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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und eine
die Halbleitervorrichtung verwendende photonische Halbleitervorrichtung,
ein Verfahren zur Ausbildung eines nicht mit Strom gespeisten Bereiches
der photonischen Halbleitervorrichtung sowie ein Verfahren zur Ausbildung
Licht nicht absorbierender Bereiche der photonischen Halbleitervorrichtung.
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Ein
Hauptausfallgrund von Laserdioden ist als ein optisch verursachter
Facettendurchbruch (eine katastrophale optische Beschädigung bzw.
COD) bekannt. Eine herkömmliche
Maßnahme
zum Entgegenwirken der COD einer Laserdiode schließt das Ausstatten
ihrer Enden, die Facetten beinhalten, mit einer Fensterstruktur
ein, die keinen Laserstrahl absorbieren wird, was die Zuverlässigkeit
der Laserdiode erhöht.
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Die
Fensterstruktur bildet Licht nicht absorbierende Bereiche, die zwischen
einer aktiven Schicht innerhalb der Laserdiode und Facetten der
Laserdiode angeordnet sind. Die Licht nicht absorbierenden Bereiche sind
mit einer breiteren Bandlücke
als die aktive Schicht versehen, um die Laserstrahlabsorption zu
beseitigen. Die Licht nicht absorbierenden Bereiche sind zusammen
mit der aktiven Schicht mit einer Beschichtungslage bedeckt. Die
Beschichtungslage ist weiterhin mit einer Kontaktschicht über der
aktiven Schicht und mit nicht Strom gespeisten Bereichen über den
Licht nicht absorbierenden Bereichen bedeckt und grenzt an die Kontaktschicht
an.
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Die
Kontaktschicht und die nicht mit Strom gespeisten Bereiche sind
mit einer Metallelektrodenschicht bedeckt. Eine Plattierschicht
ist über
der Metallelektrodenschicht ausgebildet. Die Plattierschicht und
die Metallelektrodenschicht bringen Ladungsträger über die Kontaktschicht und
die Beschichtungslage in die aktive Schicht ein, was eine Laserabgabe
durch die aktive Schicht auf der Grundlage ihrer Bandlücke und
ihres Quantenpegels auslöst.
Die nicht mit Strom gespeisten Bereiche werden dazu verwendet, Stromflüssen von der
Metallelektrodenschicht in die Beschichtungslage und darunterliegende
Licht nicht absorbierende Bereiche vorzubeugen. Die Plattierschicht
dient sowohl dazu, eine Chipkontaktierung und Drahtkontaktierung
der photonischen Halbleitervorrichtung zu erleichtern als auch die
Kontaktierung der Vorrichtung zu stabilisieren und zu verstärken.
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Wenn
Laserdioden aus einem Wafer geschnitten werden, ist es üblich, den
Wafer in die Dioden zu teilen, so daß jede Diode ihre Facetten
aufweisen wird, die in einer Spiegeloberfläche ausgebildet sind. In derartigen
Fällen
ist die Plattierschicht weg von den Teilungspositionen angeordnet,
da die Plattierschicht ein Teilen erschwert. Andererseits sind die
Licht nicht absorbierenden Bereiche an die Laserdiodenfacetten angrenzend ausgebildet,
um eine optische Beschädigung
an den Facetten zu verhindern. Bei dieser Struktur sind die nicht mit
Strom gespeisten Bereiche, die über
den Licht nicht absorbierenden Bereichen ausgebildet sind, ebenso an
die Laserdiodenfacetten angrenzend angeordnet. Als Ergebnis wird
die Plattierschicht weiter innerhalb der Laserdiode als eine Grenzfläche zwischen
der Kontaktschicht und den nicht mit Strom gespeisten Bereichen über der
Metallelektrodenschicht angeordnet. Anders ausgedrückt wird
die Plattierschicht derart ausgebildet, daß sie nicht über den
nicht mit Strom gespeisten Bereichen angeordnet ist.
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Bei
der zuvor umrissenen Plattierschichtanordnung ist eine Erscheinung
einer unverhältnismäßig erhöhten lokalen Stromdichte
in der Metallelektrodenschicht zwischen einem Ende der Plattierschicht
und den nicht mit Strom gespeisten Bereichen beobachtet worden.
Die erhöhte
lokale Stromdichte führt
zu einem lokalen Erwärmen,
einem Vorrichtungsdurchbruch.
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Das
Dokument
EP 0 373 933
A2 betrifft ein Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers
mit einer nicht absorbierenden Spiegelstruktur. Der Laser weist
nicht mit Strom gespeiste Bereiche (Stromblockierschicht) auf, die
an eine Kontaktschicht angrenzen. Es ist jedoch keine weitere Metallelektrodenschicht
vorhanden, die sowohl mit der Kontaktschicht als auch mit dem nicht
mit Strom gespeisten Bereich verbunden ist.
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Das
Dokument
US 5 721 752
A beschreibt eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer
aktiven Schicht, von der Laserlicht ausgesendet wird, einem vorderen
Facettenreflektionsfilm, einem hinteren Facettenreflektionsfilm
und einem Resonator, der die vorderen und hinteren Facettenreflektionsfilme
enthält,
wobei zumindest einer der vorderen und hinteren Facettenreflektionsfilme
einen Absorber für
das Laserlicht enthält.
Es sind jedoch keine nicht mit Strom gespeisten Bereiche vorgesehen.
Des Weiteren ist eine Kontaktschicht beschrieben, auf der eine Elektrode
ausgebildet ist. Auf der Elektrode ist ein goldplattierter Film
ausgebildet. Hinsichtlich der Abmessungen der Elektrode und des
Filmes sind jedoch keine Angaben zu finden.
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Das
Dokument
US 5 953 358 A beschreibt
einen Halbleiterlaser, der eine aktive Laserschicht zum Empfangen
eines Stromes von einem Elektrodenpaar für einen Laserbetrieb ausweist.
