(57)【要約】  本発明は、基板ベース部（１）と、前記基板ベース部の上および／または横に配設されたメサ（Ｍ）とを有する垂直共振器を備える表面放射半導体レーザーにおいて、前記メサが本質的に基板ベース面に対して垂直に見て：第１の、前記基板ベース部に対向して配設されたドープ領域（２）の少なくとも一部と、第２の、前記基板ベース部と離隔して配設されたドープ領域（４）の少なくとも一部と、本質的に活性層に対して垂直に放射するレーザー放射ゾーンを有する少なくとも１つの活性層（Ａ）を有する前記第１および第２ドープ領域の間に配設された活性領域（３）とを含む表面放射半導体レーザーに関し、メサ（Ｍ）がその側面フランクの少なくとも一部分区間に少なくとも１つの狭隘部（Ｅ）を有することを特徴とする。
2011520272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ベース部（１）と、前記基板ベース部の上および／または横に配設されたメサ（Ｍ）とを有する垂直共振器を備える表面放射半導体レーザーにおいて、前記メサが本質的に基板ベース面に対して垂直に見て：第１の、前記基板ベース部に対向して配設されたドープ領域（２）の少なくとも一部と、第２の、前記基板ベース部と離隔して配設されたドープ領域（４）の少なくとも一部と、本質的に活性層に対して垂直に放射するレーザー放射ゾーンを有する少なくとも１つの活性層（Ａ）を有する前記第１および第２ドープ領域の間に配設された活性領域（３）とを含む表面放射半導体レーザーであって、
メサ（Ｍ）がその側面フランクの少なくとも一部分区間に少なくとも１つの狭隘部（Ｅ）を有することを特徴とする表面放射半導体レーザー。
【請求項２】
狭隘部（Ｅ）の平面が本質的に活性層に対して平行に延伸し、および／またはメサ（Ｍ）がその側面フランクの少なくとも一部分区間に複数の狭隘部（Ｅ１、Ｅ２）を有し、好ましくは前記複数の狭隘部の少なくとも２つが放射方向に見て本質的に重なり合って配設されていることを特徴とする上記請求項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項３】
狭隘部（Ｅ）が基板ベース面に対して垂直に見て活性層（Ａ）の高さに、活性層（Ａ）の上方または活性層（Ａ）の下方に形成されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項４】
狭隘部（Ｅ）の平面に対して平行に見て、狭隘部の面積拡大部と第１および／または第２ドープ領域の最大面積拡大部の比率が０．５より小さく、好ましくは０．３３より小さく、好ましくは０．２５より小さく、好ましくは０．２より小さいことを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項５】
メサが狭隘部（Ｅ）の領域で基板ベース面に対して垂直に見て近似的にＸ字形状、二重円錐台形状および／またはダイヤボロ状の横断面を有することを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項６】
メサ表面の少なくとも一部分区間が第１ドープ領域（２）の領域および／または第２ドープ領域（４）の領域で基板ベース法線に対して４５°より大きく、好ましくは５５°より大きく、好ましくは６０°より大きい角度（α）で延伸することを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項７】
メサ表面の第１部分区間が活性領域の第２の、基板ベース離隔側に配設されたドープ領域（４）の領域で本質的に基板ベース法線に対して平行に延伸し、かつメサ表面の第２部分区間が第２ドープ領域（４）の領域で本質的に基板ベース法線に対して４５°より大きく、好ましくは５５°より大きく、好ましくは６０°より大きい角度（α）で延伸し、前記第２部分区間から見て前記第１部分区間が前記基板ベース部に対向する側に形成されていることを特徴とする上記請求項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項８】
第１部分区間と第２部分区間の基板ベース法線の方向への拡大の比率が１対１．５および１対２．５、好ましくは１対２になることを特徴とする上記請求項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項９】
活性領域（３）に高オーミックまたは電気的に遮断する電流狭隘層（５）が形成されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１０】
高オーミックまたは電気的に遮断する電流狭隘層（５）が前記狭隘部の領域に形成されており、および／または
高オーミックまたは電気的に遮断する電流狭隘層（５）が好ましくはリング状の酸化層によって形成されていることを特徴とする上記請求項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１１】
第１ドープ領域（２）の領域で後者に隣接しておよび後者をメサフランク領域で少なくとも部分的に覆って配設されている第１側壁金属コンタクト（６ａ）および／または
第２ドープ領域（４）の領域で後者に隣接しておよび後者をメサフランク領域で少なくとも部分的に覆って配設されている第２側壁金属コンタクト（６ｂ）を特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１２】
第１および／または第２側壁金属コンタクトが活性領域もメサフランク領域で少なくとも部分的覆うことを特徴とする上記請求項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１３】
第１および／または第２側壁金属コンタクトが１つのＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金および／または１つのＰｄ／ＡｕＢｅ／Ｐｔ／Ａｕ合金、１つのＰｄ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、１つのＧｅ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ合金および／または１つのＰｄ／Ｇｅ／Ｐｔ／Ａｕ合金を含み、またはそれらからなることを特徴とする上記両請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１４】
少なくとも部分的に第１ドープ領域（２）のメサフランク領域に配設されている第１側壁熱導体（７ａ）および／または
少なくとも部分的に第２ドープ領域（４）のメサフランク領域に配設されている第２側壁熱導体（７ｂ）を特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１５】
第１側壁熱導体（７ａ）が第１側壁金属コンタクト（６ａ）に隣接しておよび後者をメサフランク領域で少なくとも部分的に覆って配設されており、および／または
第２側壁熱導体（７ｂ）が第２側壁金属コンタクト（６ｂ）に隣接しておよび後者をメサフランク領域で少なくとも部分的に覆って配設されていることを特徴とする上記請求項および本請求項に先行する３請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１６】
第１および／または第２側壁熱導体が、０．５Ｗ／ｃｍ／Ｋより大きい熱伝導率を有する材料、および／またはＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、ダイヤモンド、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮおよび／またはＳｉを含みまたはそれらからなり、および／または
第１および／または第２側壁熱導体が本質的に層状に０．１μｍ〜１０μｍ、特に０．２μｍ〜５μｍの厚さで形成されていることを特徴とする上記両請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１７】
少なくとも１つの、第１および／または第２側壁熱導体と熱的に接触するヒートシンク、熱分配器および／または熱導体を特徴とする上記３つの先行する請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１８】
第１ドープ領域（２）が第１ブラッグ鏡積層体を含み、および／または第２ドープ領域（４）が第２ブラッグ鏡積層体を含み、および／または
第１ドープ領域（２）がｎ型ドープされており、かつ第２ドープ領域（４）がｐ型ドープされており、またはその逆であることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項１９】
第１および／または第２ドープ領域が少なくとも部分的に１０１８Ａｔｏｍｅ／ｃｍ３より大きい、好ましくは１０２０Ａｔｏｍｅ／ｃｍ３より大きいドーパント濃度を有することを特徴とする上記請求項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項２０】
表面放射半導体レーザーがＩｎＡｌＧａＡｓ材料系を基材として形成されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項２１】
Ｓｉ、ＩｎＰおよび／またはＧａＡｓおよび／または１つのポリマーを含みまたはそれらからなる基板ベース部（１）を特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザー。
【請求項２２】
配列の基板の一部を形成する半導体レーザーの少なくとも１つの基板ベース部（１）が、前記半導体レーザーのメサ（Ｍ）がその狭隘部（Ｅ）の領域で少なくとも部分的に形状結合的および／または摩擦結合的に前記基板ベース部（１）によって囲まれるように配設および／または成形されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の少なくとも１つの表面放射半導体レーザーを有する配列。
【請求項２３】
少なくとも１つの半導体レーザーのメサ（Ｍ）が自由浮動しながら囲まれており、および／または基板ベース部に対向する前記メサの下側および基板ベース部から離隔する前記メサの表面が前記基板ベース部またはその一部によって支持されないことを特徴とする上記配列請求項に記載の配列。
【請求項２４】
少なくとも１つの半導体レーザーのメサ（Ｍ）の基板ベース部に対向する下側が部分的に基板ベース部またはその一部によって支持されおよび／または覆われている（１３）ことを特徴とする上記配列請求項のいずれか１項に記載の配列。
【請求項２５】
少なくとも１つの半導体レーザーの基板ベース部（１）が第１および／または第２側壁金属コンタクト（６ａ、６ｂ）および／または第１および／または第２側壁熱導体（７ａ、７ｂ）と共に、前記エレメントが少なくとも１つの半導体レーザーのメサ（Ｍ）をその狭隘部（Ｅ）の領域で形状結合的および／または摩擦結合的に囲むように配列および／または成形されていることを特徴とする請求項１１ないし１７のいずれか１項に記載の少なくとも１つの半導体レーザーが形成されている上記配列請求項のいずれか１項に記載の配列。
【請求項２６】
少なくとも１つの半導体レーザーの基板ベース部（１）が、前記基板ベース部の少なくとも１つの一部分区間によって少なくとも１つの光学エレメント（８）、特にグラスファイバ、グラスファイバ束、マイクロレンズおよび／またはマイクロレンズアレイのための機械的ガイド構造（Ｆ）が形成されるように配列および／または成形されていることを特徴とする上記配列請求項のいずれか１項に記載の配列。
【請求項２７】
ガイド構造（Ｆ）の少なくとも１つの一部分区間および／または少なくとも１つの半導体レーザーの第１ドープ領域の少なくとも１つの一部分区間および光学エレメントの少なくとも１つの一部分区間の間に中間空間（Ｚ）が形成されるように集積されて前記ガイド構造の中および／または隣接して配列されている光学エレメント（８）を特徴とする上記配列請求項に記載の配列。
【請求項２８】
少なくとも部分的に１つの透明の流体および／または１つの透明の固体材料、特に接着剤によって充填可能および／または充填された中間空間、および／または少なくとも部分的に透明の流体、特に一冷却ガスおよび／または一冷却液体による貫流のために形成された中間空間を特徴とする上記配列請求項に記載の配列。
【請求項２９】
前記透明の流体および／または前記透明の固体材料が、光学エレメントの光学的屈折率に、および／または少なくとも１つの半導体レーザーの放射可能および／または放射されたレーザー光の波長に適合された光学的屈折率を有しており、および／または
前記透明の流体および／または前記透明の固体材料が、少なくとも前記ガイド構造（Ｆ）の一部分区間および／または少なくとも１つの半導体レーザーの第１ドープ領域の一部分区間および光学エレメントの少なくとも一部分区間の間の中間空間の幅に適合された光学的屈折率を有することを特徴とする上記配列請求項に記載の配列。
【請求項３０】
少なくとも１つの半導体レーザーのメサが部分的にボンドパッドおよび／またははんだ（９）の中に集積されており、および／または部分的に前記ボンドパッドおよび／またははんだ（９）によって囲繞されていることを特徴とする上記配列請求項のいずれか１項に記載の配列。
【請求項３１】
メサの第２の、基板ベース部に離隔して配設されたドープ領域（４）が少なくとも部分的にボンドパッドおよび／またははんだ（９）の中に集積されており、および／または少なくとも部分的にそれによって囲繞されていることを特徴とする上記配列請求項に記載の配列。
【請求項３２】
