DE102012025727B3 - Zugverformte halbleiter-photonenemissions- und -detektionsanordnungen und integrierte photonische systeme - Google Patents

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Abstract

Eine licht-emittierende Halbleitervorrichtung oder eine licht-detektierende Halbleitervorrichtung mit:einem Germaniumstreifen (82, 92, 102, 104); undeiner auf einer ersten Oberfläche des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) fluchtend aufgebrachten ersten druckverspannten Stressorschicht (84, 94);wobei eine elastische Randentspannung der fluchtend auf der ersten Oberfläche des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) aufgebrachten ersten druckverspannten Stressorschicht (84, 94) in einem oberen Bereich des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) eine Zugverformung induziert, die im oberen Teil des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) einen optisch aktiven Bereich bildet;wobei die wirkende Zugverformung im oberen Bereich des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) bewirkt, dass der obere Bereich des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) einen verringerten direkten Bandabstand aufweist; undder optisch aktive Bereich in einem von optischen Elementen definierten optischen Pfad ist, der durch den Germaniumstreifen (82, 92, 104) verläuft.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Systeme, die Halbleiter-Lichtemissionsanordnungen oder Halbleiter-Lichtdetektoren aufweisen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiter-Lichtemissions- oder -detektionsanordnungen, die in einem aktiven Bereich ein verformtes Halbleitermaterial der Gruppe IV verwenden.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Auf Grund der einfachen Herstellung von photonischen Systemen der Gruppe IV und der einfachen Integration dieser photonischen Systeme in Schaltungen besteht ein anhaltendes Interesse an der Verwendung von Halbleitermaterialien der Gruppe IV in photonischen Systemen. Silicium, Germanium und deren Legierungen sind die Halbleiter der Gruppe IV, die am häufigsten für photonische Systeme in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel ist die Lichtemission von oder in Silicium von großem Interesse. Silicium und Germanium wie auch deren Legierungen haben einen indirekten Bandabstand über den gesamten Bereich ihrer Zusammensetzungen. Herkömmlich sind sie keine effizienten Materialien für die Lichtemission, da das Leitungsband, das an einem direkten optischen Übergang beteiligt ist, nicht besetzt ist, sodass es im Wesentlichen keine Elektron-Loch-Paare gibt, die ohne den zusätzlichen Beitrag einer anderen Entität, wie etwa Gitterschwingung oder Fremdatome, direkt rekombinieren und ein Photon erzeugen können.
  • Eine kostengünstige Möglichkeit, photonische Funktionen in siliciumbasierte ULSI-Chips, wie etwa Mehrkernprozessoren oder Spitzenspeicher, zu integrieren, würde das Tor für weitreichende Architektur-Veränderungen und Leistungsverbesserungen im modernen Computerwesen öffnen. Eine vorgeschlagene Anwendung dieser photonischen Funktionen besteht darin, bei modernen ULSI-Chips einige der Kupferverbindungen innerhalb des Chips zu ersetzen, um zum Beispiel Daten aus einem CPU-Kern zu einem anderen zu routen, wenn sich beide Kerne auf ein und demselben physischen Siliciumchip befinden. Gleichzeitig könnten mit einer praktischen Lösung für die Photonik der Gruppe IV extrem große Vorteile hinsichtlich der Kostensenkung bei der Herstellung von herkömmlicheren photonischen Systemen erzielt werden.
  • Die Hauptmöglichkeiten zur Einbeziehung der Photonik in bestehende CMOS-Prozessabläufe sind die folgenden topologisch unterschiedlichen Optionen: I) Herstellen der optischen Komponenten vor dem Integrieren des Transistors; II) Herstellen der optischen Komponenten nach dem Integrieren des Transistors, d. h. entweder vor, während oder unmittelbar nach der Herstellung der Metall-Verbindungsschichten, oder III) Herstellen einer optisch aktivierten Schicht unter Verwendung von Halbleitern der Gruppe IV, die mit einem von mehreren verschiedenen Verfahren auf ULSI-Chips aufgebracht werden kann. Zu den Verfahren für das Aufbringen gehören das Waferbonden, das gemeinsame Paketieren von mehreren Chips nebeneinander, wenn sie drahtgebondet oder durch Funktionen in dem Paket verbunden sind, und das Übereinanderstapeln und Verbinden von Chips, zum Beispiel unter Verwendung der Silicium-Durchkontaktierung (through-silicon vias; TSV). Die Verwendung einer gesonderten optischen Schicht ermöglicht das Trennen der Herstellungsanforderungen und der kritischen Integrationsschritte, denen man bei der Herstellung von elektrischen Transistor- und ULSI-Verbindungen begegnet, von denen, die für die optische Schicht erforderlich sind.