Der Endbereich in der Nähe
beider Facetten der aktiven Schicht empfängt keinen Strom von der Elektrode.
Die Dicke der Elektrode ist jedoch nicht beschrieben.
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Das
Dokument
US 5 844 931
A beschreibt einen Halbleiterlaser mit einem nicht mit
Strom gespeisten Bereich eines Abschnitts in der Nähe der Facetten
des Lasers. Auf einer Kontaktschicht ist eine p-Elektrode vorgesehen.
Die Dicke der Kontaktschicht und der Elektrode sind jedoch nicht
angegeben.
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Das
Dokument
US 5 394 421
A beschreibt eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer
Stufenelektrode, wobei die Stufen senkrecht zu einer Stromblockierschicht
angeordnet sind. Die Stromblockierschicht erstreckt sich von einer
Facette zur anderen Facette der Halbleiterlaservorrichtung in Richtung
der Länge
der Stufe.
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Das
Dokument
US 5 764 669
A beschreibt einen Halbleiterlaser, dessen obere Schicht
eine p-seitige Elektrode ist, die als eine Metallelektrodenschicht
dient. Unterhalb der p-seitigen Elektrode sind eine Beschichtungslage
und eine Kontaktschicht vorgesehen, die beide mit einem Protonen-implantierten
Bereich in den äußeren Gebieten
versehen sind.
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Des
Weiteren wird noch auf den Artikel von Piotrowska, A., u. a.: Ohmic
Contacts to III–V
Compound Semiconductors: A Review of Fabrication Techniques, in
Solid State Electronics, Band 26, Nr. 3, 1983, Seiten 179–197, verwiesen,
in dem ein Überblick über Aufsätze über die
Realisierung des Ohmschen Kontaktes auf III–V-Verbindungen gegeben wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um die zuvor erwähnten Probleme
zu lösen,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung
und photonische Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei denen lokale
Erhöhungen
einer Stromdichte verhindert werden und ein lokales Erwärmen abgeschwächt wird.
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Diese
Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Querschnittsansicht des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
schematische Ansicht zum Erklären
einer Positionierung der Plattierschichtfacetten gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
graphische Darstellung, welche die tatsächlichen typischen Ausfallraten
zeigt, wenn die Plattierschichtfacettenpositon in dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung geändert
wird;
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5 eine
graphische Darstellung, die Daten eines einen Ausfall auslösenden Stroms
angibt, die gegeben sind, wenn die Plattierschichtfacettenposition
in dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung geändert
wird;
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6a und 6b graphische
Darstellungen, in denen berechnete Daten aufgetragen sind, die Stromdichteverteilungen
bezeichnen, wenn sich die Plattierschichtfacettenposition 25 Mikrometer
in einer positiven Richtung befindet;
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7a und 7b graphische
Darstellungen, in denen berechnete Daten aufgetragen sind, die Stromdichteverteilungen
bezeichnen, wenn die Plattierschichtfacettenposition ein Ursprung
ist; und
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8a und 8b graphische
Darstellungen, in denen berechnete Daten aufgetragen sind, die Stromdichteverteilungen
bezeichnen, wenn sich die Plattierschichtfacettenposition fünf Mikrometer
in einer positiven Richtung befindet.
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Im
folgenden Verlauf werden Grundlagen und Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegene Zeichnung beschrieben.
Die Bauteile und Schritte, die einigen Darstellungen gemeinsam sind,
sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und redundante Beschreibungen
können daher
weggelassen werden.
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Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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1 zeigt
eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht des ersten Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung. Diese Halbleitervorrichtung bildet eine Fensterstruktur-Laserdiode 10 mit
einem Stegwellenleiter. Die Querschnittsansicht in 2 ist
entlang des Stegwellenleiters der Vorrichtung genommen. Die Laserdiode 10 weist eine
rechteckige Form auf und weist eine flache untere Hauptebene 10a und
eine obere Hauptebene 10b auf, die der flachen unteren
Hauptebene 10a gegenüberliegt.
Ein Paar von gegenüberliegenden
Facetten 10c und 10d ist senkrecht zu einer Ausdehnung
des Stegwellenleiters ausgebildet. Ein anderes Paar von gegenüberliegenden
Facetten 10e und 10f ist parallel zu der Ausdehnung
des Wellenleiters ausgebildet. Diese Facetten 10c, 10d, 10e und 10f werden
ausgebildet, wenn der Wafer geteilt wird.
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Die
Laserdiode 10 weist ein GaAs-Substrat 12, das
die untere Hauptebene 10a bildet; eine AlGaAs-(Aluminiumgalliumarsenid)-Beschichtungslage 14 eines
n-Typs, die über
der gesamten oberen Oberfläche
des Substrats 12 ausgebildet ist; eine aktive Schicht 16,
die auf der Beschichtungslage 14 ausgebildet ist; und Licht
nicht absorbierende Bereiche 18 auf. Die Licht nicht absorbierenden
Bereiche 18 sind, wie es in 2 gezeigt
ist, auf der gleichen Höhe
wie die aktive Schicht 16 ausgebildet und an den Enden
an die Facetten 10c und 10d der Laserdiode 10 angrenzend
angeordnet. Die Licht nicht absorbierenden Bereiche 18 sind
derart strukturiert, daß sie
eine breitere Bandlücke
als die aktive Schicht 16 aufweisen. Angrenzend an die
Facetten 10c und 10d dehnen sich die Licht nicht
absorbierenden Bereiche 18, die jeweils eine Breite von A
aufweisen, von der Facette 10e zu der Facette 10f aus.
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Ein
Verfahren zum Ausbilden der Licht nicht absorbierenden Bereiche 18 ist
wie folgt: zuerst wird die aktive Schicht 16 selbst ausgebildet
und dann auf eine Weise verarbeitet, daß Bereiche (Zielbereiche) gebildet werden,
die zu den Licht nicht absorbierenden Bereichen 18 werden.