第１および／または第２側壁金属コンタクト（６ａ、６ｂ）および／または第１および／または第２側壁熱導体（７ａ、７ｂ）が少なくとも部分的にボンドパッドおよび／またははんだ（９）およびメサ（Ｍ）の間に配設されていることを特徴とする上記両配列請求項のいずれか１項および請求項１１ないし１７のいずれか１項に記載の配列。
【請求項３３】
配列の基板の一部を形成する少なくとも１つの半導体レーザーの基板ベース部（１）がメサのその囲繞から離間して１つの電気的貫通接続部（１０）を有することを特徴とする上記配列請求項のいずれか１項に記載の配列。
【請求項３４】
前記貫通接続部（１０）が貫通接続メサ（ＤＭ）の形態で形成されていることを特徴とする上記配列請求項に記載の配列。
【請求項３５】
貫通接続メサ（ＤＭ）が部分的に１つの貫通接続ボンドパッドおよび／または−はんだ（１１）に集積されており、および／または部分的に前記貫通接続ボンドパッドおよび／または−はんだ（１１）によって囲繞されていることを特徴とする上記配列請求項に記載の配列。
【請求項３６】
前記ボンドパッドおよび／または前記はんだ（９）および／または前記貫通接続ボンドパッドおよび／または−はんだ（１１）がはんだ材料を有し、またはそれらからなることを特徴とする上記６配列請求項のいずれか１項に記載の配列。
【請求項３７】
前記ボンドパッドおよび／または前記はんだ（９）および／または前記貫通接続ボンドパッドおよび／または前記はんだ（１１）と機械的に接続されたチップ（１２）、特に１つのＣＭＯＳチップを特徴とする上記７配列請求項のいずれか１項に記載の配列。
【請求項３８】
マトリックス（アレイ）の形態で配設された上記配列請求項のいずれか１項に従って形成された複数の半導体レーザーを特徴とする配列。
【請求項３９】
垂直共振器を有する表面放射半導体レーザーの製造方法において、
ウェットエッチングおよび／またはドライエッチングを利用して１つの基板ベース部（１）および前記基板ベース部の上および／または横に配設された１つのメサ（Ｍ）が形成され、
前記メサが本質的に基板ベース面に対して垂直に見て：第１の、前記基板ベース部に対向して配設されたドープ領域（２）の少なくとも一部と、第２の、前記基板ベース部と離隔して配設されたドープ領域（４）の少なくとも一部と、本質的に活性層に対して垂直に放射するレーザー放射ゾーンを有する少なくとも１つの活性層（Ａ）を有する第１および第２ドープ領域の間に配設された活性領域（３）とを含み、
かつ少なくとも前記メサ（Ｍ）の側面フランクの少なくとも１つの一部分区間にウェットエッチングおよび／またはドライエッチングによって少なくとも１つの狭隘部（Ｅ）が形成される方法。
【請求項４０】
１つの半導体レーザーまたは１つの配列が上記装置請求項のいずれか１項に従って形成されることを特徴とする上記方法請求項に記載の方法。
【請求項４１】
少なくとも１つの半導体レーザーのメサ（Ｍ）の形状付与が唯一の、全層構造を含むエッチングステップで実施されることを特徴とする上記方法請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
少なくとも１つの半導体レーザーの１つの側壁コンタクトおよび／または１つの側壁熱導体が、シャドーマスクとしてのメサ突出部の使用によって規定および析出されることを特徴とする上記方法請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
少なくとも１つの半導体レーザーの前記第１および／または第２側壁金属コンタクト（６ａ、６ｂ）および／または前記第１および／または第２側壁熱導体（７ａ、７ｂ）が真空遮断なしに唯一の蒸着ステップを利用して、特に唯一のＰＶＤ−またはＣＶＤステップを利用して製造されることを特徴とする上記方法請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
データ伝送の分野、センサー装置の分野、特に車両の内部のセンサー装置の分野、特に運転者アシストシステム、特に死角監視および／または衝突検出のための分野、または光学的コンピュータマウスの内部における上記請求項のいずれか１項に記載の表面放射半導体レーザーの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面放射半導体レーザー、このような表面放射半導体レーザーからなる配列もしくはアレイならびにこのような表面放射半導体レーザーおよび半導体レーザーアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面放射半導体レーザー、以下、垂直レーザーダイオードまたはＶＣＳＥＬ（英語：ヴァーチカル  キャヴィティ  サーフェス−エミッティング  レーザーズ“Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ”）とも呼ぶ、はその開発が９０年代にウルム大学オプトエレクトロニクス研究所、Ｋ．Ｊ．エベリング教授によって主唱かつ推進され、および今日Ｒ．ミヒャルツィク工学博士の指導下に引き続き指導的に共同管理されている１つの新規形式の半導体レーザーダイオードである。約１０年以来、このレーザーは増大する市場の成功によって工業的に種々の変形で製造されている。まさに最近３年間で、ＶＣＳＥＬへの需要は１００〜２００％の年間成長率で倍増した。その特別の性質に基づき、前記レーザーはそこで永続的に新規適用分野を開拓する。今日、前記レーザーは多数の会社によって、その中にウルムの設立会社ウー・エル・エム  フォトニクス  ゲーエムベーハーも含まれ、毎年数百万の個数で製造されている。
【０００３】
この適用分野は、高特殊化使用において平行光学データ結合で始まり、これは今日分配された計算を世界的に最高性能のスーパーコンピュータの内部でさらに加速しているが、これは製造コストの低減において銅ベースのバスシステムを商習慣上の計算技術で解除し、かつこのようにコンピュータ大量市場を開拓する可能性を持っている。その他の巨大な、もちろん極度にコストに鋭敏な市場は、自動車工業である。ここでは典型的な近赤外域で放射するレーザーに対して近い将来に多面的な使用可能性がセンサー装置において死角監視または衝突検出のような、ますます拡大する運転者アシストシステムによって提供される。引き続き、ますますインテリジェントになる自動車においてデータ流も大幅に増大され、それによってセンサーＶＣＳＥＬへの需要が最終的に自動車におけるデータ伝送ＶＣＳＥＬへの需要も招来するであろう。例えば、光学コンピュータマウスのような、末端消費者製品は、ＶＣＳＥＬに対するもう１つの大量市場であり、前記市場において法外なコスト圧力のためにＶＣＳＥＬ製造者の変わらない生産性進歩のみが持続的にその生き残りを保証することができる。
【０００４】
将来的に要求するところの多い大量適用の議論によって、しかしながら従来の製造戦略が性能面でもそのコスト面でもそれに対して不充分な展望を提供することが明らかになる。使用面積の低減のほかに、大きい可能性は、これが他の最新の半導体コンポーネントですでに普通に用いられているように、全自動調節ＶＣＳＥＬ構造化に向けたプロセス技術の根本的な変化に見られる。
【０００５】
ＶＣＳＥＬは電力損失が伴うと同時に温度鋭敏なコンポーネントである。多数の適用において前記レーザーの多くは狭い空間に収容され、かつさらに同様に電力損失で生産されるドライバーチップが集積されている。つまり、熱的問題が存在する。さらに、前記コンポーネントは初めて高いポンプ流で、つまり比較的多くの熱損失が発生する運転状態で高い要求された変調速度を達成する。またＶＣＳＥＬ自体の複雑な層構造のために、従来の技術において十分な熱排出は不充分に保証されていただけである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、従って従来の技術から出発して、改善された熱排出能力を示し、より高い運転速度を可能にし、改善された変換効率を有し、かつより長い寿命ならびにより高い最大出力性能を有し、要するに、従来の技術から公知の半導体レーザーエレメントと比較して、より良い効率を有する表面放射半導体レーザーもしくはこのような半導体レーザーからなる半導体レーザーエレメントおよび−アレイを提供することである。課題は、さらにこのような表面放射半導体レーザーエレメントもしくは半導体レーザーアレイのための製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、特許請求の範囲第１項記載の表面放射半導体レーザーエレメントによって、請求項２２記載のこのような半導体レーザーエレメントからなる配列によって、ならびに請求項３９記載の製造方法によって解決される。有利な実施態様は、それぞれ従属請求項から明らかである。特許請求の範囲第４４項は、さらに本発明に係る使用を記載する。
【０００８】
本発明は、ここでまず初めに一般的に説明する。これに２つの具体的な実施例が続き、これらはまず初めに構造体上の構造で説明する。その後、両実施例は図示された表面放射半導体レーザーエレメントの作用に関して、本発明に係る表面放射半導体レーザーエレメントの長所に関して、および本発明に係る表面放射半導体レーザーエレメントの製造に関して詳細に説明する。
【０００９】
個々の実施例で説明する本発明の態様は、その際にそれぞれ具体的に説明する組合せにおいて発生できるだけではなく、本発明の枠組の中で専門家の能力に基づきその他の組合せにおいても実行されもしくは使用することができる。
【００１０】
本発明において、基板または基板ベース部のもとに全く一般的に任意の形態および任意の材料の１つの支持体、１つの土台および／または１つの支持構造が理解される。つまり、前記基板はＳｉからまたはＧａＡｓからなる平らな半導体ウェーハとして、空間的に構造化された、たとえばプラスチックからなる支持体と同様に形成されていてよい。
【００１１】
本発明の根本思想は、表面放射半導体レーザーエレメントのメサを完全に新規の形式および方法で形成すること、すなわちメサの側面フランクに１つの狭隘部または複数の狭隘部も設けることである。１つの狭隘部のもとに、ここでメサの１つの領域が理解されており、その中で前記メサが本質的に放射方向と垂直もしくは本質的に基板平面と平行の方向に見て（放射方向に見て）その上方および下方にあるメサ領域に比べて縮小された横断面面積を有する。特に、狭隘部のもとに狭い意味で、その高さにメサが最小の面積拡大部を有するメサの部分が理解されている（横断面で基板層平面と平行に見て円形のメサの場合、これは、たとえば放射方向に見て、メサが最小の直径を有する高さである）。別の言葉によれば、本発明に係る表面放射半導体レーザーエレメントのメサにおいて１つの切り込み部もしくは１つの側面エッチング部が設けられ、それによって前記狭隘部の高さでメサを形成する材料が前記メサの側面フランクから離隔する。
【００１２】
本発明のもう１つの本質的な態様は、１つの三次元に構造化された基板もしくは１つの三次元に構造化された支持エレメントによる上記狭隘部をベースとする半導体レーザーのフリップ−チップ集積の新規方式の形成もしくは半導体レーザーの囲いの完全に新規形式および方法の形成である。
【００１３】
これら両方の前記本質的な本発明の態様は、以下、さらに詳しく実施例を利用して説明するが、従来の技術に対して以下の長所を有する：
【００１４】
以下、本発明に係る狭隘部にもとづきＸＣＳＥＬとも呼ばれる、本発明に係るＶＣＳＥＬ（たとえばＸ形空洞表面放射レーザーまたは拡張型機能ＳＥＬ）は、モノリシックＶＣＳＥＬ技術の新規水準を表す。これは種々の適用に対して従来達成できないと思われていた製造における生産性進歩への完全な新規の端緒を提供する。これは、たとえばコンポーネント性能における妥協の受容下に行われるのではなく、逆に１つの  −  部分的にドラマチックな  −  コンポーネント性能の改善が結果として伴う。例えば、フリップ−チップ集積されたＸＣＳＥＬアレイの第１試験においてこの形式に構成されたレーザーの熱抵抗に対する従来の国際的な最良値を約５０％短縮して破ることができており、商業上提供されている解決策に比べてさらに約７０〜８０％短縮できた。５０％低減の結果において、このレーザーは比較可能の運転条件で僅か半分の熱さになり、これが一般的にその臨界性能パラメータと寿命で熱的に制限されているよりも尚一層重要になる。
【００１５】
それによって、本発明は徹底的な生産性進歩のほかに、優れた熱管理による新規の可能性も開く。例に基板離隔したデータ伝送のための高速度ＶＣＳＥＬが示されているように、ＸＣＳＥＬの使用によって伝送速度を本質的に向上させることができる。紹介した技術は、特にパワーＶＣＳＥＬに対してもより良い冷却のために重要である。技術面で初めて完全に自動調節された一式ＶＣＳＥＬの製造が、必要に応じてさらにｐ側フリップ−チップ接続を含み可能になる。付加的なエレメントの導入にもかかわらず、プロセスステップは全体的に節約され、かつ残されていた合理化になる。このＶＣＳＥＬは新規方式の最適化された幾何学形状を得ており、これはコンポーネント性質を改善するだけではなく、技術的ツールとしても種々の変形において、特に組み込まれたリソグラフィーおよびシャドーマスクとして提供される。
【００１６】
個別的に特に以下の長所が生じる：
【００１７】
−  メサ内の狭隘部もしくはダイヤボロ状のメサ形状は、メサ壁での散乱ロスの同時制限により酸化長（およびそれに関連する容量）の最小化をもたらす。
【００１８】