  • Andererseits ist es zweckmäßig, Licht chipintern zu emittieren, um Kopplungs- und Ausrichtungsprobleme zu vermeiden, die andernfalls gelöst werden müssten. Die chipinterne Lichtemission ist sehr anspruchsvoll, wenn Halbleiter der Gruppe IV als das optisch aktive Licht-emittierende Material in der optischen Schicht verwendet werden. In der Literatur wird berichtet, dass die Lichtemission in Silicium unter Ausnutzung des Raman-Effekts zum Umwandeln von von außen zugeführtem Licht mit einer bestimmten Wellenlänge in Licht mit einer anderen Wellenlänge verwendet wird. Die Lichtemission unter Ausnutzung des Raman-Effekts ist ein Prozess mit einer niedrigen Effizienz.
  • Ein optisches System oder eine optische Schicht hat normalerweise mehrere Funktionskomponenten. Eine optische Schicht hat meistens eine Lichtquelle, eventuell mit einem integrierten Bandfilter zum Auswählen der Wellenlänge, d. h. der „Farbe“ des gerade verwendeten Lichts, aus einem breiten Spektrum. Die Lichtquelle kann ein Laser, der kohärentes Licht emittiert, oder eine Leuchtdiode sein. Die Lichtquelle kann direkt moduliert werden, entweder z. B. durch Modulieren des Stroms durch die die Lichtquelle, ähnlich dem Ein- und Ausschalten (Hoch- und Niedrigschalten) einer Glühlampe, oder durch Modulieren von Informationen auf den „Lichtstrahl“ über eine gesonderte Komponente außerhalb der Lichtquelle, d. h. unter Verwendung eines Modulators. Externe Modulatoren, unter anderem Ringmodulatoren und Mach-Zehnder-Modulatoren, sind auf dem Fachgebiet bekannt.
  • Eine optische Schicht hat meistens mindestens einen Lichtwellenleiter, der Licht in der Form einer ungedämpften Welle oder in einer modulierten Form, d. h. als ein Signal, von einem Punkt zu einem anderen übertragen kann. Zu den Faktoren für die Leistung von Lichtwellenleitern gehört die Dämpfung, d. h. das Ausmaß, in dem Licht je Längeneinheit verloren geht, z. B. durch Lichtstreuung oder durch Lichtabsorption in den Lichtwellenleiter oder angrenzendes Material. Ein weiterer wichtiger Leistungsfaktor ist das Vermögen des Lichtwellenleiters, geleitetes Licht mit einem geringen Wenderadius ohne signifikanten Lichtverlust in eine andere Richtung zu drehen. Kleine Wenderadien können z. B. durch Verwenden von Lichtwellenleitern mit einer hohen Begrenzung erzielt werden, bei denen der Brechungsindex des Lichtwellenleiters wesentlich höher als in dem Umgebungsvolumen ist, sodass die Lichtwellenintensität zum größten Teil in dem Volumen des Lichtwellenleiters gehalten wird. Das Zusammenspiel zwischen dem Wenderadius und dem Entweichen evaneszenter Reste der Lichtintensität außerhalb des Lichtwellenleiters ist ein wichtiger Parameter für die Gestaltung der Ringmodulatoren oder der Umsteuerschalter. Kleine Wenderadien können auch mit Hilfe von Spiegeln erzielt werden, bei denen der Winkel zwischen der Richtung des ankommenden Lichts und der Senkrechten zu der Spiegelfläche im Wesentlichen gleich dem Winkel zwischen der Richtung des austretenden Lichts und der normalen Richtung des Spiegels ist. Ein weiterer Aspekt ist der Grad, bis zu dem der Lichtwellenleiter eine gegebene Lichtpolarisation aufrechterhält.
