DE10353546B4 - Conductive holding posts in air gap based, optoelectronic devices and manufacturing processes - Google Patents
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Abstract
Optoelektronisches, vertikal orientiertes Bauelement, enthaltend einen Schichtaufbau (69; 92) mit mehreren optisch wirksamen Schichten (10; 53, 56, 57, 58, 59, 62; 83, 87, 89) und wenigstens einem gas- oder flüssigkeitsgefüllten Schichtzwischenraum (17; 55; 94), wobei der Schichtaufbau mittels wenigstens einer äußeren, einem Randbereich des Schichtaufbaus zugeordneten Randstütze (67; 91) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Schichten des Schichtaufbaus durch ein Verbindeelement (14, 15, 16; 68; 90) fest miteinander verbunden sind, wobei sich das Verbindeelement abseits des Randbereichs des Schichtaufbaus befindet.Optoelectronic, vertically oriented component, containing a layer structure (69; 92) with a plurality of optically active layers (10; 53, 56, 57, 58, 59, 62; 83, 87, 89) and at least one gas or liquid filled layer gap (17; 55; 94), wherein the layer structure by means of at least one outer, one Edge region of the layer structure associated edge support (67; 91), characterized in that at least two the layers of the layer structure by a connecting element (14, 15, 16; 68; 90) are firmly connected to each other, wherein the Connecting element is located away from the edge region of the layer structure.
Description
STAND DER TECHNIKSTATE OF TECHNOLOGY
Die vorliegende Erfindung betrifft opto-elektronische Bauelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung. Insbesondere betrifft sie vertikal orientierte Bauelemente mit einem Schichtaufbau mit mehreren, optisch wirksamen Schichten und wenigstens einem gas- oder flüssigkeitsgefüllten, insbesondere jedoch luft- oder vakuumenthaltenen Schichtzwischenraum, wobei der Schichtaufbau mittels wenigstens einer äußerer, einem jeweiligen Randbereich des Schichtaufbaus zugeordneten Randstütze gehalten wird.The The present invention relates to opto-electronic devices and Process for their preparation. In particular, it relates vertically oriented components with a layer structure with several, optical effective layers and at least one gas or liquid filled, in particular however, air or vacuum containing layer gap, wherein the Layer structure by means of at least one outer, a respective edge region the layer structure associated edge support is held.
In den letzten zehn Jahren haben vertikal orientierte, optoelektronische Bauelemente gegenüber horizontal auf einem Wafer orientierten Bauelementen immer mehr an wirtschaftlichem Interesse gewonnen. Unter diese Gruppe fallen beispielsweise die so genannten „Vertical Cavity Surface Emitting Lasers", abgekürzt als VCSEL, oder „Vertical Cavity Fabry-Pérot Filters", abgekürzt als VCFPF.In The last ten years have been vertically oriented, optoelectronic Components opposite to horizontal On a wafer oriented components more and more economical Gained interest. This group includes, for example, the so-called "Vertical Cavity Surface Emitting Lasers ", abbreviated as VCSEL, or "Vertical Cavity Fabry-Pérot Filters ", abbreviated as VCFPF.
