzugt ein DBR-Spiegelstapel, der dotiert ist, um zumindest teilweise leitend zu sein. Ein aktiver Bereich 200 wird dann auf dem unteren Spiegel ausgebildet, gefolgt von einem oberen Spiegel 202. Wie der untere Spiegel ist der obere Spiegel 202 vorzugsweise ein DBR-Spiegelstapel und ist dotiert, um eine entgegengesetzte Leitfähigkeit zum unteren Spiegel aufzuweisen. Der aktive Bereich 200 kann Mantelschichten 204 auf jeder Seite des aktiven Bereichs 200 aufweisen, um die Fokussierung der Lichtenergie und des Stroms im aktiven Bereich zu unterstützen.
  • Ein tiefes H+-Ionenimplantat, wie bei 206a–206c gezeigt, kann Verstärkungsführungsöffnungen für ausgewählte optoelektronische Vorrichtungen bereitstellen, und kann ferner angrenzende Vorrichtungen elektrisch gegeneinander isolieren. Während ein tiefes H+-Implantat als ein Beispiel bereitgestellt wird, wird erwogen, dass jede Art von Strom- oder Feldbeschränkung verwendet werden kann, einschließlich z. B. verstärkungsgeführte Oxidbeschränkung oder jedes andere Mittel. Kontakte 208a–208d können auf dem oberen Spiegel 202 und auf der unteren Oberfläche des gemeinsamen Substrats vorgesehen sein, um einen elektrischen Kontakt mit jeder der optoelektronischen Vorrichtungen herzustellen.
  • Als nächstes kann eine Mantel- oder Pufferschicht 210 über dem oberen Spiegel 202 vorgesehen sein. Ein Resonanzreflektor kann dann oben auf der Mantel- oder Pufferschicht 210 vorgesehen sein. Der Resonanzreflektor kann einen Wellenleiter 212 und einen Gitterfilm 214 umfassen. Für manche optoelektronische Vorrichtungen, wie oberflächenemittierende Vorrichtungen 190, kann der Gitterfilm 214 geätzt werden, um ein Gitter, wie gezeigt, zu bilden. Das Gitter kann im Wesentlichen das Reflexi onsvermögen des Resonanzreflektors in diesen Bereichen erhöhen. Für andere optoelektronische Vorrichtungen, wie oberflächenempfangende Vorrichtungen 192, kann der Gitterfilm entweder eine andere Gitterstruktur (z. B. breitere Spektralbandbreite) umfassen oder ungeätzt bleiben, wie gezeigt. Dies kann das Reflexionsvermögen des Resonanzreflektors verringern, wodurch ermöglicht wird, dass Licht einfacher in den optischen Hohlraum eintreten kann. Für noch andere optoelektronische Vorrichtungen, wie Metall-Halbleiter-Metall (MSM) empfangende Vorrichtungen 194, kann der Gitterfilm vollständig entfernt werden, und ein Metallgitter 214a–214c kann auf dem Wellenleiter 212 oder der Mantel- oder Pufferschicht 210 ausgebildet werden, falls gewünscht.
  • Um den Resonanzreflektor von den optoelektronischen Vorrichtungen, und insbesondere dem leitenden oberen Spiegel 202, zu isolieren, kann die Mantel- oder Pufferschicht 210 ausreichend dick sein, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie im evaneszenten Teil des geführten Modus im Wellenleiter 212 in den oberen Spiegel 202 eintritt. Alternativ, oder zusätzlich, kann die Mantel- oder Pufferschicht 210 aus einem Material gebildet sein, dass einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters 212 aufweist, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie im evaneszenten Teil des geführten Modus in dem Wellenleiter 212 in den oberen Spiegel 202 eintritt.
  • Die Implementierung der beschriebenen Resonanzreflektor-Optoelektronikstrukturen ermöglicht die Steuerung von Polarisation, Emissionswellenlänge und Modus bzw. Moden. Diese Strukturen und Eigenschaften können unter Verwendung von Techniken wie Lithographie oder Holographie konzipiert und hergestellt werden, und müssen nicht nur Wachstumsdickeveränderungen alleine unterworfen sein. Die obigen Techniken können angewandt werden, um z. B. VCSELs mit Hochleistungs-Einzelmo den/Polarisationsemission aus Öffnungen größer als ein paar Mikron im Durchmesser herzustellen. Weiterhin kann eine Wellenlängen- und/oder Polarisationsvariation über einen Chip, ein Array oder einen Wafer für ein räumlich verändertes Wellenlängen/Polarisationsteilungs-Multiplexen, Multi-Wellenlängen-Spektroskopie usw. verwendet werden.