  • Eine optische Schicht hat meistens ein Umsteuer- oder Umschaltelement, das Licht von einem ankommenden Lichtwellenleiter empfängt und aus einer Anzahl von abgehenden Lichtwellenleitern einen oder mehrere auswählt, die das austretende Licht leiten. Einen Spiegel kann man sich als ein Umsteuerelement mit einem ankommenden und einem ausgehenden Lichtwellenleiter vorstellen. Weitere Beispiele für diese Elemente sind regelmäßig angeordnete Wellenleiterkoppler, Mehrmoden-Interferenzkoppler und Ringkoppler.
  • Eine optische Schicht enthält normalerweise einen Detektor, der die Intensität des ankommenden Lichts mit einer hohen Genauigkeit und einer hohen Geschwindigkeit misst. Die Detektoren sind oftmals in Rückwärtsrichtung vorgespannte Photodioden. Die Ansprechempfindlichkeit und der externe und interne Quantenwirkungsgrad der Photodioden sollten für die Wellenlänge des zu detektierenden Lichts vorzugsweise hoch sein. Oftmals sind ihre Geschwindigkeiten begrenzt durch den RC-Wert, das Produkt aus der Kapazität des Detektors (Grenzschichtkapazität und Streukapazität) und dem Widerstandswert, und die Kapazität der Leiter, die zu der in Rückwärtsrichtung vorgespannten Grenzschicht führt. Der RC-Wert gibt die Zeit an, in der Ladungsträger, die an der Grenzschicht des Detektors entstehen, einen nachweisbaren Strom an dem elektrischen Anschluss des Detektors liefern können, d. h., die externe Geschwindigkeit des Detektors.
  • Eine optische Schicht enthält normalerweise Ansteuerelektronik entweder auf eben dieser optischen Schicht oder in einer anderen Schicht, z. B. in dem CMOS-Chip, für den die photonische Schicht einen Teil der Verbindung bildet.
  • Die Anforderungen an die Datenübertragungsbandbreite, z. B. zwischen Baugruppenträgern in Serverfarmen, von einer Hauptplatine zu einer anderen Hauptplatine, von einem Prozessor zu einer elektrischen Leiterplatte oder zu einem Speicher, werden weiter auf einen Daten-Bandbreitenbereich von mehreren TBps wachsen. Aktuelle optische Komponenten für Lichtquellen, Modulatoren oder sogar Detektoren können bei diesen Frequenzen nicht arbeiten. Insbesondere überschreitet das Vermögen, Informationen entweder durch direkte Modulation von Lichtquellen oder mittels eines Modulators auf einen Trägerstrahl zu legen, zurzeit nicht Frequenzen von mehreren zig GBps.
  • Daher ist zum Erreichen von System-Bandbreiten in der Größenordnung von mehreren TBps ein Ansatz erforderlich, bei dem mehrere Lichtstrahlen (die einer Anzahl von Busleitungen entsprechen) verwendet werden, um die Daten parallel zu übertragen. Wenn die Lichtstrahlen, die die Informationen übertragen, unterschiedliche Wellenlängen haben, können mehrere Trägersignale über einen einzigen Lichtwellenleiter und Koppler übertragen werden. Ein solches System, das als Wellenlängenmultiplex (WDM) bezeichnet wird, ist in der Telekommunikation bekannt. Es kann eine Vielzahl von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die die gleichen oder ähnliche Wellenlängen verwenden, ins Auge gefasst werden, und Lichtwellenleiter können sogar einander kreuzen, da die Lichtstrahlen nicht miteinander in Wechselwirkung treten.
  • Es ist zweckmäßig, ein solches WDM-System oder ein Netzwerk von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen in einer einzigen optischen Schicht zu konfigurieren, um die Kosten zu senken.
  • Es sind mehrere Verfahren zum Erzeugen von Licht in einer optischen Schicht bekannt. Ein Verfahren ist das Hybridlaser-Verfahren, bei dem eine Lichtverstärkung dadurch erzielt wird, dass man etwas Lichtenergie, die in einem Silicium-Lichtwellenleiter geführt wird, ein optisch aktives Mehrquantentopf-Material auf InP-Basis erreichen lässt oder sich in dieses Material ausdehnen lässt, in dem die Lichtverstärkung dann dadurch erzielt wird, dass die optisch aktiven Übergänge elektrisch in das InP-basierte Material mit direktem Bandabstand gepumpt werden.