Die Hauptvorteile solcher vertikal orientierter Bauelemente gegenüber horizontal orientierten bestehen darin, dass vertikal orientierte Bauelemente vor dem Aufbau (packaging) auf dem Wafer bereits getestet werden können, das heißt sie brauchen nicht vom Wafer getrennt zu werden um getestet werden zu können. Dies bedeutet, dass die Testverfahren wesentlich effizienter gestaltet werden können.The Main advantages of such vertically oriented components over horizontal oriented exist in that vertically oriented components before the packaging on the wafer can already be tested, the is called they do not need to be separated from the wafer to be tested can. This means that the test procedures are much more efficient can be.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine effektivere Kopplung an Glasfasern ermöglicht wird, wodurch in einem Chip-Gehäuse, der die vertikal orientierten optoelektronischen Bauelemente enthält, ein vereinfachter Aufbau realisierbar ist. Bei optischen Filtern und Lasern stehen sich zwei Spiegelanordnungen gegenüber, getrennt durch die Kavität. Deren Geometrie und insbesondere deren Länge ist für die optischen Eigenschaften von großer Bedeutung. Bei vertikal orientierten optischen Filtern und Lasern ist die Kavität in der Regel sehr kurz, daher wird ein hoher, longitudinaler Modenabstand erreicht. Bei VCSEL ist das aktive Volumen sehr gering, daher können niedrige Schwellenströme erreicht werden. Die Herstellung der Spiegel, welche als DBR (Distributed Bragg Reflectors) ausgeführt sind, ist jedoch derzeit noch relativ schwierig, da eine sehr hohe Reflektivität der Spiegel von > 99,7 % benötigt wird, um die Anforderungen zu erfüllen, die für die kommerzielle Verwendung solcher Bauelemente vorgegeben sind.One Another advantage is that a more effective coupling to Fiberglass allows which, in a chip housing, containing the vertically oriented optoelectronic components simplified structure is feasible. For optical filters and Lasers face two mirror assemblies separated by the cavity. their Geometry and in particular its length is for the optical properties of great Importance. For vertically oriented optical filters and lasers is the cavity usually very short, therefore, a high, longitudinal mode spacing reached. With VCSEL the active volume is very low, therefore low threshold currents be achieved. The preparation of the mirrors, which are called DBR (Distributed Bragg Reflectors) are, however, still relatively difficult at present, as a very high reflectivity the level of> 99.7 % needed will meet the requirements for commercial use such components are given.
Einen speziellen Zweig innerhalb der Entwicklung der vorgenannten vertikal orientierten Bauelemente bildet der technologische Ansatz, den Schichtaufbau eines DBR-Spiegels durch eine wechselnde Abfolge von materiellen Membranschichten und zwischenliegenden Luftschichten (Luftspalte) zu bilden. Mit anderen Worten, der Schichtaufbau eines DBR-Reflektors enthält beispielsweise eine Anzahl n von Membranschichten und eine Anzahl von n-1 zwischenliegender Luftspalte.a special branch within the development of the above vertical Oriented components form the technological approach, the layer structure of a DBR mirror through an alternate sequence of material Membrane layers and intermediate air layers (air gaps) to build. In other words, the layer structure of a DBR reflector contains For example, a number n of membrane layers and a number of n-1 intermediate air gaps.
Der technische Aufbau, die Funktionsweise bei verschiedenen technischen Anwendungen, sowie die wichtigsten optischen Eigenschaften von vertikal orientierten, luftspalt-basierenden, DBR-Bauelementen ist offenbart in „H. Hillmer, J. Daleiden, C. Prott, F. Römer, S. Irmer, V. Rangelov, A. Tarraf, S.Of the technical structure, functioning in various technical Applications, as well as the main optical properties of vertically oriented, Air-gap based DBR devices are disclosed in "H. Hillmer, J. Daleiden, C. Prott, F. Römer, S. Irmer, V. Rangelov, A. Tarraf, S.
Schüler, M. Strassner: „Potential For Micromachined Actuation Of Ultra-wide Continuously Tunable Optoelectronic Devices.", Applied Physics B 75, 3–13 (2002), veröffentlicht am 08. August 2002.Student, M. Strassner: "Potential For Micromachined Actuation Of Ultra-wide Continuously Tunable Optoelectronic Devices. ", Applied Physics B 75, 3-13 (2002), published on August 08, 2002.
Die Verwendung von Luftspalten als Trennungsschicht zwischen den einzelnen Membranschichten ist deshalb vorteilhaft, weil eine von diesen beiden Schichten gebildete Grenzfläche (Luftspalt/Membranmaterial) einen sehr hohen Brechungsindexsprung aufweist. Dadurch kann die oben erwähnte hohe Reflektivität von 99,7 % der DBRs mit nur wenigen Perioden, z.B. bei Indiumphosphid (InP)/Luft mit 3 Membranschichten und 2 zwischenliegenden Luftspalten, erreicht werden.The Use of air gaps as a separation layer between the individual Membrane layers is advantageous because one of these two Layers formed interface (air gap / membrane material) has a very high refractive index jump. This allows the mentioned above high reflectivity of 99.7% of DBRs with only a few periods, e.g. at indium phosphide (InP) / air with 3 membrane layers and 2 intermediate air gaps become.