In den Bereichen 18 ist eine Quantenmuldenstruktur der
aktiven Schicht 16 fehlgeordnet, um die Schicht zu einem
Material mit einer breiteren Bandlücke als zuvor zu wandeln. In
dem Fehlordnungsverfahren wird die aktive Schicht 16 beispielhaft
auf eine von drei Weisen behandelt: Störstellen werden selektiv in
die Zielbereiche der aktiven Schicht 16 diffundiert; Ionen werden
anstatt dessen, daß die
Zielbereiche einer selektiven Störstellendiffusion
unterzogen werden, selektiv in die Zielbereiche implantiert, worauf
ein Glühen
folgt; oder die Zielbereiche der aktiven Schicht 16 werden anstatt
dessen, daß sie
einer selektiven Störstellendiffusion
unterzogen werden, lokal beansprucht.
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Ein
anderes Verfahren zum Ausbilden der Licht nicht absorbierenden Bereiche 18 weist
zuerst ein Ausbilden der aktiven Schicht 16 selbst und
dann ein Verarbeiten auf eine Art auf, daß Bereiche (Zielbereiche) gebildet
werden, die zu den Licht nicht absorbierenden Bereichen 18 werden.
Die aktive Schicht 16 in den Zielbereichen wird von diesen
durch Ätzen
entfernt. Die sich ergebenden freien Stellen werden mit einem Material gefüllt, das
eine breitere Bandlücke
als die aktive Schicht 16 aufweist. Alternativ wird, nachdem
die aktive Schicht 16 in den Zielbereichen ausgebildet
worden ist, die zu den Licht nicht absorbierenden Bereichen 18 werden,
die aktive Schicht 16 ausgenommen der Zielbereiche selektiv
mit Störstellen
dotiert, um die effektive Bandlücke
der aktiven Schicht 16 zu verschmälern.
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Eine
AlGaAs-(Aluminiumgalliumarsenid)-Beschichtungslage 20 eines
p-Typs wird auf eine Weise ausgebildet, daß sie die Oberseite der aktiven
Schicht 16 und der Licht nicht absorbierenden Bereiche 18 bedeckt. Ein
Stegwellen leiter 21 wird in der Beschichtungslage 20 derart
hergestellt, daß er
in Streifenform über
die obere Hauptebene 10b der Laserdiode 10 hervorsteht.
Die Beschichtungslage 20 wird in dem Stegwellenleiter 21 dicker
als in anderen Abschnitten gemacht. Eine obere Fläche 21a des
Stegwellennleiters 21 in der Beschichtungslage 20 weist
eine GaAs-(Galliumarsenid)-Kontaktschicht 22 und nicht
mit Strom gespeiste Bereiche 24 auf. Sowohl die Außenfläche der
oberen Fläche 21a und
die Seiten des Stegwellenleiters 21 als auch die obere Oberfläche der
Beschichtungslage 20 ausgenommen des Stegwellenleiters 21 werden
alle mit einem Isolationsfilm 26 bedeckt.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, sind die nicht mit Strom gespeisten
Bereiche 24 auf der oberen Fläche 21a des Stegwellenleiters 21 auf
eine Art ausgebildet, daß sie
an die Facetten 10c und 10d der Laserdiode 10 angrenzen
und mit den Licht nicht absorbierenden Bereichen 18 überlappen.
Die nicht mit Strom gespeisten Bereiche 24 weisen jeweils
eine Breite A auf, die sich von den Facetten 10c und 10d in
das Innere des Stegwelllenleiters 21 unter die obere Fläche 21a ausdehnt.
Die obere Fläche 21a des
Stegwellenleiters 21 ist ausgenommen der nicht mit Strom
gespeisten Bereiche 24 mit der Kontaktschicht 22 bedeckt.
Eine Grenzfläche
B zwischen jedem nicht mit Strom gespeisten Bereich 24 und
der Kontaktschicht 22 ist annähernd in dem Abstand A von
der Facette 10c oder 10d der Laserdiode 10 in
dem Stegwellenleiter 21 angeordnet.
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Die
obere Oberfläche
des Isolationsfilms 26 ist mit einer Metallelektrodenschicht 28 bedeckt,
die hauptsächlich
aus Au (Gold) besteht. Während
die Außenfläche der
oberen Fläche 21a des
Stegwellenleiters 21 mit dem Isolationsfilm 26 bedeckt
ist, weist ein Kontaktloch in der Mitte der oberen Fläche 21a keinen
darin ausgebildeten Isolationsfilm 26 auf. Diese Struktur
läßt zu, daß die Metallelektrodenschicht 28 über das
Kontaktloch einen direkten Kontakt zu der oberen Fläche 21a des
Stegwellenleiters 21 aufweist. Auf der oberen Fläche 21a des
Stegwellenleiters 21 ist die Metallelektrodenschicht 28 auf
eine Weise ausgebildet, daß sie
die Kontaktschicht 22 und die nicht mit Strom gespeisten
Bereiche 24 bedeckt, wobei ein Kontakt zwischen den Schichten
und den Bereichen aufrechterhalten wird. Das heißt, die Metallelektrodenschicht 28 ist
mit der Kontaktschicht 22 und den nicht mit Strom gespeisten
Bereichen 24 verbunden. Eine Plattierschicht 30,
die aus Au (Gold) besteht, ist auf der Metallelektrodenschicht 28 ausgebildet
und über
und auf beiden Seiten des Stegwellenleiters 21 mit der
Metallelektrodenschicht 28 verbunden. Obgleich es nicht
gezeigt ist, ist eine Anodenverdrahtung für die Laserdiode mit der Plattierschicht 30 verbunden.
Die Verdrahtung läßt zu, daß sowohl
eine Anodenspannung (positive Spannung) an die Metallelektrodenschicht 28,
als auch ein Anodenpotential über die
Kontaktschicht 16 an die Beschichtungslage 20 als
die aktive Schicht 16 angelegt wird.