  • Bei einem weiteren Verfahren des Standes der Technik wird eine Verringerung des direkten Bandabstands von Germanium genutzt, die durch biaxiales Verformen von Germanium erzielt wird. Die Formänderung erfolgt auf Grund einer Nichtübereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Germaniums und des Substrats, auf das das Germanium in einem Prozessschritt bei hohen Temperaturen abgeschieden wird. Wenn die Temperatur gesenkt wird, wird das Germanium geringfügig biaxial zugverformt, normalerweise um weniger als 0,3 %. In diesem Fall ist die Formänderung nicht so stark, dass das Germanium vollständig in ein Material mit direktem Bandabstand umgewandelt wird, und der energetisch kleinste Übergang von dem Leitungsband zu dem Valenzband von Germanium bleibt auch weiterhin ein Übergang, der nicht optisch zulässig ist (d. h., er ist indirekt und bezieht ein weiteres Quasiteilchen, wie etwa ein Phonon, oder die Gitterschwingung ein). Dem Überwiegen des indirekten Bandübergangs wird dadurch entgegengewirkt, dass ein aktiver Bereich der Lichtemissionsanordnung sehr stark n-dotiert wird, sodass die Zustände in dem zuunterst liegenden Leitungsbandtal besetzt werden. Wenn Ladungsträger (Elektronen) in hohem Maße in den n+-Bereich elektrisch injiziert werden, strömen sie von dem Leitungsbandtal, für das ein optischer Übergang nicht zulässig ist (indirekter Bandabstand), in das energetisch etwas höhere Leitungsbandtal, für das der optische Übergang zulässig ist (direkte Bandlücke). Der nicht zulässige Übergang wird gesättigt, und Ladungsträger strömen in die effektiveren Übergangszustände mit direktem Bandabstand.
  • Wenn Licht chipintern, d. h. in der optischen Schicht, erzeugt wird, können für die optischen Schichten homogene Materialien oder ein heterogenes Materialsystem verwendet werden. Bei einem homogenen Materialsystem wird Licht in einem Material emittiert und detektiert, das für alle Komponenten des Systems, wie etwa die Lichtquelle, den Lichtwellenleiter, den Modulator, Schalter oder Detektor, im Wesentlichen chemisch gleich ist. Bei einem heterogenen Materialsystem wird das Licht in einem Material emittiert, das von dem Lichtwellenleiter oder dem Detektormaterial chemisch verschieden ist.
  • WO 2010/055750 A1 und US 2011/0227116 A1 offenbaren eine Germanium-Laserdiode, die leicht auf einem Substrat durch einen herkömmlichen Siliziumprozess gebildet werden kann und Licht mit hoher Effizienz emittieren kann.
  • US 7,700,416 B1 betrifft die Herstellung eines MOSFET Transistors. Das Herstellungsverfahren verwendet eine Stressorschicht, die geopfert wird, um einen zugverspannten Oberflächenbereich in einem Silicium- oder Silicium-auf-Isolator-Substrate (SOI) Substrat zu realisieren.
  • US 2007/0286952 A1 offenbart eine SiGe- oder Ge-Struktur, die ein Substrat und eine SiGe- oder Ge-Schicht umfasst, die auf einer ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet ist. Eine Silicidierungs- oder Germanidschicht wird auf einer zweiten Oberfläche des Substrats gebildet, um die Zugspannung der SiGe- oder Ge-Schicht auf der ersten Oberfläche zu erhöhen.
  • US 2010/0229929 A1 offenbart Silicium-Solarzellen und Silicium-Bildsensoren, die so hergestellt werden, dass sie verspanntes Silizium an oder ausreichend nahe an den Übergängen oder anderen aktiven Bereichen der Vorrichtungen enthalten, um eine erhöhte Empfindlichkeit für längerwelliges Licht bereitzustellen.
  • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Der Gegenstand der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 stellt schematisch einen Teil einer Lichtemissions- oder -detektionsanordnung dar, die einen zugverformten aktiven Bereich haben kann.