−  本発明による形状は、ブラッグ鏡の可能な限り最良の回避下に直接活性ゾーンで効率的な側壁電流印刻および−熱排出を可能にする。このメサ形状によって達成された精度は、ｎおよびｐ側に対して分離された側壁メタライゼーションをその下にある絶縁層もしくはパッシベーション層（ＳｉＮｘ型）と共に半導体から直接高い熱伝導率の側壁金属内への活性ゾーンから横方向へ妨げられない熱流だけでなく、同時に直接前記活性ゾーンの上方もしくは下方で直接横方向の電流印刻を可能にする。そこから、従来の技術と比較してより高い速度、より低い動作温度、より長い寿命、より高い最大出力パワー、改善された変換効率およびそれによってより良好な全効率が生じる。
【００１９】
−  性能の観点で最適化されたＸＣＳＥＬの形状は、同時にレーザー自体を製造するための本質的なツールを提供する。従って、大幅に低減された製造費用およびより良い収率が生じる：付加的なエレメントおよび複雑な形状は、拡大された機能性および簡素化された製造におけるより良い出力値を提供する。
【００２０】
−  これまで実用化された多段階のメサエッチングに対して１つのみの、全層構造を含むエッチングステップによるＸＣＳＥＬ形状付与。
【００２１】
−  低減された数のプロセスステップもしくはプロセス時間→より短い所要時間。
【００２２】
−  完全に自動調節された構造→増大した精度、より短い所要時間。
【００２３】
−  容易に自動化可能のプロセスに有利な手動の除去。
【００２４】
−  よりコスト好適なウェット・エッチング・プロセスの視覚的インシテュ検証可能性。ドライエッチングはＸＣＳＥＬの製造に可能であるが、プロセスがより高価になり、かつ達成されるメサ形状は大抵の場合あまり良く適していない。
【００２５】
本発明に係るＸＣＳＥＬがフリップ−チップ集積される場合、特にフリップ−チップ集積において以下の新規可能性が生じる：
【００２６】
−  以下による全モジュールにおいて大幅に改善されたレーザーの冷却
○ブラッグ鏡の回避下に良好に冷却可能の光学的に結合された面に向けて直接活性ゾーンからの熱搬出（その際に熱的に高性能の層から構成され、かつ以下冷却探子とも呼ばれる熱導体を有するｎ側の完全な被覆）。
○はんだ接続の良好な熱伝導能力のある金属によるｐ側メサの被覆（メサは一部はんだ球の内部）。それによって、ここで初めて熱分配層（熱導体）が実装されており、これは熱を直接レーザーの内部空洞からエピタキシャル側へ運び出し、かつこの熱を光学的に結合された基板側へ導き、そこからこの熱が、たとえば冷却する空気流に対して大面積で自由に使える。その際に、この熱は基板側のブラッグ鏡積層体（以下、英語の“ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ”からＤＢＲとも呼ばれる）を橋渡しする分路を表す。従来の技術からこれまでのフリップ−チップ集積された基板離隔ＶＣＳＥＬにおいて、エピタキシャル側でボンディングするための全構造が残るが、その上でそれ自体熱を生産するエレクトロニクスもあり、これはレーザーからの熱排出を、不足する温度勾配によって阻止し、さらにそれを付加的に加熱できる。レンズまたはグラスファイバのような受動的な光学エレメントは、それに対してそれ自体熱損失を生産せず、そのためこの熱損失はレーザーから非常に良好に光学的に結合された側へ比較的大きい負の温度勾配の方向へ運び出すことができる。この本発明に係る構造は、つまり基板側にサブマイクロメートルの精度で直接活性層で始まり、かつ大きい、エピタキシャル側から露出する面へ移行する熱分配器を有する。
【００２７】
−  集積された自動調節ファイバガイド
○結合箇所のコスト好適な組立および再現可能ならびに均一な性質のための光学エレメントの同時アラインメント（たとえばファイバ束またはマイクロレンズ−アレイのファイバ）。
○動特性をさらに改善するためのインデックス適合による逆反射の抑制
○ファイバまたはファイバ束内の縦開口部からレーザーへの冷却ガスの標定された流入の可能性。
【００２８】
−  電気接続のための放射側の効率的な貫通接続
○溶融はんだ付け過程におけるより良いボンドパッド湿潤
○はんだ接合の付加的な形状結合性
○縮小された構造上の不連続性およびより空間的に補償される摩擦結合
○増大した寿命。
【００２９】
−  非平面デザインの高低差を橋渡しする自動平面化フリップ−チップ技術。
【００３０】
フリップ−チップ集積の場合でも、それによって低減された製造費で改善された出力が生じる。
【００３１】
以下、ここから本発明は２つの実施例を利用してより詳しく説明する（初めに、個々の本発明に係る表面放射半導体レーザーの構造の説明が行われ、これにその作用の説明が続き、次に、本発明に係る表面放射半導体レーザーエレメントの本発明に係るフリップ−チップ集積アレイの構造の説明が行われ、かつ最後に後者の作用の説明が行われる）。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の技術による表面放射半導体レーザーエレメント。
【図２】従来の技術による表面放射半導体レーザーエレメントのフリップ−チップ集積。
【図３】本発明により１つの狭隘部をそのメサ側面フランクに有する個々の本発明に係る表面放射半導体レーザーエレメント。
【図３ｂ】図３ａに示したような本発明の変形、従来の技術と本発明の比較および／または本発明の枠組の中での製造ステップ。
【図３ｃ】図３ａに示したような本発明の変形、従来の技術と本発明の比較および／または本発明の枠組の中での製造ステップ。
【図３ｄ】図３ａに示したような本発明の変形、従来の技術と本発明の比較および／または本発明の枠組の中での製造ステップ。
【図３ｅ】図３ａに示したような本発明の変形、従来の技術と本発明の比較および／または本発明の枠組の中での製造ステップ。
【図３ｆ】図３ａに示したような本発明の変形、従来の技術と本発明の比較および／または本発明の枠組の中での製造ステップ。
【図４】本発明による、本発明に係る表面放射半導体レーザーエレメントのフリップ−チップ集積。
【図４ｂ】図４ａに示したエレメントの製造における中間ステップ。
【図５】図４の一部分図。
【図６】複数の切り込み部もしくは狭隘部を有する本発明の一変形。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、これが従来の技術から知られているように、２つの表面放射半導体レーザーエレメントを示す。図１（ａ）に示すように、従来の技術から、表面放射半導体レーザーエレメントのメサを２つの重なり合って積層された、１つの共通の軸上で芯合わせされた円錐台の形状に形成することが知られている。カソードとして形成されたｎ型メサ領域（これは基板に対向して前記基板上に配設されている）は、ここでアノードとして形成された上部ｐ型メサ領域よりも大きい平均径（基板平面と平行に見て）を有する。それによって、２つの重なり合って配列された、放射方向に比べて傾いた側壁もしくは側面フランクを有する板状のメサ領域が生じる。同様に、しかしまた交換した極性を有するｎ上ｐ形成も可能である（すなわち、ｎ伝導性としての上側のドーピング）。
【００３４】
図１（ｂ）は、もう１つの例を示す：ｎ型メサ領域はここで図１（ａ）に示した例と同様に形成されている。これにｎ型メサ領域の基板離隔側で続くｐ型メサ領域は、ここでしかしながら平らな円筒体の形状（つまり放射方向と平行および基板層平面と垂直に側面フランクもしくは側壁を有する）に形成されている。ｐ型メサの形成は、ここでドライエッチングによって行われる。
【００３５】
図２は、次にこのような表面放射半導体レーザーエレメント（ここで図１（ａ）に示したエレメントの例で表示されている）がどのようにフリップ−チップ集積できるかを示す。良好に識別されるのは、ここで従来の技術の場合で必要な包括的かつ費用のかかる、複数の付加的なメタライゼーションおよびパッシベーション平面によるプレーナー化である。
【００３６】
図３は、次にそれと反対に本発明に係る表面放射半導体レーザーの第１例を示す。これは、ここで非常に平坦な円錐台の形状に形成された基板ベース部１（部分１は、しかしながら平らであってもよい）上にメサＭを有する。このメサＭは、その際に第１の、前記基板ベース部に対向して配設されたドープ領域２を包含し、前記ドープ領域はここで直接基板ベース部１上におよびこれに隣接して配設されたｎ型ドープ領域として形成されている。ｎ型ドープ領域２上におよび直接これに隣接してその基板ベース部離隔側に、メサＭの活性領域３が配設されている。この活性領域３は、本質的に活性層もしくは基板層平面１と垂直に放射する（つまり図中の垂直方向へ）レーザー放射ゾーンを有する少なくとも１つの活性層Ａを有する。この活性層もしくはゾーンＡは、ここで１〜５の量子フィルムからなるが、この量子フィルムは量子線または量子点を含んでもよくまたは容積材料であってもよい。直接活性領域３に隣接して、その基板ベース部離隔側にメサＭの第２ドープ領域４が配設されている。これはｐ型ドープ領域として形成されている。ｎ型ドープ領域２およびｐ型ドープ領域４は、ここでそれぞれ、これが当業者に知られているように、１つのブラッグ鏡積層体を有する。
【００３７】
本発明により、前記メサＭは、次に以下のように、その側面フランクの狭隘部Ｅ（これは基板層平面１と平行に配設されていないメサＭの部分である）を有する：以下さらに詳しく説明するように、メサＭの側面フランクからメサＭの全周領域にわたって横断面で基板層平面と垂直に（およびここで回転対称のメサＭの中心軸を通して）見て、前記メサＭが活性領域３の活性層Ａの高さにメサの直径が基板層平面と平行に見てｎ型ドープ領域２もしくはｐ型ドープ領域４の平均径の約半分になる領域（切り込み領域Ｅ）を有するように、Ｖ字形の切り込み部が生じるように１つの材料部分が除去もしくは切除された。このＶ字形の切り込み部は、ここで活性層の高さにあるが、前記切り込み部Ｅの最も狭い箇所は、活性領域に隣接する上部ＤＢＲの第１鏡層にある。前記箇所、ここではつまり幾つかのエピタキシャル層（約１００〜３００ｎｍ）は、光が発生される量子フィルムの上方にある。下部および上部のメサ部の交換した極性の場合、最も狭い箇所はそこで対応して活性層の下方にあることになる。
【００３８】
近似的に、エレメント２、３および４を含むメサＭは、それによって各円錐台でより小さい直径を有するカバー面で芯合わせされて互いに隣接して配設された２つの円錐台からなる幾何学的物体として説明することができる。それによって、メサＭに対してダイヤボロ状の態様もしくは横断面で基板層平面と垂直にかつメサの中心回転軸を通して見て本質的にＸ字形に形成された態様が生じる。
【００３９】
詳しくは、ここでｎ型ドープ領域２が円錐台として形成されており、ｐ型ドープ領域４はその前記ｎ型ドープ領域２に対向する側で同様に円錐台として形成されており、これにｎ型ドープ領域２に離隔する側に前記円錐台のベース直径に相当する直径を有する平坦な円筒体が続く。この円筒体はここで同様にｐ領域の一部である。この平坦な円筒体は大抵存在しているが、この円筒体は必ずしも存在する必要がない。切り込み部がより深くエッチングされるとき、上部は１つの円錐台のみからなる。１つのこのような変形において、壁の上部も引き続き外方へ離れて進むので、側壁から共振器内で光学領域のより大きい平均間隔を有する。
【００４０】
狭隘部Ｅの領域（これはメサの最小直径の領域を表す）で約半分になったメサ直径に基づき、それによって活性層Ａの高さで両方のブラッグ鏡積層体２および４の領域で横断面面積と比較してメサＭの横断面面積の約４分の１で生じる。
【００４１】
表示した場合において、前記切り込み部は横方向に約５μｍの深さである。好ましい値範囲は、ここで０．５〜１０μｍから出発するが、好ましい深さは１および６μｍの間にある。側壁は、ここで水平に対して±３０°の角度下に中心から外方へ離れて進み、もちろんこの角度も変化可能であり、しかも参加した層の間のエッチング速度差分に渡って変化可能である（速くおよび遅くエッチングされる層間のエッチング速度差）。酸化長は、数マイクロメートル、典型的に約２μｍになるが、１μｍ以下およびさらに０μｍになってもよい。
【００４２】
一般的に当てはまる：
切り込み部の横方向の深さはメサ高さおよび最大達成可能の角度によって制限されている。酸化層の深さは、散乱ロスをメサ切り込み部で十分に低減するために、まさに十分大きくしなければならない。両エレメントは光フィールドを、そこでそれ以外は散乱によってだけではなく、誘導された電流によって増大した損失を生じ得るので、メタライズされた側壁から十分離して保持するべきである。前記エレメントの横方向の拡大部は、それに応じて第１に必要な側壁との間隔によって決定される。それに対して、活性直径とそれによって切り込み部の最も狭い箇所の直径は、広範囲に自由に選択可能である。これらは理論的にウェーハ直径によってのみ制限されているが、実質的にそれぞれの適用に応じて非常に大幅に変化し、全範囲はたとえば１μｍおよび１ｍｍの間の値を含むが、しばしば登場する活性直径は２および５０μｍの間にある。
【００４３】
活性層Ａの高さに、図示した場合で活性領域３にさらに１つのリング状の、高オーミックまたは電気的に遮断する電流狭隘層５（ここでは、これが当業者に知られているように、相応の酸化層によって）形成されている。別法として、この電流狭隘層５は、しかしながら省いてもよい（その場合は１つの幾何学的狭隘部Ｅのみが存在する）。電流狭隘層５は狭隘部Ｅの高さに形成されているので、この電流狭隘層５に対して従来の技術に比べ明らかに低減された酸化長が生じる。図示した例において、材料の除去もしくは切り込み部Ｅの形成によって形成されたメサＭのｎ型ドープ領域２およびより下部のｐ型ドープ領域４の側面フランクは、メサＭの回転対称軸（これは半導体レーザーの放射方向に相当する）を基準に約６０°の角度αを有する。基板層平面１を基準に見て、それによって比較的より平坦な前記側面フランクの延伸部を生じる。直接第１ドープ領域２の表面に隣接しておよびその基板ベース１および表面上に、次に、領域２のメサＭの全範囲にわたって同心的に形成されて、第１側壁金属コンタクト６ａが配設されている。これは、メサＭの側面フランク上の第１ドープ領域２の表面を完全に覆うだけではなく、さらに活性領域３の第１ドープ領域２に対向する表面部分上にも配設されており、かつそれによって数マイクロメートルまで活性層Ａに近接する。この第１側壁金属コンタクト６ａ上におよびそれに隣接しながら第１側壁熱導体７ａが、ここでは金から形成されて配設されている。これは実質的にエレメント１、２および３に離隔した第１側壁金属コンタクト６ａの全表面側を覆い、かつそれによってこの形成によって半導体レーザーにより生産された熱の好適な熱排出をもたらす。
