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Dokumentenidentifikation DE69828471T2 29.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000905838
Titel Oberflächenartige optische Vorrichtung und Herstellungsverfahren
Anmelder Canon K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ouchi, Toshihiko, Ohta-ku, Tokyo, JP;
Furukawa, Yukio, Ohta-ku, Tokyo, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69828471
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.09.1998
EP-Aktenzeichen 981178601
EP-Offenlegungsdatum 31.03.1999
EP date of grant 05.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse H01S 5/40
IPC-Nebenklasse H01L 33/00   G09G 3/14   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung in Oberflächenbauart wie etwa einen Oberflächenemissionslaser mit vertikalem Resonator (VCSEL), dessen Herstellung leicht ist, dessen Ausbeute erhöht werden kann, und der zur Verwendung bei einer zweidimensionalen Anordnungsstruktur geeignet ist, sowie dessen Herstellungsverfahren.

Stand der Technik

In jüngster Zeit wurde die Entwicklung einer Festkörperlichtemissionsvorrichtung in zweidimensionaler Anordnungsbauart gewünscht, um diese auf eine hochleistungsfähige parallele optische Informationsverarbeitung, optische Hochgeschwindigkeitsverbindung und Anzeigegeräte in Feldbauart anzuwenden. Geringe Kosten, eine geringe elektrische Leistungsaufnahme, eine hohe Produktivität, und eine hohe Zuverlässigkeit werden benötigt, um diese Anwendungen zu erzielen. Verschiedene Materialien für eine derartige oberflächenemittierende Festkörpervorrichtung wurden untersucht und entwickelt. Es wurde herausgefunden, dass einkristalline Halbleiter im besonderen Maße im Hinblick auf die Zuverlässigkeit geeignet sind. Insbesondere die Entwicklung einer Oberflächenemissionsvorrichtung unter Verwendung von Verbindungshalbleitern wurde nachdrücklich vorangetrieben. Mit diesen Verbindungshalbleitern ist eine Lichtemission über einen weiten Bereich von ultraviolett bis zu infrarot durch Veränderung der Materialien für das Substrat und der Schichtstruktur möglich. Daher steht dieses Material für eine Anzeigevorrichtung in Aussicht.

Unter den Lichtemissionsvorrichtungen ist eine Laserdiode (LD) mit Reflexionsspiegeln an ihren gegenüberliegenden Enden bei der Lichtemissionseffizienz im Vergleich zu Vorrichtungen unter Verwendung von spontaner Emission ganz ausgezeichnet. Daher kann die elektrische Leistungsaufnahme stark verringert werden, wenn diese Laserdioden in zweidimensionaler Weise angeordnet werden. Im Hinblick hierauf wurde die Entwicklung des VCSEL in den letzten Jahren aktiv vorangetrieben.

Mit dem VCSEL wurden auch Vorrichtungen über einen Bereich von der blauen Farbe bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm bis zum Kommunikationswellenlängenband von 1,55 &mgr;m entwickelt. Die Untersuchungen erfolgten bei Materialreihen wie etwa der AlGaN/InGaN-Reihe auf einem Saphirsubstrat, der InGaAlP/InAlP- und InGaAs/AlGaAs-Reihe auf einem GaAs-Substrat, sowie der InGaAs/InGaAsP-Reihe auf einem InP-Substrat.

Die Grundstruktur von zweidimensional angeordneten VCSEL ist in 1 dargestellt. Laserlicht wird senkrecht zu einem Substrat 1101 emittiert. Jede Vorrichtung ist mit hochreflektiven Beschichtungen 1109 und 1110 mit einem Reflexionsvermögen von über 99% an gegenüberliegenden Endflächen von epitaktischen gewachsenen Schichten mit einer Dicke von etwa mehreren Mikrometern versehen. Das Bezugszeichen 1114 bezeichnet epitaktische Schichten, das Bezugszeichen 1115 bezeichnet einen Lichtemissionsbereich, und das Bezugszeichen 1116 bezeichnet eine aktive Schicht oder einen Lichtemissionsabschnitt.

Eine Vielzahl von abwechselnd geschichteten Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes und einer gemeinsamen &lgr;/4-Dicke werden als Reflexionsspiegel verwendet. Die Materialien sind (im Falle von 1) im Allgemeinen dielektrisch, oder epitaktisch aufgewachsene Halbleiter. Beispiele für den epitaktisch aufgewachsenen Spiegel sind: ein Mehrschichtenspiegel aus abwechselnd ausgebildeten AlAs- und GaAs-Schichten (ein AlAs/GaAs-Spiegel), wobei eine aktive Schicht und andere Schichten auf einem GaAs-Substrat während eines einzelnen Wachstumsvorgangs abgeschieden sind, wie es in dem Artikel ELECTRONICS LETTERS, Band 31, Seite 560 (1995) offenbart ist; und ein auf einem GaAs-Substrat ausgebildeter GaAs/AlAs-Spiegel, der unmittelbar oder ohne jegliches Haftmittel mit einer Laserstruktur aus einer auf einem InP-Substrat gewachsenen InGaAsP/InP-Reihe verbunden ist, wie es in dem Artikel APPLIED PHYSICS LETTERS, Band 66, Seite 1030 (1995) offenbart ist.

Zudem offenbart die Druckschrift JP-A-9-223 848 (1997) einen VCSEL mit epitaktischen Halbleiterspiegeln, bei dem, nachdem eine Struktur seiner epitaktischen Schichten einschließlich einer auf einem Halbleitersubstrat gewachsenen aktiven Schicht mit einem anderen Halbleitersubstrat mit einer integrierten Schaltung unter Verwendung eines Polyimidhaftmittels oder dergleichen verbunden wurde, sein Lasersubstrat vollständig entfernt und die Vorrichtungen somit voneinander getrennt wurden, wie es in 2 dargestellt ist. Auf diese Weise wird eine Halbleitervorrichtung mit integriertem VCSEL und anderen elektrischen Vorrichtungen hergestellt. Bei 2 bezeichnet das Bezugszeichen 4100 ein Lichteingabe- und -Ausgabesubstrat, das Bezugszeichen 4100A bezeichnet eine Lichtempfangsvorrichtung, das Bezugszeichen 4100B bezeichnet einen VCSEL, die Bezugszeichen 41000 und 4100D bezeichnen elektrische Leiterbahnen der Vorrichtungen 4100A bzw. 4100B, das Bezugszeichen 2000 bezeichnet ein Substrat mit integrierten Schaltungen, das Bezugszeichen 2000A bezeichnet eine Metallzuleitung des Substrats für integrierte Schaltungen 2000, das Bezugszeichen 3000 bezeichnet eine isolierende Schicht, und das Bezugszeichen 4000 bezeichnet eine elektrische Zuleitung. Mit diesem Aufbau ist eine hochdichte Anordnung möglich.

Wo jedoch ein Satz der epitaktischen Halbleiterschichten als Mehrschichtenspiegel verwendet wird, kann die Differenz der Brechungsindizes zwischen den verschiedenen Halbleiterspiegeln beispielsweise im Falle von InGaAsP/InP nicht groß sein. Daher steigt die Anzahl der epitaktischen Schichten, und ihre Wachstumszeit und ihre Dicke erhöhen sich ebenfalls. Somit wird deren Produktivität verringert, und eine Verarbeitung der Vorrichtung und eine Abflachung der Oberfläche sind schwierig durchzuführen.

Zudem sind die Praxismaterialien zur Verwendung als Halbleiterspiegel derzeit GaAs/AlAs, und wenn ihre Gitterkonstanten betrachtet werden, ist die Auswahl an verwendbaren Materialien für die aktive Schicht beschränkt und das Oszillationswellenlängenband daher begrenzt. Wenn der GaAs/AlAs-Spiegel unmittelbar verbunden wird, ist die Größe des Halbleitersubstrats beschränkt, obwohl ein anderes Wellenlängenband aufgrund eines erweiterten Bereichs von verwendbaren Materialien für die aktive Schicht verfügbar ist. Somit ist dieses Verfahren lediglich im Falle einer geringen Fläche effektiv.

Andererseits kann der dielektrische Mehrschichtenspiegel nicht unmittelbar auf das Substrat gelagert werden, obwohl dessen Herstellung leicht ist. Daher muss die Schichtung durchgeführt werden, nachdem die Grundfläche des Substrats 1101 unter Öffnung eines Fensters 1101A geätzt wurde, wie es in 1 dargestellt ist. Demzufolge muss das Fenster 1101A präziser ausgebildet werden, und die Fenster 1101A können nicht sehr nahe beieinander ausgebildet sein. Folglich ist die Ausbeute und die Homogenität gering oder schlecht, und die Vorrichtungen können nicht mit hoher Dichte ausgebildet werden, was zu einer Uneignung der Vorrichtung für eine zweidimensionale Anordnung führt.

Auch im Falle des epitaktisch gewachsenen Spiegels kann zudem das Substrat in Abhängigkeit vom Oszillationswellenlängenband ein absorbierendes Material sein, und somit muss ein Loch in das Substrat geätzt werden, wie es in 1 dargestellt ist, wenn Oszillationslicht aus der Substratseite herauszuführen ist. Daher ist auch in diesem Fall eine hochdichte Anordnung schwierig.

Bei der in 2 dargestellten Vorrichtung ist weiterhin das Substrat kein Substrat aus einem transparenten Material, und daher kann kein Licht aus der Substratseite herausgeführt werden. Da zudem für jeden Lichtemissionsabschnitt an seinem gestuften Abschnitt eine Elektrodenleiterbahn ausgebildet wird, ist der Leiterbahnverlegungsvorgang schwierig, und die Ausbeute wird verschlechtert. Insbesondere wenn der dielektrische Mehrschichtenspiegel auf der Halbleiterschicht der Struktur gemäß 2 auszubilden ist, wird die Ausbeute drastisch gesenkt.

ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer optischen Vorrichtung in Oberflächenbauart, deren Aufwachssubstrat über eine Fläche von mehreren aktiven Bereichen entfernt wird, und die für eine zweidimensionale optische Vorrichtung in Oberflächenbauart für eine regelmäßige Anordnung geeignet ist, deren Herstellung einfach ist, und deren Produktivität hoch ist, sowie die Angabe ihres Herstellungsverfahrens und eines Anzeigegeräts unter Verwendung einer derartigen optischen Vorrichtung in Oberflächenbauart.

Eine optische Vorrichtung in Oberflächenbauart zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist in Patentanspruch 1 definiert und beinhaltet ein erstes Substrat, eine Vielzahl von aktiven Bereichen, die auf dem ersten Substrat (Aufwachssubstrat) ausgebildet und angeordnet sind, sowie eine Steuereinheit zum Injizieren eines Stroms in oder zum Anlegen einer inversen Spannung an jeden aktiven Bereich. Ein Abschnitt des ersten Substrats ist über einer zumindest zwei aktive Bereiche beinhaltenden Fläche entfernt, und jeder aktive Bereich ist derart aufgebaut, dass Licht von dem aktiven Bereich senkrecht zu dem ersten Substrat ausgegeben oder in jeden eingegeben wird. Bei dieser Struktur wird ein Lochätzen des Substrat über die aktiven Bereiche (nicht für jeden aktiven Bereich) ausgeführt, so dass Intervalle zwischen den aktiven Bereichen verschmälert werden können, ohne eine Interferenz zwischen geätzten Löchern in Betracht zu ziehen, und so dass selbst eine hochdichte Anordnung mit hoher Produktivität leicht hergestellt werden kann.

Basierend auf der vorstehend beschriebenen Grundstruktur sind die nachstehend aufgeführten spezifischen Strukturen mit den angegebenen technischen Vorteilen möglich.

Die aktiven Bereiche sind regelmäßig angeordnet, und ein Abschnitt des Aufwachssubstrats wird über einer Fläche aller regelmäßig angeordneten aktiven Bereiche entfernt. Eine gewünschte Anzahl der aktiven Bereiche ist beispielsweise in einer zweidimensionalen Anordnung regelmäßig angeordnet, und das Aufwachssubstrat wird im gesamten Bereich entfernt. Selbst wenn die aktiven Bereiche mit einem hohen Integrationsgrad und hoher Dichte angeordnet sind, kann daher das Lochätzen stabil und genau bewirkt werden.

Ein Abschnitt des Aufwachssubstrats (beispielsweise die Form eines Rahmens) wird außerhalb aller regelmäßig angeordneter aktiver Bereiche belassen. Ein Vorgang zum Lochätzen kann leicht ausgeführt werden, und die mechanische Festigkeit der Vorrichtung kann sichergestellt werden, so dass die Zuverlässigkeit verbessert werden kann.

Die aktiven Bereiche sind regelmäßig angeordnet, und ein Abschnitt des Substrats wird in einer gitterförmigen Gestalt über einem Bereich aller regelmäßig angeordneter aktiver Bereiche belassen. Eine adäquate mechanische Festigkeit kann sichergestellt werden, selbst falls das Aufwachssubstrat nicht mit einem anderen Substrat verbunden wird. Demzufolge kann deren Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur verbessert werden.

Das Aufwachssubstrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen ist mit einem zweiten Substrat verbunden, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem Aufwachssubstrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind. Eine adäquate mechanische Festigkeit wird durch einen einfachen Vorgang sichergestellt, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.

Die Steuereinheit beinhaltet eine gemeinsame Elektrode, die den auf einem verbleibenden Abschnitt des Aufwachssubstrates ausgebildeten aktiven Bereichen gemeinsam ist. Wenn das Aufwachssubstrat elektrisch leitend ist (typischer Weise ein dotierstoffdotierter Halbleiter), kann eine Elektrode auf der Seite der epitaktisch gewachsenen Schichten auf dem verbleibenden Abschnitt des Aufwachssubstrates als gemeinsame Elektrode einfach ausgebildet werden.

Die Steuereinheit beinhaltet ein in dem Bereich mit zumindest zwei aktiven Bereichen (einem Bereich, wo das Aufwachssubstrat entfernt ist) ausgebildetes Elektrodenmuster, damit jede Elektrode von jedem der aktiven Bereiche herausgeführt ist. Somit können die aktiven Bereiche durch eine derartige Elektrodenstruktur unabhängig angesteuert werden.

Das erste Substrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen ist mit einem zweiten Substrat verbunden, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind, und wobei die Steuereinrichtung ein auf einer Oberfläche der aktiven Bereiche, mit denen das zweite Substrat verbunden ist, ausgebildetes Elektrodenmuster beinhaltet, dabei ist das Elektrodenmuster durch das Entfernen eines äußersten Abschnitts des ersten Substrats und eines Abschnitts der aktiven Bereiche freigelegt, damit jede Elektrode von jedem der aktiven Bereiche herausgeführt ist. Somit können in ähnlicher Weise die aktiven Bereiche unabhängig angesteuert werden.

Das erste Substrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen ist mit einem zweiten Substrat verbunden, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind, und wobei die Steuereinrichtung ein Elektrodenmuster beinhaltet, das auf einer Oberfläche des zweiten Substrats ausgebildet ist, mit dem das erste Substrat derart verbunden ist, dass das Elektrodenmuster mit jedem der aktiven Bereiche elektrisch verbunden ist, damit jede Elektrode von jedem der aktiven Bereichen herausgeführt ist. Somit können die aktiven Bereiche in ähnlicher Weise unabhängig angesteuert werden.

Die Steuereinrichtung beinhaltet derart in Matrixform ausgebildete positive und negative Elektroden, dass jeder der aktiven Bereiche unabhängig angesteuert werden kann. Wenn die Anzahl der regelmäßig angeordneten aktiven Bereiche groß ist, wird die Strukturierung zu kompliziert, falls eine unabhängige Ansteuerung der jeweiligen Bildelemente durch das Elektrodenmuster ausgeführt wird. In einem derartigen Fall ist die Matrixansteuerung vorteilhaft.

Das erste Substrat mit den darauf angeordneten aktiven Bereichen ist mit einem zweiten Substrat verbunden, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind, und wobei das zweite Substrat ein Halbleitersubstrat mit einer darauf ausgebildeten elektronischen Schaltung ist. Somit kann eine optoelektronische integrierte Schaltung mit einer elektronischen Schaltung und einer optischen Vorrichtung in Oberflächenbauart leicht beispielsweise auf einem gemeinsamen Siliziumsubstrat ausgebildet sein.

Der aktive Bereich beinhaltet eine Lichtemissionsschicht derart, dass eine Oberflächenemissionsvorrichtung zur Emission von Licht senkrecht zu dem ersten Substrat ausgebildet ist. Eine Oberflächenemissionsvorrichtung wie etwa ein Oberflächenemissionshalbleiterlaser kann somit ausgebildet werden. Dabei kann die Oberflächenemissionsvorrichtung ein Oberflächenemissionslaser mit vertikalem Resonator mit einem auf gegenüberliegenden Seiten der Lichtemissionsschicht bereitgestellten Paar von Reflexionsspiegeln sein. Zudem kann die Oberflächenemissionsvorrichtung eine Lichtemissionsvorrichtung mit höchstens einem auf einer Seite der Lichtemissionsschicht bereitgestellten Reflexionsspiegel sein.

Der aktive Bereich weist eine Lichtabsorptionsschicht derart auf, dass eine Lichtempfangsvorrichtung in Oberflächenbauart für den Empfang einer Lichteingabe senkrecht zu dem ersten Substrat ausgebildet ist. Dabei kann die Lichtempfangsvorrichtung in Oberflächenbauart eine Lichtempfangsvorrichtung mit zumindest einem auf zumindest einer Seite der Lichtempfangsschicht bereitgestellten Reflexionsspiegel sein. Lichteingabe kann durch die Lichtabsorptionsschicht aufgrund der Ansammlung von Licht durch den Reflexionsspiegel effektiv empfangen werden.

Der aktive Bereich beinhaltet zumindest einen Reflexionsspiegel, der aus zwei Arten von dielektrischen Schichten (wie etwa dielektrisches Glas) besteht, die alternierend geschichtet sind. Eine optische Vorrichtung in Oberflächenbauart kann somit zu relativ günstigen Kosten ausgebildet werden.

Der aktive Bereich beinhaltet zumindest einen Reflexionsspiegel, der aus zwei Arten von Halbleiterschichten besteht, die alternierend geschichtet sind. Dabei kann der Spiegel anderen epitaktischen Schichten während eines einzelnen Vorgangs nachfolgend hergestellt werden, so dass sein Herstellungsvorgang vereinfacht werden kann.

Das erste Substrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen ist mit einem zweiten Substrat aus einem transparenten Material verbunden, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind, dabei umfasst jeder aktive Bereich eine Lichtemissionsschicht derart, dass eine Oberflächenemissionsvorrichtung zur Emission von Licht senkrecht zu dem ersten Substrat ausgebildet ist, und eine fluoreszierende Substanz zwischen der Oberflächenemissionsvorrichtung und dem zweiten Substrat derart bereitgestellt ist, dass eine Anzeige durch Licht einer Farbe mit einer Emissionswellenlängen der Oberflächenemissionsvorrichtung oder Licht einer Fluoreszenzfarbe ausgeführt werden kann, die erzeugt wird, wenn die fluoreszierende Substanz durch das Licht von der Oberflächenemissionsvorrichtung stimuliert wird. Wenn eine zweidimensionale Oberflächenemissionsvorrichtung in Anordnungsbauart ausgebildet wird, und fluoreszierende Substanzen für R (rot), G (grün) und B (blau) für jeden Emissionspunkt bereitgestellt werden, kann ein Vollfarbanzeigegerät durchgängig in Festkörperbauart mit hoher Produktivität erhalten werden.

Der aktive Bereich beinhaltet Schichten aus Verbindungshalbleitern, die ein Element der dritten Hauptgruppe aus der Auswahl Bor, Aluminium, Gallium und Indium sowie ein Element der fünften Hauptgruppe, Stickstoff oder eine aktive Schicht aus einem Oxid von Zink und Mantelschichten aus einem Oxid von Magnesium umfassen. Somit kann eine Oberflächenemissionsvorrichtung wie etwa eine hocheffiziente LD oder LED für die Emission von Licht von blau bis ultraviolett hergestellt werden, und ein hochbrillantes Vollfarbanzeigegerät kann bereitgestellt werden.