    • 2 stellt die Ergebnisse einer auf der Struktur von 1 beruhenden Simulation dar, die eine starke induzierte Verformung in einem Germaniumstreifen zwischen eingebetteten Siliciumgermanium-Stressoren zeigt.
    • 3 stellt einen Germaniumbereich schematisch dar, der von einer Struktur aus eingebetteten Stressoren, wie etwa Siliciumgermanium oder Siliciumnitrid, umgeben ist, wobei die eingebetteten Stressoren einen im Großen und Ganzen rechteckigen Oberflächenquerschnitt haben.
    • 4(a) stellt eine Germaniumschicht mit einer regelmäßigen Anordnung aus einzelnen eingebetteten Stressorbereichen perspektivisch dar, die aus einem in der Ebene zugverspannten Material, wie etwa Siliciumgermanium oder Siliciumnitrid, bestehen, wobei die eingebetteten Stressorbereiche einen im Großen und Ganzen rechteckigen Oberflächenquerschnitt haben und die Stressorbereiche eine Zugverformung in den angrenzenden Germaniumbereichen induzieren.
    • 4(b) stellt eine Germaniumschicht mit einer regelmäßigen Anordnung aus einzelnen eingebetteten Stressorbereichen perspektivisch dar, die aus einem in der Ebene zugverspannten Material, wie etwa Siliciumgermanium oder Siliciumnitrid, bestehen, wobei die eingebetteten Stressorbereiche einen im Großen und Ganzen abgerundeten oder kreisförmigen Oberflächenquerschnitt haben und die Stressorbereiche eine Zugverformung in den angrenzenden Germaniumbereichen induzieren.
    • 4(c) stellt eine Germaniumschicht mit einer regelmäßigen Anordnung aus miteinander verbundenen eingebetteten Stressorbereichen perspektivisch dar, die aus einem in der Ebene zugverspannten Material, wie etwa Siliciumgermanium oder Siliciumnitrid, bestehen, wobei das eingebettete Stressormaterial die Peripherie von säulenförmigen Bereichen aus Germanium umgibt, wobei die säulenförmigen Germaniumbereiche einen im Großen und Ganzen rechteckigen Oberflächenquerschnitt haben und das Stressormaterial eine biaxiale Zugverformung in der Ebene in den angrenzenden umschlossenen Germaniumbereichen induziert.
    • 4(d) stellt eine Germaniumschicht mit einer regelmäßigen Anordnung aus miteinander verbundenen eingebetteten Stressorbereichen perspektivisch dar, die aus einem in der Ebene zugverspannten Material, wie etwa Siliciumgermanium oder Siliciumnitrid, bestehen, wobei das eingebettete Stressormaterial die Peripherie von säulenförmigen Bereichen mit Germanium umgibt, wobei die einander überlappenden eingebetteten Stressorbereiche einen im Großen und Ganzen abgerundeten oder, an der Begrenzung, kreisförmigen Oberflächenquerschnitt haben und das Stressormaterial eine biaxiale Zugverformung in der Ebene in den angrenzenden umschlossenen Germaniumbereichen induziert.
    • 4(e) stellt einen säulenförmigen Germaniumbereich in eingebetteten Stressorbereichen perspektivisch dar, die aus einem in der Ebene zugverspannten Material, wie etwa Siliciumgermanium oder Siliciumnitrid, bestehen. Die dargestellte Säule kann eine Säule innerhalb einer regelmäßigen Anordnung aus einander ähnlichen säulenförmigen Bereichen mit Germanium sein, wobei das Stressormaterial eine biaxiale Zugverformung in der Ebene in den umschlossenen Germaniumbereichen induziert.
    • 5 stellt eine weitere Implementierung von Aspekten der Erfindung dar, bei der eine Zugverformung in einer Rippe aus Germanium durch eine Kraft, die, durch auf Seitenwände der Germaniumrippe aufgebrachte Druckstressor-Schichten, erzeugt wird.
    • 6 stellt eine Modifikation der Strategie von 5 dar, bei der eine biaxiale Zugverformung in der Germaniumrippe durch Strukturieren der Druckstressor-Schichten an der Seitenwand der Germaniumrippe erzeugt wird.
    • Die 7(a) und 7(b) stellen eine weitere Modifikation der Strategie der 5 und 6 unter Verwendung einer dreidimensionalen Simulation dar, bei der mehrere biaxial zugverformte Germaniumrippen entlang einem optischen Weg vorgesehen sind.
