DE10021564A1 - Oben-Kontakt-VCSEL mit Monitor - Google Patents

Oben-Kontakt-VCSEL mit Monitor

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DE10021564A1
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Jan Joensson
Vilhelm Oskarsson
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen sogenannten VCSEL-Laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) und eine Monitordiode in Kombination, mit reduzierter parasitärer Kapazität zur Verwendung in Kommunikationssystemen mit hoher Bandbreite. Der VCSEL hat Kontakte sowohl vom p-Typ wie vom n-Typ auf der gleichen Fläche. Dies ermöglicht es, den VCSEL auf einem Monitorchip oder einer Monitordiode anzubringen, ohne eine Metallkontaktschicht zu verwenden. Bei einer Ausführungsform, wo der VCSEL an den Monitorchip angelötet wird, wird nur ein kleiner Metallflecken, nicht größer als der VCSEL selbst, verwendet. Die Reduktion in der Metallisierung führt zu einer niedrigeren parasitären Kapazität, die ihrerseits zu höheren Arbeitsgeschwindigkeiten führt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laser vom VCSEL-Typ (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) mit zugeordneter Ausgangsüberwachungseinrichtung und insbesondere solch eine Kombination zur Verwendung in Anwendungen mit hoher Bandbreite.
Laser und insbesondere Halbleiterlaser, wie solche, die aus III-V-Verbindungen gebildet sind, werden häufig als Transmitter in digitalen Kommunikationssystemen eingesetzt. Laser dieser Art sind besonders gut geeignet für Systeme auf der Basis von optischen Fasern, bei denen der optische Ausgang des Lasers entsprechend einem elektrischen Eingang zur Einrichtung moduliert wird. Das modulierte optische Signal kann über rela­ tiv große Entfernungen unter Verwendung von stromleitenden Transmissionssystemen mit optischer Faser übertragen werden.
Frühere Laser in solchen Anwendungen umfassen kantenemittierende Laser, wobei die gespaltenen Kanten der Einrichtung die reflektierenden Flächen des Fabry-Perrot- Hohlraums darstellen. Kantenemittierende Laser haben gewisse Begrenzungen hin­ sichtlich eines Testens vor dem Zusammenbau und im Zusammenbau, um wirksam optische Fasern mit kleinem Durchmesser zu kuppeln.
Oberflächenemittierende Laser und insbesondere Vertikalhohlraum- oberflächenemittierende Laser (sogenannte VCSEL) wurden kürzlich entwickelt und stellen eine Verbesserung gegenüber kantenemittierenden Einrichtungen zur Verwen­ dung in Kommunikationsanwendungen mit optischer Faser dar. Der VCSEL, der seinen aktiven Bereich zwischen zwei reflektierenden Schichten findet, beispielsweise Bragg- Spiegeln, emittiert in einer Ebene normal zu einer der zwei Hauptflächen der Laserein­ richtung. Bekanntlich umfassen solche Einrichtungen ein Material eines ersten Leitfä­ higkeitstyps, beispielsweise vom n-Typ, für einen der Bragg-Spiegel und Material eines zweiten Leitfähigkeitstyps, nämlich des p-Typs, für den anderen Bragg-Spiegel. Der aktive Zwischenbereich oder die Schicht kann eine Verkleidungsschicht benachbart jedem der Bragg-Spiegel einschließen. Die Bragg-Spiegel sind typischerweise aus ab­ wechselnden Schichten von III-V-Halbleitermaterial gebildet, wobei jede Schicht eine unterschiedliche Reflexionseigenschaft hat. Jede abwechselnde Schicht hat typischer­ weise eine Dicke gleich einer viertel Wellenlänge, basierend auf der Emissionswellen­ länge des aktiven Materials.