Des Weiteren tritt ein positiver Nebeneffekt hinzu: Optoelektronische Bauelemente, die o.g. Luftspalt-Spiegel und eine Luftspaltkavität (s. z.B. o.g. Referenz Hillmer et. al.) verwenden, können beispielsweise bezüglich einer wichtigen optischen Eigenschaft, etwa ihrem Transmissionsspektrum, gezielt beeinflusst werden, wenn beispielsweise die optisch wirksame Länge L der Kavität zwischen den beiden DBR-Reflektoren vergrößert oder verringert wird. Je nach Einstellung der Kavitätslänge L liegt das Maximum des durchgelassenen Wellenlängenbereichs als scharfer Peak bei verschiedenen Wellenlängen. Diese Durchstimmung kann mittels kapazitiver (im Zusammenhang mit leitfähigen Membranen) oder thermischer Aktuation, und entsprechender Steuerung, erfolgen.Of Furthermore, there is a positive side effect: optoelectronic Components, the o.g. Air gap mirror and an air gap cavity (see, e.g. Reference Hillmer et. al.) can, for example, with respect to a important optical property, such as its transmission spectrum, be specifically influenced, for example, if the optically effective Length L the cavity between the two DBR reflectors is increased or decreased. ever after setting the cavity length L is the maximum of the transmitted wavelength range as a sharp peak at different wavelengths. These Tuning may be by means of capacitive (in connection with conductive membranes) or thermal actuation, and appropriate control done.
Solche
luftspalt-basierte Bauelemente vom Stand der Technik besitzen jedoch
den Nachteil relativ geringer mechanischer Stabilität, obwohl
bei zunehmender Miniaturisierung solcher Bauelemente der Einfluss
von Trägheitskräften auf
solche Schichten eher abnimmt, wie die oben genannte Veröffentlichung
zeigt. Dennoch ist der Einfluss von mechanischen Verspannungen in
den vorgenannten einzelnen Membranschichten doch so groß, dass
gewisse Verformungen auftreten können,
die insbesondere bei industriellen Fertigungsprozessen schlecht
kontrollierbar sind, die ungewollte Veränderungen in den optischen
und mechanischen Eigenschaften der Bauelemente hervorrufen können und
daher zu einer erhöhten
Ausschussquote der Bauelemente führen. Diese
relativ große
Sensibilität
für mechanische
Ungenauigkeiten hat ihre Ursache in dem äußerst hohen Aspektverhältnis eines
oben genannten DBR-Schichtaufbaus,
wobei als Größenordnung
folgende Werte exemplarisch gegeben seien:
Der Durchmesser
des eigentlichen Schichtaufbaus beträgt etwa 40 Mikrometer, wobei
der Abstand zwischen den einzelnen Schichten nur wenige 100 Nanometer
beträgt,
und die Dicke einer Schicht ebenfalls nur einige wenige 100 Nanometer
bis zu wenigen Mikrometer beträgt.
Solche feinen Schichtabstände
lassen sich bisher nur schwer herstellen, und insbesondere die mechanische
und damit die geometrische Stabilität des Schichtaufbaus ist noch
nicht stabil genug.However, such prior art air gap based devices have the disadvantage of relatively low mechanical stability, although with increasing miniaturization of such devices, the influence of inertial forces on such layers tends to decrease, as the above-mentioned publication shows. Nevertheless, the influence of mechanical stresses in the abovementioned individual membrane layers is nevertheless so great that certain deformations can occur which are difficult to control, in particular in industrial production processes which can cause unwanted changes in the optical and mechanical properties of the components and therefore to a lead to increased reject rate of the components. This relatively great sensitivity to mechanical inaccuracies is due to the extremely high aspect ratio of a DBR layer structure mentioned above, the following values being given as an example:
The diameter of the actual layer structure is about 40 microns, wherein the distance between the individual layers is only a few 100 nanometers, and the thickness of a layer is also only a few 100 nanometers to a few micrometers. Such fine layer spacings have hitherto been difficult to produce, and in particular the mechanical and thus the geometric stability of the layer structure is not yet stable enough.