    • Die 8(a) und 8(b) stellen einen verformten Germaniumstreifen schematisch dar, bei dem eine Zugverformung durch ein überlappendes druckverspanntes Material und Randentspannung induziert wird.
    • 9 stellt einen verformten Germaniumstreifen schematisch dar, bei dem eine Zugverformung durch eine obere und eine untere Schicht aus druckverspanntem Material und Randentspannung induziert wird.
    • 10 stellt einen verformten Germaniumstreifen schematisch dar, bei dem eine biaxiale Zugverformung in dem Streifen, durch eine obere und eine untere Schicht aus druckverspanntem Material und Randentspannung, mittels Schnitten entlang von zwei Achsen durch die drei Schichten, induziert wird.
    • 11 stellt eine bevorzugte weitere Modifikation der Strategie von 10 dar, die Innenreflektionen begrenzt.
    • 12 stellt eine regelmäßige Anordnung aus zugverspannten n-Germaniumbereichen schematisch im Querschnitt dar, die auf eine p-Germaniumschicht epitaxial abgeschieden werden, sodass die Struktur Photonen emittieren oder detektieren kann.
    • 13 stellt eine regelmäßige Anordnung aus oberflächlichen zugverspannten n-Germaniumbereichen schematisch im Querschnitt dar, die durch Diffusion aus einer darüber liegenden Schicht aus dotiertem polykristallinem Silicium dotiert werden.
    • 14 stellt eine regelmäßige Anordnung aus epitaxialen zugverspannten n-Germaniumbereichen schematisch im Querschnitt dar, die auf einer regelmäßigen Anordnung aus epitaxialen p-Germaniumbereichen ausgebildet sind, sodass die Struktur Photonen emittieren oder detektieren kann.
    • 15 stellt eine regelmäßige Anordnung aus zugverspannten p-Germaniumbereichen schematisch im Querschnitt dar, die in Kontakt mit einer Elektronenemitterschicht sind, sodass die Struktur Photonen emittieren oder detektieren kann.
    • 16 stellt eine regelmäßige Anordnung aus zugverspannten p-Germaniumbereichen schematisch im Querschnitt dar, die in Kontakt mit einer Elektronenemitterschicht sind, sodass die Struktur Photonen emittieren oder detektieren kann.
    • 17 stellt eine regelmäßige Anordnung aus zugverspannten p-Germaniumbereichen schematisch im Querschnitt dar, die in seitlichem Kontakt mit n-Siliciumgermanium-Bereichen und einer Elektronenemitterschicht sind, sodass die Struktur Photonen emittieren oder detektieren kann.
    • 18 zeigt eine weitere Strategie, die mit den Strukturen und Prozessen, die in den 12 bis 17 dargestellt sind, übereinstimmt und bei der eine oder mehrere einzelne Germaniumsäulen in einem Siliciumgermanium-Dauerstressor ausgebildet und eingebettet sind.
    • 19 stellt einen Germanium-Lichtwellenleiter schematisch dar, der mit einer Struktur verbunden ist, die in der Ebene verformte oder biaxial verformte Germaniumsäulen oder -rippen hat, die Licht emittieren oder detektieren.