【００４４】
基板ベース１に離隔したｐ型ドープ領域４の表面ならびにこのドープ領域の前記円筒体部分の側面フランクは第２側壁金属コンタクト６ｂを支持する。このｐ型ドープ領域に離隔する表面は、第２側壁熱導体７ｂによって囲繞される。
【００４５】
図示したように、前記幾何学形状は、それによって大幅に低減された酸化長と、ｐ型ドープ領域もしくはｎ型ドープ領域の平均横断面直径の約３分の１にわたって延伸する活性直径とによって生ずる（図参照）。
【００４６】
図３は、製造において技術的枠組変更によって達成される１つの完全に新規形式かつ複数の観点で優れているモノリシックＶＣＳＥＬの形状付与を示す。この新規形状自体は、コンポーネント性質もコンポーネント製造の効率も改善する。さらに、前記形状は初めてレーザーの活性ゾーンＡの直接的周囲で  −  および熱排出から  −  １つの直接的な電流印刻を、しかもブラッグ鏡２、４内の比較的劣悪な電気的および熱的伝導性のヘテロ移行部の可能な限り最良の回避下に可能にする。半導体と金属の間の熱流（および電流の流れも）をブロックするパッシベーション層は、これは従来冷却のために考案された側壁被覆で使用されていたが、もはや不要である。
【００４７】
ほぼ全ての今日商業的に使用されている、ＩｎＡｌＧａＡｓ材料系を基材とするＶＣＳＥＬにおいて、従来の技術でこれまで選択的酸化による横方向の電流狭隘部に使用されているエピタキシャル構造の内部に薄い高アルミニウム含有層がある。本発明において初めて横方向のエッチング速度差分がこの酸化層（またはもう１つの、特にそのために設けられた層）と、ＶＣＳＥＬ構造のその他の層との間でメサの本発明に係る輪郭取りに利用される。この形状付与は、ＶＣＳＥＬのエピタキシャル層の全体を含むただ１つのみのウェットケミカルのエッチングステップで行われる。それと異なり、数年来、従来の技術から公知の２ステップエッチングにおいてｐおよびｎ伝導能力のあるエピタキシャル層の分離された構造化が別々のおよび大抵直接的に連続しないエッチングステップも行われた。
【００４８】
横方向のエッチング速度差分のもとに、その際に個々のエピタキシャル層の間のエッチング速度における差が理解されており、これはエッチング時に幾何学的に狭められたＸＣＳＥＬプロファイルの形成をもたらす。このＸＣＳＥＬは、変化する材料組成を有する非常に薄い半導体層の１つの積層体からなる。それぞれの層組成に応じて、半導体格子は様々な速さでエッチング溶液によって溶離することができる。垂直方向に、これら個々の層がそれぞれ非常に僅かにのみ拡大されており、それによってエッチング速度における前記差は使用されず、かつエッチング溶液が垂直方向に侵入する１つの平均速度のみが考慮される。それに対して横方向に、前記層が広く拡大しており、かつエッチング速度差は長時間作用することができ、それによってそれぞれの組合せに応じて速くかつ遅くエッチングする層に種々の側壁プロファイルを形成することができる。このエッチング過程において、個々のコンポーネントに対してウェーハ表面の制限された領域が１つのエッチングマスク（たとえばフォトラッカー）によって被覆される。露出した領域において、前記層はエッチング時にウェーハ表面と垂直に次々に切除され、それによってエッチングプロセスの進捗によってマスクエッジ部で、ますます深くなる層の前面側がエッチング溶液にさらされる。１つの層が現れると、直ちに前記層が横方向にもその前面側から侵食される。速くエッチングされる層が露出されると、直ちにそこで溶離プロセスがウェーハ表面と平行にその上方および下方よりも速く進行し、これが１つの切欠部もしくは本発明に係る狭隘部の形成をもたらす。１つの切欠部の発生によって、次に上方／下方へ隣接する層がそれ以上その前面側から侵食されず、下方／上方からも侵食されない（図３ｂ参照）。それぞれエッチング速度がどれだけ強く異なるかに応じておよび速くエッチングされる層（群）の出現後にどれだけ長くさらに引き続きエッチングされるかに応じて、多かれ少なかれ強く印刻された、種々の深さとフランク角度とを有する切欠部または狭隘部が形成される。
【００４９】
つまり、原理的に複数の基本形状もしくは側壁プロファイルをすでにエピタキシャル層構造の中へ“プログラミング”することができる。このＸＣＳＥＬプロファイルのエピタキシャル制御された発生は、効率的にただ１つのウェットまたはドライケミカルのエッチングステップで行われ、前記ステップはレーザーの全部分（両方の鏡およびその中間にある活性ゾーン）を互いに自動的に芯合わせする。
【００５０】
とりわけ、完全に垂直の壁もしくは壁部分も、層のエッチング速度が下方に向かって正確な寸法で増加することによって、ウェットエッチングによって製造可能であり、その結果、初めて後にエッチングプロセスに参加する層は、すでにより長くエッチングされた層に対してエッチングプロセスの終了までまさに開くことができる。同様に、側壁プロファイル内の複数の切欠部／狭隘部もしくは複数の隆起部からの組合せ（０および９０°の間の側壁の負の角度を有する部分）も実現可能であり、これはＸＣＳＥＬで、たとえばさらにより強い横方向の導波路にも寄与し、それによって、レーザーを再びより速くするために、モード体積をさらに縮小することができる。
【００５１】
エピタキシャル層のエッチング速度は、その組成によって、つまり化合物半導体内の化学元素によって制御可能であり、前記元素はまさにエピタキシャル成長で非常に正確にコントロールすることができる。これは、たとえばＡｌＧａＡｓ中のＡｌのような化合物半導体の元素も、たとえばＳｉまたはＣのような添加ドーパントも含む。輸送制限されている場合において、それに対して層の厚さも前記層が横方向に切除される速度に影響を及ぼす。そのほかに、各エッチング挙動はもちろんＡｌＧａＡｓ材料系において、たとえばＨ２ＳＯ４、Ｈ２Ｏ２およびＨ２Ｏからなる混合物である使用されるエッチング液によって決定される。
【００５２】
従来の技術からの在来型のメサ絶縁コンポーネントにおいて、側壁は粒子損失に対する潜在的なソースであり、前記ソースは、前記損失を相応の光学的もしくは電気的粒子との接触時に、特に散乱および表面電流もしくは−再結合によって引き起こす。従って、その影響は横方向に拡大した薄い絶縁遮光体（たとえば空気または酸化物からなる）によって除去されるが、これは無視できないキャパシタンスが付着しており、かつ熱流を妨害する。
【００５３】
本発明に係るＸＣＳＥＬは、それに対して側壁の新規形式の機能化を含む。在来型の枠組と異なり、側壁はここで不動態化されず、かつその影響がそれによって広範囲に除去されず、前記側壁は特殊に成形され、かつ新規の活性的役割を引き受ける。図３ｃは、この相違をより正確に示す（左：在来型のエアポストＶＣＳＥＬ、中央：在来型の酸化物−／空気遮光体ＶＣＳＥＬ、右：本発明に係るＸＣＳＥＬ；Ｄａはそれぞれ活性直径である）。
【００５４】
従来の技術における欠点：
・エアポストＶＣＳＥＬ：活性ゾーンおよび共振器の制限部としてのエッチングされた側壁による硬質のガイドならびに大きい光学的および電気的ロス。
・酸化物／空気遮光体ＶＣＳＥＬ：絶縁材料（たとえば材料の酸化物または窒化物または空気も、簡単に“酸化物狭隘部”もしくは“酸化物遮光体”）からなる薄く横方向に拡大した遮光体が製造される。電流狭隘部および導波路は、前記遮光体の内縁部で行われ、それによって活性ゾーンは、その影響が広範囲に除去されるほど遠くに側壁から離される。粒子ロスは、自由電化キャリアもレーザーモードも側壁から遠ざけられることによって、エアポストＶＣＳＥＬに比べて大幅に低減される。このレーザーは、そのため明らかにエアポストＶＣＳＥＬよりも効率的である。もちろん、横方向に拡大された、絶縁材料からなる薄い遮光体は、前記構造からの熱排出を阻止し、かつその上無視できない寄生キャパシタンスを伴っている。
・前記両方の場合において、側壁は直接かつ構造化されて配線構造によって被覆されず、まだ狭隘部が存在する。
【００５５】
それに対して本発明に以下が当てはまる：
・酸化物狭隘部と幾何学的な（好ましくはくさび形に形成された）狭隘部の組合せによる新規方式のハイブリッド屈折率ガイド。非常に短い酸化物遮光体は、好ましくは幾何学的狭隘部の直接的突出部として構成されて、散乱ロスの縮小および幾何学的“ガイドウェッジ”の表面のパッシベーションをもたらす。
・幾何学的狭隘部は、その大きい屈折率飛躍（たとえばＨＬ空気もしくはＨＬポリマー；ＨＬ＝半導体）と、その形状によって強い導波路を提供し、その相対的な強度は酸化物遮光体の深さによって制御可能である。幾何学形状は、好ましくはくさび形であり、かつ（多かれ少なかれ）直線状のエアポストＶＣＳＥＬの壁からも、酸化物／空気遮光体ＶＣＳＥＬの壁からも区別される。光フィールドは、本発明に係るＸＣＳＥＬｎにおいて側壁との厳密に定義された間隔に維持される。
・同時に、自動調節されて直接被覆することができ、かつ伝導能力のある材料の方向付けられた析出時に自動的に直接活性層での遮断の形態による構造化をもたらし、つまりｐ−ｎ接合の短絡を確実に阻止する張出部を有する側壁プロファイルが発生する。
・このような側壁プロファイルは上述のようにエピタキシャル層構造自体によってあらかじめ定義されているので、側壁被覆の構造定義の精度は、これがエピタキシャル層構造の典型的な構造サイズを有するものと類似のオーダーで推進される。その際に、この仕上げは高い効率と、少ない複雑性を有する。
・結果において、側壁被覆は、最小の間隔で光フィールド回りを把持し、かつ中央の空洞までの端部で、そこで直接側壁を通して電流を供給し、かつ熱を排出するために到達する能力がある。前記ハイブリッド屈折率導波は、一方で劣悪な伝導能力のヘテロ接合を回避して活性領域への側壁メタライゼーションの近接を可能にし、他方では、最も狭い箇所で十分に強いフィールドの導波が狭隘部および酸化物層によって光フィールドをまさに前記金属面から十分な間隔で維持し、これはさもないと散乱によってだけではなく、誘導電流によっても強いロスを生じ得る。
【００５６】
図３ｄは、例の構成を利用する本発明に係るＸＣＳＥＬ側壁幾何学形状の本質的な態様を表す。示されているのは、ほぼ図３ｃ右のＸＣＳＥＬにマークした部分である（そこの点線）：
（ａ）くさび形の“スペーサ”；
（ｂ）構造上のエッジ部は、方向付けられた析出との関係で、伝導能力のある材料が小さい間隔で光フィールド回りに別々に上および下から活性ゾーンの直接周辺へ案内されることを可能にする；
（ｃ）短い酸化物突出部は、より強い幾何学的導波部に前置されたより弱い導波部を生ぜしめ、それによって散乱ロスが低減され、ならびに幾何学的導波部の割合を全導波部で調整可能になる（Ｍ：側壁メタライゼーション（単数または複数）、Ａ：活性層、略図は縮尺どおりではない）。
活性ゾーンは、その際に最も狭い箇所の上方にも下方にも存在してよい。
【００５７】
要約して、本発明は、好ましくは以下を有する、方向付けられて析出可能の材料を側方から直接活性ゾーンまで近付ける新規方式を開示する：
−  スペーサ：絶縁遮光体からなる光突出部を有する幾何学的くさびおよび
−  自動調節されて被覆可能であり、かつ小さい、精密に定義された間隔で共振器内の光フィールド回りで把持されており、かつ再び正確に制御可能に活性層の直接近傍で終了する張出部を有する側壁プロファイル。
【００５８】
その結果生ずる本発明に係るＸ形もしくはダイヤボロ形のレーザーの輪郭は、これが図３に図１の在来型の形態との比較で表示されているように、メサＭ自体の強い狭隘部Ｅを、しかも直接活性層Ａの高さで横方向の酸化によるもう１つの可能な付加的な電流狭隘部５および導波路と組み合わせる。メサ狭隘部は、酸化長とそれに関係する真性寄生キャパシタンスの最小化を、共振器内の光フィールドからの極端に斜めに延伸するメサ壁（垂直方向に対して約α＝６０°）の十分大きい平均間隔によって散乱ロスの同時制限により可能にする。それによって、本発明に係る形状は寄生の低減によるＶＣＳＥＬの潜在的な変調速度も、酸化物層５が障壁部を表す構造の内部の損失熱排出も改善する。熱のより良い排出は、動作温度をより低いレベルに維持し、これが再び直接達成可能の変調速度へ逆作用する。より冷たいレーザーは、しかしながらより速いだけではなく、前記レーザーは、とりわけより長い寿命を有し、かつより高い出力パワーを示す。
【００５９】
特に本発明に係る形状は、本質的により進歩的な技術にも道を拓く。製造における純合理化の長所のほかに、前記形状は従来有意義に実行できない、必要に応じてオプションの付加的なエレメントの集積も、向上した精度も可能にする。両者は再びコンポーネントの実質的な性能向上を生ぜしめ、特にこれは熱的管理およびそれに関係する、前記一般的な熱的に制限されかつ電力損失を発生するレーザーの出力パラメータ全てに関係する。
【００６０】
付加的なエレメントは、図３ａに示した、独立の本発明に係るＸＣＳＥＬにおいて電気的にも熱的にも側壁接触および−熱導体であり、これらは、精密に構造化されて、それぞれ直接空洞内部の活性層まで近接することができかつ  −  不動態化し、熱流をブロックする中間層なしに  −  エピタキシャル層の“前面側”と直接接触して側壁に塗布することができる。前記エレメントは、図１記載の従来のＶＣＳＥＬにおける相当部をもたず、かつＸＣＳＥＬの側壁プロファイルはシャドーマスク（蒸着またはスパッタリングによる真空析出時）としてもしくはリソグラフィーマスク（電気析出時）としてその製造のために考慮される。