Die
europäische
Patentanmeldung
Eine weitere Veröffentlichung solcher vertikal orientierter optische Bauelemente ist am 16. Juli 2003 online erfolgt und in gedruckter Form einsehbar in Appl. Phys. B 76, 821–832 (2003). Bezüglich der mechanischen Stabilität solcher feiner Schichtaufbauten vertraut man dort jedoch ausschließlich darauf, dass die mechanische Stabilität des Schichtaufbaus allein durch eine ausreichend große Miniaturisierung des Bauteils erfolgen kann. Damit allein lässt sich jedoch kein mechanisch stabiler feiner Schichtaufbau solcher Bauteile herstellen.A further publication such vertically oriented optical components is on July 16, 2003 done online and available in print in Appl. Phys. B 76, 821-832 (2003). In terms of the mechanical stability However, such fine layer structures are trusted exclusively that the mechanical stability the layer structure alone by a sufficiently large miniaturization of the component can take place. But that alone can not be done mechanically produce stable fine layer structure of such components.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Aufbau der eingangs genannten Bauteile und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für die Bauteile zu schaffen.Therefore the object of the present invention is to provide an improved Structure of the aforementioned components and a corresponding manufacturing method for the To create components.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF INVENTION
Der Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 löst die erstgenannte Aufgabe.Of the An object with the features of claim 1 solves the first task.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of respective subject of the invention.
Gemäß dem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist erfindungsgemäß ein sogenanntes „Verbindeelement" zum mechanischen Verbinden von wenigstens zwei materiellen Membranschichten des Schichtaufbaus vorgesehen, wobei sich das Verbindeelement bei Verwendung nur eines abstützenden Randbereichs abseits von diesem, und sonst, beispielsweise, wenn der Schichtaufbau von zwei Randbereichen abgestützt wird, zwischen diesen Randbereichen, jeweils bevorzugt möglichst dicht an dem optisch aktiven Bereich befindet.According to the main aspect According to the invention, according to the invention, a so-called "connecting element" for the mechanical Joining at least two material membrane layers of the layer structure provided, wherein the connecting element when using only one supporting Edge area away from this, and otherwise, for example, if the layer structure is supported by two edge regions, between these edge regions, preferably as possible close to the optically active area.
Mit anderen Worten und in Bezug auf die oben eingeführte Topologie werden vertikal orientierte, das heißt im Wesentlichen senkrecht zu den einzelnen Schichtebenen der Membranschichten verlaufende „Haltepfosten" als Verbindeelement der Membranschichten eines DBR-Reflektors oder anderer optoelektronischer Bauteile mit feinem Schichtaufbau geschaffen. Daraus resultiert unmittelbar der Vorteil, dass der gesamte Schichtaufbau oder eine bestimmte Untermenge dessen, je nachdem welche Membranschichten durch einen Haltepfosten miteinander verbunden sind, eine erhöhte mechanische Stabilität gewinnt, wodurch die oben genannten, nachteiligen Verformungen der einzelnen Schichten erheblich reduziert werden können. Aus Anwendungssicht ergibt sich daraus der Vorteil, dass die optischen Eigenschaften erheblich verbessert werden und die Ausschussquote bei einer Serienfertigung solcher Bauelemente erheblich reduziert werden kann.With other words and in terms of the topology introduced above become vertical oriented, that is substantially perpendicular to the individual layer planes of the membrane layers extending "holding post" as a connecting element the membrane layers of a DBR reflector or other optoelectronic Created components with a fine layer structure. This results directly the advantage that the entire layer structure or a certain subset of which, depending on which membrane layers are interconnected by a holding post, an increased mechanical stability wins, whereby the above, adverse deformations of the individual layers can be significantly reduced. From application perspective results this has the advantage that the optical properties considerably be improved and the reject rate in a mass production Such components can be significantly reduced.