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Eine
Metallelektrodenschicht und eine Plattierschicht sind, obgleich
es nicht gezeigt ist, auf der unteren Hauptebene 10a der
Laserdiode 10 ausgebildet, um die Kathode der Diode 10 zu
auszubilden. Diese Plattierschicht läßt zu, daß die Laserdiode über eine
Chipkontaktierung mit einem Wärme
ableitenden Substrat verbunden wird.
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Die
nicht mit Strom gespeisten Bereiche 24 sperren im wesentlichen
Stromflüsse
von der Metallelektrodenschicht 28 über den Bereichen 24 in
die Beschichtungslage 20 unter den Bereichen 24.
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Die
nicht mit Strom gespeisten Bereiche 24 werden beispielhaft
durch zuerst Ausbilden der Kontaktschicht 22 in Zielbereichen
ausgebildet, die zu den nicht mit Strom gespeisten Bereichen 24 werden.
Dann werden Ionen in die Zielbereiche der Kontaktschicht 22 implantiert,
um darin ein Material mit einem höheren Widerstand auszubilden.
Alternativ ist es möglich,
die Kontaktschicht 22 in den Zielbereichen auszubilden,
die zu den nicht mit Strom gespeisten Bereichen 24 werden,
und dann die Kontaktschicht 22 von den Zielbereichen 24 derart
durch Ätzen
zu entfernen, daß die
Metallelektrodenschicht 28 einen direkten Kontakt zu der Beschichtungslage 20 aufweist.
Durch das letztere Verfahren wird zugelassen, daß die AlGaAs-Beschichtungslage 20 des
p-Typs einen hochohmigen Kontakt zu der Metallelektrodenschicht 28 aufweist,
was verhindert, daß Strom
von der Metallelektrodenschicht 28 in die Beschichtungslage 20 fließt.
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Als
weitere Alternative können,
wie es zuvor beschrieben worden ist, die nicht mit Strom gespeisten Bereiche 24 durch
zuerst Ausbilden der Kontaktschicht 22 selbst und dann
Verarbeiten auf eine Weise ausgebildet werden, daß Bereiche
ausgebildet werden, die zu den Zielbereichen werden. Die Kontaktschicht 22 wird dann
durch Ätzen
von den Zielbereichen 24 entfernt. Die sich ergebenden
freien Stellen werden mit einer nicht mit Strom gespeisten Schicht
(Stromsperrschicht) aus einem kristallinen Material, einer Isolationsmaterialschicht
(zum Beispiel einem Isolationsfilm) oder einem kristallinen Material
mit einem hohen Widerstand gefüllt,
das eine breite Bandlücke
aufweist.
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Die
Plattierschicht 30 weist Facetten 30a und 30b an
beiden Enden auf. Die Facetten 30a und 30b sind
parallel zu den Facetten 10c und 10d der Laserdiode 10 und
sind einen vorbestimmten Abstand in die Diode 10 von ihren
Facetten 10c und 10d angeordnet.
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Beim
Definieren, wo die Facetten 30a und 30b der Plattierschicht 30 positioniert
werden, wird es hier angenommen, daß ein Urspung "0" auf der Grenzfläche "B" zwischen
der Kontaktschicht 22 und jedem nicht mit Strom gespeisten
Bereich 24 in der Ausdehnungsrichtung des Stegwellenleiters 21,
das heißt
in der Richtung, in welcher der Stegwellenleiter die Facetten 10c und 10d der
Laserdiode 10 senkrecht schneidet, vorhanden ist; daß ein Abstand "d" von dem Ursprung 0 zu der Facette 30a oder 30b als
eine positive Richtung (ein Pluswert) erachtet wird, wenn er sich
von dem Ursprung 0 zu dem Inneren der Laserdiode 10 hin,
das heißt zu
der Kontaktschicht 22 hin, ausdehnt; und daß der Abstand "d" als eine negative Richtung (ein Minuswert) erachtet
wird, wenn er sich von dem Ursprung 0 zu der Facette 10c oder 10d der
Laserdiode 10 hin, das heißt zu dem nicht mit Strom gespeisten
Bereich 24 hin ausdehnt, wie es in 3 gezeigt
ist.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Endes des Stegwellenleiters 21 der
Laserdiode 10. Die Facetten 10c und 10d der
Laserdiode 10 sind auf eine einzigen Ebene gelegt gezeigt
und dies gilt ebenso für
die Facetten 30a und 30b der Plattierschicht 30.
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Wenn
die Positionen der Facetten 30a und 30b der Plattierschicht 30 wie
in 3 dargestellt definiert sind, zeigt 4 eine
graphische Darstellung von typischen Ausfallratenmessungen, die
von Laserdioden bezüglich
den Positionen der Facetten 30a und 30b genommen
sind. Genauer gesagt zeigt 4 einen
Verlauf einer Abhängigkeit
der Ausfallrate auf den Positionen der Plattierschichtfacetten.
Die horizontale Achse in 4 stellt Positionen der Facetten 30a und 30b der
Plattierschicht 30 dar. Die Position an dem Ursprung 0 gilt
dort, wo die Facette 30a oder 30b unmittelbar über der
Grenzfläche
B vorhanden ist. Rechts des Ursprungs 0 sind Abstände, bei
welchen die Facetten 30a und 30b in die posi tive
Richtung verschoben sind; links des Ursprungs 0 sind Abstände, bei
welchen die Facetten 30a und 30b in die negative
Richtung verschoben sind. Die Abstände sind in Einheiten von Mikrometern
angegeben. Die vertikale Achse in 4 stellt
Prozentsatzpunkte von Ausfallraten bezüglich Laserdioden dar, die
die Plattierschichtfacetten 30a und 30b mit ihren
auf der horizontalen Achse angegebenen Positionen aufweisen.