【００６１】
個別的に、ｐ型コンタクト６ｂもｎ型コンタクト６ａもメサ突出部の利用下に、ただ１つのリソグラフィーステップがそのために必要にならずに、高い精度でシャドーマスクとして完全に自動調節して製造できる。ｎ型コンタクト６ａはその際に、別の本発明に係る特徴として、また（あるいは排他的に）メサフランクに形成される。前記コンタクトは側壁上に内部空洞Ｅにまで達することができ、それによって、相対的に均一なブラッグ鏡２のヘテロ接合が回避され、かつ電流注入を効率的に側壁上で活性ゾーンＡの直接近傍で行うことができる（英語、たとえば“ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ  ｓｉｄｅｗａｌｌ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ”）。特に魅力的であるのは、より小さいバンドキャップを有する半導体層上により多いコンタクト面積が良好なオーム接触に対して提供される延長された内部空洞を有するＶＣＳＥＬの使用における前記アプローチである。電界強度がより小さい領域において、これらの層は部分的に高ドープすることができる。さらに、ｎ型コンタクト材料の合金は、側壁の劣化したドーピングを生ぜしめる。結果において、ブラッグ鏡２、４はエピタキシャル成長時に、これらがもはや無条件かつ全範囲で電荷キャリア注入に対して必要とならないので、さらに低減された自由電荷キャリア散乱および増加した反射性に関して最適化することができる。その場合に可能なブラッグ鏡の短縮は、再度活性層の冷却を改善する。
【００６２】
ｐ型コンタクト６ｂおよびｎ型コンタクト６ａの製造は、その際に以下のように行うことができる（図３ｅも参照）：
１．上部の、基板から離隔したＸＣＳＥＬ部の極性に適した金属系の垂直析出（ここでは：ｐ型コンタクト用のメタライズ順序、たとえばＴｉ：Ｐｔ：Ａｕ）。
２．下部の、基板側ＸＣＳＥＬ部の極性に適した金属系の回転下の斜方析出（ここでは：ｎ型コンタクト用のメタライズ順序、たとえばＧｅ：Ａｕ：Ｎｉ：Ａｕ）。
例Ａ（図３ｅのＡ）：上部内の平坦な円筒体なしおよびそれに続き下部のコンタクトを定義するための完全に上に置かれた唯一のエッジ部有り。
例Ｂ（図３ｅのＢ）：多少負に傾いた側壁を有する上の部分でも短い幾何学的狭隘部およびほぼ完全に被覆された側壁有り。この場合、活性ゾーンに置かれたコンタクト端部を定義するための上部ＸＣＳＥＬ部の両エッジ部の下部が作用する。
例Ｃ（図３ｅのＣ）：上部は多少正に傾いた側壁を有し、それによってまた前記側壁上に横方向の電流注入に対してオーム接触が生じる。
【００６３】
所望の金属品質が各極性の十分な接触面に置かれることが重要である。ＸＣＳＥＬプロファイル内の接合もしくは狭隘部は、活性領域およびそれぞれ別の極性の平面がリソグラフィーステップによってフォトラッカーで覆われることなく、これを可能にする。それぞれどのような金属がｐもしくはｎ型ドープ領域上に析出されるかに応じて、インピーダンスまたは遮断する側壁接触が生じる。
【００６４】
ウェーハは、コンタクト金属の真空析出時に傾倒装置上に取り付けられ、前記装置はウェーハ表面がソースの方へ定位される角度の調節と、その回転も可能にする。上部が、たとえばｐ型ドープされている場合、第１ステップでｐ型コンタクトの金属が析出され、一方、ウェーハ平面はソースに対して９０°角度以下を示し、この金属はつまり正確に垂直にウェーハ表面上に打ち当たる。これは全ての上から見えるｐ型金属を有する平面を被覆する。下部の基板上におかれる金属層は、正確に鉛直に最も遠く外方へおかれる突出するＸＣＳＥＬプロファイルのエッジ部の下方で開始する１つの開口部を有する。下部の基板に対向するｎ型メサ部の低インピーダンスボンディングのためのｎ型金属による被覆に対して、ウェーハはここで正確に、前記ｎ型金属層の内部エッジ部が直接活性ゾーンに発生するように傾倒される。内部エッジの位置は、下部側壁上へ選択された角度以下のＸＣＳＥＬプロファイルの突出するエッジの１つの投影から生じる。
【００６５】
上部の、基板から離隔したＸＣＳＥＬ部は、それぞれの態様に応じて前記平坦な円筒体を含んでも含んでいなくてもよい。つまり１つのみ（例Ａ参照）かまたは複数（例Ｂ、Ｃ）のエッジ部のいずれかが生じ、これはさまざまな傾倒角度下にコンタクトエッジ部の定義のためのシャドーマスクとして考慮に入れることができる。ｎ型金属は、上部でＸＣＳＥＬ上にかつ下部で、すでにそこに析出されたｐ型金属がおかれる基板上に生じ、つまり前記領域では半導体との接触でかつ従って電気的に作用しない。
【００６６】
上部のフランクが例Ｂのように多少負の角度を有するように前記上部が形成されている場合、斜めの被覆時にｎ型金属がｐ型部のフランク上に析出され、これが電気的に遮断するコンタクトをもたらし、それを介して熱を排出することができる。前記接触面の下方の空間電荷ゾーンの形成によって、ここで付加的にこの場合にメサ上側を通して注入された電荷キャリアの場に限定された電流狭隘部が生じる（ここでは：正孔）。
【００６７】
例Ｃにおいて、上部は多少正に傾いたフランクを有し、これは次に第１の、垂直の被覆時に上部のメサ部の極性によってオーム接触を形成する金属で覆われる。それによって、この実施態様において両方の電荷キャリア品質に対する側壁による空洞近傍の横方向の電流注入の可能性がある。
【００６８】
この方法は、実践上確実に機能する。しかしながら、まだあらゆるエッチング前に金属接触が上部のメサに対して通常のリフトオフ法を利用して製造されるプロセスシーケンスも可能である。次いで、側壁のほかに全基板表面も基板に対してオーム接触を生じる金属で被覆することができる。これは特に、基板がそれに続き除去されずかつ付加的に電流注入のために考慮すべきである場合に有意義である。
【００６９】
上に同様に述べた、可能なブラッグ鏡の短縮は以下のように実現することができる：
・ブラッグ鏡は、活性ゾーンもしくは空洞の上方および下方の半導体層の約２５〜４０対からなり、かつそれぞれ全体で数マイクロメートル（約３〜６μｍ）の厚さである。このように複数の層対は、一般的に所望の高い全反射性を層間の個別反射性から得るために必要である。この層の積層体の大きい総厚と特に層間の複数の境界面は、しかしながら電流および熱の流れを妨害する。層間の漸進的な接合および部分的に高いドーピングによって、前記積層体は十分に低インピーダンスになる。
・これらの措置は、しかしながら層間の個別反射性を縮小し、かつ吸収率つまり鏡内の光損失を高める。全体的に、このように要求された全反射性を達成するために、通例、これが層積層体において電流が側方で注入され、かつ次いで主に横方向に極く少ない空洞近傍の層に流れ、これはつまり垂直の電流の流れに対して低インピーダンス性を保証する必要のない場合よりも多い数の鏡対を必要とする。このようなブラッグ鏡は、広範囲にドープされていなくてよく、これはレーザーの効率をより少ない吸収率によって向上させる。さらに、層間で流れる接合に代わり次に断続する境界が可能である。
・鏡層の間の屈折率コントラストは、材料がまだ動作波長に対して透明である限り、それ以上バンド不連続性を顧慮する必要がないので高めることができる。これはＡｌＧａＡｓ材料系で層のより強い二成分系と同義であり、これは材料の熱伝導性を大幅に改善する、つまり前記伝導性は明らかに向上する三成分特性によって低下する。つまり熱伝導性はおおよそ次になる：
ＧａＡｓの場合で０．５Ｗ／ｃｍ／ＫおよびＡｌＡｓの場合で０．８Ｗ／ｃｍ／Ｋ、但しＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓの場合で０．１Ｗ／ｃｍ／Ｋのみ。
・最終的に、より少ない吸収率と、より高い個別反射性とが向上した効率のほかに、ブラッグ鏡がすでにより少ない鏡対によって、すなわちより少ない総厚で、要求された高い全反射性を達成することを生ぜしめる。両方の鏡のより小さい“構造高”によって、熱排出のための経路も垂直方向により短くなり、かつ活性層の冷却がさらに改善されている。
・もう１つの態様は、縦（垂直）方向にそれによって低減されたモード体積である。それによって共振器内の周期が短縮され、これが同様により高い変調速度に寄与する。
・（ほぼ）二成分系のＤＢＲが層内に高いＡｌ成分を有するとき、これは必要に応じて横方向に一緒に酸化され、それによって、図３ｆ左のように複数の積層された酸化物遮光体によって付与されたホッパーが形成される。つまり、空洞からさらに離隔されて側壁内へ注入される電荷キャリアは同様にホッパー状に活性ゾーンに向かって流すことができ、これが活性層の高さで均一な横方向の電流分布に寄与し、それによって電流過上昇がアパーチャ縁部で反作用し、かつ特により高い電流で活性面積の均一なポンピングを可能にする。ＸＣＳＥＬ形状の前記形成は、側方に離れる側壁によってＤＢＲ層内の酸化深さも許容し、これは活性層の高さで酸化物遮光体よりも横方向にさらに拡大されている。
・他方、空洞遠位の鏡層の酸化は、その前面側が図３ｆ右のように酸化プロセス前にメタライゼーションによって封止されることによって防止することもできる。
【００７０】
本発明に係るＸＣＳＥＬは、側壁の部分を介して横方向の電流注入を可能にし、その際に薄い、横方向に拡大された電流供給層を有する必要がない。活性ゾーンに向かって次第に細くなるプロファイルは側壁上のコンタクトの配置と一緒に空洞内コンタクトに対する従来の解決策に比べて明らかに電流流路を短縮する。
【００７１】
同時にコンタクトの合金化によって側壁の非常に高いドーピングを行うことができ、これはコンタクトの貫入深さが残留する間隔を実質的に橋渡しできるような近さに、空洞近傍の部分に電流アパーチャの縁部に存在することができ、これが少ない直列抵抗をもたらす。
【００７２】
横方向に貫通する高ドープ領域と異なり、前記領域はしかしながら共振器内の光フィールドが案内されるところで、再びドーピングが低下するので、増加する吸収率をもたらさない。合金コンタクトの貫入深さは、活性直径の内部で層構造の周期構造が破壊されないように指定される。
【００７３】
この過程は、側壁表面の下方の領域の後からのドーピングに相当し、それによって後続のプロセス化による縦方向に変化する、エピタキシャル・ドープ・プロファイルに加えて横方向に変化するドーププロファイルも発生する。別法として、本発明に係るＸＣＳＥＬは、高ドープされた半導体材料が側壁に標定して析出される第２ＭＢＥステップにおける成長による横方向に変化するドーププロファイルを作り出す可能性も提供する。
【００７４】
それによって、光路および電流路は少なくとも部分に分離されて延伸でき、これが変調による自由な電荷キャリア吸収および線状拡散のような不利な効果を低減する。
【００７５】
手動調節ステップなしに本発明により著しく増大した構造規定の精度は、エラー源の排除による製造を合理化し、かつ変調速度および集積密度の向上のためにコンポーネントのもう１つの小型化の道を地ならしする。本発明に係る構造によって、全プロセスステップを節約しもしくは生産環境で容易に自動化できるようなステップで代替することができる。特に、時間を奪う（大抵手動の）コンタクトリソグラフィーの広範囲な除去は、ウェーハの所要時間を著しく短縮し、人員を節約し、かつ製造においてより少なく、高価なＶＣＳＥＬウェーハ材料が扱われるので、前記材料を保護する。
【００７６】
例えば、各個別的構造エレメントに対する在来型のＶＣＳＥＬデザインにおいて、幾何学形状の定義のためにリソグラフィーステップが必要である。本発明に係るＸＣＳＥＬにおいて、それに対して好適な生産設備（遠隔操作可能の傾倒調節器の組込み後）において両方の電気コンタクト６ａ、６ｂ（ｐおよびｎ側）ならびに蒸着されたｎ側ヒートシンク７ａ、７ｂも連続的に真空断続なしに、つまり実質的に１ステップで製造することができる。それに伴って現れる開発時間の短縮は、特殊の顧客要望に既存の基本デザインを迅速に適合するための、特にますます重要な能力に対して重要である。さらに、ウェーハ表面がガラス板に押圧されるコンタクトリソグラフィーは、その印刻された表面トポグラフィーのために特にＶＣＳＥＬウェーハに対して相当な負担になる。このような負担をかけるプロセスの広範囲な除去は、そのため収量も高める  −  つまりバーンイン試験によって選別する必要がある事前に損傷したコンポーネントの割合を低減する。
【００７７】
プロセス時間の大まかな例による比較（リソグラフィー、蒸着、真空排気、ＬＯ＝リフトオフ）：
ＶＣＳＥＬ：
ｐ型コンタクト：リソグラフィー１時間；蒸着４．．６  真空排気＋０．５時間プロセス；ＬＯ０．５時間
ｎ型コンタクト：リソグラフィー１時間；蒸着４．．６  真空排気＋０．５時間プロセス；ＬＯ０．５時間
［蒸着されたヒートシンク：リソグラフィー１時間；蒸着４．．６時間  真空排気＋０．５時間プロセス；ＬＯ０．５時間］
→但し、このヒートシンクは活性ゾーンからかなり遠く離れているため実質的に無効であるので、仮説である。
合計＝１８．．２４時間［１２．．１６時間ヒートシンクなし］
【００７８】
本発明に係るＸＣＳＥＬ：
ｐ型コンタクト：蒸着４．．６時間  真空排気＋０．５時間プロセス；
ｎ型コンタクト：                    ＋０．５時間プロセス；
蒸着されたヒートシンク：          ＋０．５時間プロセス；
合計＝５．５．．７．５時間［５．．７時間ヒートシンクなし］
→本発明に係るＸＣＳＥＬにおいてＶＣＳＥＬと異なり極度に効率的であるヒートシンク７ａ、７ｂなしの場合でさえ、プロセス時間の半分以上が節約され、ヒートシンク７ａ、７ｂとの比較では３分の２以上節約される。もちろん、エネルギー費用もそれに応じて減少する。