  • Nachdem somit die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, werden die Fachleute auf dem Gebiet leicht anerkennen, dass die hier zu findenden Lehren auch noch auf weitere Ausführungsbeispiele innerhalb des Umfangs der hier angefügten Ansprüche angewandt werden können.

Claims (34)

  1. Optoelektronische Vorrichtung, umfassend: einen oberen Spiegel (134, 202) und einen unteren Spiegel, wobei der obere Spiegel und der untere Spiegel zumindest teilweise leitend sind; einen Resonanzreflektor (52, 84, 32), der angrenzend an einen ausgewählten der oberen oder unteren Spiegel angeordnet ist, wobei der Resonanzreflektor einen Wellenleiter (66, 82, 136, 212) und ein Gitter (58, 90, 138, 214) umfasst, die so ausgelegt sind, dass ein Wellenvektor erster Beugungsordnung des Gitters im Wesentlichen einem Verbreitungsmodus des Wellenleiters entspricht, gekennzeichnet durch: eine Mantel- oder Pufferschicht (80, 210), die zwischen dem Resonanzreflektor und dem ausgewählten oberen oder unteren Spiegel angeordnet ist, wobei die Mantel- oder Pufferschicht ausreichend dick ist oder einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters aufweist, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie des evaneszenten Teils des geführten Modus in dem Wellenleiter in den ausgewählten oberen oder unteren Spiegel eintritt.
  2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) nicht-leitend ist.
  3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) und der Wellenleiter (166, 82, 136, 212) jeweils einen Brechungsindex aufweisen, wobei der Brechungsindex der Mantel- oder Pufferschicht wesentlich kleiner als der Brechungsindex des Wellenleiters ist.
  4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der ausgewählte obere Spiegel (134, 202) oder der ausgewählte untere Spiegel eine angrenzende Schicht umfasst, die angrenzend an die Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) angeordnet ist, wobei der Brechungsindex der Mantel- oder Pufferschicht kleiner als der Brechungsindex der angrenzenden Schicht ist.
  5. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Dicke der Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) größer als die angrenzende Schicht ist.
  6. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Dicke der Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) von dem Unterschied des Brechungsindex zwischen der Mantel- oder Pufferschicht und dem Wellenleiter (66, 82, 136, 212) abhängt.
  7. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) eine dielektrische Schicht ist.
  8. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) eine Aluminiumoxidschicht ist.
  9. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Bereich des Wellenleiters (166, 82, 136, 212) AlGaAs umfasst.
  10. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Bereich des Wellenleiters (166, 82, 136, 212) einen Nichtleiter mit hohem Brechungsindex umfasst.
  11. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Gitter (58, 90, 138, 214) eine dielektrische Schicht ist.
  12. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Gitter (58, 90, 138, 212) eine Siliziumoxidschicht ist.
  13. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) als Teil des Resonanzreflektors (52, 84, 132) wirkt.
  14. Monolithischer Transceiver mit einer Licht ausgebenden Vorrichtung und einer Licht empfangenden Vorrichtung, umfassend: einen unteren Spiegel auf einem Substrat, wobei der untere Spiegel zumindest teilweise leitend ist; einen aktiven Bereich auf dem unteren Spiegel; einen oberen Spiegel (134, 202) auf dem aktiven Bereich, wobei der obere Spiegel zumindest teilweise leitend ist; einen Wellenleiter (66, 82, 136, 212); eine Gitterschicht (58, 90, 138, 214) mit einer ersten geätzten Gitterstruktur über dem Wellenleiter, wobei der Wellenleiter und das Gitter so ausgelegt sind, dass ein Wellenvektor erster Beugungsordnung des Gitters im Wesentlichen einem Verbreitungsmodus des Wellenleiters entspricht, gekennzeichnet durch: eine Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) zwischen dem Wellenleiter und dem oberen Spiegel, wobei die Mantel- oder Pufferschicht nicht-leitend ist, wobei die Mantel- oder Pufferschicht ausreichend dick ist oder einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters aufweist, so dass im Wesentlichen verhindert wird, dass Energie des evaneszenten Teils des geführten Modus in dem Wellenleiter in den oberen Spiegel eintritt.
  15. Monolithischer Transceiver nach Anspruch 14, ferner umfassend eine zweite geätzte Gitterstruktur über der Licht empfangenden Vorrichtung.