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Die
in 4 gezeigten Messungen sind unter den folgenden
Bedingungen genommen worden: daß die
Metallschicht 30 und Metallelektrodenschicht 28,
die beide aus Au (Gold) bestehen, jeweils 4,0 Mikrometer bzw. 0,25
Mikrometer dick sind; daß die
Kontaktschicht 22 aus GaAs (Galliumarsenid) des p-Typs
besteht und 0,2 Mikrometer dick ist; daß die Beschichtungslage 20 aus
AlGaAs (Aluminiumgalliumarsenid) des p-Typs besteht; daß die Plattierschicht 30 und
die Metallelektrodenschicht 28 jeweils einen spezifischen
Widerstand von 2,4 × 10–6 Ohm/Zentimeter
aufweisen; und daß die
Kontaktschicht 22 und die Beschichtungslage 20 spezifische
Widerstände
von 6,3 × 10–3 Ohm/Zentimeter
bzw. 0,13 Ohm/Zentimeter aufweisen.
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In 4 wiesen
Laserdioden an einem Meßpunkt
P1, das heißt
derartige, deren Facetten 30a und 30b plus 25
Mikrometer von dem Ursprung 0 angeordnet gewesen sind, eine Ausfallrate
von 100 Prozent auf, das heißt
alle Laserdioden fielen aus. Laserdioden an einem Meßpunkt P2,
deren Facetten 30a und 30b plus 15 Mikrometer
von dem Ursprung 0 angeordnet gewesen sind, wiesen eine verringerte
Ausfallrate von 40 Prozent auf. Sowohl Laserdioden an einem Meßpunkt P3,
deren Facetten 30a und 30b plus fünf Mikrometer
von dem Ursprung 0 angeordnet gewesen sind, als auch Laserdioden,
deren Facetten minus fünf
Mikrometer von dem Ursprung 0 angeordnet gewesen sind, wiesen eine
Ausfallrate von null auf, das heißt keine von ihnen fiel aus.
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Die
vorhergehenden Daten werden wie folgt ausgelegt: da die Kontaktschicht 22 und
die Beschichtungslage 20 spezifische Widerstände aufweisen,
die mehrere Größenordnungen
höher als
der der Metallelektrodenschicht 28 sind, weist eine Grenzfläche zwischen
der Metallelektrodenschicht 28 und der Kontaktschicht 22 ein
im wesentlichen abgeglichenes Potential auf. Während es die Plattierschicht 30 ist,
die Energie von außen
aufnimmt, weist der Teil der Metallelektrodenschicht 28,
der mit der Plattierschicht 30 bedeckt ist, ein abgeglichenes
Potential auf, das annähernd
durchgängig
in ihrem Inneren auftritt, das den niedrigen spezifischen Widerstand
in der horizontalen Richtung (X-Richtung) in 3 aufweist.
Jedoch entwickelt der Teil der Metallelektrodenschicht 28,
der nicht mit der Plattierschicht 30 bedeckt ist, eine
Potentialdifferenz horizontal (in die X-Richtung in 3),
da Ladungsträger
lediglich von dem Abschnitt, der mit der Plattierschicht 30 bedeckt
ist, durch die 0,25 Mikrometer dicke Metallelektrodenschicht 28 zugeführt werden.
Hier weisen sowohl der Teil, der mit der Plattierschicht 30 bedeckt
ist, als auch der Teil, der nicht damit bedeckt ist, ein abgeglichenes
Potential an der Grenzfläche
zwischen der Metallelektrodenschicht 28 und der Kontaktschicht 22 auf.
Es folgt, das pro Einheitsfläche
der Teil, der nicht mit der Plattierschicht 30 bedeckt
ist, die gleiche Menge an Ladungsträgern wie der Teil, der damit
bedeckt ist, erhält.
Als Ergebnis ist eine Stromdichte in der horizontalen Richtung (X-Richtung
in 3) eine Stromdichte innerhalb derartiger Teile
der Metallelektrodenschicht 28, die nahe den Facetten 30a und 30b der
Plattierschicht 30 sind und die nicht mit der Plattierschicht 30 bedeckt
sind, lokal erhöht.
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Es
wird angenommen, daß die
Facetten
30a und
30b der Plattierschicht
30 angeordnet
sind, wie es in
3 definiert ist, und daß "d" der Abstand von dem Ursprung 0 ist, "w" die Dicke der Metallelektrodenschicht
28 ist
und "D" die Dicke der Plattierschicht
30 ist.
Unter dieser Annahme ist eine horizontale Stromdichte "Jm" (in der X-Richtung) an den
Facetten
30a und
30b der Plattierschicht
30 durch
einen nachstehenden Ausdruck (1) definiert, der eine vertikale Stromdichte "J
l" (in der Y-Richtung)
in den Teilen verwendet, die mit der Plattierschicht
30 bedeckt
sind. Der Ausdruck (1) lautet:
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Aus
dem vorhergehenden Ausdruck (1) versteht es sich, daß sich eine
Stromdichte erhöhen
wird, wenn der Abstand "d" nicht verkürzt wird
oder nicht in die negative Richtung verschoben wird, das heißt wenn nicht
zugelassen wird, daß die
Plattierschicht 30 mit den nicht mit Strom gespeisten Bereichen 24 überlappt. Die
verbesserte Stromdichte wird wahrscheinlich einen lokalen Temperaturanstieg
an den Facetten 30a und 30b der Plattierschichten 30 auslösen.