Bei dieser Struktur, insbesondere bei oben emittierenden VCSEL, wird die Rück- oder Bodenfläche der Einrichtung gewöhnlich an einem Aufbausubstrat befestigt und der Laserausgang durch den Kopf oder die Vorderfläche der Einrichtung emittiert. Eine e­ mittierende Öffnung, die durch einen der Einrichtungskontakte definiert wird, ist typi­ scherweise so konfiguriert, daß eine Ausrichtung mit einer optischen Faser möglich wird. Solche Einrichtungen werden hergestellt unter Verwendung sehr gut etablierter Verfahrenstechniken und ergeben verläßliche Laser, die zweckmäßigerweise in opti­ schen Transmittereinheiten zusammengebaut werden können.
Die Art der VCSEL und tatsächlich der Halbleiterlaser im allgemeinen ist darin zu se­ hen, daß die elektrischen und optischen Eigenschaften zwischen jeder Einrichtung ge­ ring variieren. Der optische Ausgang, genommen als Funktion des Eingangsstroms während des Laserbetriebes stellt einen steilen Anstieg dar und geringe Veränderun­ gen in der Arbeitsumgebung können zu merklichen Veränderungen im Ausgang führen. Aus diesem Grunde ist es üblich, eine Überwachungsdiode oder einen Überwachungs- oder Monitorchip mit einem VCSEL vorzusehen, wobei der Monitorchip so angeordnet ist, daß er einen repräsentativen Teil des optischen Ausgangs empfängt. Der repräsen­ tative Ausgang kann verwendet werden, um jede Lasereinrichtung zu kalibrieren oder er kann verwendet werden in einem Feedback-Mode, um den optischen Ausgang des Lasers zu regeln. Die Regelung kann erforderlich sein, um sicherzustellen, daß der op­ tische Ausgang des Lasers in voreingestellte Grenzen fällt, wie dies beispielsweise er­ forderlich sein kann durch "narrensichere" Vorschriften der "Standard Agencies". Typi­ scherweise wird es sich bei der Überwachungsdiode um einen Phototransistor, bei­ spielsweise eine PIN-Einrichtung, mit einer Empfindlichkeitskurve handeln, die im all­ gemeinen an den Wellenlängenausgang des Lasers angepaßt ist.
Laser/Monitorkombinationen werden oft in einem speziell ausgelegten sogenannten Gehäuse, wie einer TO-46-Büchse, montiert, die über eine Aufbaubasis mit isolierten Verbindungszuführungen und einen abgedichteten Deckel verfügt. Diese Abdeckung hat ein Fenster aus Glas oder anderem geeigneten transparenten Material über einen Zentralteil der Oberseite, derart, daß das Fenster bezüglich der emittierenden Öffnung der Lasereinrichtung ausgerichtet ist. Eine solche Kombination ist beschrieben in der US-Patentschrift 5 812 582, ausgegeben am 22. September 1998 auf den Namen Gilli­ land et al. In dem Patent 5 812 582 ist die Photodiode auf einem isolierten Substrat aufgebracht, das innerhalb einer TO-46-Büchse oder dergleichen positioniert ist. Ein großer Teil der Oberfläche der Photodiode ist mit einer Metallschicht oder Maske abge­ deckt. Ein VCSEL ist elektrisch an der Maske durch Löten oder leitende Epoxy befestigt und einer der Kontakte zum VCSEL, d. h. der rückseitige Kontakt, erfolgt über die Mas­ ke. Die Oberseite oder der (das) Top oder der emittierende Flächenkontakt geht über eine Drahtverbindung an einen der isolierten Anschlüsse in der TO-46-Büchse.
Die Bandbreitenkapazität der üblichen optischen Fasern überschreitet bei weitem die Bandbreite, wie sie von heutigen Kommunikationssystemen verwendet werden. Es ist daher eine kontinuierliche Anstrengung notwendig, um die Datengeschwindigkeit der Kommunikationssysteme zu erhöhen, um besser die Eigenschaften der optischen Fa­ sern zu nutzen. Da der Lasertransmitter einen wichtigen Aspekt des vollständigen Kommunikationssystems darstellt, ist es wichtig, daß die Schaltrate des Lasers so hoch wie möglich ist. Ein Faktor, der die Schaltrate bei Hochgeschwindigkeitsgeräten beeinflußt, ist die parasitäre Kapazität des VCSELs, des Überwachungschips und die Aufbaukonfiguration.