【００７９】
本発明に係るＸＣＳＥＬのもう１つの長所は、酸化長の精密な認識である。在来型のウェットエッチングＶＣＳＥＬ（図１（ａ））の場合、酸化のスタート点は平坦に突き出るｐ型メサの湾曲部の中にある。この領域での表面勾配のために、エッチング深さですでに小さい変動が劇的に酸化物層の外径と、それによって電流アパーチャの一定の目標直径に必要な酸化長に影響を及ぼす。多数の最新の適用に対してレーザーの活性直径は、しかしながらサブマイクロメートル範囲における精度で知られていなければならない。前記活性直径が酸化プロセスで十分な精度で講じられない場合、一旦実施された酸化の後からの修正は不可能なので、全ウェーハの損失の恐れがある。また水蒸気で貫流される酸化チャンバ内のインシトゥ検査は、生産設備で、知られている限り、特に酸化速度の均一性がウェーハ表面にわたって損なわれ得る光学系による成層ガス流および温度分布の妨害のために使用されない。さらに、メサの平坦な突き出しのために酸化物層の外径は、測定技術的にも破壊なしに、かつ十分正確に確かめられない。今日普及している前記一般的問題の解決策は、ｐ側メサをドライ・エッチング・プロセスによって実現することにあり、これは図１（ｂ）に表示されているような構造で生じる。１つの正確に調整されたドライ・エッチング・プロセスは垂直のメサ壁を残し、それによって外径が良好に知られている。もちろん、装置コストはウェットエッチングよりも数倍高くなり、かつ半導体表面は発生するイオンによって損傷される。
【００８０】
本発明に係るＸＣＳＥＬ（図３）において、酸化は正確にメサの最も狭い箇所Ｅでスタートする。開始直径はコスト好適なウェット・エッチング・プロセスの使用にもかかわらず厳密に定義されている。前記開始直径は、エピタキシャル層の垂直および横方向のエッチング速度と、その個別的な、垂直の層構造内の状態とから生じる。最も簡単な場合、ウェットエッチングは正確にドライエッチングのように時間停止プロセスである。ドライエッチングの場合、エッチング速度は最初から本質的にコストのかかる装置によって、しかしながら実験室条件下で大抵より良くコントロールされている。生産条件下に、しかしながらウェットエッチングも正確にコントロール（組成、温度、撹拌、エッチング齢など）することができ、これはそのコスト長所をドライエッチングに対して失わない。エッチング深さがコストのかかるレーザー光学系を介してのみインシテュで観察できるドライエッチングと異なり、ウェットエッチングの場合は、その上本発明に係るＸＣＳＥＬの場合の幾何学形状のために、酸化の開始直径についてすでに正確な逆推論を可能にする好適な対物レンズを利用して視覚的なイン・シテュ・コントロールの可能性があり、この場合は上述のようにエッチング深さでの少ない変化が比較的僅かに開始直径に影響を及ぼす。本発明に係るＸＣＳＥＬの場合、酸化物層５は正確にメサの最も狭い箇所にあるので、開始直径は酸化前に再度正確に検証することができる。実施した酸化後に、次に酸化した領域の開始点も終了点も、これらが平面図で構造の別のエッジ部と一致しないが、逆にドライエッチングされたメサの場合はこの場合であるので、容易にＣＣＤカメラの写像によって識別可能である。
【００８１】
同様に図３から明らかなように、本発明に係るＸＣＳＥＬの輪郭はさらに、厚い物理的（蒸着）および／または電気的に塗布された熱導体７ａ、７ｂを、これらがｎ型コンタクト６ａも同様に、その下にある熱流をブロックするパッシベーション層なしに活性ゾーンＡの直接周辺まで到達できるような精度で位置決めする可能性を提供する。そのため、露出した活性層を好適なフォトラッカーからなるシーリングで保護しながら包囲するために、特殊のレーザー幾何学形状が組み込まれたリソグラフィーマスクとして使用される。ラッカーシーリング形態は、非常に正確にＸメサ形状の適合によって、つまりメサ壁の斜めおよび垂直に延伸する割り当て分の比率の選択によって（これについては図３のｐ型メサを参照：図示した例において、おおよそｐ型メサ壁の下３分の２が斜めであり、上３分の１が垂直に延伸する）ならびにラッカー厚さと露光線量を介して調整することができる。その際に、外部のリソグラフィーマスクは不要になる。このプロセスも、つまり自動調節ならびに“無接触”で行われ、これが、説明したように、材料を保護する。
【００８２】
このように実装された熱導体７ａ、７ｂは、冷却が直接真性の、動特性を決定する量に影響するところで、前記熱導体が熱を共振器の内部で直接回収するので、従来到達されていない効果で活性領域Ａを冷却する。熱は空洞Ｅの内部で大部分横方向に金属製の熱導体の尖端に対してエピタキシャル層構造の増大した熱伝導率の方向へ流れる。そこに向かう経路は、特別のメサ形状に基づき大幅に低減された酸化長との関係で極度に短くすることができ、かつそれらの低減された熱伝導率を有するヘテロ障壁を介してまず垂直方向へ導かれてはならない。それぞれＸＣＳＥＬの寸法指定に応じて、前記“冷却探子”の尖端は、内部の空洞の側壁まで達してよく、かつそれによって僅かに数マイクロメートルのみ電流アパーチャの縁部から離隔していてよい。それにもかかわらず、金属はブロックするパッシベーション中間層なしに半導体との直接接触で側壁上にあり、これが熱交換を前記境界面を超えて大幅に増大する。
【００８３】
例えば、データ伝送ＶＣＳＥＬは、所望の高い変調速度ならびに伝送機能の平坦な推移を一般的に熱損失の良好な排出と関連して高いポンプ流で初めて十分な信号偏差で達成する。上述のように、活性ゾーンからの熱損失の直接導出は、直接温度依存性の量がレーザーの動的性質に直接影響を及ぼすところで動作温度を低減する。本発明に係る技術は、その際に十分厚い、活性ゾーンに極端に近く接近した熱導体７を可能にするが、しかしこれらは、逆に内部の電子光学的プロセスの直接冷却によって達成された動的長所を寄生外因性キャパシタンスの付加的な取込みによって再び無くしてしまう支配的な寄生キャパシタンスを発生することがない。在来型技術において、熱的に有効にするために活性ゾーンに十分近くにある十分に厚い金属層は、常にレーザーの高周波変調性を大きく損なう大きい幾何学形状のキャパシタンスの組込みを含む。本発明に係るＸＣＳＥＬは、それに対して変調性に逆行するキャパシタンスを生ぜしめない冷却構造の実装を可能にし、これがデータ伝送試験で確認された。
【００８４】
個別的に、それによって本発明に係る表面放射半導体レーザーに対して従来の技術と比較して以下が生じる：
【００８５】
１）従来の技術による在来型のウェットケミカルでエッチングされたＶＣＳＥＬ（図１（ａ））：
−  平均的な製造コスト、劣悪な性能
−  長いプロセス時間および多くのプロセスステップ
−  各エレメントは、個別的に手動で調節されなければならず、必要な許容差は効率的な小型化を妨げる。
−  大きくかつ粗悪に定義された酸化長；粗悪に再現可能の活性直径；大きい寄生キャパシタンスおよび小さい変調速度。
−  簡単に集積可能かつ効率的な冷却構造なし。
【００８６】
２）在来型のドライエッチングＶＣＳＥＬ（図１（ｂ）参照）：
−  高いコスト、１）よりも改善された出力
−  高価なドライエッチング、そのため多少より短いかつ良好に定義された酸化長
−  せいぜいのところ、活性ゾーンを有するｐ型メサに対してｐ型コンタクトのみが自動調節されている。
−  その他の欠点、１）記載のものと同じ。
【００８７】
３）本発明に係るＸＣＳＥＬ（図３）：
−  最少のコスト
−  最良の出力
−  完全に自動調節されかつウェットケミカルでのみエッチング
−  低減された寄生キャパシタンス、低減された散乱損失および優れた熱管理
【００８８】
図４は、ここで上述のように本発明により形成された複数の表面放射半導体レーザーの本発明に係る配列からの一部分を示す。個々の半導体レーザー（ここでは単にそのうちの１つを示している）は、その際に２次元マトリクスの形態で１つの基板ベース上もしくは横に配設されており、前記基板ベースは複数の（個々のレーザーに割り当てられた）基板ベース部１を有し、前記基板ベース部は、それぞれ１つの３次元形状付与を、これが図４に示されているように、有する。
【００８９】
図４に示した個々の表面放射半導体レーザー（エレメント１〜７を有する）の基本的な態様は、図３記載のものと同様である。この場合においては、しかしながら、支持体１もしくは基板ベース部１がここでパッシベーションポリマー層（たとえばポリイミドまたはＢＣＢ）の形態で、図示した半導体レーザーのメサＭがその狭隘部Ｅの領域で形状結合的に図示した基板ベース部１によって把持されるように、空間的に形成されている。この（支持する）基板ベース部は、（以下図４参照）ここで必要に応じてまだ存在する残構造１３ａ、１３ｂまで離隔した半導体基板と交換されない。それによって、図示した半導体レーザーエレメントが自由浮動しながら囲まれた枠縁を生じ、その上側または下側（つまり第１および第２ドープ領域２、４の活性領域３から離隔する表面）で支持する基板部もしくは−構造を必要としない。しかしながら、（ここで２変形１３ａ、１３ｂで点線で描写）たとえば活性領域３に離隔した、ｎ型ドープ領域２の外側にもう１つの基板材料（ここでは：たとえばＳｉのような半導体材料）からなる相応の支持構造１３ａ、１３ｂを設けること、もしくは前記表面を部分領域で半導体材料からなる残余の基板部を利用して好適に支持することも可能である。図示した場合の１つの詳細な分析は、本例において基板ベース部１が第１側壁熱導体７ａと共にかつ第１側壁金属コンタクト６ａと共に、前記形状結合の半導体レーザーエレメントもしくはそのメサＭの囲壁が狭隘部Ｅの高さに生じるように形成されていることを示す。
【００９０】
本発明により、しかしながら基板ベース部１および側壁金属コンタクト／側壁熱導体６ａ、７ａは、半導体レーザーの囲壁に対して成形されるだけではなく、半導体レーザーエレメントの囲壁の領域にもしくは同心的にその周囲に付加的にその図示した形成によって機械的導波構造Ｆを形成する：この導波構造は、レーザー囲壁回りにエレメント１、６、７の浴槽形の凹部が形成されることによって形成される。この凹部は、光学エレメント、ここではガラスファイバ束のファイバ８が自動芯合わせしながらもしくは自動芯合わせされて（レーザーを基準に見て）前記機械的導波構造Ｆへ導入可能であり、かつそこで（たとえば相応の透明の接着剤層により）固定可能であるように形成されている。ファイバ８の固定により、前記ファイバはレーザーを基準に芯合わせされているだけではなく、そのレーザーに対向する、前面側の端面によってレーザーの放射側（ｎ型ドープ部分の表面、ここではフォトン放射エネルギーｈ・νによって表示される）から離間して配設されている。前記導波構造内のファイバの見かけ上可能な傾倒（角度エラー）は、これが確かに本来十分剛性に互いに接続されるようなエレメントのマトリクスであることによって阻止される。それによって、光学エレメントのアレイは、いわば複数の脚上にあり、かつ傾倒できない。ファイバ導波は、しかしながら別の幾何学形状を有してもよく、特に貫通接続メサと類似の急峻な壁を有してもよい（これは、コスト上の理由からウェットケミカルが優先されるが、ドライエッチングされてもよい）。さらに、光学エレメントの平坦な下側を平坦に置くこともでき、かつこのように同時に平面（ｘｙ平面もしくは紙平面およびレーザー放射方向に対して垂直）の芯合わせに対してすでに個々のコンポーネントでも角度エラー（傾倒）を回避することができる。
【００９１】
この機械的導波構造Ｆによって、それにより半導体レーザーもしくはそのメサＭと光学エレメント８の前面側端部との間に中間空間Ｚが生じる。この中間空間は光学的結合のために透明の材料で充填することができる。別法として、しかしながら導波構造Ｆ（たとえば好適な流入および流出エレメントによる）を、前記中間領域Ｚを通して透明の、気体状または液体状の媒体（最も簡単な場合でＮまたは脱イオン化水）を導入可能であるように構成でき、これが発生した熱の排出および相応の光学的結合をもたらす。
【００９２】
それに対して代替的または累積的に、同様に光学エレメント（ここではファイバ８内）にチャネル１４が設けられることも可能であり、前記チャネルを介して標定して中間空間Ｚ内への冷媒（冷却液または−ガス）の流入が可能である（ファイバ８の中に取り込まれたチャネルはここでその対称軸もしくは縦軸と平行に延伸するが、これは同様に個別的にマルチ・モード・ファイバ間に沿ってファイバ束内で延伸するチャネルであってもよい。冷却する媒体は、次に前記屈折率適合のためのスペースにさせるレーザーに対して横方向の段部に打ち当たる。さらに、一循環系も作ることができ、つまり種々のチャネルの部分量を流入部もしくは排出部として作動する）。
【００９３】
図４の本発明に係るＸＣＳＥＬがそれによって基板側の側壁接触および−熱導体（参照符号７ａ）の金属層およびポリイミドまたはＢＣＢのようなポリマー層（参照符号１）によってのみ囲まれる。図４ｂでさらに説明されるように、半導体基板１３（これは図３の基板１に相当する）は、その除去前に図４上のフリップ−チップ集積の場合である（残部１３ａ、１３ｂ参照）。図３のＸＣＳＥＬは、図４でつまり頭上にある。図４のポリマー層１は、それに対してここでまだ各パッケージングが行われる前の、本来のレーザーのみが示されているので、図３に無い。
【００９４】
さらに、半導体基板１３は、図４（オプションの残部１３ａ、１３ｂまで）で除去されており、しかも光学エレメント用の機械的導波部Ｆの露出のために、およびこれがしばしば用いられる波長に対して全く透明ではないためである。基板除去後に、図４に示したように露出する構造１、７ａが残り、これはそのように十分安定している。工業上の適用において、中間空間は付加的な安定性に対して大抵１つのアンダーフィルＵＤで充填されている。