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Es
wird erneut auf 4 verwiesen. Die Daten an dem
Meßpunkt
P1 zeigen einen eindeutigeren lokalen Temperaturanstieg in den getesteten
Laserdioden als die Daten an dem Meßpunkt P2. Derartige Temperaturanstiege
beeinträchtigen
die Zuverlässigkeit
von Laserdioden dramatisch. In den Laserdioden mit der Fensterstruktur,
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, führen
erhöhte
Strominjektionen nicht zu einem optisch verursachten Facettendurchbruch
(das heißt
einer katastrophalen optischen Beschädigung oder COD). Jedoch trat,
wenn Ströme
von bis zu 1000 mA eine maximale Ausgangsgröße überschritten haben, die durch
einen Temperaturan stieg begrenzt ist, während dem Testen zum Fließen gebracht wurden,
kein Ausfall in den Laserdioden auf, die keinen lokalen Temperaturanstieg
an den Meßpunkten
P2 in 4 aufwiesen, sondern alle Laserdioden, die einen
lokalen Temperaturanstieg an dem Meßpunkt P1 aufwiesen, fielen
unwiderruflich aus. Ausfallraten stiegen dramatisch an, wenn der
Abstand "d" der Facette 30a oder 30b der
Plattierschicht 30 relativ zu dem Ursprung 0 in die positive
Richtung erhöht
wurde, wie es in 3 gezeigt ist. Diese Ergebnisse
zeigen, daß ein
Beseitigen des Temperaturanstiegs notwendigerweise die Zuverlässigkeit
von Laserdioden verbessert.
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5 zeigt
graphisch Daten, die einen Ausfall auslösende Ströme anzeigen. Die horizontale
Achse in 5 bezeichnet Abstände "d" (in Mikrometer) der Facetten 30a und 30b der
Plattierschicht 30 in der positiven Richtung bezüglich des
Ursprungs 0 und die vertikale Achse bezeichnet Werte (in mA) der
einen Ausfall auslösenden
Ströme.
Die Daten in 5 zeigen, daß sich, wenn der Abstand "d" in die positive Richtung erhöht wird,
einen Ausfall auslösende
Ströme
verringern. Anders ausgedrückt
besteht die Neigung, daß immer
kleinere Ströme
Diodenausfälle
auslösen.
Daher bestätigen
diese Daten den vorhergehenden Ausdruck (1).
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Die 6A und 6B zeigen
graphisch Stromdichteverteilungen innerhalb von Laserdioden, wobei ihr
Abstand "d" auf plus (das heißt positive
Richtung) 25 Mikrometer gesetzt ist, wobei die Verteilungen auf
eine im wesentlichen genaue Weise unter Verwendung einer Poissonschen
Gleichung auf der Grundlage einer Stromstetigkeit berechnet werden.
In 6A sind Stromdichten (Ampere pro Quadratzentimeter)
in der horizontalen Richtung (X-Richtung) in 3 aufgetragen
und in 6B sind Stromdichten (Ampere
pro Quadratzentimeter) in der vertikalen Richtung (Y-Richtung) aufgetragen.
Die horizontalen Achsen in den 6A und 6B bezeichnen
Abstände
zwischen der Facette 10c oder 10d der Laserdiode 10 einerseits
und der Facette 30a oder 30b der Plattierschicht 30 andererseits.
Es wird angenommen, daß die
Plattierschicht 30, die Metallelektrodenschicht 28,
die Kontaktschicht 22 und die Beschichtungslage 20 die
gleichen Materialzusammensetzungen, Filmdicken und spezifischen
Widerstände
wie diejenigen aufweisen, die zuvor erwähnt worden sind. Es wird angenommen,
daß der
Abstand A des nicht mit Strom gespeisten Bereichs 24 bezüglich den
Facetten 10c oder 10d, der in den 6A und 6B gepunktet
gezeigt ist, 20 Mikrometer beträgt.
Der Bereich, auf den ein Pfeil C gerichtet ist, ist dort, wo die
Plattierschicht 30 vorhanden ist.
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In
den 6A und 6B ist
die Stromdichte an den Facetten 30a und 30b der
Plattierschicht 30 horizontal (in der X-Richtung) extrem
erhöht
gezeigt. Die Spitze der Stromdichte in der horizontalen Richtung (X-Richtung),
auf die ein Pfeil D gerichtet ist, stellt sich als ungefähr das 100fache
der mittleren Stromdichte in der vertikalen Richtung (Y-Richtung)
unter der Plattierschicht 30 heraus, auf die ein Pfeil
E gerichtet ist.
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Die 7A und 7B zeigen
graphisch Stromdichteverteilungen innerhalb von Laserdioden, wobei ihr
Abstand "d" auf null gesetzt
ist, das heißt
wobei jede Facette der Plattierschicht 30 derart festgelegt
ist, daß sie
mit dem Ursprung 0 übereinstimmt,
wobei die Verteilungen auf eine im wesentlichen genaue Weise unter Verwendung
einer Poissonschen Gleichung auf der Grundlage einer Stromstetigkeit
wie in den 6A und 6B berechnet
werden. In 7A sind Stromdichten (Ampere
pro Quadratzentimeter) in der horizontale Richtung (X-Richtung)
in 3 aufgetragen und in 7B sind
Stromdichten (Ampere pro Quadratzentimeter) in der vertikalen Richtung
(Y-Richtung) aufgetragen. Die horizontale Achse in den 7A und 7B bezeichnet
Abstände
zwischen der Facette 10c oder 10d der Laserdiode 10 einerseits
und der Facette 30a oder 30b der Plattierschicht 30 andererseits.
Es wird angenommen, daß die
Plattierschicht 30, die Metallelektrodenschicht 28,
die Kontaktschicht 22, und die Beschichtungslage 20 die
gleichen Materialzusammensetzungen, Filmdicken und spezifische Widerstände wie
diejenigen aufweisen, die zuvor erwähnt worden sind. Es wird angenommen,
daß der
Abstand A des nicht mit Strom gespeisten Bereichs 24 bezüglich der
Facette 10c oder 10d 20 Mikrometer beträgt. Der
Bereich, auf den ein Pfeil C gerichtet ist, ist dort, wo die Plattierschicht 30 vorhanden
ist.
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In
den 7A und 7B ist
die Stromdichte an den Facetten 30a und 30b der
Plattierschicht 30 erhöht,
aber im wesentlichen horizontal (in der X-Richtung) gedämpft gezeigt.