Von Wichtigkeit sind natürlich die Kosten des optischen Transmitters oder der La­ ser/Monitoranordnung. Diese Kosten umfassen die Materialverarbeitungskosten sowie die Kosten der Montage der Einrichtungen und der akkuraten Ausrichtung der Einrich­ tung bezüglich einer optischen Faser.
Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine VCSEL/Monitoreinrichtung mit niedrigen Kosten bei verminderter parasitärer Kapazität für Anwendungen mit hoher Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine VCSEL/Monitoranordnung vorgesehen, in der der VCSEL über Kontakte sowohl vom p- Typ wie vom n-Typ oben auf der Emitterfläche verfügt, und ist auf einer Überwa­ chungsdiode angebracht, die keine oder nur wenig Metallisierung in dem Montagever­ fahren verwendet.
Entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung ist daher ein Vertikalhohlraum- oberflächenemittierender Laser (VCSEL) und eine Photodetektorüberwachungsanord­ nung vorgesehen, die umfasst: einen photodetektierenden Überwachungschip mit einer ersten Photodetektorfläche und einer zweiten Fläche parallel hierzu; ein oben emittie­ render VCSEL, angebracht auf der ersten Fläche des Überwachungschips, wobei der VCSEL Kontakte sowohl vom p-Typ wie vom n-Typ oben auf der Fläche hat; und dieser Anordnung zugeordnete Mittel, um einen Teil der VCSEL-Emission an die erste Fläche des Monitorchips zu richten.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um einen Vertikalhohlraum-oberflächenemittierenden Laser (VCSEL) zusammenzu­ bauen, mit einem Photodetektorausgang, umfassend: zuerst wird ein Monitorchip mit einer Photodetektorfläche vorgesehen; oben emittierende VCSELs werden an der De­ tektorfläche befestigt, der VCSEL hat Kontakte vom p-Typ und n-Typ auf der oberen Fläche; und es werden Mittel zur Kontaktierung des Überwachungschips und des VCSELs vorgesehen.
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Monitorchip bzw. Überwachungschip;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen oben emittierenden VCSEL mit beiden Kon­ takten auf der emittierenden Fläche;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen VCSEL, aufgebracht auf einem Monitor­ chip nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Anordnung in einem Montagegehäuse mit einem Gefäß oder einer Büchse zur Verwendung in Verbindung mit einer optischen Faser und
Fig. 5 zeigt eine Bandbreitenkurve, wo das Modulationsansprechverhalten als Funktion der Frequenz gezeigt ist.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Monitorchips 10 zur Verwendung der Maßnahme nach der Erfindung. Der Monitor ist eine Photodiode PIN, eine Lawinendiode etc. Im Betrieb wird auf die Oberfläche 12 optische Energie einer geeigneten Wellenlänge auftreffen und dies führt zu einem elektrischen Ausgang über die Kontakte an der Vorrichtung. Der elektrische Ausgang wird abhängig sein von der Stärke der optischen Energie (vom Laser bei dieser Anwendung), die durch den Photodetektor- oder Monitorchip empfan­ gen wird. Ein elektrischer Kontakt ist auf der Rückseite (nicht dargestellt) vorgesehen und wird mit einer Drahtzuführung verbunden oder direkt auf einem Substrat durch an sich bekannte Mittel angeschlossen. In ähnlicher Weise kann ein Kontakt auf der obe­ ren oder vorderen Fläche mittels Drahtverbindungen zu einem oder beiden Kontakt­ pads oder -flecken 14 hergestellt werden. Alternativ kann die Monitordiode beide Kon­ takte auf der gleichen Seite haben und die elektrischen Verbindungen können durch Verbindungen der Stifte für Kontakte auf der Oberseite gemacht sein oder mittels be­ musterter Elektroden auf dem Photodiodenträger für Kontakte auf der Bodenseite.