Der aktive Bereich kann vorzugsweise eine Stromeinschnürungsstruktur zur Einschnürung des Stromflusses aufweisen.

Ein Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung in Oberflächenbauart zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist in Patentanspruch 23 definiert und beinhaltet einen Schritt zum epitaktischen Wachsen von Schichten mit einer aktiven Schicht auf einem ersten Substrat, einem Schritt zum Ausbilden einer Vielzahl von aktiven Bereichen auf dem ersten Substrat, wobei jeder aktive Bereich derart aufgebaut ist, dass Licht von jedem aktiven Bereich senkrecht zu dem ersten Substrat ausgegeben oder darin eingegeben wird, und einem Schritt zum Entfernen eines Abschnitts des ersten Substrats über einem Bereich mit zumindest zwei der aktiven Bereiche. Der Entfernungsschritt kann nach oder vor dem Ausbildungsschritt durchgeführt werden.

Ein Schritt zum Verbinden einer Seite der epitaktisch gewachsenen Schichten des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat kann zudem durchgeführt werden. Der Entfernungsschritt kann nach oder vor dem Verbindungsschritt durchgeführt werden.

Ein Schritt zur Ausbildung einer Stromeinschnürungsstruktur zum Einschnüren eines Stromflusses an die aktive Schicht in dem aktiven Bereich kann ferner durchgeführt werden.

Ein Schritt zum Ausbilden eines Reflexionsspiegels auf einer Seite der epitaktisch gewachsenen Schichten des ersten Substrats kann zudem durchgeführt werden.

Ein Schritt zur Ausbildung eines Reflexionsspiegels auf einer Fläche der epitaktisch gewachsenen Schichten, die durch den Entfernungsschritt für das erste Substrat freigelegt sind, kann ferner durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Prinzip wird nachstehend unter Verwendung eines Beispiels (welches ein nachstehend beschriebenes erstes Ausführungsbeispiel ist) beschrieben.

Ein Lochätzvorgang für ein Aufwachssubstrat wird lediglich über einem zweidimensionalen Anordnungsbereich von Lichtemissionsbereichen durchgeführt, nachdem das Aufwachssubstrat mit einem anderen Substrat wie etwa aus Silizium verbunden ist, wie es in 3A dargestellt ist. Somit verbleibt das Aufwachssubstrat beispielsweise in einer Rahmenform in einem Bereich außerhalb des Bereiches für die Lichtemissionsbereiche. Die Intervalle zwischen den Lichtemissionsbereichen (Bildelementen) können daher verringert werden, und eine hochdichte Integration dieser Bildelemente wird ermöglicht. Dabei kann eine Elektrode auf der Seite des Aufwachssubstrats herausgeführt werden. Wenn kein epitaktischer Spiegel auf dem Substrat bereitgestellt wird, muss ein dielektrischer Mehrschichtenspiegel lediglich nach dem Ätzen des Aufwachssubstrates ausgebildet werden.

Bei der Struktur gemäß dem vorliegenden Beispiel besteht ein wesentliches Element der Erfindung lediglich darin, dass eine Vielzahl von aktiven Bereichen (wie etwa Lichtemissionsschichten und Lichtabsorptionsschichten) auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat angeordnet sind, und dass das Aufwachssubstrat lediglich in einem Abschnitt teilweise entfernt wird, wobei zumindest zwei aktive Bereiche ausgebildet sind. Andere spezifische Strukturen sind nicht erfindungswesentlich, sondern lediglich Besonderheiten des vorliegenden Beispiels.

Das Herstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Beispiel ist nachstehend unter Verwendung der 4A und 4B kurz beschrieben. Gemäß 4A wird eine Laserstruktur in der Gestalt einer zwischen p- und n-Mantelschichten sandwichartig angeordneten Schicht auf einem Halbleitersubstrat aus einem Einkristall epiktaktisch gewachsen, ein Bereich um den Lichtemissionsbereich wird in Kreisform geätzt, und der geätzte Graben wird mit Polyimid oder dergleichen vergraben. Der Lichtemissionsbereich wird beispielsweise in einem Zylinder mit einem Durchmesser von 20 &mgr;m geformt, und die geätzte Kreisform weist einen äußeren Durchmesser von 40 &mgr;m auf. Dabei wird die Peripherie der aktiven Schicht um mehrere Mikrometer selektiv nassgeätzt, um in einem Kreis mit einem Durchmesser von etwa 15 &mgr;m in Anbetracht des effektiven Durchmessers eines nachfolgend herzustellenden Reflexionsspiegels geformt zu werden. Gemäß 4B werden die Elektrode und die Halbleiterabdeckschicht in eine Kreisform mit einem Durchmesser von etwa gleich dem der aktiven Schicht geätzt, nachdem die Elektrode ausgebildet ist, und ein dielektrischer Mehrschichtenspiegel wird unter Verwendung eines RF-Zerstäubungsverfahrens oder dergleichen ausgebildet.

Gemäß 4C wird das Substrat auf eine Dicke von etwa 100 &mgr;m poliert, und eine Elektrode wird dann auf der Grundoberfläche des Substrates ausgebildet und ausgeheilt. Nachdem die Seite des dielektrischen Spiegels des Aufwachssubstrats mit einem InP-Substrat mit beispielsweise seiner thermisch oxidierten Oberfläche darauf verbunden wird, werden danach die Elektrode und das Halbleitersubstrat aus dem rahmenförmigen Abschnitt entfernt. Der Verbindungsvorgang wird unter Verwendung eines Haftmittels von einer Art ausgeführt, das bei Erwärmung aufweicht, oder mit einem unmittelbaren Verbindungsvorgang mit einem Festphasenübergang. Die Entfernung des Substrates wird unter Verwendung eines Nassätzvorgangs, eines Trockenätzvorgangs oder einer Kombination daraus durchgeführt.

Gemäß 4D wird ein dielektrischer Spiegel sodann lediglich über dem geätzten Bereich des Aufwachssubstrates unter Verwendung eines Abhebeverfahrens oder dergleichen ausgebildet, und die Elektrode auf der Seite der Epitaxieschichten wird durch das Ätzen eines äußeren Abschnittes des rahmenförmigen Substrats freigelegt. Eine derartige VCSEL-Anordnung gemäß 3A kann hergestellt werden.

Da diese Lichtemissionsbereiche in einer zweidimensionalen Anordnung auf dem ursprünglichen Halbleitersubstrat angeordnet werden können, kann eine Anordnungsvorrichtung in Oberflächenemissionsbauart leicht hergestellt werden. Bezüglich des Ätzvorgangs für das Halbleitersubstrat werden für die jeweiligen Bildelemente anders als im Stand der Technik keine Löcher individuell geätzt, und anstatt dessen wird das Substrat über dem Anordnungsbereich geätzt, so dass weder den Vorrichtungsintervallen noch der Ausbeute Beschränkungen auferlegt werden.

Zudem kann der Bereich der Vorrichtung erfindungsgemäß vergrößert werden, im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Halbleiterspiegel unmittelbar verbunden wird. Die Größe der Vorrichtung ist im Allgemeinen durch die Größe des Halbleitersubstrats (von im Falle eines Verbindungshalbleiters etwa 3 Zoll Durchmesser) begrenzt, aber die Größe der Vorrichtung kann durch Verbinden der Substrate mit einem anderen Stützsubstrat weiter ausgedehnt werden. Eine unabhängige Elektrode kann von jedem Bildelement auf der Seite des Aufwachssubstrats herausgeführt werden, oder Elektroden auf der Seite des Stützsubstrats und der Seite des Aufwachsubstrates können in Matrixform strukturiert werden, wie es in 5 dargestellt ist, um die elektrische Leitung zu erzielen. Abschnitte zwischen den Lichtemissionsbereichen (Bildelementen) können geätzt werden, und Polyimid kann darin eingebracht werden, um eine Strominterferenz zu vermeiden. Eine derartige regelmäßige Laseranordnung kann auf eine zweidimensionale Lichtquellenanordnung zur Verwendung bei der optischen Informationsverarbeitung oder der optischen Verschaltung angewendet werden. Zudem kann eine derartige Anordnungsvorrichtung aus einem Material ausgebildet sein, das zur Emission von blauem oder ultraviolettem Licht befähigt ist, und eine derartige Ausrichtung kann auf eine Vollfarbanzeigevorrichtung angewendet werden, bei der fluoreszierende Substanzen für R, G und B auf einer Glasoberfläche abgeschieden sind.

Diese Vorteile und andere werden in Verbindung mit der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung leichter verstanden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine Perspektivansicht mit einem weggeschnittenen Abschnitt zur Darstellung der Struktur einer ersten bekannten VCSEL-Anordnung.

2 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten bekannten Vorrichtung.

3A zeigt eine Perspektivansicht mit einem weggeschnittenen Abschnitt zur Darstellung der Struktur einer VCSEL-Anordnung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

3B zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Struktur eines einzelnen aktiven Bereichs des ersten Ausführungsbeispiels.

Die 4A bis 4D zeigen jeweils Schnittansichten zur Darstellung von Herstellungsschritten nach dem ersten Ausführungsbeispiel.