In der oben genannten Veröffentlichung ist auch ein Weg offenbart, wie ein solcher Schichtaufbau- allerdings ohne die erfindungsgemäßen Verbindeelemente hergestellt werden kann. Dabei werden drei Hauptschritte verwendet:
- 1. zunächst wird eine Struktur aus mehreren Schichten durch Epitaxie oder andere Ablagerungsverfahren hergestellt,
- 2. danach wird durch ein Trockenätzverfahren der laterale Aufbau hergestellt, das heißt ein vertikales Strukturieren der so genannten Mesa wird durchgeführt, und
- 3. künstliche, das heißt nur temporär existierende Schichten des Schichtaufbaus, sogenannte Opferschichten, werden durch ein hoch-selektives nass-chemisches Ätzverfahren entfernt, um die vorgenannten Luftspalte auszubilden. Dabei werden Masken verwendet, die verschiedene Membrangeometrien und mechanische Spannungen anzeigende Strukturen beinhalten, sowie Qualitätssteuerungselemente und Ausrichtungsmarkierungen. Dort ist eine Filterstruktur offenbart, die jeweils im Winkel von 90° an vier Armen aufgehangen ist, die ihrerseits an außen liegenden, quadratischen, abstützenden Rahmenblöcken befestigt sind.
- 1. First, a multi-layered structure is prepared by epitaxy or other deposition methods.
- 2. thereafter, the lateral structure is produced by a dry etching process, that is, a vertical structuring of the so-called mesa is performed, and
- 3. artificial, that is only temporarily existing layers of the layer structure, so-called sacrificial layers are removed by a highly selective wet-chemical etching process to form the aforementioned air gaps. Masks are used, which include various membrane geometries and mechanical stress-indicating structures, as well as quality control elements and alignment marks. There, a filter structure is disclosed, which is suspended in each case at an angle of 90 ° to four arms, which in turn are attached to outer, square, supporting frame blocks.
Wenn zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauelementes dieses Verfahren als Basis verwendet werden soll, und die erfindungsgemäßen Verbindeelemente quasi als Haltepfosten in das Herstellungsverfahren integriert werden sollen, dann bestehen die Verbindungselemente beziehungsweise zumindest ihre äußere Schicht aus einem Material mit einer hohen Selektivität zu einer Opferschicht, die dann als Schichtzwischenraum in dem vorgenannten Herstellungsverfahren in einem Ätzschritt weggeätzt wird.If, for the production of the component according to the invention, this method is to be used as the basis, and the connecting elements according to the invention are to be integrated as a kind of retaining post in the production method, then the connecting elements or at least its outer layer of a material with a high selectivity to a sacrificial layer, which is then etched away as a layer gap in the aforementioned manufacturing process in an etching step.
In bevorzugter Weise ist ein Verbindeelement möglichst dicht an dem optisch aktiven Bereich des Schichtaufbaus angeordnet, jedoch ohne den Strahlengang darin zu stören. Je nach so genannter Einspannlänge, die zwischen den oben genannten Randstützen liegend definiert ist, kann auch mehr als ein Verbindeelement pro Verbindungslinie zwischen zwei Randstützen verwendet werden. Damit ergibt sich bei der Verwendung von vier Randstützen und einem kreisförmigen Filteraufbau beispielsweise die Verwendung von vier Haltepfosten, die im Wesentlichen und vorzugsweise mit demselben radialen Abstand vom Mittelpunkt der Filteranordnung vorgesehen sind.In Preferably, a connecting element is as close as possible to the optical active region of the layer structure, but without the beam path to disturb it. Depending on the so-called clamping length, which is defined lying between the abovementioned edge supports, can also have more than one connecting element per connecting line between two edge supports be used. This results in the use of four edge supports and a circular one Filter construction, for example, the use of four retaining posts, essentially and preferably with the same radial distance are provided from the center of the filter assembly.
In bevorzugter Weise sind alle Membranschichten des Schichtaufbaus miteinander durch ein Verbindungselement verbunden. Damit können alle Membranschichten mechanisch stabilisiert werden.In Preferably, all membrane layers of the layer structure connected together by a connecting element. This allows all membrane layers be mechanically stabilized.