Wie in Fig. 1 gezeigt, befindet sich mittig positioniert auf der Kopffläche des Monitor­ chips eine Ausrichtungsmarkierung 16. Diese kann quadratisch oder im wesentlichen quadratisch, wie in Fig. 1 gezeigt, sein und in der Gestalt oder dem Umriß eines VCSELs, der später beschrieben werden soll, entsprechen. Alternativ kann die Ausrich­ tungsmarke 16 einen kleinen Teil des VCSEL-Umrisses darstellen. Die Ausrichtungs­ marke kann geformt werden aus einem geeigneten Metall, damit der VCSEL in genau ausgerichteter Beziehung bezüglich der Photodiode angelötet werden kann. Diese Aus­ richtung ist wichtig bezüglich des Systempacks, wie später beschrieben werden wird. Alternativ kann die Ausrichtungsmarke eine nicht-metallische Schicht sein, solange sie eine stabile Fläche bietet, während sie eine geeignete Ausrichtungsmarke darstellt. Es ist natürlich möglich, bei gewissen Montagetechniken den VCSEL genau auf dem Ü­ berwachungschip zu positionieren, ohne die spezielle Ausrichtungsmarke zu Hilfe zu nehmen. Beispielsweise kann das Kontaktmuster oder die Chipkante zu Ausrichtungs­ zwecken herangezogen werden.
Nach Fig. 2 hat der VCSEL 20 nach der vorliegenden Erfindung Kontakte sowohl vom p- wie vom n-Typ auf der Oberfläche. Eine emittierende Öffnung 22 ist typischerweise definiert durch einen der Kontakte 24 (beispielsweise vom p-Typ), der mit dem Bragg- Spiegel der VCSEL-Struktur vom p-Typ verbunden werden kann. Ein zweiter Kontakt 26, beispielsweise vom n-Typ, wird mit dem Bragg-Spiegel vom n-Typ in an sich be­ kannter Weise verbunden. Eine Stromöffnung ist typischerweise im aktiven Bereich (nicht dargestellt) vorgesehen, um den Injektionsstrom auf den gewünschten Bereich der Struktur zu begrenzen. Kontaktflecken oder -pads 24 und 26 sind aus geeignetem Material aufgebaut und nehmen Drahtbindungen oder dergleichen zur Verbindung mit einer geeigneten Eingangsquelle auf.
Der VCSEL 20 ist in Fig. 2 gezeigt und ist im wesentlichen quadratisch (oder recht­ eckig), während selbstverständlich auch andere Formen und Größen der Einrichtungen erfindungsgemäß verwendet werden können. Die Ausrichtungsmarke 16 auf dem Moni­ torchip wird natürlich zu modifizieren sein, um im allgemeinen der Form und Größe des VCSEL-Chips zu entsprechen, wenn andere Konfigurationen verwendet werden.
Auch im Rahmen der Erfindung ist es möglich, einen bodenemittierenden VCSEL mit Kontakten sowohl vom p-Typ wie vom n-Typ auf der Bodenfläche zu verwenden.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen VCSEL 20, der auf dem Monitorchip 10 gestapelt oder angebracht ist. Wenn die Ausrichtungsmarke aus Metall gebildet ist, wird die rückseitige Fläche des VCSEL-Chips eine geeignete Metallisierung tragen, damit der VCSEL an den Monitorchip durch Löten befestigt werden kann. In diesem Fall rich­ tet sich der VCSEL selbst auf die Ausrichtungsmarke durch den Lötprozeß aus. Selbst­ verständlich kann die Ausrichtungsmarke beschränkt werden auf einen gewissen Teil der Größe des VCSELs und wird trotzdem zu einer guten mechanischen Verbindung führen und in geeigneter Weise ausgerichtet sein.