5 zeigt eine Perspektivansicht mit einem weggeschnittenen Abschnitt zur Darstellung einer VCSEL-Anordnung nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

6 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Struktur eines unter Verwendung eines Festphasenübergangs hergestellten einzelnen VCSEL nach einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

7 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Struktur eines unter Verwendung von einem elektrisch leitende Teilchen enthaltenden Haftmittel hergestellten VCSEL (wobei zwei VCSEL dargestellt sind) nach einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

8 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Struktur eines einzelnen VCSEL mit einem epitaktischen Spiegel nach einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

9 zeigt eine Perspektivansicht zur Darstellung der Struktur einer VCSEL-Anordnung nach einem sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

10 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Struktur eines Anzeigegerätes unter Verwendung einer VCSEL-Anordnung nach einem siebten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

11 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Struktur, wobei eine VCSEL-Anordnung und eine elektronische Schaltung integriert sind, nach einem achten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung richtet sich auf eine regelmäßige VCSEL-Anordnung, wobei jeder VCSEL einer auf einem einkristallinen Halbleitersubstrat 1 aus InP aufgewachsenen InGaAs/InGaAsP-Reihe des 1,3 &mgr;m Wellenlängenbandes mit einem Siliziumsubstrat 12 verbunden ist, dessen Oberfläche durch thermische Oxidation isoliert ist. 3A zeigt eine Gesamtperspektivansicht mit einem weggeschnittenen Abschnitt, und 3B stellt eine detaillierte Schnittansicht eines Lichtemissionsbereichs (oder eines Bildelementes) der VCSEL-Anordnung dar.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine aktive Schicht 3 zwischen n- und p-Mantelschichten 2 und 4 sandwichartig angeordnet, und die elektrischen Mehrschichtenspiegel 9 und 10 sind an deren entgegengesetzten Enden bereitgestellt. Der dielektrische Mehrschichtenspiegel 9 ist mit dem Siliziumsubstrat 12 durch ein Haftmittel 11 verbunden. Die Strukturierung einer Elektrode 7 auf der Seite des Siliziumsubstrats ist derart ausgebildet, dass ein Strom unabhängig in jedes Bildelement injiziert werden kann, wie es in 3A gezeigt ist. Nachdem der somit ausgebildete Wafer mit dem Siliziumsubstrat 12 verbunden ist, und das Halbleitersubstrat 1 in eine rahmenartige Form geätzt ist, werden das Substrat 1 und eine epitaktisch gewachsene Schicht 14 an der Peripherie des Rahmens teilweise zur Freilegung der Elektrode 7 entfernt. Die strukturierte Elektrode 7 wird somit herausgeführt. Eine Elektrode 8 auf der Seite des Halbleitersubstrats 1 wird als gemeinsame Elektrode an jedes Bildelement herausgeführt, da ein Abschnitt des elektrisch leitenden Substrats 1 in einer derartigen rahmenförmigen Form belassen wird, wie es in 3A gezeigt ist. Bei 3A sind die dielektrischen Spiegel 9 und 10 zum vereinfachten Verständnis weggelassen, und ein Bildelement 15 wird in der Gestalt einer äußeren Peripherie der aktiven Schicht 3 dargestellt, und eine Lichtemissionsschicht 16 repräsentiert die aktive Schicht 3 selbst.

Nachstehend ist ein Herstellungsvorgang gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 4A bis 4D beschrieben.

Zunächst werden gemäß 4A ein n-InGaAs-Kontakt oder eine Ätzstoppschicht 20, die n-InP-Mantelschicht 2, die verspannte Mehrfachquantentopfaktivschicht 3 aus undotiertem InGaAs/InGaAsP, die p-InP-Mantelschicht 4 und eine p-InGaAs-Kontaktschicht 5 auf dem n-InP-Substrat 1 in der genannten Reihenfolge unter Verwendung eines chemischen Strahlepitaxieverfahrens (CBE) oder dergleichen aufgewachsen. Die Schichten bis herunter zu der aktiven Schicht 3 und dem Lichtemissionsbereich werden in Kreisform mit einem inneren Durchmesser von 20 &mgr;m und einem äußeren Durchmesser von 40 &mgr;m unter Verwendung eines reaktiven Ionenstrahlätzverfahrens (RIBE) oder dergleichen senkrecht geätzt.

Danach wird das Seitenende der InGaAs-Kontaktschicht 5 mit einem Resistlack bedeckt, und lediglich das Seitenende der aktiven Schicht 3 wird mehrere Mikrometer durch einen selektiven Nassätzvorgang geätzt, so dass die aktive Schicht 3 in eine Kreisform mit einem Durchmesser von etwa 15 &mgr;m dünner gemacht wird. Der Durchmesser der aktiven Schicht 3 wird somit annähernd gleich dem effektiven Durchmesser der (nachstehend beschriebenen) dielektrischen Mehrfachschicht ausgebildet, um den injizierten Strom im benötigten Ausmaß einzuschnüren. Der Oszillationsbetrieb kann daher effizient und bevorzugt ausgebildet werden. Wenn eine Mischung aus Schwefelsäure, Wasserstoffperoxidwasser und Wasser (im Verhältnis 3:1:1) als Ätzmittel verwendet wird, werden die InP-Mantelschichten 2 und 4 überhaupt nicht geätzt, und alleine die aktive Schicht 3 wird vollständig geätzt (somit wird ein hochselektiver Ätzvorgang erzielt).

Zudem gibt es eine flächenorientierte Abhängigkeit während des Ätzvorgangs, so dass bei Verwendung eines (100)-Substrats die (010)-Fläche, die (001)-Fläche und ihre invers orientierten Flächen dazu kommen, die aktive Schicht 3 in annähernd quadratischer Form auszubilden. Dabei tritt eine Anisotropie der Verstärkung in der aktiven Schicht 3 auf, und die Polarisation des Oszillationslichtes wird stabilisiert. Demzufolge kann das Problem von Knicken und dergleichen während einer Polarisationsinstabilität des Oszillationslichtes bei einem bekannten VCSEL gelöst werden. Der somit ausgebildete Graben wird mit einem Polyimid 13 oder dergleichen vergraben.

Danach wird gemäß 4B die Isolation an der äußeren Peripherie jedes Bildelementes durch Ausbildung einer SiN-Schicht 6 um das Bildelement sichergestellt. Die Elektrode 7 auf der p-Seite wird durch Strukturierung und Abscheidung von Chrom (in der Dicke von 500 Å)/Gold (mit einer Dicke von 5000 Å) ausgebildet (1 nm = 10 Å). Innerhalb des Bildelementes werden kreisförmige Abschnitte der Elektrode 7 und der Kontaktschicht 5, die leicht größer als die aktive Schicht 3 sind, entfernt. Danach wird die aus 6 Paaren Si/Al2O3 mit einer gemeinsamen Dicke von &lgr;/4 (&lgr;: reale Wellenlänge in der Schicht der Oszillationswellenlänge) bestehende dielektrische Mehrfachschicht 9 unter Verwendung eines RF-Zerstäubungsverfahrens oder dergleichen ausgebildet. Bei diesem Schritt wird ein Ausheilvorgang für die Elektrode 7 ausgeführt, um den Elektrodenkontakt zu erhalten.

Nachdem das InP-Substrat 1 auf eine Dicke von 100 &mgr;m poliert ist (die in 3A dargestellte Dicke), wird sodann die Elektrode 8 der n-Seite aus Goldgermanium (mit der Dicke 2000 Å)/Gold (mit der Dicke 3000 Å) vakuumverdampft und zur Ausbildung des Elektrodenkontakts ausgeheilt. Ein Strukturierungsvorgang wird durchgeführt, um einen äußeren Abschnitt des Anordnungsbereiches in Rahmenform gemäß der Darstellung aus 3A zu belassen, und es wird lediglich ein Abschnitt der Elektrode 8 in dem Bereich zum Lochätzen entfernt.

Gemäß 4C wird die dielektrische Mehrfachschicht 9 mit dem thermisch oxidierten Siliziumsubstrat 12 mit dem Haftmittel 11 verbunden, und der Lochätzvorgang des Substrates 1 wird unter Verwendung von Chlorsäure ausgeführt. Der InGaAs-Kontakt oder die Ätzstoppschicht 20 wird somit freigelegt. Da InGaAs nicht durch die Chlorsäure geätzt werden kann, wird der Ätzvorgang an der Ätzstoppschicht 20 vollständig gestoppt. Der vorstehend beschriebene Verbindungsvorgang wird durchgeführt, indem eine Schicht der Polyimidreihe zwischen der Mehrfachschicht 9 und dem Substrat 12 eingefügt wird, und diese auf 200°C erwärmt wird.

Schließlich wird gemäß 4D die Ätzstoppschicht 20 unter Verwendung eines Ätzmittels der Schwefelsäurereihe entfernt, und die aus sechs Paaren Si/Al2O3 bestehende dielektrische Mehrfachschicht 10 wird nur im Bereich der VCSEL-Anordnung unter Verwendung eines RF-Zerstäubungsverfahrens oder dergleichen ausgebildet. Auf dem Rahmen wird zum Herausführen der Elektrode 8 keine Mehrfachschicht ausgebildet. Die äußere Peripherie der Epitaxieschicht 14 wird geätzt und entfernt, um die Elektrode 7 auf der Verbindungsseite herauszuführen. Die in 3A dargestellte Struktur wird somit vervollständigt.

Wenn eine Vielzahl der somit ausgebildeten Bildelemente 15 auf einem Halbleitersubstrat angeordnet werden, kann eine hochdichte zweidimensionale Laseranordnung mit geringem Schwellenwert leicht hergestellt werden. Eine 3 × 4-Anordnung aus zwölf Bildelementen ist in 3A dargestellt, aber die Anzahl kann erhöht werden. Wenn zudem Bildelemente auf jedem Halbleitersubstrat hergestellt werden, und die somit ausgebildeten Substrate mit einem anderen Substrat bei einer zweckmäßigen Anordnung verbunden werden, kann die Anzahl der angeordneten Bildelemente weiter erhöht werden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann jedes Bildelement selbst mit einem Bildelementintervall von 100 &mgr;m unter guten Bedingungen arbeiten.

Obwohl das Substrat 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einen Rahmen gemäß der Darstellung von 3A geformt ist, kann lediglich eine Seite oder ein Teil einer Seite des Rahmens anstelle des gesamten Rahmens verbleiben, vorausgesetzt, dass es einen verbleibenden Bereich zur Ausbildung eines Kontakts mit der Elektrode 8 gibt.