Gemäß einem weiteren, besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verbindeelement einen zusammenhängenden, metallisierten Bereich, der wenigstens zwei Schichten des Schichtaufbaus miteinander verbindet. Dadurch lassen sich die miteinander verbundenen Schichten gezielt elektrisch kontaktieren, und/oder eine gezielte Wärmeableitung oder Wärmeverteilung ist in den von Luft umgebenen Membranschichten möglich, so dass beim Betrieb entstehende Wärme gezielt zu einer Wärmesenke hin abgeleitet werden kann. Dabei ist es im wesentlichen unerheblich, ob der Haltepfosten komplett aus einem leitfähigen Material oder nur zum Teil daraus besteht, solange die leitfähige Verbindung zwischen den vorgewählten Schichten hergestellt ist.According to one further, particularly advantageous aspect of the present invention contains a connecting element a contiguous, metallized area, the at least two layers of the layer structure connects to each other. As a result, the interconnected layers can be targeted electrically contact, and / or a targeted heat dissipation or heat distribution is possible in the membrane layers surrounded by air, so that during operation resulting heat targeted to a heat sink can be derived. It is essentially irrelevant whether the retaining post is made entirely of a conductive material or only for Part of it is as long as the conductive connection between the preselected Layers is made.
Wenn das erfindungsgemäß vorgesehene Bauelement nun zwei gegenüberliegende Schichtaufbauten mit der oben erwähnten, zwischenliegenden Kavität aufweist, so ergibt sich die Grund struktur eines optischen Filters, wie er vielfach für technische Zwecke einsetzbar ist.If the device provided according to the invention now two opposite layer structures with the above mentioned, intermediate cavity has the basic structure of an optical filter, as he often for technical Purpose is used.
Gemäß einem weiteren, bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in einer Anordnung wie vorstehend beschrieben wenigstens ein Verbindeelement vorgesehen, dessen kavitätszugewandter Endabschnitt mit vorbestimmter Länge in die Kavität hineinragt, so dass mit anderen Worten ein „Noppen" gebildet wird, der über die Grenze zwischen Kavität und erster Membranschicht erhaben ist. Solche Noppen können auch an mehreren Verbindeelementen vorhanden sein. Dadurch wird ein sonst vorhandenes Problem gelöst, dass nämlich bei einer Aktuation zweier Membrane, wie es oben erwähnt wurde, beispielsweise durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Membranen verhindert werden kann, dass ab einer bestimmten, zu groß gewählten Aktuationsspannung die Anziehungskraft zwischen den Membranen zu groß wird und das Bauteil zerstört wird. Bei dieser Spannung, der so genannten „pull in"-Spannung, treten die Membrane gemäß Technologie aus dem Stand der Technik, also ohne die erfindungsgemäß vorgesehenen Noppen in Kontakt und kleben fest aneinander. Das Bauelement werden also ohne die Noppen nach dem Überschreiten der „pull in"-Spannung zerstört.According to one Another preferred aspect of the present invention is in a Arrangement as described above, at least one connecting element provided, the cavity-facing end portion with a predetermined length protruding into the cavity, in other words, a "knob" is formed, crossing the boundary between cavity and first Membrane layer is raised. Such knobs can also be present on several connecting elements be. This solves an otherwise existing problem namely in an actuation of two membranes, as mentioned above, for example, by electrostatic forces of attraction between the membranes can be prevented from a certain too large selected Aktuationsspannung the attraction between the membranes becomes too big and the component is destroyed. At this voltage, the so-called "pull in" voltage, the membranes occur according to technology from the prior art, ie without the inventively provided Nubs in contact and stick firmly together. The component will be so without the pimples after passing the "pull destroyed in "tension.
Die Wirkung der Noppen besteht also darin, dass automatisch ein Abstandshalter zur Einhaltung eines Mindestabstands für die einzelnen Schichtpakete gebildet wird. Dieser Mindestabstand entspricht dann der Noppenhöhe oder beispielsweise der doppelten Noppenhöhe, wenn die Stirnabschnitte zweier Noppen sich genau gegenüber stehen, und sich dann berühren. Jedenfalls wird ein Kontakt der an sich beweglichen Membranen bei einer „Durchstimmung" verhindert.The Effect of the nubs is thus that automatically a spacer to maintain a minimum distance for each layer package is formed. This minimum distance then corresponds to the knob height or for example, the double knob height when the end portions two nubs are exactly opposite stand, and then touch. In any case, a contact of the in itself movable membranes at a "tuning" prevented.