Die Spitze der Stromdichte in der vertikalen Richtung (Y-Richtung)
an den Facetten 30a und 30b, auf die ein Pfeil
F gerichtet ist, stellt sich als ungefähr das 4,9fache der mittleren
Stromdichte in der vertikalen Richtung (Y-Richtung) unter der Plattierschicht 30 heraus,
auf welche ein Pfeil G gerichtet ist.
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Die 8A und 8B zeigen
graphisch Stromdichteverteilungen innerhalb von Laserdioden, wobei ihr
Abstand "d" auf plus fünf Mikrometer
gesetzt ist, das heißt,
wobei jede Facette der Plattierschicht 30 fünf Mikrometer
in der positiven Richtung entfernt von dem Ursprung 0 angeordnet
ist, wobei die Verteilungen auf eine im wesentlichen genaue Weise
unter Verwendung einer Poissonschen Gleichung auf der Grundlage
einer Stromstetigkeit wie in den 6A und 6B berechnet
werden. In 8A sind Stromdichten (Ampere
pro Quadratzentimeter) in der horizontalen Richtung (X-Richtung)
in 3 aufgetragen und in 8B sind
Stromdichten (Ampere pro Quadratzentime ter) in der vertikalen Richtung
(Y-Richtung) aufgetragen. Die horizontale Richtung in den 8A und 8B bezeichnet
Abstände
zwischen der Facette 10c oder 10d der Laserdiode 10 einerseits
an und der Facette 30a oder 30b der Plattierschicht 30 andererseits.
Es wird angenommen, daß die
Plattierschicht 30, die Metallelektrodenschicht 28,
die Kontaktschicht 22 und die Deckschicht 20 die
gleichen Materialzusammensetzungen, Filmdicken und spezifischen
Widerstände
wie diejenigen aufweisen, die zuvor erwähnt worden sind. Es wird angenommen,
daß der
Abstand A des nicht mit Strom gespeisten Bereichs 24 bezüglich der
Facette 10c oder 10d 20 Mikrometer beträgt. Der
Bereich, auf den ein Pfeil C gerichtet ist, ist dort, wo die Plattierschicht 30 vorhanden
ist.
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In
den 8A und 8B ist
die Stromdichte an den Facetten 30a und 30b der
Plattierschicht 30 erhöht,
aber horizontal (in der X-Richtung) relativ gedämpft gezeigt. Die Spitze der
Stromdichte in der horizontalen Richtung (X-Richtung), auf die ein
Pfeil H gerichtet ist, stellt sich als ungefähr das 16fache der mittleren Stromdichte
in der vertikalen Richtung (Y-Richtung) unter der Plattierschicht 30 heraus,
auf die ein Pfeil I gerichtet ist. Dieser Grad einer Stromdichteerhöhung beeinflußt die Zuverlässigkeit
von Laserdioden nicht nachteilig.
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Die
vorhergehenden Daten und die diesen zugehörigen genauen Berechnungen
legen sehr nahe, daß die
Ausfallrate von Laserdioden wahrnehmbar verringert wird, wenn der
Abstand "d" auf eine Weise eingestellt wird,
die einen nachstehenden Ausdruck (2) erfüllt. Es wird hier angenommen,
daß der
Abstand "d" der Facette
30a oder
30b von
dem Ursprung 0 ein Pluszeichen aufweist, wenn er in der positiven
Richtung gebildet ist, und ein Minuszeichen aufweist, wenn er in
der negativen Richtung gebildet ist, das "W" die
Dicke der Metallelektrodenschicht
28 ist und daß "D" die Dicke der Plattierschicht
30 ist.
Der Ausdruck (
2) lautet:
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Wenn
der Abstand "d" in dem vorhergehenden
Ausdruck (2) ein negativer Wert ist, nimmt die linke Seite des Ausdrucks
eine negative Zahl an. Der Wert ist konstant kleiner als 20, was
dazu beiträgt,
die Diodenzuverlässigkeit
zu verbessern. Wenn der Abstand "d" ein positiver Wert
ist, wird die Diodenzuverlässigkeit
immer noch verbessert, vorausgesetzt daß die linke Seite des Ausdrucks
(2) einen Wert kleiner als 20 aufweist.
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Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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In
dem vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel
ist die aktive Schicht 16 als aus InGaAs bestehend, die
Beschichtungslage 20 als aus AlGaAs (Aluminiumgalliumarsenid)
bestehend und die Kontaktschicht 22 als aus GaAs (Galliumarsenid)
bestehend beschrieben worden. Alternativ können diese Schichten aus irgendwelchen
Materialien gebildet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind,
die aus GaAs (Galliumarsenid), AlGaAs (Aluminiumgalliumarsenid),
AlGaInP (Aluminiumgalliumindiumphosphor), GaInNAs (Galliumindiumnitridarsenid),
InP (Indiumphosphor), InGaAsP (Indiumgalliumarsenidphosphor), GaN
(Galliumnitrid) und InGaN (Indiumgalliumphosphor) besteht.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die Metallelektrodenschicht und die Plattierschicht als aus
Au (Gold) bestehend beschrieben worden. Alternativ können diese
Schichten aus irgendeinem Material ausgebildet werden, das aus der
Gruppe ausgewählt
wird, die aus Ti (Ti tan), Pt (Platin), Au (Gold), Ni (Nickel) und
Cr (Chrom) besteht.
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Wie
es zuvor beschrieben worden ist, weist eine Halbleitervorrichtung
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung die Facetten ihrer Plattierschicht
auf eine Weise angeordnet auf, daß der Ausdruck d/w·[1 – w/(w +
D)] < 20 erfüllt ist.
Diese Struktur verhindert die lokale Erhöhungen der Stromdichte, was
einer deutlichen lokalen Wärmeerzeugung
vorbeugt, die zu einer Verschlechterung einer Vorrichtungszuverlässigkeit führt.