Eine derartige zweidimensionale Laseranordnung kann als eine Lichtquelle für eine hochschnelle Parallelinformationsübertragung, eine optische Verschaltung und eine optische Informationsverarbeitung verwendet werden.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Struktur der InGaAsP/InP-Reihe auf dem InP-Substrat ausgebildet, aber die Auswahl von Materialreihen ist nicht darauf beschränkt, und die Struktur kann in einem anderen Wellenlängenband aufgebaut werden. Die vorliegende Erfindung kann außerdem auf die AlGaN/InGaN-Reihe auf einem Saphirsubstrat sowie auf die InGaAlP/InAlP-, InGaAs/AlGaAs- und InGaNAs/AlGaAs(GaInP)-Reihe auf einem GaAs-Substrat angewendet werden. Insbesondere ein mit der InGaNAs/AlGaAs(GaInP)-Reihe aufgebauter 1,3 &mgr;m Bandlaser ist bezüglich seiner Temperatureigenschaften und seiner Differenzialverstärkung überlegen, so dass der Laser ohne jegliche Temperatursteuerung arbeiten kann. Wenn dabei keine Wärmesenke verwendet wird, und das vorstehend beschriebene andere Substrat transparent ist, kann sowohl aus der oberen als auch aus der unteren Seite Oszillationslicht herausgeführt werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine VCSEL-Anordnung, bei der eine Elektrode 31 auch in einer lochgeätzten Oberfläche ausgebildet ist, wie es in 5 dargestellt ist, um eine Matrixansteuerung zu bewirken. Zu diesem Zweck erstrecken sich Streifen der Elektrode 7 in Spaltenrichtung, während sich Streifen der Elektrode 31 in Zeilenrichtung senkrecht zu der Spaltenrichtung erstrecken. Bei 5 bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente wie bei 3A.

Die erste Hälfte des Vorgangs zur Herstellung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Herstellung wird bis zu dem Vorgang nach 4C ähnlich ausgeführt, außer der Ausbildung der Elektrode 8 auf der Grundoberfläche. Die Ätzstoppschicht 20 wird nicht entfernt, und wird anstatt dessen als Kontaktschicht verwendet. Bei dem Vorgang nach 4C wird ein zu dem Oberflächenvorgang gemäß 4B ähnlicher Vorgang durchgeführt. Genauer wird eine SiN-Schicht zur Sicherstellung der Isolation der Peripherie jedes Bildelementes ausgebildet, und eine Elektrode 31 für die n-Seite aus Goldgermanium (mit einer Dicke von 2000 Å)/Gold (mit einer Dicke von 3000 Å) wird in einem in 5 dargestellten Muster ausgebildet. Kreisförmige Abschnitte der Elektrode 31 und eine Kontaktschicht 20 mit einem 15 &mgr;m Durchmesser werden in jedem Bildelement 15 entfernt, und ein dielektrischer Spiegel wird über dem gesamten Anordnungsbereich während des Vorgangs nach 4D ausgebildet (dieser Spiegel ist in 5 nicht gezeigt).

Zudem kann die Epitaxieschicht 14 in einem kreuzgestreiften Muster entfernt werden, und der somit ausgebildete Graben kann mit Polyimid oder dergleichen vergraben werden, wie es in 5 dargestellt ist, um eine Interferenz der Elektrode der n-Seite zu vermeiden. Dieser Vorgang wird vor der Ausbildung der SiN-Schicht und der Elektrode 31 für die n-Seite ausgeführt.

Wenn die Anzahl von angeordneten Bildelementen groß ist, wird die Strukturierung beträchtlich verkompliziert, falls die Struktur derart aufgebaut wird, dass jedes Bildelement mit der zu dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlichen Elektrodenstrukturierung angesteuert wird. Daher ist die Matrixansteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel oftmals vorteilhafter. Da zudem ein Strom dazu gebracht wird, durch eine Dünnschicht wie etwa die Mantelschicht 2 in eine Richtung in der Oberfläche wie bei dem Fall der gemeinsamen Elektrode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu fließen, kann der Widerstand hoch sein und die Hochfrequenzeigenschaften können schlecht sein. Das zweite Ausführungsbeispiel kann diese Probleme lösen.

Drittes Ausführungsbeispiel

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jedes Bildelement 15 gemäß 6 ausgebildet, nachdem der Wafer mit dem Substrat 12 verbunden ist (in 6 bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente wie bei 3B). Die zu verwendenden Materialien sind dieselben wie die bei den vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen, und ein VCSEL mit einer Oszillationswellenlänge von 1,55 &mgr;m wird mit der InGaAsP/InP-Reihe auf einem InP-Substrat aufgebaut.

Ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein zu verbindendes Substrat das Siliziumsubstrat 12 mit geringen Verlusten bei 1,55 &mgr;m, dessen gegenüberliegende Flächen poliert sind. Die Endschicht des dielektrischen Spiegels 9 ist aus Silizium ausgebildet, und die Oberfläche des Siliziumsubstrats 12 wird unmittelbar mit zerstäubtem amorphen Silizium bei einer aufgeheizten Temperatur von 200°C und mit einer darauf aufgebrachten Last verbunden. Somit wird ein unmittelbarer Verbindungsvorgang ohne jegliches Haftmittel bewirkt.

Falls dabei das Bildelement im Voraus hergestellt wird, wird die Verbindung mit dem Siliziumsubstrat 12 auf Grund der Oberflächenunebenheit und des Einflusses des Polyimids 13 schwierig. Daher ist es wünschenswert, den Bildelementausbildungsvorgang nach dem Verbindungsvorgang durchzuführen. Der Vorgang kann bei höheren Temperaturen zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit erfolgen. Falls zudem die Gesamtoberfläche dazu gebracht wird, als Übergangsoberfläche zu wirken, wird die Oberfläche wahrscheinlich aufgrund von Verspannungen und ähnlichem getrennt. Daher ist es effektiv, dass der dielektrische Spiegel 9 lediglich über einem Bereich mit einer bestimmten Fläche (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 50 &mgr;m Durchmesser) ausgebildet wird, wie es in 6 dargestellt ist, und die nicht verbundene Oberfläche ohne den Spiegel 9 wird dazu gebracht, als Relaxationsschicht zu wirken. Ein nicht verbundener Bereich 41 ist ein Leerraum, so dass während des Verbindungsvorgangs Umgebungsgas in dem Bereich 41 eingeführt werden kann. Wenn das Umgebungsgas einen negativen Druck aufweist, kann ein stabiler Verbindungszustand bewahrt werden. Die Wärmeabstrahlungseigenschaften der Vorrichtung sind aufgrund der direkten Verbindung ohne jedes Haftmittel überlegen.

Das Herstellungsverfahren und die Struktur gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.

Ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel wird die Laserstruktur epitaktisch auf das InP-Substrat aufgewachsen (die Struktur der aktiven Schicht 3 ist von der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden). Nachdem die Isolationsstruktur des SIN 6 ausgebildet ist, wird das Elektrodenleiterbahnmuster 7 aus Titan (mit der Dicke 500 Å)/Platin (mit der Dicke 1000 Å)/Gold (mit der Dicke 3000 Å) als eine Nichtlegierungselektrode auf der InGaAs-Kontaktschicht 5 ausgebildet. Bei der Elektrode 7 tritt zum Zeitpunkt der Erwärmung keine Diffusion auf. Dann werden die kreisförmigen Abschnitte der Elektrode 7 und die Kontaktschicht 5 mit einem derartigen Durchmesser entfernt (vorliegend 30 &mgr;m Durchmesser, obwohl in 6 etwas kleiner dargestellt), der einen effektiven Durchmesser des Mehrschichtenspiegels 9 verursacht, um in Relation zu der aktiven Schicht 3 ein ausreichendes Ausmaß aufzuweisen. Der Mehrfachschichtspiegel 9 (dessen Endschicht aus Silizium ist) aus Si/Al2O3 wird mit einem Durchmesser von 50 &mgr;m durch ein Abhebeverfahren oder dergleichen abgeschieden.

Das Siliziumsubstrat 12 wird sodann gemäß vorstehender Beschreibung verbunden. Nachdem das InP-Substrat ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel entfernt wird, wird danach der Ausbildungsvorgang für das Bildelement ausgeführt. Die Elektrode 8 wird in einem Elektrodenmuster gemäß der Darstellung von 5 ausgebildet, so dass die Bildelemente 15 unabhängig voneinander angesteuert werden können. Bei 6 bezeichnet das Bezugszeichen 42 eine Ätzstopp- oder Kontaktschicht.

Wenn die Vorrichtung betrieben wird, kann Licht aus der Seite des Siliziumsubstrats 12 oder aus der Seite herausgeführt werden, wo kein Siliziumsubstrat 12 als Wärmesenke verbunden ist.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel können die optische Vorrichtung und eine auf dem Siliziumsubstrat 12 hergestellte integrierte Schaltung auf einem gemeinsamen Substrat bereitgestellt sein, und daher kann eine optoelektronische integrierte Vorrichtung zu relativ günstigen Kosten aufgebaut werden. Die optische Vorrichtung kann selbst an einem schmalen Ort leicht positioniert werden, da kein Haftmittel verwendet wird.

Ein Beispiel für eine derartige optoelektronische integrierte Vorrichtung ist in 11 dargestellt. 11 zeigt einen Integrationsabschnitt zwischen der Bildelementanordnung (Oberflächenemissionslaser) und einem Bipolartransistor 210 zum Ansteuern des Oberflächenemissionslasers, wobei der Transistor bei einer Endstufe der auf einem Siliziumsubstrat 112 ausgebildeten integrierten Schaltung ausgebildet ist. Ein dielektrischer Spiegel 109 wird in einer Festphase unmittelbar mit einer SiNx-Schicht 200 verbunden, die eine Schutzschicht für einen blanken Chip von Siliziumvorrichtungen ist. Die Festphasenverbindung zwischen Siliziumeinrichtungen wird bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsvorgang ausgeführt, aber eine Verbindung zwischen Silizium und der SiNx-Schicht ist in ähnlicher Weise möglich. Lediglich ein Abschnitt der SiNx-Schicht 200 auf einer Oberflächenschicht des blanken Siliziumchips in einem Bereich, der mit dem Oberflächenemissionslaser zu verbinden ist, kann entfernt werden, und der Verbindungsvorgang kann auf eine derart freigelegte Oberfläche des Siliziumsubstrats 112 durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass die Vorgangstemperatur nicht zu sehr erhöht werden würde, wenn die Verbindung mit einem Siliziumsubstrat mit einer integrierten Schaltung darauf durchgeführt wird.