  16. Monolithischer Transceiver nach Anspruch 14, wobei die Gitterschicht keine geätzte Gitterstruktur über der Licht empfangenden Vorrichtung aufweist.
  17. Monolithischer Transceiver nach Anspruch 14, wobei die Gitterschicht (58, 90, 138, 214) über der Licht empfangenden Vorrichtung entfernt ist.
  18. Vorrichtung, umfassend: ein erstes Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei zumindest ein Teil einer optoelektronischen Vorrichtung auf der Vorderseite ausgebildet ist; ein zweites Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite mit einem Resonanzreflektor (52, 84, 132), der einen Wellenleiter (66, 82, 136, 212) und ein Gitter (58, 90, 138, 214) aufweist, die auf der Vorderseite ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass: die Vorderseite des ersten Substrats mittels eines optischen Epoxydharzes, das ausreichend dick ist oder einen ausreichend niedrigen Brechungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Resonanzreflektor-Wellenleiters aufweist, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie eines evaneszenten Teils eines geführten Modus im Wellenleiter in das erste Substrat eintritt, mit der Vorderseite des zweiten Substrats verbunden ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Gitter (58, 90, 138, 214) näher zur Vorderseite des zweiten Substrats als der Wellenleiter (66, 82, 136, 212) angeordnet ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Wellenleiter (66, 82, 136, 212) näher zur Vorderseite des zweiten Substrats als das Gitter (58, 90, 138, 214) angeordnet ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das optische Epoxydharz nicht-leitend ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Wellenleiter (66, 82, 136, 212) und das Gitter (58, 90, 138, 214) so ausgelegt sind, dass ein Wellenvektor erster Beugungsordnung des Gitters im Wesentlichen einem Verbreitungsmodus des Wellenleiters entspricht.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 18, ferner umfassend eine kollimierende Mikrolinse, die auf der Rückseite des zweiten Substrats angeordnet ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die kollimierende Mikrolinse zu dem Resonanzreflektor (52, 84, 132) und der optoelektronischen Vorrichtung ausgerichtet ist.
  25. Verfahren zum Bilden einer optoelektronischen Vorrichtung, umfassend: Vorsehen eines unteren Spiegels auf einem Substrat, wobei der untere Spiegel zumindest teilweise leitend ist; Vorsehen eines aktiven Bereichs über dem unteren Spiegel; Vorsehen eines oberen Spiegels (34, 202) über dem aktiven Bereich, wobei der obere Spiegel zumindest teilweise leitend ist; Vorsehen eines Wellenleiters (66, 82, 136, 212) und eines Gitters (58, 90, 138, 214) über der Mantel- oder Pufferschicht, wobei der Wellenleiter und das Gitter so ausgelegt sind, dass ein Wellenvektor erster Beugungsordnung des Gitters im Wesentlichen einem Verbreitungsmodus des Wellenleiters entspricht, gekennzeichnet durch: Vorsehen einer Mantel- oder Pufferschicht (80, 120) über dem oberen Spiegel, wobei die Mantel- oder Pufferschicht nicht-leitend ist, wobei die Mantel- oder Pufferschicht ausreichend dick ist oder einen ausreichend niedrigen Bre chungsindex in Bezug auf den Brechungsindex des Wellenleiters aufweist, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Energie des evaneszenten Teils des geführten Modus in dem Wellenleiter in den oberen Spiegel eintritt.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Brechungsindex des Wellenleiters (66, 82, 136, 212) höher als der durchschnittliche Brechungsindex des Gitters (58, 90, 138, 214) ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Wellenleiter (66, 82, 136, 212) einen ersten Nichtleiter umfasst und die Mantel- oder Pufferschicht (80, 120) eine zweite nicht-leitende Schicht umfasst, wobei der erste Nichtleiter einen höheren Brechungsindex als der zweite Nichtleiter aufweist.
  28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) anfänglich AlGaAS ist und dann zu AlO oxidiert wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Mantel- oder Pufferschicht (80, 210) seitlich oxidiert ist.
  30. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Wellenleiter (66, 82, 136, 212) aus GaAs gebildet ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Gitter (58, 90, 138, 214) durch Ätzen einer SiO2-Schicht zu einem Gitter gebildet wird.
  32. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der obere Spiegel (134, 202) und der untere Spiegel Spiegel vom Typ „Distributed Bragg Reflector" sind.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Spiegel vom Typ „Distributed Bragg Reflector" abwechselnde Schichten aus AlGaAs und AlAs aufweisen.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei eine oberste Schicht des oberen Spiegels (134, 202) AlGaAs ist.
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