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Vorzugsweise
kann die Halbleitervorrichtung den Abstand "d" aufweisen,
der auf fünf
Mikrometer oder weniger in der positiven Richtung festgelegt ist.
Diese Struktur ordnet die Plattierschicht ausreichend weit von den
Facetten der Halbleitervorrichtung an, so daß der Wafer einfacher als zuvor
geteilt werden kann. Die bevorzugte Struktur verhindert ebenso lokale
Erhöhungen
der Stromdichte, was einer deutlichen lokalen Wärmeerzeugung vorbeugt, die
zu einer Verschlechterung einer Vorrichtungszuverlässigkeit
führt.
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In
anderen bevorzugten Strukturen eines Aspekts der vorliegenden Erfindung
kann die Halbleitervorrichtung den Abstand "d" aufweisen,
der in der negativen Richtung gebildet ist oder auf minus fünf Mikrometer (das
heißt
in der negativen Richtung) festgelegt ist. Diese Strukturen verhindern
immer eine lokale Erhöhung der
Stromdichte, was einer deutlichen lokalen Wärmeerzeugung vorbeugt, die
zu einer Verschlechterung einer Vorrichtungszuverlässigkeit
führt.
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Eine
photonische Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung weist die Facetten ihrer Plattierschicht
auf eine Weise angeordnet auf, daß der Ausdruck d/w·[1 – w/(w +
D)] < 20 erfüllt ist.
Diese Struktur verhindert lokale Anstiege einer Stromdichte, was
einer übermäßigen lokalen
Wärmeerzeugung
vorbeugt, die zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit
der photonischen Halbleitervorrichtung führt.
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Vorzugsweise
können
die aktive Schicht, die Beschichtungslage und die Kontaktschicht
der erfindungsgemäßen photonischen
Halbleitervorrrichtung aus irgendeinem der Materialien bestehen,
das aus der Gruppe ausgewählt
wird, die aus GaAs, AlGaAs, AlGaInP, GaInNAs, InP, InGaAsP, GaN
und InGaN besteht. Die Metallelektrodenschicht und die Plattierschicht
der Vorrichtung können
aus irgendeinem der Materialien gebildet werden, das aus der Gruppe
ausgewählt
ist, die aus Ti, Pt, Au, Ni und Cr besteht. Die nicht mit Strom gespeisten
Bereiche der Vorrichtung können
durch irgendeines der folgenden Verfahren ausgebildet werden: durch
Implantieren von Ionen in Zielbereiche, um diese widerstandsfähiger zu
machen, durch Entfernen der Kontaktschicht von den Zielbereichen,
durch Einbringen einer Stromsperrschicht in die Zielbereiche, durch Einbringen
eines Isolationsfilms in die Bereiche, oder durch Einbetten eines
Materials mit einem hohen Widestand und mit einer breiten Bandlücke. Die
Licht nicht absorbierenden Bereiche können durch irgendeines der folgenden
Verfahren ausgebildet werden: durch Fehlordnen der aktiven Schicht,
durch Ätzen
der aktiven Schicht und Ersetzen von ihr durch ein Material mit
einer breiteren Bandlücke
oder durch Dotieren der aktiven Schicht mit Störstellen. Unter Ausnutzung
seiner Charakteristiken kann jedes dieser Materialien, die wie beschrieben
zusammengesetzt sind, lokale Anstiege einer Stromdichte verhindern,
was einer deutlichen lokalen Wärmeerzeugung
vorbeugt, die zu einer Verschlechterung einer Zuverlässigkeit
der photonischen Halbleitervorrichtung führt.
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Vorzugsweise
kann die photonische Halbleitervorrichtung den Abstand "d" aufweisen, der auf fünf Mikrometer
oder weniger in der positiven Richtung festgelegt ist. Diese Struktur
ordnet die Plattierschicht ausreichend entfernt von den Facetten
der Halbleitervorrichtung an, so daß der Wafer einfacher als zuvor
geteilt werden kann. Die Struktur verhindert ebenso lokale Erhöhungen einer
Stromdichte, was einer deutlichen lokalen Wärmeerzeugung vorbeugt, die
zu einer Verschlechterung einer Zuverlässigkeit der photonischen Halbleitervorrichtung
führt.
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In
weiteren bevorzugten Strukturen eines weiteren Aspekts der vorliegenden
Erfindung kann die photonische Halbleitervorrichtung einen Abstand "d" aufweisen, der in der negativen Richtung
gebildet ist oder auf minus fünf
Mikrometer (das heißt
in der negativen Richtung) festgelegt ist. Diese Strukturen verhindern
immer lokale Erhöhungen
einer Stromdichte, was einer deutlichen lokalen Wärmeerzeugung
vorbeugt, die zu einer Verschlechterung einer Zuverlässigkeit
der photonischen Halbleitervorrichtung führt.
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In
der vorhergehenden Beschreibung werden eine Halbleitervorrichtung
und eine photonische Halbleitervorrichtung offenbart, wobei dann,
wenn angenommen wird, daß "w" eine Dicke einer Metallelektrodenschicht
ist, die eine Kontaktschicht und nicht mit Strom gespeiste Bereiche
bedeckt, "D" eine Dicke einer
Plattierschicht ist, die auf der Metallelektrodenschicht ausgebildet
ist, eine Grenzfläche
zwischen der Kontaktschicht und irgendeinem der nicht mit Strom
gespeisten Bereiche ein Ursprung ist, eine Richtung von dem Ursprung
in das Vorrichtungsinnere eine positive Richtung ist und eine Richtung
von dem Ursprung zu irgendeiner von Vorrichtungsfacetten eine negative
Richtung ist, ein Abstand "d" zwischen dem Ursprung
und jeder Facette der Plattierschicht derart festgelegt ist, daß er eine
Beziehung von d/w·[1 – w/(w +
D)] < 20 erfüllt.