Wenn als Gasfüllung für die Schichtzwischenräume Luft genommen wird, so ergibt sich ein einfacher Herstellungsprozess für das Bauelement, da es während des Herstellungsprozesses selbst nicht in besonderer Weise gegenüber der Umgebung abgedichtet werden muss.If as gas filling for the Layer interspaces Air is taken, then results in a simple manufacturing process for the Component as it is during Of the manufacturing process itself not in a special way compared to the Environment must be sealed.
Des weiteren können die Materialien der DBR-Reflektoren auch geringe Leitfähigkeit besitzen, beispielsweise wenn sie im Wesentlichen aus Silizium-Nitrid oder Silizium-Dioxid bestehen. Aufgrund der fehlenden Leitfähigkeit der Membranen ist hier keine elektrostatische Aktuation möglich. Gemäß der vorliegenden Erfindung können jedoch leitfähige Verbindeelemente dazu genutzt werden, mit durch den Luftspalt getrennten, gegenüberliegenden Verbindeelementen bzw. gegenüberliegenden, bestehenden Metallschichten eine elektrostatische Aktuation von Membranen oder ganzen Membranpaketen zu ermöglichen.Of others can the materials of DBR reflectors also low conductivity for example, if they are essentially made of silicon nitride or silicon dioxide. Due to the lack of conductivity the membranes no electrostatic actuation is possible here. According to the present Invention can however conductive Connecting elements are used, with separated by the air gap, opposite Connecting elements or opposite, existing metal layers an electrostatic actuation of membranes or to allow whole membrane packages.
Insbesondere für elektrisch gepumpte Laser ist eine hohe Stromdichte in den aktiven optischen Schichten wichtig. Wenn weiter in vorteilhafter Weise daher die erfindungsgemäßen Verbindeelemente (Haltepfosten) aus einem leitenden Kernmaterial bestehen, das sich in einer nicht-leitenden Hülle geeigneter Dicke befindet, so können durch diese Art der Anordnung gezielt nur bestimmte Schichten kontaktiert werden. Dadurch ist es möglich, Ladungsträger in eine optisch aktive Zone injizieren und den Stromfluss in der aktiven Zone durch elektrische Wechselwirkung lateral begrenzt zu halten (current confinement).Especially for electric pumped laser is a high current density in the active optical layers important. If furthermore advantageously the connecting elements according to the invention (holding posts) consist of a conductive core material that is in a non-conductive Shell suitable Thickness is, so can targeted by this type of arrangement only certain layers contacted become. This makes it possible Charge carrier in inject an optically active zone and control the current flow in the active Zone laterally limited by electrical interaction (current confinement).
Des weiteren können die Verbindeelemente zur Wärmeführung bzw. Wärmeverteilung zu anderen Schichten oder Wärmesenken eingesetzt werden. Besonders bei aktiven optischen Bauelementen wird häufig sehr viel Wärme erzeugt, deren Abführung aber insbesondere in luftspaltbasierenden Membrananordnungen sonst laut Stand der Technik ein großes Problem darstellt.Of others can the connecting elements for heat conduction or heat distribution to other layers or heat sinks be used. Especially with active optical components is often a lot of heat generated, their exhaustion but especially in air gap-based membrane arrangements otherwise According to the prior art, a large Problem presents.
Des Weiteren können die Verbindeelemente mit einer Kontaktierung versehen sein, über die man gezielt eine Spannung während des Laserbetriebs anlegen kann. Damit kann die Polarisation des Lichts gezielt beeinflusst werden. Damit ist u.a. eine Modulation des Lichtes möglich.Of Further can the connecting elements be provided with a contact on the you specifically a tension during of the laser operation can create. Thus, the polarization of the Light can be influenced. This is u.a. a modulation of the light possible.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.
Es zeigen:It demonstrate:
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION THE EMBODIMENTS
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components.
Mit
Bezug zu
In
einem ersten Schritt, siehe
Für
Schicht
For shift
Nach
der Abscheidung werden in einem zweiten Verfahrensabschnitt vertikale
Hohlräume
Im
folgenden Verfahrensschritt, siehe
Eine
Kontaktierung einzelner Schichten ist auch möglich. Dazu wird nach den bereits
mittels
Mit
Bezug zu
In
einem ersten Herstellungsschritt werden die einzelnen, in
Auf einem Substrat
On a substrate
Als nächster Verfahrensabschnitt wird eine erste Lithografie für elektrisch leitfähige Verbindeelemente für die einzelnen Teilschichten in Form von Haltepfosten durchgeführt.When Next Process section becomes a first lithography for electric conductive Connecting elements for the individual sub-layers carried out in the form of retaining posts.