Bei dem Verbindungsvorgang werden eine Laserelektrode 107 und eine Kollektorelektrode 201 des Transistors 210 miteinander ausgerichtet, und der Ansteuerungstransistor 210 wird somit mit jedem Oberflächenemissionslaser verbunden. Der Transistor 210 ist von der npn-Bauart, wobei die auf einem n-Diffusionsbereich 206 ausgebildete Elektrode 201 eine Kollektorelektrode ist, die auf einem p-Diffusionsbereich 208 ausgebildete Elektrode 203 eine Basiselektrode ist, und die auf einem n-Diffusionsbereich 207 ausgebildete Elektrode 202 eine Emitterelektrode ist.

Bei 11 bezeichnet das Bezugszeichen 204 einen anfangs auf dem Substrat 112 ausgebildeten n-Diffusionsbereich, und das Bezugszeichen 205 bezeichnet einen p-Diffusionsbereich zur Trennung der Vorrichtungen voneinander. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 101 ein Aufwachssubstrat, das Bezugszeichen 102 bezeichnet eine n-Mantelschicht, das Bezugszeichen 103 bezeichnet eine undotierte aktive Schicht, das Bezugszeichen 104 bezeichnet eine p-Mantelschicht, das Bezugszeichen 106 bezeichnet eine isolierende Schicht, das Bezugszeichen 108 bezeichnet eine Elektrode der n-Seite, das Bezugszeichen 110 bezeichnet einen dielektrischen Spiegel, das Bezugszeichen 113 bezeichnet in einen Grabenabschnitt eingebrachtes Polyimid, und das Bezugszeichen 132 bezeichnet in einen weiteren Grabenabschnitt eingebrachtes Polyimid zum Vermeiden von Interferenz zwischen den Elektroden 108 der n-Seite.

Die Elektroden des von der Kollektorelektrode 201 verschiedenen Transistors sind mit einer CMOS-Schaltung oder dergleichen verbunden, die auf dem Siliziumsubstrat 112 durch elektrische Leiterbahnen verbunden sind. Die andere Elektrode 108 des Oberflächenemissionslasers ist ebenfalls mit einer Energieversorgungsquelle oder dergleichen durch ein auf dem Substrat ausgebildetes Leiterbahnmuster verbunden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein auf der Seite der Epitaxieschichten bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildetes Elektrodenmuster auf dem zu verbindenden Substrat ausgebildet, und das Elektrodenmuster wird mit einer in einer einfachen Gestalt bei jedem Bildelement ausgebildeten Elektrodenkontaktfläche verbunden und elektrisch kontaktiert.

Bei der Struktur gemäß 7 (wobei in 7 dieselben Bezugszeichen dieselben Abschnitte wie bei 6 bezeichnen) ist Gold 51 auf der Seite des Bildelementes derart abgeschieden, dass eine elektrische Leitung zwischen einem oberen Abschnitt des dielektrischen Spiegels 9 und dem elektrischen Kontakt 7 des Bildelementes ausgebildet werden kann. Eine elektrische Leitung zwischen dem Gold 51 auf dem oberen Abschnitt des dielektrischen Spiegels 9 und einem Elektrodenmuster 52 auf der Seite eines Substrats 55 wird durch ein Haftmittel 54 der Polyimidreihe mit elektrisch leitenden Teilchen 53 erzielt. Das Haftmittel 54 hat die Eigenschaft, dass nur zwischen den Elektrodenkontaktflächen 51 und 52 eine elektrische Leitung erzielt werden kann, während zwischen den Vertiefungen der gestuften Abschnitte auf beiden Lateralseiten der Elektrodenkontaktflächen 51 und 52 keine Leitung ausgebildet wird.

Das Leitungsmuster ist aus einer Plattierung 52 aus Cu/Ni/Au mit einer Dicke von etwa 15 &mgr;m auf dem Hartsubstrat 55 ausgebildet. Nachdem der Ausrichtungsvorgang zwischen den Elektrodenkontaktflächen 51 und 52 unter Verwendung von infrarotem transmittierendem Licht bewirkt wurde, wird deren Verbindung durch Erwärmung auf 200°C ausgeführt, während eine Last darauf aufgebracht wird. Der dielektrische Spiegel 9 weist einen Durchmesser von 50 &mgr;m ähnlich wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel auf, und seine Höhe beträgt 2 &mgr;m. Gemäß 7 werden die leitenden Teilchen 53 zwischen die beiden Elektrodenkontaktflächen 51 und 52 eingefügt, und die elektrische Leitung wird zwischen ihnen sichergestellt, während keine elektrische Leitung in Bereichen ohne jegliche Kontaktfläche erzielt wird, da diese Teilchen 53 nicht dort miteinander verbunden sind. Leere Abschnitte auf der Verbindungsseite werden mit dem Polyimidhaftmittel 54 gefüllt.

Das Bildelement wird ähnlich zu dem dritten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Bezüglich der Struktur des VCSEL in 7 wird das Aufwachssubstrat entfernt und die Bildelemente werden nach dem Verbindungsschritt hergestellt, ähnlich wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel. Das Bildelement kann jedoch vor dem Verbindungsschritt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt werden. Zudem ist das Elektrodenleitungsmuster dasselbe wie bei 3A oder 5.

Da bei dem vierten Ausführungsbeispiel lediglich die erforderlichen Abschnitte leicht und positiv elektrisch verbunden werden können, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel besonders effektiv verwendet werden, wenn das Leiterbahnmuster komplizierter und dichter als bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist. Zudem sind die Wärmeabstrahlungseigenschaften der Vorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel besser als jene gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, da das die leitenden Teilchen enthaltende Haftmittel verwendet wird.

Ein sogenanntes anisotrop elektrisch leitendes Haftmittel, bei dem leitende Teilchen dünn ausdiffundiert sind, wird bei dem vierten Ausführungsbeispiel verwendet, aber es kann ein beliebiges Verbindungsverfahren verwendet werden, vorausgesetzt, dass ein elektrischer Kontakt lediglich zwischen den gewünschten Elektroden bewirkt werden kann, während zwischen anderen Elektrodenleiterbahnen eine Isolation sichergestellt wird.

Als andere Verbindungsverfahren gibt es ein Verfahren, bei dem ein Lötmittel, Silberpaste oder dergleichen lediglich bei Bereichen platziert wird, wo ein elektrischer Kontakt gewünscht wird, sowie ein Verfahren, bei dem Elektrodenmetalle aneinander durch Aufbringen einer Last an das Substrat gepresst werden, usw. Als selektive Lötmittelausbildung gibt es den sogenannten Flipchipeinbau, bei dem eine Lötmittelkugel platziert wird, sowie ein Verfahren, bei dem eine Schicht aus Lötmittel selektiv durch einen Plattierungsvorgang ausgebildet wird. Für die selektive Ausbildung von Silberpaste gibt es ein Siebdruckverfahren und dergleichen. Bei jedem Verfahren ist die selektive Ausbildung in einer Größe von etwa 50 &mgr;m2 möglich.

Obwohl das Harzsubstrat 55 als zu verbindendes Substrat verwendet wird, ist es natürlich möglich, einen blanken Chip mit einem anderen blanken Chip des Siliziumsubstrats zu verbinden, auf dem die integrierte Schaltung ausgebildet ist, wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, wie es in 12 dargestellt ist.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden InP-Reihen und dielektrische Spiegel verwendet, aber bei dem vorliegenden fünften Ausführungsbeispiel wird das Konzept der vorliegenden Erfindung auf einen VCSEL der GaAs-Reihe angewendet, der mit Epitaxiespiegeln versehen ist. Wenn ein GaAs-Substrat verwendet wird, können Hochreflexions-DBR-Spiegel an gegenüberliegenden Endoberflächen durch epitaktisches Aufwachsen von Mehrfachschichten aus AlAs/GaAs (oder AlGaAs) zusammen mit der aktiven Schicht ausgebildet werden. Daher wird kein separater Ausbildungsschritt für den dielektrischen Spiegel benötigt, so dass der Gesamtvorgang beträchtlich vereinfacht werden kann.

8 zeigt eine derartige Struktur. Ein DBR-Spiegel 61 aus (25 Paaren) n-AlAs/AlGaAs, eine zwischen AlGaAs-Abstandshaltern sandwichartig eingeschlossene aktive Mehrfachquantenschicht aus GaAs/AlGaAs, und ein DBR-Spiegel 63 aus (30 Paaren) p-AlAs/AlGaAs sind auf dem (nicht gezeigten) n-GaAs-Substrat während eines einzigen Epitaxieaufwachsvorgangs ausgebildet worden. Die Gesamtdicke der aktiven Schicht und der Abstandshalterschichten ist auf eine Wellenlänge der Oszillationswellenlänge eingestellt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Oszillationswellenlänge 835 nm, und die Gesamtdicke liegt bei etwa 250 nm. Die oberste Schicht des p-DBR-Spiegels 63 ist aus GaAs ausgebildet, so dass der Elektrodenkontakt des Spiegels 63 verbessert werden kann. Auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Bildelement ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet, es wird aber nur die Ausbildung der Isolationsstruktur des SiN 6, das Vergraben mit dem Polyimid 13, und die Ausbildung des p-Elektrodenmusters 7 benötigt, da die beiden Spiegel bereits ausgebildet sind.

Nachdem dieser Wafer mit dem Si-Substrat 12 oder dergleichen verbunden wurde, wird das n-GaAs-Substrat mit Ausnahme eines Teils davon entfernt, wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Dabei wird ein selektiver Ätzvorgang für das GaAs-Substrat und die erste Schicht AlAs des n-DBR-Spiegels 61 unter Verwendung beispielsweise eines Nassätzvorgangs mit Ammoniak und einem Wasserstoffperoxid sowie einem Trockenätzvorgang ausgeführt. Die Elektrode der n-Seite kann dieselbe wie die beim ersten Ausführungsbeispiel sein.