Der VCSEL kann auch am Monitorchip durch geeignete Klebstoffe befestigt sein, von denen viele für solche Zwecke verfügbar sind. Die Ausrichtungsmarke in diesem Fall wird bevorzugt nicht aus Metall, sondern aus irgendeinem anderen Material, wie bei­ spielsweise einem Dielektrikum, sein, das wieder ein Muster derart hat, das dem Be­ triebspersonal am richtigen Ort des VCSELs bezüglich des Monitorchips Hilfe leistet. Wie vorher erwähnt, ermöglichen gewisse Montagetechniken es dem Betriebspersonal, den VCSEL auf dem Überwachungschip zu positionieren, ohne irgendwelche speziel­ len Ausrichtungsmarken zu verwenden.
Klebstoffmaterialien, die nachweislich zur Befestigung des VCSEL am Monitorchip ge­ eignet sind, beinhalten bestimmte Epoxiharze und insbesondere Thermoplasten. Ein solches Material ist die Alpha Metals Staystik Thermoplastic Paste ohne Füllstoff (101, 181) mit dem entsprechenden Verdünner. Obwohl die Paste auf der Rückseite mit individueller Form angewendet werden kann, werden Vorteile erreicht, indem auf der Rückseite eines komplett verarbeiteten Wafers des VCSEL eine Schicht der Paste auf­ gebracht wird und die Paste in einer dünnen einheitlichen Schicht versprüht wird. Die Paste kann durch verschiedene Methoden, inklusive Sieben, aufgebracht werden, eine besonders geeignete Methode ist das schnelle Drehen. Bei dieser Methode wird die Paste in der Mitte der Rückseite eines fertig verarbeiteten Wafers aufgebracht und der Wafer auf einem Dreher von dem Typ plaziert, der bei der Anwendung von licht­ unempfindlicher Deckmasse (Photoresist) verwendet wird. Die Drehbewegung bewirkt, dass die Paste gleichmäßig über der Fläche durch Zentrifugalkraft verteilt wird. Nach der schnellen Drehung wird die dünne Schicht von Paste durch Hitze getrocknet und dadurch auf den Wafer geschmolzen. Das zum Trocknungszyklus verwendete Tempe­ raturprofil hängt von der verwendeten Paste ab, kann aber bis zu 350°C betragen.
Die getrocknete und geschmolzene Paste kann gemustert werden durch selektives Ab­ tragen von Material mittels herkömmlicher lithographischer Verfahren. Der Wafer kann dann entlang der gemusterten Linien aufgerissen werden und anschließend in individu­ elle VCSEL-Geräte gebrochen werden. Andernfalls wird die Paste als kontinuierliche Deckschicht belassen und der Wafer auf einem typischen blauen klebrigen Band pla­ ziert, das allgemein in der Industrie verwendet wird, und anschließend wird der Wafer in individuelle VCSELs geschnitten, indem eine Wafersäge verwendet wird. Die individuel­ len VCSELs werden von dem blauen Band abgenommen und auf der Oberseite des Monitorchips plaziert, wobei gegebenenfalls die genannten Ausrichtungsmarkierungen verwendet werden.
Die Kombination wird dann auf den Punkt erhitzt, wo die Klebstoffpaste schmilzt, und unter nachfolgender Kühlung wird der VCSEL fest mit dem Monitorchip verbunden.
Die Aufbringung einer dünnen ebenen Schicht der Paste durch schnelles Drehen (bzw. Spinnen) führt beispielsweise zu einer kontrollierten Dicke des Klebstoffs. Die dünne Schicht führt zu einem wesentlich geringeren Grad des Kippens des VCSEL auf dem Monitorchip, wenn die Paste geschmolzen und nachgehärtet wird. Dies ist eine wichtige Überlegung, da der VCSEL in einem optischen System verwendet wird und jegliche Falschausrichtung zu schlechteren Kopplungscharakteristika führen kann. Zusätzlich führt eine übermäßige Dicke der Paste zu einem reduzierten Wärmeübergang durch das Gerät, was die Zuverlässigkeit des Geräts beeinträchtigt.