【００９５】
図４ｂは、図４のＸＣＳＥＬの発生を具示する中間ステップを示す。図４ｂに、ウェーハ表面がどのように図３の本来のＸＣＳＥＬを超えて引き続き付加的なプロファイルの生成のために形成されるかが示されており、前記プロファイルは次いでその後に塗布される層（側壁接触、側壁熱導体およびそれに続くここにまだ示していないポリマー層も）によって成形される。フリップ−チップはんだ付け後に、基板１３は上方へ示し、かつ除去され、それによって次に前記層内にそれぞれ初めに基板の中へエッチングされたプロファイルの反対部分が現れる。光学的結合に対する機械的導波の場合、このように初めに所望の形状が発生し、すなわちいわば基板内の最初の隆起部のネガである。それに対して、貫通接続メサの場合、塗布された層内に発生する形状は、同様に基板除去時に空洞にされるが（全部または一部）、これは機能的に何の役割も果たさない。
【００９６】
この方式は以下のように大まかに分類できる：
１．ウェーハ表面１３内の３次元プロファイルの発生
２．前記プロファイルの被覆／成形
３．支持基板上の頭越しの被覆されたエピタキシャル側との（フリップ−チップ）はんだ付け
４．ＸＣＳＥＬ基板１３の除去とそれに伴う導波構造の露出
（それ以外は露出する層の１つの機械的安定性は、通常のようにアンダーフィルＵＤとのはんだ接続間の自由空間の充填によって行うことができる。）
【００９７】
図４の左下の図領域に示しているように、半導体レーザーもしくはそのメサＭ（ｐ側側壁金属コンタクト６ｂおよびその上に配設された側壁熱導体７ｂを介して）はんだ接続またははんだ球９内への埋め込み（以下、代替的にボンディングパッド９とも呼ぶ）によって電気リード線および必要に応じて集積エレクトロニクス（ここでは、たとえばＣＭＯＳチップ）を有するフリップ−チップ支持体１２と接触される。これは、ここで近似的に楕円形のはんだ接続部９がエレメント４、６ｂおよび７ｂを囲繞することによって実現されている。
【００９８】
図４にさらに示しているように、レーザーに対する囲壁領域Ｅもしくはグラスファイバ束８に対する機械的導波構造Ｆから側方に離間して図示した基板ベース部１内に電気貫通接続部１０が形成されている。以下、さらにより詳しく説明するように、この貫通接続部１０は、ここで貫通接続メサ、つまりｎ側の側壁金属コンタクト６ａ、付属の側壁熱導体７ａならびに基板ベース部１の膨隆部の形態でＣＭＯＳチップ１２に向けて形成されている。この貫通接続メサは、ここで参照符号ＤＭを付けている。以下、同様にさらにより詳しく説明するように、貫通接続メサＤＭの膨隆部区間もしくは突出する区間は、本質的に楕円形状の貫通接続はんだ接続１１（以下、貫通接続ボンディングパッド１１とも呼ぶ）の中に集積され、もしくは後者によって囲繞される（これは接続部９のように一はんだ材料から形成されている）。図４に示したように、貫通接続はんだ接続１１は、次にＣＭＯＳチップ１２と接触されている。
【００９９】
上述のプロセス化後に、電気的貫通接続部１０は、それによって放射側（ｎ側）の方向からｐ側に向かって見て、個々の層がそれぞれ互いに重なり合ったかつ互いに隣接して配設された排出部もしくは膨隆部（ｐ側に向けて）の形態で形成された以下の層順を有する：メタライズコンタクト層６ａ’、熱排出層７ａ’およびボンディングパッド１１と直接接触する熱排出７ｂ’。膨隆部のフランク領域に、ここで安定化する基板部１’の層７ａ’と層７ｂ’の間に形成されている。エレメント７ｂ’は、ここで第一に、もちろん同時に熱排出にも寄与するが、これがより大きく冷却された平面によってレーザーにより分離されているので、それ以上強くない非平坦なボンディングパッドである。
【０１００】
図４は、それによって模式的な横断面として直接はんだ接続部９へ移行する熱排出金属によるアノード側（ｐ側）の被覆７ｂと、空洞近傍（領域Ｅに配設された）および光学的に結合された側で導出される側壁熱導体７ａと、以下に説明するように、冷却ガスのオプションの導入部および／または導出部（たとえば循環の形態で）１４を有する集積されたファイバ導波部Ｆと、中間空間Ｚ内の屈折率インデックス適合部と、カソード電位に対する本発明に係る貫通接続部１０、ＤＭ（ｎ側）とを有する本発明によるフリップ−チップ集積ＸＣＳＥＬアレイの個々のセルを示す。
【０１０１】
図５は図４の拡大図である：これは、フリップ−チップ集積された本発明に係るＸＣＳＥＬデザインで提供される熱流路の表示に利用される（点線で描写）。見られるように、半導体レーザーエレメントによって発生された熱の熱排出は、側壁熱導体７ａを有するはんだ接続部９を介しても切り込み部領域Ｅに形成された支持構造１、６ａ、７ａを介しても行われる。ここで活性領域３内の電流アパーチャ縁部からｎ側の冷却探子もしくは側壁熱導体７ａの尖端へおよび次いでさらに光学側への極度に短いパスが特に効果的である。
【０１０２】
図４は、それによってドライバエレクトロニクスを有するＶＣＳＥＬアレイのフリップ−チップ集積の特殊適用事例に対してＸＣＳＥＬの本発明に係る構造が本発明によりどのようにさらに拡充されたかを示す。すでにコンポーネント製造において説明した枠組変更は、ここで一連の別の本質的な刷新をもたらす。１０年以上定着した在来型の着手方法において、大幅に強調された、ウェーハ表面上の垂直のプロファイルは、このようなＶＣＳＥＬに本質的であるように（図１）、これが必要悪とみなされかつそれに応じて前記プロファイルを可能な限り小さく保持することならびに避けられない残留するトポグラフィーをその発生後に再びプレーナー化することが目指された。複数の付加的なメタライゼーションおよびパッシベーション平面によるこのような在来型のものを含むプレーナー化の一例は、図２に示されている。プレーナー化およびフリップ−チップ接触可能の構造への埋め込みは、ここで本来のレーザーの製造と比較して法外に高いプロセス化コストを必要とする。ここで、たとえば各有機層は、個別的に数時間にわたって３５０℃までの温度で焼成される。さらに、使用する技術は、プロセス変動および人員の入念な調節に対して鋭敏であり、その結果、前記技術は生産環境に対してあまり好適ではない。
【０１０３】
本発明に係るＸＣＳＥＬｎの基礎におかれる技術は、この技術がウェーハトポグラフィーの意識的なモデル化に利用されることによって、別の思考パターンに従う。プロセス化は、ここでウェット・エッチング・プロセスの順序によるウェーハ表面の３次元成形によって開始される。つまり、プロセス化の開始のためにウェーハ材料内に複雑な構造の大幅に強調された垂直のプロファイルが形成され、それによってこれまで有意義に実現できなかった新規エレメントに対して部品が後から形状付与されている。存在する標準に基づくエレクトロニクスを有するＶＣＳＥＬアレイのフリップ−チップ集積において支配的な基板側で放射かつ基板除去されたＶＣＳＥＬの技術は、ＸＣＳＥＬの導入によって本質的な開発推進力を得ている。それによって初めて、上述のように側壁熱導体７によって活性ゾーンの直接周囲から抽出される損失熱を、図４から明らかなようにカソード側のブラッグ鏡２の熱的橋渡し下に直接光学的に結合されたレーザーの裏面へ導くことが可能である。この側面は、付加的に熱を産生するドライブエレクトロニクスによって加熱される電気的に結合された側面から離隔しているので、特に良好に冷却可能である。
【０１０４】
これは、従来放射側で側方にずらしたはんだコンタクトとＶＣＳＥＬとの間の横方向の電流輸送をもたらしかつ光路の部分（図２参照）として、従来カソード側のコンタクト層として横方向の電流輸送をもたらしかつ光路の部分として付加的な吸収損失にも責任があった貫通するエピタキシャル層の除去によって可能になる。本発明に係るＸＣＳＥＬの場合、カソード側の電気ボンディング  −  熱的ボンディングとまったく同様  −  は、まず第一に斜めに延伸するレーザーのフランク上で行われ、それによって、横方向にＶＣＳＥＬメサの最大径を超える、熱流を光学的に結合された側面に向かって阻止し得る電流供給層は不要である。
【０１０５】
別の本発明に係る態様として、新規の熱導体７は、グラスファイバまたはマイクロレンズアレイに自動調節された光学的結合に対する被集積機械的導波Ｆと同様に裏面に成形することができる。この導波部の製造は、この新規技術において同様に自動調節されて可能であり、そのために、たとえば手動で調節された透過光リソグラフィーは必要がない。ファイバ導波部Ｆの構造化は、ウェーハ平面上にすでにウェーハ前面側からレーザーに対して難なく実施される表面エッチングと組み合わせて行われる。この構造化は、つまり結果的に非常に少ない余剰費用のみが生じる。この導波部は、裏面（放射側）からの基板の除去時に露出され、かつ次に問題のない、たとえば適合するファイバ束の各個別のファイバに対して個別的に正確に調節されたレーザーへのドッキングを保証する。はんだ付けされたＸＣＳＥＬアレイは、そのために通常のようにまず機械的に好適なアンダーフィルによる裏打ちによって安定化される。平行の光学的データ接続の全システムに対する前記ファイバ導波の長所は、全レーザーグラスファイバ／レンズ対に対する再現可能かつ均一な結合効果にある。
【０１０６】
さらに、特別に製造された適合正確なピンのような高価な外部の調節構造は、駆動基板ならびに人員−および時間集中的なシステムコンポーネント相互の芯合わせは余計である。５０μｍコア直径を有するマルチ・モード・ファイバ内のカップリング時の最大±１５μｍの容認できる横方向の後充填において、外部の調節構造の寸法順守度への要求事項は、プリント回路基板の通常の製造許容差をはるかに上回る±５０．．．１００μｍのオーダーでかつそのためコストを上へ押し上げるであろう。それによって、従来の送信モジュールのようにファイバ束またはマイクロレンズアレイをその全体で全般的にＶＣＳＥＬアレイに調節するだけでなく、個別的に、たとえばファイバまたはレンズからなるアレイの連通するエレメントに対してＶＣＳＥＬアレイの各レーザーの対ごとの芯合わせを同時に克服することが可能であり、電気的に結合された側で全コンタクトはただ１つの溶融はんだ付け過程において同時に製造され、かつ自動の泳動によって芯合わせされることと全く同様である。図４に示したＸＣＳＥＬの実施態様は、各個別的コンポーネントを直接集積された調節装置Ｆ内へ持ち込まれ、これが同一のエレメントの同時のプロセス化をアレイ技術の長所としてレーザーへの光学エレメントの個別的芯合わせおよび結合にも拡大する。
【０１０７】
集積された導波構造Ｆは、非常に正確に知られておりかつ特にレーザー・デカップリング・ファセットとファイバ端面の間の安定した垂直（軸線）の間隔を生ぜしめる。ＶＣＳＥＬとファイバの間で図４に識別できる中間空間Ｚは、次に屈折率インデックス適合のための材料を充填することができる。これは、同時にファイバを固定する、運転波長に対して透明な接着剤であってよい。理想的な場合では、その屈折率インデックスは中間空間の幅に適合されている。コンポーネントの動的挙動を鋭敏に損ない得るファイバ端面からレーザー内への逆反射は、それによって本質的に抑制される。もう１つの実施態様において、接着剤は、それに対して局所的にのみファイバ８の支持点に塗布される。ここで残留する空洞Ｚは、次にＶＣＳＥＬの別の冷却に利用することができる。その上、それに対する正規のマルチ・モード・ファイバからなる２次元束に代わり好適なフォトニック結晶ファイバ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ，  Ｈｏｌｅｙ  Ｆｉｂｅｒｓ）からなる束を使用することも考えることができ、このようなファイバ内の長手方向に貫通する開口部はガス状の冷媒、たとえば冷却されたＮ２の標定した流れに対して十分な大きさで使用することができる。より簡単かつ可能であればよりコスト好適な場合において、ファイバ束内の個々のマルチ・モード・ファイバの間で延伸する開口部１４に沿って流入に対して利用することができる。冷却する媒体は、次に前記屈折率インデックス適合に対してスペースをあける活性コンポーネントへの多少横方向の後充填によって打ち当たる。
【０１０８】
同様にウェットケミカルのエッチングによるウェーハ表面の最初は３次元の成形の流れの中で、ファイバ導波部と同様に効率的に、同時に金属製のフリップ−チップコンタクトのカソード側の貫通接続部１０のためにメサＤＭが形成される。これは、従来一般的に適用されていた  −  しかし大幅に問題のある  −  ポリマー止り穴電気めっきの技術を置き換えた。この従来の技術は、複数のコンタクト・リソグラフィー・ステップを必要とする。同様に、ダミーＶＣＳＥＬメサの代替的な使用も析出プロセスにおいてそれらの別々の取り扱いを必要とし、これが複数の付加的なコンタクト・リソグラフィー・ステップをもたらす。さらに、しばしば最少のリソグラフィー問題ならびにポリマーの強制的な高温処理中でも行われるメタライゼーションにおける拡散プロセスも露出する表面でそれに続く未知の種類の酸化によって全ての、全ウェーハにわたって分布したポリマー開口部内の均一かつ再現可能の電気めっきを阻止する。原理的に、ポリマー止り穴も粗悪に電気めっきによって密閉される幾何学形状である。電気めっきは不活性ポリマー上に析出できないので、一般的にポリマーからなる、数μｍ高さの開口部のフランクを有する金属カラムの内部の結合を生じない。それに金属を充填後、そのため実際に平坦な封止部が残らず、むしろ裂け目の多い表面が残る。まさに溶融はんだ付けに対して、これがフリップ−チップボンディングで使用されるように、良好に閉鎖された接合がメタライゼーション平面の間にしかしながら非常に望まれている。
【０１０９】