Darauf
werden in einem weiteren trockenchemischen Verfahrensabschnitt Hohlräume
Dann
wird in einem weiteren Verfahrensabschnitt die Lithografie für die Metallisierung
der Hohlpfosten durchgeführt,
und in einem darauf folgenden Metallisierungsschritt wird eine Metallschicht
Nachdem
der zentrale optische Bereich
Die
aus GaInAsP bestehenden QW-Schichten
Die
Membranstruktur wird nach der Unterätzung durch Randstützen
Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
wird im Folgenden mit Bezug zu
Auf
einem InP-Substrat
On an InP substrate
Nach
erfolgter Mesa-Ätzung
und Strukturierung der Kontakte
Die
vorliegende Erfindung kann unter bestimmten, dem Durchschnittsfachmann
geläufigen Anpassungen
abweichend vom obigen Ausführungsbeispiel
für viele
verschiedene Zwecke und in verschiedenen Ausführungsformen eingesetzt werden:
Beispielsweise
für elektrisch
gepumpte (aktuierbare), mikromechanisch durchstimmbare VCSEL, für Filter, um
Detektoren, Multiplexer, Demultiplexer, Modulatoren, Schalter oder
Verstärker
zu bauen, wobei die oben erwähnten
Vorteile zur Geltung kommen.The present invention may be used for many different purposes and in various embodiments, subject to certain adjustments known to one of ordinary skill in the art, other than the above embodiment:
For example, for electrically pumped (actuatable), micromechanically tunable VCSEL, for filters to build detectors, multiplexers, demultiplexers, modulators, switches or amplifiers, the advantages mentioned above come to advantage.
Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden, um bestimmte, technische Eigenschaften zu erhalten. Dabei versteht sich insbesondere, dass die erfindungsgemäßen Verbindeelemente nicht zwangsläufig durch das Herstellungsverfahren hergestellt werden müssen, wie es weiter oben exemplarisch beschrieben wurde, da es eine breite Vielfalt von Herstellungsvarianten im Stand der Technik gibt. Auch die Auswahl der oben genannten Materialien soll die erfinderische Idee nicht einschränken, solange eine relativ feste, mechanische Verbindung zwischen erfindungsgemäßem Verbindeelement (Haltepfosten) und einer jeweiligen Membranschicht hergestellt werden kann.Furthermore, the present invention can be modified in many ways to obtain certain technical characteristics. It is understood in particular that the connecting elements according to the invention need not necessarily be produced by the production method, as described above by way of example, since there are a wide variety of production variants in the prior art. Also, the selection of the above materials is not intended to limit the inventive idea, as long as a relatively strong, mechanical connection between inventive connecting element (holding post) and a respective membrane layer made who that can.
Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche im wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge miteinander kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind.Finally, the Features of the dependent claims essentially free with each other and not by the present in the claims Sequence can be combined with each other, provided they are independent of each other are.
Claims (14)
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
DE10353546A DE10353546B4 (en) | 2003-11-14 | 2003-11-14 | Conductive holding posts in air gap based, optoelectronic devices and manufacturing processes |
PCT/DE2004/002432 WO2005050801A1 (en) | 2003-11-14 | 2004-11-01 | Conductive posts for use in air gap-based, optoelectronic components |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10353546A DE10353546B4 (en) | 2003-11-14 | 2003-11-14 | Conductive holding posts in air gap based, optoelectronic devices and manufacturing processes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10353546A1 DE10353546A1 (en) | 2005-07-07 |
DE10353546B4 true DE10353546B4 (en) | 2007-03-08 |
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---|---|---|---|
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Families Citing this family (2)
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2003
- 2003-11-14 DE DE10353546A patent/DE10353546B4/en not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-11-01 WO PCT/DE2004/002432 patent/WO2005050801A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
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Appl. Physics B 76, 821-832, (2003) * |
Also Published As
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---|---|
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