Die oben genannte Technik der Aufbringung einer Klebstoffpaste auf die VCSELs bein­ haltet, dass, sobald der VCSEL auf dem Monitorchip befestigt ist, sich der Kleber nicht über den Laser auf die umliegende Monitorfläche verteilt. Dies verbessert das Spurver­ hältnis bzw. Trackingverhältnis, d. h. wie gut der Monitorstrom den tatsächlichen Aus­ gang des VCSEL beschreibt. Darüber hinaus ist kein Überschuss an Klebstoff vorhan­ den, der die Montagewerkzeuge und den VCSEL an sich verschmutzen könnte. Als ein zusätzlicher Vorteil schützt der Kleber die zerbrechliche Rückseite des VCSEL, wäh­ rend das Gerät von dem blauen Band gelöst wird, was ein Aufdrücken mit einem Stift oder dergleichen beinhalten könnte.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Anordnung der Fig. 3, montiert in einem Bauteil, beispielsweise einer üblichen T0-46-Büchse. Wie gezeigt, umfasst die Büchse Ständer oder Anschlüsse 32, die normalerweise isoliert sind, die jedoch auch nicht isoliert zur Verwendung bei einer Maßnahme der Herstellung eines elektrischen Eingangs zum VCSEL sind und um den optischen Ausgang des VCSELs vermittels des elektrischen über das Monitorchip erzeugten Signals zu erreichen. Der Deckel 42 umfasst eine re­ flektierende Oberfläche 44, bei der es sich um ein Fenster oder eine Linse handeln kann. Das Material für die reflektierende Oberfläche kann Glas, plastisches Epoxy oder ein anderes Material sein, das wenigstens teilweise gegen die Wellenlänge des VCSELs transparent ist. Ein Teil des Laserausgangs wird durch das Fenster 44 zurück in das Innere des Deckels reflektiert und trifft auf der Monitorchipoberfläche 12 auf und liefert so ein Signal, welches proportional dem VCSEL-Ausgang ist.
Offensichtlich ist die Positionierung der emittierenden Öffnung des VCSELs bezüglich einer optischen, mit der Anordnung gekoppelten Faser kritisch. Das Positionieren der Unteranordnung, bei der es sich um eine TO-46-Büchse, eine TO-56-Büchse, einen MT-Connector oder eine andere Unteranordnung handelt, kann bezüglich der Faser mittels eines Gefäßes oder einer Büchse fixiert werden. Es ist daher wichtig, daß der VCSEL und damit die emittierende Öffnung günstig bezüglich der Basis der TO-46- Büchse positioniert wird. Die Ausrichtungsmarke auf dem Monitorchip trägt zur Positio­ nierung des VCSELs bezüglich des Monitorchips bei, und die Positionierung des Moni­ torchips bezüglich des Bauteils/Gehäuses kann durch andere Mittel vorgenommen werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Mittelachse der emittierenden Öffnung bezüg­ lich der Mitte des Fensters 44 sowie der Längsachse einer optischen Faser (nicht ge­ zeigt) ausgerichtet.
Durch Reduzierung der Menge an Metall in der VCSEL-Monitoranordnung nach der Erfindung wird die parisitäre Kapazität entsprechend reduziert. Die bekannte Vorrich­ tung, wie in der US-PS 5 812 582 beschrieben, benutzt eine Metallmaske oder Schicht oben auf dem Monitorchip. Diese Maske in Kombination mit dem Substrat, auf dem der Chip montiert ist, wirken als ein Plattenkondensator (Capacitor) und die hierdurch er­ zeugte parasitäre Kapazität kann eine Verzögerung einbringen, die den Hochge­ schwindigkeitsbetrieb beeinflußt. In ähnlicher Weise kontaktiert der VCSEL, der auf sich gegenüberliegenden Flächen vorgesehen ist, einen anderen Plattenkondensator, der auch zur parasitären Kapazität der Kombination beiträgt. Erfindungsgemäß befinden sich beide VCSEL-Kontakte auf der oberen oder emittierenden Fläche, wodurch die parasitäre Kapazität reduziert wird. Zusätzlich ist die Metallmaske auf dem Monitorchip nach dem Stand der Technik erfindungsgemäß nicht notwendig, da ein elektrischer rückseitiger Anschluß nicht gemacht wird.