それに対して、本発明に係る、意識的にウェーハ表面モデル化に基づく技術は、さらに製造仕様の長所も前記在来型の構造を上回る機能も有する。初期のウェーハ表面モデル化の流れの中で、エッチングされた半導体材料１内のカラム１’（５μｍ幅の平坦部を有する約２０μｍ高さ、図４ｂも参照）は、各メタライズプロセスにおけるプロセス化の別の経過において簡単に均一に同時に被覆される（エレメント６ａ、７ａの部分６ａ’、７ａ’）。そのために別の対策は不要であり、意図した構造６ａ’、７ａ’はカラム１’自体の単なる存在によって発生する。ＸＣＳＥＬが完成してプロセス化された後、これはそこで何度もメタライズされたカラム１’、６ａ’、７ａ’と共に非構造化ポリマー（図４のエレメント１）のただ１つの層の中に注入される。それに続く焼成は、ポリマーによるウェーハ表面の完全な空気遮断下に行われる。最終的に、ポリマー層は、短いプラズマステップで均一にバックエッチングされる。その後、金属で被覆された本発明に係るＸＣＳＥＬのアノード４もカソード側の貫通接続部１０も露出し、ウェーハ表面上の輪郭ならびにはね上げられたポリマーの流動特性によって図４に暗示した表面プロファイルが形成された。最初に貫通接続のために形状付与する半導体材料からなるメサは、基板の最終的な除去時にフリップ−チップはんだ付け状態で金属層によって形成された凹部からエッチングして取り出される。
【０１１０】
貫通接続部１０の前記形式は、完全に別々の金属充填を省く。参加した構造エレメント間の接合は、幾何学的に流れており、在来型の止り穴構造のような鋭い角度をもたない。特に全ての使用する材料は内部で互いに付着する。結果的に、つまりボンディングパッドによって簡単に封止される滑らかな表面が生じる。平坦なボンディングパッドと異なり、これがそれ以外は一般に普通に用いられているように、この貫通接続は、はんだ球１１によって囲繞される膨隆部ＤＭを形成し、これがはんだ接続の安定性に役立つ。
【０１１１】
ここでも、構造上の不連続性は、はんだブリッジの上昇するフランク（図４のエレメント１１参照）が同様に上昇するボンディングパッドのフランクに当たることができるので、従来の技術による慣例の接続に比べて低減されている（明示的に図４から明らかではない）。これは、本質的な局所的盛り上げなしにおよび作用する力の瞬間的な方向変更なしに構造内部の比較的空間的に補償される力結合をもたらす。その結果、これは、このような構造上の不連続性を有する箇所が耐久試験（温度サイクルの繰返し通過）で典型的に割れの発生に対する出発点として実証されているので、モジュール寿命を延長する。さらに、はんだ付け時の材料の相互拡散による通常のコンタクトに加えて、はんだ球がボンディングパッドの隆肉を囲繞するので、このように発生するはんだ接続は形状結合的なコンポーネントを有する。これは、発生するはんだ接続を再度はんだ球が平坦にのみ１つの平らなボンディングパッドに載る従来の場合よりも安定している。
【０１１２】
同じように、ＸＣＳＥＬのアノード側のブラッグ鏡４も相当するはんだ球９によって囲繞される。エレクトロニクスによる少ない熱損失において、それに応じて廃熱の主たる部分は図５に暗示したように前記流路を介しても流すことができる。
【０１１３】
本発明に係るデザインが、つまり平坦な表面をもたないことによって、さらに自動プレーナー化フリップ−チップ技術が使用され、変化するはんだ球の大きさが全高低差の橋渡しを引き受ける。
【０１１４】
図４記載のフリップ−チップＸＣＳＥＬの場合、ウェーハ表面が難なくすでに特別に３次元に成形される新規の着手方法が付加的に、メサも貫通接続部（図４の１０）および機械的ファイバ導波（図４のＦ）の成形のために本質的な余剰費用なしに同時に一緒に製造する可能性を提供する。これは、直接製造用のツールとしてＸ形状に手をつけるエレメントではないが、しかしこれは新規のプロセス経過がこのＸ形状によって可能になるように、端正に前記プロセス経過から生じる。
【０１１５】
図６は、本発明に係る表面放射半導体レーザーのもう１つの例（部分）を示す。これは、そのメサがその側面フランクに狭隘部Ｅを有するだけでなく、この場合に２つの狭隘部Ｅ１およびＥ２を有することを特徴とする。これら両狭隘部Ｅ１およびＥ２は、その際に基板ベース平面１に対して垂直に見て（もしくは放射方向に見て）重なり合って配設されている。
【０１１６】
基板１（半導体基板）上に、ここで前記順序で見て配置されている：初めに第１ドープ領域（ｎ型ドープ領域）２、この上に活性領域３およびこの活性領域３の上に第２ドープ領域４（これは、ここで同様にｎ型ドープされている；これは以下さらに説明する活性領域３の構造にある）。
【０１１７】
すでに図３の表面放射半導体レーザーエレメントについて説明したものと全く類比的に、エレメント１および２の領域に第１側壁金属コンタクト６ａおよび第１側壁熱導体７ａ、ならびにエレメント４の領域に第２側壁金属コンタクト６ｂおよび第２側壁熱導体７ｂが配設されている。
【０１１８】
図３に示したエレメントと異なり、活性領域３はしかしながら次のように構成されている：基板ベース１に対向する側から前記基板ベースから離隔する側の方向へ、活性領域３が初めに第１活性副領域３−１を有し、その中に第１活性層Ａ１が中央に配設されている。この第１副領域３−１上に１つのドープ領域（ｐ型ドープ領域）１５が配設されている。このドープ領域は、次にこの副領域３−２で中央に配設された活性層（第２活性層Ａ２）を有する第２活性副領域３−２を支持する。
【０１１９】
第１活性層Ａ１のほぼ下側に、図示した半導体レーザーエレメントのメサは、第１切り込み領域もしくは第１狭隘部Ｅ１を有し、これは図３に示した場合と全く同様に本質的にＶ字形に形成されている。ｐ型ドープ領域１５の上部区間および第２活性層Ａ２の下側領域に半導体エレメントは第２狭隘部Ｅ２を有し、これは同様に本質的にＶ字形に形成されており、両方のＶ脚の角度はこの場合、第１狭隘部Ｅ１で前記角度の約１．５倍になる。基板１に対向する、第２狭隘部Ｅ２の下部Ｖ脚の領域で、メサ側壁はここでエレメント６ａ、７ａおよび６ｂ、７ｂと類似の形成で１つの第３側壁金属コンタクト６ｃおよび１つの第３側壁熱導体７ｃを支持し、これらを介してｐ型ドープゾーン１５が電気的に接触されている。これは、本事例において、基板ベース１に載るエレメント６ａ、７ａの上方および第１狭隘部Ｅ１が完全に満たされて１つのポリマー層１６（バックエッチングされたポリマー層）が設けられており、このポリマー層はその高さでほぼｐ型ドープ領域の下側に達するように実現されている。このポリマー層１６上に、次にメサ側壁（領域１５で）に隣接しない第３側壁金属コンタクト６ｃおよび第３側壁熱導体７ｃの部分が配設されている。
【０１２０】
本発明により、それによってまた複数の狭隘部が（好ましくは垂直に重なり合ってもしくは放射方向に見て重なり合って積層されて）実現することができる。これは、特により強い導波によってモード体積を縮小し、かつ電流供給もしくは熱排出の幾何学形状を特殊要件に適合するために利用される。本発明は、それによって３つまたはそれ以上の端子状のコンポーネント（複数のカスケード化された活性領域を有するＶＣＳＥＬもしくはＸＣＳＥＬおよび／または集積された光検出器層を有するＶＣＳＥＬもしくはＸＣＳＥＬ）の領域でも難なく実現することができる。
【０１２１】
紹介した本発明に係るフリップ−チップはんだ付けされたＸＣＳＥＬアレイは、すでに完全にプロトタイプとして製造された。その際に前記プロトタイプはＣＭＯＳチップを用いる代わりに試験目的のためにケイ素ベースの支持体によって集積されており、前記支持体は高周波特性化のためにコプレーナ駆動線を含む。このコンポーネントはフリップ−チップはんだ付けされた状態で包括的に特性化されており、かつ従来のコンポーネントに比べて大幅に改善された熱的および動的性質を示す。
【０１２２】
図４に点線（エレメント１３ａ、１３ｂ）で暗示したように、基板１３（ＨＬ基板）の部分も、より中央の電流印刻を可能にするために、ドープ領域２（ｎ型ブラッグ積層体）の放射する表面上に残すことができる。これは、基板エッチング時に相当する領域が放置されることによって達成することができる。
【０１２３】
紹介した技術によって、すでに第１回の実験において熱抵抗は従来の国際的に最良の値に比べて半減することができた。フリップ−チップ集積された基板除去されたレーザーに対してこれまで同様に約５０％だけ１７ＧＨｚに限界周波数の仮の向上は、熱的改善が前記のように動特性のコストで達成されず、これは逆により低い内部温度によって付加的な外因性の寄生の回避時に役立つことを示す。さらに、初回のデータ伝送実験は既存の装置で達成可能の１２．５Ｇｂｉｔ／ｓの最大のデータ速度で実施され、かつそれによってこのような適用に対するこの技術の有用性が実証された。
【０１２４】
紹介した発明は、上述のように活性領域３で低減された酸化長を有する高インピーダンスまたは電気的に遮断する電流狭隘層５の形成を示す。その別法として、しかしながら前記酸化長（１つの相応に僅かに拡大されたリング状の酸化領域５によって）を最小にすることが可能であるだけではなく、さらに前記酸化長の除去を実行することも可能である。それによって、相当する狭隘部領域５を形成する必要がない：幾何学的な狭隘部は、ここで１つのリング状の絶縁層による狭隘部と組み合わされたが、単独でも、つまり付加的な横方向の酸化物層（絶縁遮光体）なしで使用することもできる。
【０１２５】
本発明に係るＸＣＳＥＬの第１プロトタイプは、粗野な実験室の日常生活において特別の鋭敏性を示さず、かつ包括的な特性化をより長い期間にわたって特別の対策なしに問題なく可能にする。
【０１２６】
上記実施態様に対する別法として、本発明の枠組の中で、以下の変形を実現することもできる：
・メサの非円形基面も可能である（たとえば楕円形または四角形の基面）。
・典型的な金属としての別の被覆も、たとえば側壁熱導体として可能である：
ＭＢＥは、方向付けられた析出も行うので、プロファイルエッチング後にフランクを第２ＭＢＥ成長ステップで成長することも考え得る（たとえば、良好なコンタクトおよび横方向に変化するドーピングプロファイル）。これは特にＸＣＳＥＬプロファイル自体が構造化された析出に対するマスクであり、かつそれによってＭＢＥ内の温度を超えないフォトラッカーのような温度鋭敏性の材料が不要であることによって可能である。
・部分的な誘電ＤＢＲも可能である：まさに前記側方のボンディングは、１つの横方向のエッチング速度差分が存在する限り、部分的にＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３または類似物のような誘電層からなるＤＢＲと有利に組み合わせることができる。
・本発明は、種々の材料系において、かつそれによって種々の波長範囲に対して実現可能である：
プロファイル制御は、エピタキシャル層構造を介して波長の選択を制限しないので、このデザインは一定の波長範囲に規定されず、たとえば可視領域（３８０〜７８０ｎｍ）のより短い波長のほかに、データ通信（７８０〜１０００ｎｍ）を介して１０００〜１６５０ｎｍの長波範囲も支援する。まさに１つの選択的な横方向の酸化が不充分にのみ機能する（小さすぎる酸化速度もしくは小さい選択性）その他の材料系（たとえばＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ）において、プロファイル内の切り込み部は酸化幅を大幅に低減し、かつ極端な場合で完全に除去することができる。鏡層間のエッチング速度差分は、多種多様の材料系においておよび大量に提供可能のエッチングによってより簡単に調製し、かつＡｌＧａＡｓで実証されたアルミニウムに富む層の選択的な横方向の酸化としてそれぞれの要求に適合される。
・図４に示したＦＣ−ＸＣＳＥＬ（フリップ−チップＸＣＳＥＬ）の基板は、基板側の放射を８５０ｎｍで可能にするために除去される。基板が透明である別の波長（たとえば９８０ｎｍ）の場合、これも維持することができる。
・ＦＣ−ＸＣＳＥＬ：貫通接続メサ（図４のエレメント１０）は別様に実現されてもよい（三角脚あり／なし、ピラミッド状、より幅広／より薄い、より高い／より深いなど）。
・ＦＣ−ＸＣＳＥＬ：ファイバ導波は、１つの別の幾何学形状を有してもよく、特に貫通接続メサと類似の急峻な壁を有してもよい。その場合、光学エレメントの平坦な下側は平坦に“突き合わせで”載せ、かつこのように同時に前記平面（ｘｙ平面）内の芯合わせのために１つの角度エラーもすでに１つの個別コンポーネントで回避することができる。それに対して、１つの角度エラーはアレイで複数の同じエレメントの載置によって回避される。
・ＦＣ−ＸＣＳＥＬ：図示したはんだ構成は、２Ｄアレイのほかに、個々の表面上にもはんだ付けされたコンポーネントまたは１Ｄアレイに適用することができる。
【図１】
2011520272.tif 000003
【図２】
2011520272.tif 000004
【図３】
2011520272.tif 000005
【図３ｂ】
2011520272.tif 000006
【図３ｃ】
2011520272.tif 000007
【図３ｄ】
2011520272.tif 000008
【図３ｅ】
2011520272.tif 000009
【図３ｆ】
2011520272.tif 000010
【図４】
2011520272.tif 000011
【図４ｂ】
2011520272.tif 000012
【図５】
2011520272.tif 000013
【図６】
2011520272.tif 000014
【国際調査報告】
2011520272.tif 000015
2011520272.tif 000016
2011520272.tif 000017
2011520272.tif 000018
2011520272.tif 000019
2011520272.tif 000020