Es besteht kein Bedarf, das n-GaAs-Substrat zu entfernen, wenn Licht von der Seite des p-DBR-Spiegels 63 herausgeführt wird, aber in einem derartigen Fall wird ein präziser und genauer Strukturierungsvorgang erforderlich, um ein Fenster zum Herausführen des Lichts in der Elektrode 7 auf der p-Seite auszubilden. Wenn die Vorrichtung eine Vorrichtung der GaAs-Reihe ist, dessen Wellenlängenband (unter etwa 850 nm) durch das Aufwachssubstrat absorbiert werden kann, ist daher das fünfte Ausführungsbeispiel effektiv, da kein Fenster in der p-Elektrode 7 ausgebildet wird, und das n-GaAs-Substrat entfernt wird.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel werden die auf dem Aufwachssubstrat aufgewachsenen Schichten nicht mit einem anderen Substrat verbunden, und eine Vielzahl von Bereichen mit kleinen Flächen, bei denen aktive Bereiche hochdicht angeordnet sind, werden gemäß der Darstellung von 9 angeordnet. Wenn der Lochätzbereich eine kleine Fläche von etwa 300 &mgr;m aufweist (dieser Wert wird durch die zur Beibehaltung des Lasersubstrats benötigte Festigkeit und den gewünschten Wert des elektrischen Widerstands auf der Seite der Elektrode 78 grob bestimmt), weist ein gitterförmiges Substrat 71 eine ausreichende Festigkeit auf, und daher wird keine Verbindung mit einem anderen Substrat benötigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden vier (2 × 2) Bildelemente 15 bei einem Abstand von 125 &mgr;m in einer Fläche von 300 &mgr;m2 integriert, wobei das gitterförmige Substrat eine Breite von 100 &mgr;m aufweist und 16 Partitionen mit jeweils vier Bildelementen in einem zweidimensionalen Muster angeordnet sind.

Wenn der Integrationsgrad gering ist (d.h. der Abstand zwischen den Bildelementen ist relativ groß), ist die durch einen einfachen Vorgang ausgebildete Struktur gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel effektiv, da das gitterförmige Substrat 71 mit der Elektrode 78 darauf zwischen den Bildelementen 15 belassen werden kann.

Siebtes Ausführungsbeispiel

Bei einem siebten Ausführungsbeispiel werden Laser oder LEDs der GaN-Reihe für die Emission von blauem bis ultraviolettem Licht (mit einer Wellenlänge von 420 nm–380 nm) mit einem anderen Substrat zur Ausbildung der Anordnung in zweidimensionaler regelmäßiger Anordnung verbunden, wie es bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen angegeben ist. Wenn Glas als das andere Substrat verwendet wird, und eine fluoreszierende Substanz auf das Glassubstrat 92 für jedes Bildelement gemäß der Darstellung von 10 aufgebracht wird, so dass fluoreszierendes Licht für R, G oder B daraus emittiert werden kann, kann die Vorrichtung als Vollfarbanzeigevorrichtung unter Verwendung von optischer Stimulation durch das Licht von Blau bis Ultraviolett verwendet werden.

Die Bildelemente können mit einem Bildelementdurchmesser von 25 &mgr;m und einem Intervall von etwa 75 &mgr;m ausgebildet werden, und die Fläche der regelmäßig angeordneten Bildelemente kann stark erhöht werden. Daher kann selbst eine großformatige Vollfarbanzeigevorrichtung der Feldbauart gebaut werden. Da ein Niederschwellenwertlaser als Lichtemissionsquelle verwendet wird, kann die Anzeige mit geringer elektrischer Leistungsaufnahme und starker Brillanz durchgeführt werden, und es wird keine Hochspannung und kein Vakuum benötigt.

Die Struktur und die Verarbeitung sind ähnlich wie die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Sie werden nachstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.

Eine (nicht gezeigte) Niedertemperaturpufferschicht aus GaN oder aus AlN, die bei einer geringen Aufwachstemperatur ausgebildet werden können, ist mit einer relativ großen Dicke von etwa 10 &mgr;m auf einem (nicht gezeigten) Saphirsubstrat ausgebildet. Eine Mantelschicht 81 aus n-GaN/AlGaN, eine aktive Mehrfachquantentopfschicht 82 aus undotiertem InGaN/AlGaN, eine Mantelschicht 84 aus p-AlGaN/p-GaN, und eine p-GaN-Abdeckschicht 85 werden sodann unter Verwendung eines metallorganischen Gasphasenepitaxieverfahrens (MOVPE) oder dergleichen aufgewachsen. Ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel werden das Bildelement und dergleichen unter Verwendung eines Ätzvorgangs wie etwa RIBE usw. ausgebildet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein selektiv einschnürendes Ätzen der aktiven Schicht 82 schwierig, so dass ein Stromblockbereich 83 durch selektives Oxidieren der AlGaN-Schicht (einer Barrierenschicht) in der aktiven Schicht 82 ausgebildet wird. Dieser Vorgang verwendet das Phänomen, dass wenn ein Aufheizvorgang bei etwa 500°C in einer Atmosphäre von Wasserdampf durchgeführt wird, ein oxidierter Abschnitt von einer Seitenwand der Schicht mit leicht oxidierbarem Al nach innen fortschreitet. Dabei wird die Seitenwand der AlGaN-Schicht in der Mantelschicht 84 ebenfalls in ähnlicher Weise oxidiert, aber es wird dort kein Stromblockbereich ausgebildet, da die Abdeckschicht 85 wegen des GaN unverändert bleibt. Daher treten keine Probleme auf. Nachdem der Grabenabschnitt mit einer vergrabenen Schicht 94 vergraben wird, wird Nickel (mit einer Dicke von 1000 Å)/Au (mit einer Dicke von 3000 Å) als Elektrode 87 für die p-Seite abgeschieden. Das Bezugszeichen 86 bezeichnet eine isolierende Schicht.

Danach wird ein dielektrischer Mehrschichtenspiegel 89 aus 18 Paaren SiO2/MgO unter Verwendung eines HF-Zerstäubungsverfahrens oder dergleichen ausgebildet, und der somit ausgebildete Wafer wird mit dem Glassubstrat 92, auf dem eine RGB-Fluoreszenzsubstanz 93 entsprechend jedem Bildelement strukturiert ist, durch ein Haftmittel 91 verbunden.

Das Saphirsubstrat wird außer seinem äußeren Rahmenabschnitt durch einen Poliervorgang oder dergleichen entfernt, bis die Pufferschicht erscheint. Die freigelegte Niedertemperaturpufferschicht aus GaN oder AlN wird durch einen Ätzvorgang unter Verwendung von auf 300°C erwärmter Phosphorsäure entfernt. Dabei ist die Ätzrate der n-GaN-Schicht in der Mantelschicht 81 aus epitaktisch gewachsenem einkristallinen n-GaN/AlGaN für das vorstehend angeführte Ätzmittel sehr langsam, und daher kann ein selektiver Ätzvorgang bewirkt werden.

Eine matrixförmige Leiterbahn wird ähnlich zum zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Im Einzelnen wird eine Struktur aus Titan (mit einer Dicke von 500 Å)/Aluminium (mit einer Dicke von 1 &mgr;m)/Gold (mit einer Dicke von 2000 Å) als Elektrode 95 der n-Seite ausgebildet, wie es in 5 dargestellt ist. Die epitaktischen Schichten können in dem gitterförmigen Muster 32 entfernt werden, und Polyimid oder dergleichen kann darin eingefügt werden, wie es in 5 dargestellt ist, so dass die Interferenz der Elektrode der n-Seite vermieden werden kann. Nachdem die Elektrode 95 bei dem Bildelement schließlich in einer kreisförmigen Gestalt von 15 &mgr;m Durchmesser entfernt ist, wird ein dielektrischer Mehrschichtenspiegel 90 aus SiO2/MgO über dem gesamten Anordnungsbereich abgelagert (nicht auf dem äußeren Rahmenabschnitt des Aufwachssubstrates). Somit kann die Anzeige durch Matrixansteuerung durchgeführt werden.

Im Falle einer LED wird kein dielektrischer Spiegel 89 auf der Seite des fluoreszierenden Substrats 93 ausgebildet. Auch bei dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel kann die LED-Anordnung ohne das Ausbilden des Spiegels auf der Seite zum Herausführen des Lichtes ausgebildet sein. Somit kann eine LED leicht hergestellt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden Lichtemissionsvorrichtungen angeordnet, aber die Lichtemissionsvorrichtung kann durch eine Lichtempfangsvorrichtung ersetzt werden. Wenn eine elektrische Leiterbahn usw. auf dem Verbindungssubstrat ausgebildet sind, und Licht von der Seite des Aufwachssubstrates und nicht des Verbindungssubstrates eingeführt werden muss, kann die Anordnung aus Lichtempfangsvorrichtungen relativ leicht ausgebildet werden, wenn das Aufwachssubstrat gemäß 3A entfernt wird. Die Struktur kann hierbei annähernd dieselbe wie die gemäß der 3A und 3B sein, außer dass die aktive Schicht eine Absorptionsschicht ist, und ein inverses elektrisches Feld an die Elektroden angelegt wird, um daraus Fotostrom herauszuführen. Wenn die Vorrichtung als Lichtempfangsvorrichtung aufgebaut ist, werden grundsätzlich keine Mehrschichtenspiegel benötigt, aber deren Lichtempfangseffizienz kann verbessert werden, falls der Spiegel auf der Seite des Verbindungssubstrates ähnlich wie bei dem Laser ausgebildet wird, um dort Licht zu reflektieren und es zur Lichtabsorptionsschicht zurückzuschicken.

Gemäß vorstehender Beschreibung kann erfindungsgemäß eine optische Vorrichtung in Oberflächenbauart erzielt werden, die mit guter Produktivität leicht hergestellt werden kann, und die für ein Lichtemissionsgerät mit einer regelmäßigen zweidimensionalen Anordnung geeignet ist. Außerdem wird dessen bevorzugtes Herstellungsverfahren, ein Anzeigegerät unter Verwendung dieser Vorrichtung und dergleichen erhalten.