Die Diagramme in Fig. 5 vergleichen den Durchlaßbereich bzw. das Frequenzverhal­ ten der Einrichtungen nach der Erfindung (Kurve A) mit Einrichtungen nach dem Stand der Technik (Kurven B und C). Das Diagramm erläutert, daß der Ausgang der Einrich­ tungen nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen bis zu 1,7 GHz konstant bleibt, selbst wenn das Bauteil/Gehäuse eine TO-46-Büchse ist, das für hohe Frequen­ zen nicht optimiert ist. Anwendungen für Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfin­ dung umfassen Datenübertragungen hoher und niedriger Geschwindigkeit, zum Bei­ spiel 100 Mbps Ethernet, Gigabit Ethernet, Fiber Channel und ATM oder SDH und IEEE. Anwendungen umfassen auch Nicht-Faseranwendungen, wie medizinische und chemische, wo die Konzentration einer Substanz mittels ihrer Wechselwirkung mit Pho­ tonen bei der emittierten Wellenlänge gemessen wird. Tatsächlich richtet sich die Erfin­ dung auf jede Anwendung, wo eine Monitordiode für den Feedback der optischen Leis­ tung erforderlich ist.
Während besondere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt wurden, ist es für den Fachmann klar, daß zahlreiche Variationen, ohne das Basiskon­ zept der vorliegenden Erfindung zu verlassen, vorgenommen werden können. Bei­ spielsweise können Form und Größe des VCSELs und der Monitordiode entsprechend der Anwendung gewählt werden. Der Leitfähigkeitstyp des VCSELs und der Monitordi­ ode werden nicht beeinflußt durch die Montagetechnik, d. h. ein VCSEL mit einem Sub­ strat vom n-Typ kann aufgebracht werden auf einen p-Typ, einen n-Typ oder einen iso­ lierenden Teil des Monitorchips. Das gleiche gilt für einen VCSEL, der auf einem Sub­ strat vom p-Typ gewachsen ist. Zusätzlich umfasst die vorliegende Erfindung, dünne Klebstoffrohlinge anstelle von dünnen Klebstoffschichten angewendet auf der Hintersei­ te des Wafers durch schnelles Drehen (bzw. Spinnen). Selbstverständlich fallen diese Variationen in den vollen Bereich der Erfindung, insbesondere wie er durch die Ansprü­ che definiert ist.

Claims (28)

1. Anordnung aus einem Laser vom VCSEL-Typ (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) und einem Photodetektor-Monitor, die aufweist: einen Photodetektor- Monitorchip mit einer ersten als Photodetektor wirksamen Fläche und einer zweiten Fläche parallel hierzu sowie einen oben emittierenden VCSEL-Laser, der auf der ersten Fläche dieses Monitorchips sitzt, wobei der VCSEL-Laser Kontakte sowohl vom p-Typ wie vom n-Typ auf einer oben befindlichen Seite hiervon hat und Mittel dieser Anordnung zugeordnet sind, um einen Teil der La­ ser-Emission auf die erste Fläche des Monitorchips zu richten.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei dieser Laser an der Bodenseite emittierend ausgebildet ist und die Kontakte vom p-Typ und n-Typ sich auf der Bodenseite befinden.
3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Photodetektor-Monitorchip in einem Wellenlängenbereich empfindlich ist, welcher die Emissionswellenlänge des La­ sers einschließt.
4. Anordnung nach Anspruch 3, angeordnet in einem Gehäuse, das Zugang zu äußeren Anschlüssen für den Monitorchip und den Laser bietet.
5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse einen Deckel hat, der ein zu­ mindest teilweise transparentes Fenster hat, das im wesentlichen auf einen e­ mittierenden Bereich des Lasers ausgerichtet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse einen Deckel hat, der eine zumindest teilweise transparente Linse enthält, die im wesentlichen mit einem emittierenden Bereich des Lasers fluchtet.
7. Anordnung nach Anspruch 5, wobei das Fenster einen reflektierenden Bereich umfasst, der einen Teil der Emission vom Laser auf den Monitorchip richtet.
8. Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Linse einen reflektierenden Bereich umfasst.
9. Anordnung nach Anspruch 7, wobei der Monitorchip auf der ersten Fläche Ausrichtungsmarkierungen zur Verwendung bei der Ausrichtung des Lasers auf den Monitorchip enthält.
10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Form der Ausrichtungsmarkierungen im wesentlichen der Form des Lasers gleicht.
11. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Ausrichtungsmarkierungen metallbeschichtet sind, um das Auflöten des Lasers auf den Monitorchip zu erlauben.
12. Anordnung nach Anspruch 10, wobei die Ausrichtungsmarkierungen einen Teil der Form des Lasers bilden und metallbeschichtet sind, um das Auflöten des Lasers auf den Monitorchip zu erlauben.
13. Anordnung nach Anspruch 9, die weiter ein Behältermittel enthält, um das Gehäuse aufzunehmen und um den emittierenden Bereich des Lasers bezüglich einer Lichtleit-Faser in Flucht zu bringen.
14. Verfahren zum Zusammenbauen eines Lasers vom VCSEL-Typ und eines Monitorchippaares für einen optischen Photodetektorausgang, wobei ein Monitorchip mit einer Photodetektorfläche vorgesehen wird, an dessen Detektorfläche ein solcher Laser befestigt wird, wobei dieser Laser Kontakte vom p-Typ und vom n-Typ auf seiner emittierenden Oberseite hat; und wobei Mittel vorgesehen sind, um den Monitorchip und den Laser zu kontaktieren.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Detektorfläche des Monitorchips mit einer Ausrichtungsmarke versehen ist, die der Ausrichtung dieses VCSEL auf diesen Chip dient.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei diese Ausrichtungsmarke metallbeschichtet ist, damit dieser Laser an diesem Monitorchip durch Löten befestigbar ist.
17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei diese Kombination aus Monitorchip- und VCSEL-Laser in einem Gehäuse mit einem Fenster derart montiert ist, daß eine Emission von dem Laser aus dem Gehäuse durch das Fenster nach außen erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein Teil dieser Emission durch das Fenster auf den Monitorchip reflektiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kombination aus Monitorchip und Laser in einem Gehäuse montiert ist, die eine Linse aufweist, derart, daß die Emission des Lasers das Gehäuse über diese Linse verläßt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein Teil dieser Emission durch diese Linse auf den Monitorchip reflektiert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der VCSEL an dem Monitorchip mittels Klebstoff befestigt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Klebstoff eine thermoplastische Paste ohne Füllstoff ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die thermoplastische Paste an der Rückseite eines Wafers aus VCSEL-Material aufgebracht wird und zu einer dünnen ebenen Schicht durch schnelles Drehen (bzw. Spinnen) umgewandelt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei individuelle VCSELs mit einem Film von thermoplastischem Klebstoff auf der Rückseite des Monitorchips positioniert werden und erhitzt werden, um den Klebstoff zu schmelzen, so dass nach Kühlung der VCSEL auf dem Monitorchip gehalten wird.
25. Ein Verfahren zur Anwendung eines Klebstoffs auf der Montagefläche eines Halbleitergeräts umfassend:
Auftragen eines Klebstoffs in viskoser Form auf die Montagefläche eines Wafers mit einer Vielzahl von Halbleitergeräten;
Schnelles Drehen (bzw. Spinnen) des Wafers, um die Paste in eine dünne gleichmäßige Schicht zu verteilen;
Erhitzen des Wafers, um den Klebstoff auszuhärten;
Aufteilen des Wafers in individuelle Halbleitergeräte.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Halbleitergeräte VCSELs mit einer emittierenden Oberfläche gegenüber der Montagefläche sind.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der VCSEL mit einer Klebstoffschicht auf dem Monitorchip montiert wird und erhitzt wird, um den Klebstoff so zu schmelzen, dass der VCSEL an dem Monitorchip durch Kühlung befestigt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Klebstoff eine thermoplastische Paste ohne Füllstoff ist.
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