Außer vorliegend anders offenbart sind die verschiedenen vorstehend in Umriss- oder Blockform in einer der 1 bis 11 gezeigten Bestandteile bei optischen Halbleitervorrichtungen individuell gut bekannt, und ihr innerer Aufbau und ihre Betriebsweise sind vorliegend nicht beschrieben.

Während die Erfindung vorliegend bezüglich dessen beschrieben ist, was derzeit als bevorzugte Ausführungsbeispiele betrachtet wird, ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Die Erfindung ist dazu gedacht, verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche beinhaltet sind.

So beinhaltet eine optische Vorrichtung in Oberflächenbauart wie etwa eine Oberflächenemissionslaservorrichtung ein erstes Substrat, eine auf dem ersten Substrat ausgebildete und angeordnete Vielzahl von aktiven Bereichen, sowie eine Steuereinheit zum Injizieren eines Stroms in jeden oder zum Anlegen einer inversen Spannung an jeden aktiven Bereich. Ein Abschnitt des ersten Substrats wird über einer zumindest zwei aktive Bereiche beinhaltenden Fläche entfernt. Der aktive Bereich ist derart aufgebaut, dass Licht von jedem aktiven Bereich senkrecht zu dem ersten Substrat ausgegeben oder darin eingegeben wird. Ein zweites Substrat kann mit einer Seite der epitaktisch aufgewachsenen Schicht des ersten Substrats verbunden werden.


Anspruch[de]
  1. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart mit:

    einem ersten Substrat (1);

    einer Vielzahl von aktiven Bereichen (16), die auf dem ersten Substrat ausgebildet und angeordnet sind, wobei ein Abschnitt des ersten Substrats über einem Bereich mit zumindest zwei der aktiven Bereiche entfernt ist; und

    einer Steuereinrichtung (7, 8) zum Injizieren eines Stroms in oder zum Anlegen einer inversen Spannung an jeden der aktiven Bereiche, wobei jeder der aktiven Bereiche derart aufgebaut ist, dass Licht senkrecht zu dem ersten Substrat von jedem der aktiven Bereiche ausgegeben oder in jeden eingegeben wird.
  2. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach Anspruch 1, wobei die aktiven Bereiche regelmäßig angeordnet sind, und ein Abschnitt des ersten Substrats über einem Bereich aller regelmäßig angeordneten aktiven Bereiche entfernt ist.
  3. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach Anspruch 2, wobei ein Abschnitt des ersten Substrats außerhalb von allen regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen verbleibt.
  4. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach Anspruch 1, wobei die aktiven Bereiche regelmäßig angeordnet sind, und ein Abschnitt des ersten Substrats in einer gitterförmigen Gestalt über einem Bereich aller regelmäßig angeordneten aktiven Bereiche verbleibt.
  5. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem zweiten Substrat (12), wobei das erste Substrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen mit dem zweiten Substrat verbunden ist, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind.
  6. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung eine gemeinsame Elektrode beinhaltet, die den auf einem verbleibenden Abschnitt des ersten Substrats ausgebildeten aktiven Bereichen gemeinsam ist.
  7. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung ein in dem Bereich mit zumindest zwei aktiven Bereichen ausgebildetes Elektrodenmuster beinhaltet, damit jede Elektrode von jedem der aktiven Bereiche herausgeführt ist.
  8. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem zweiten Substrat, wobei das erste Substrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen mit dem zweiten Substrat verbunden ist, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind, und wobei die Steuereinrichtung ein auf einer Oberfläche der aktiven Bereiche, mit denen das zweite Substrat verbunden ist, ausgebildetes Elektrodenmuster beinhaltet, dabei ist das Elektrodenmuster durch das Entfernen eines äußersten Abschnittes des ersten Substrats und eines Abschnittes der aktiven Bereiche freigelegt, damit jede Elektrode von jedem der aktiven Bereiche herausgeführt ist.
  9. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem zweiten Substrat, wobei das erste Substrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen mit dem zweiten Substrat verbunden ist, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind, und wobei die Steuereinrichtung ein Elektrodenmuster beinhaltet, das auf einer Oberfläche des zweiten Substrates ausgebildet ist, mit dem das erste Substrat derart verbunden ist, dass das Elektrodenmuster mit jedem der aktiven Bereiche elektrisch verbunden ist, damit jede Elektrode von jedem der aktiven Bereiche herausgeführt ist.
  10. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung derart in Matrixform ausgebildete positive und negative Elektroden aufweist, dass jeder der aktiven Bereiche unabhängig angesteuert werden kann.
  11. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einem zweiten Substrat, wobei das erste Substrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereichen mit dem zweiten Substrat verbunden ist, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind, und wobei das zweite Substrat ein Halbleitersubstrat mit einer darauf ausgebildeten elektronischen Schaltung umfasst, dabei ist zumindest eine Elektrode der elektronischen Schaltung mit jeder der aktiven Bereiche durch eine auf dem zweiten Substrat ausgebildete elektrische Leiterbahn elektrisch verbunden.
  12. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der aktive Bereich eine aktive Schicht (3) derart aufweist, dass eine Oberflächenemissionsvorrichtung zur Emission von Licht senkrecht zu dem ersten Substrat ausgebildet ist.
  13. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach Anspruch 12, wobei die Oberflächenemissionsvorrichtung einen Oberflächenemissionslaser mit vertikalem Resonator mit einem auf gegenüberliegenden Seiten der Lichtemissionsschicht bereitgestellten Paar von Reflexionsspiegeln (9, 10) umfasst.
  14. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach Anspruch 12, wobei die Oberflächenemissionsvorrichtung eine Lichtemissionsvorrichtung mit höchstens einem auf einer Seite der Lichtemissionsschicht bereitgestellten Reflexionsspiegel umfasst.
  15. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der aktive Bereich eine Lichtabsorptionsschicht derart umfasst, dass eine Lichtempfangsvorrichtung in Oberflächenbauart für den Empfang einer Lichteingabe senkrecht zu dem ersten Substrat ausgebildet ist.
  16. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach Anspruch 15, wobei die Lichtempfangsvorrichtung in Oberflächenbauart eine Lichtempfangsvorrichtung mit zumindest einem auf zumindest einer Seite der Lichtempfangsschicht bereitgestellten Reflexionsspiegel umfasst.
  17. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der aktive Bereich zumindest einen Reflexionsspiegel umfasst, der aus zwei Arten von dielektrischen Schichten besteht, die alternierend geschichtet sind.
  18. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der aktive Bereich zumindest einen Reflexionsspiegel umfasst, der aus zwei Arten von Halbleiterschichten besteht, die alternierend geschichtet sind.
  19. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 14, 17 und 18, ferner mit einem zweiten Substrat aus einem transparenten Material, wobei das erste Substrat mit den darauf regelmäßig angeordneten aktiven Bereiche mit dem zweiten Substrat verbunden ist, wobei die aktiven Bereiche zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zwischengelagert sind, dabei umfasst jeder der aktiven Bereiche eine Lichtemissionsschicht derart, dass eine Oberflächenemissionsvorrichtung zur Emission von Licht senkrecht zu dem ersten Substrat ausgebildet ist, und zudem mit einer zwischen der Oberflächenemissionsvorrichtung und dem zweiten Substrat derart bereitgestellten fluoreszierenden Substanz, dass eine Anzeige durch Licht einer Farbe mit einer Emissionswellenlänge der Oberflächenemissionsvorrichtung oder Licht einer Fluoreszenzfarbe ausgeführt werden kann, die erzeugt wird, wenn die fluoreszierende Substanz durch das Licht von der Oberflächenemissionsvorrichtung stimuliert wird.
  20. Optische Vorrichtung in Oberflächebauart nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die aktiven Bereiche Schichten aus Verbindungshalbleiter umfassen, die ein Element der dritten Hauptgruppe aus der Auswahl Bor, Aluminium, Gallium und Indium sowie Stickstoff aufweist.
  21. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die aktiven Bereiche eine aktive Schicht aus einem Oxid von Zink und Mantelschichten aus einem Oxid von Magnesium umfassen.
  22. Optische Vorrichtung in Oberflächenbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die aktiven Bereiche eine Stromeinschnürungsstruktur zur Einschnürung des Stromflusses beinhalten.
  23. Herstellungsverfahren für eine optische Vorrichtung in Oberflächenbauart mit den Schritten:

    epitaktisches Wachsen von Schichten (2, 3, 4) mit einer aktiven Schicht (3) auf einem ersten Substrat;

    Ausbilden einer Vielzahl von aktiven Bereichen auf dem ersten Substrat, wobei jeder aktive Bereich derart aufgebaut ist, dass Licht von jedem aktiven Bereich senkrecht zu dem ersten Substrat ausgegeben oder darin eingegeben wird; und

    Entfernen eines Abschnitts des ersten Substrats über einem Bereich mit zumindest zwei der aktiven Bereiche.
  24. Herstellungsverfahren nach Anspruch 23, ferner mit dem Schritt zum Verbinden einer Seite der epitaktisch gewachsenen Schichten des ersten Substrats mit einem zweiten Substrat.
  25. Herstellungsverfahren nach Anspruch 23 oder 24, ferner mit dem Schritt zur Ausbildung einer Stromeinschnürungsstruktur zum Einschnüren des Stromflusses in die aktive Schicht in dem aktiven Bereich.
  26. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 24, ferner mit dem Schritt zum Ausbilden eines Reflexionsspiegels auf einer Seite der epitaktisch gewachsenen Schichten des ersten Substrats.
  27. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 24, ferner mit dem Schritt zur Ausbildung eines Reflexionsspiegels auf einer Fläche der epitaktisch gewachsenen Schichten, die durch den Entfernungsschritt freigelegt wird.
  28. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei der Entfernungsschritt nach dem Ausbildungsschritt für die aktiven Bereiche ausgeführt wird.
  29. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei der Ausbildungsschritt für die aktiven Bereiche nach dem Entfernungsschritt ausgeführt wird.
  30. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei der Entfernungsschritt nach dem Verbindungsschritt ausgeführt wird.
Es folgen 11 Blatt Zeichnungen






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