    • 20 stellt eine Konfiguration schematisch dar, bei der eine Schicht, die zugverspanntes Germanium enthält, mit einem Resonator verbunden ist, um eine Laser-Struktur herzustellen.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind eine Lichtemissions- oder -detektionsanordnung und ein Lichtemissions- oder -detektionsverfahren, die einen verformten Halbleiter der Gruppe IV als den aktiven Bereich verwenden, der Licht emittiert oder detektiert. Licht wird hier im weiteren Sinn verwendet und bezieht auch den Ultraviolett- und InfrarotBereich mit ein. Als ein Beispiel könnte eine Implementierung der vorliegenden Erfindung einen Halbleiterlaser zur Verfügung stellen, der zugverformtes Germanium als ein Verstärkungsmedium verwendet. Am besten kann bei diesem speziellen Beispiel ein Germaniumbereich verwendet werden, der so stark biaxial zugverformt ist, dass zumindest ein Teil des verformten Germaniumbereichs ein Halbleiter mit direktem Bandabstand ist.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine einzelne optische Schicht aus im Großen und Ganzen homogenen Materialien verwendet werden, um verschiedene Komponenten einer optischen Schicht mit mindestens einer Lichtquelle, einem oder mehreren Lichtwellenleitern, mindestens einem Leitungs- oder Schaltelement oder mindestens einem Detektor auszubilden. Ansteuerelektronik ist entweder in der optischen Schicht oder in einer anderen Schicht, wie etwa in einem assoziierten ULSI-Chip, enthalten. Bei homogenen Materialien unterscheiden sich natürlich die Materialien, die die Komponenten bildet, physikalisch etwas, da die Verwendung eines homogenen Materialsystems die lokale Änderung einiger der optischen Eigenschaften des betreffenden Materials erfordert, damit es, anders als das Licht-emittierende Halbleitermaterial (mit direktem Bandabstand), ein lichtdurchlässiges Wellenleitermaterial (mit indirektem Bandabstand) oder ein Licht-detektierendes Halbleitermaterial (mit direktem Bandabstand) wird.
  • Am besten werden die Änderungen, die zum Erreichen der gewünschten lokalen optischen Eigenschaften erforderlich sind, z. B. durch die Verwendung einer äußeren Verformung erzeugt, insbesondere einer biaxialen oder uniaxialen Zugverformung. Darüber hinaus werden bei bevorzugten Implementierungen die elektrischen Eigenschaften des betreffenden halbleitenden Materials in der üblichen Weise, wie etwa durch Dotierungsionenimplantation oder -diffusion, lokal geändert, um elektronische Anordnungen in der üblichen Weise herzustellen.
  • Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird eine optische Schicht aus einem im Großen und Ganzen homogenen Materialsystem definiert, für das ein Teil des Halbleitermaterials in ausgewählten Komponenten so konfiguriert wird, dass es entweder einen vollständig direkten oder einen vollständig indirekten Bandabstand hat. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der Bandabstand in dem Emitter oder Detektor kleiner als der Bandabstand des Lichtwellenleiters, sodass der Lichtwellenleiter für die Photonen, die von dem Emitter emittiert werden oder von dem Detektor detektiert werden, im Wesentlichen durchlässig ist. Bei einem Lichtwellenleiter, der aus einem halbleitenden Material mit einem indirekten Bandabstand besteht, kann dadurch, dass das Material des Lichtwellenleiters unverformt bleibt, das Material einen größeren Bandabstand behalten als das verformte Emitter- oder Detektormaterial. Der größere Bandabstand bei dem Lichtwellenleiter führt zusammen mit dem indirekten Charakter des Bandabstands zu einem geringeren Lichtdurchlässigkeitsverlust in dem Wellenleitermaterial.
  • Bei besonders bevorzugten Implementierungen, die verformtes Germanium für die aktive Lichtemission oder -absorption verwenden, werden die Quelle und der Detektor von einem indirekten Halbleiter (und somit einem relativ ineffizienten optischen Emissions-/Absorptionsmaterial) in einen direkteren Halbleiter (und entsprechend in ein effizienteres optisches Emissions-/Absorptionsmaterial) umgewandelt. Wenn es heißt, dass die Zugverformung in dem Germanium bewirkt, dass es ein Halbleiter mit einem direkteren Bandabstand wird, bedeutet das, dass die Zugverformung optische Übergänge am Gamma-Punkt vom Leitungsband-Minimum in das Valenzband auf Grund der reduzierten Energielücke zwischen dem Leitungsband-Minimum und dem Valenzband an dem Gamma-Punkt wahrscheinlicher sind. Das heißt, in hohem Maße zugverformtes Germanium zeigt eine starke Verbesserung der Lumineszenz, die dem direkten Übergang an dem Gamma-Punkt entspricht. Diese starke Verbesserung der Lumineszenz kann zum Herstellen von effizienten Lichtemissionsanordnungen mit Leuchtdioden und Halbleiterlasern in Germanium genutzt werden.
  • Bei einem halbleitenden Material mit einem direkten Bandabstand, wie etwa Galliumarsenid, kann der Lichtwellenleiter durch Aufbringen einer Druckspannung entlang mindestens einer Achse in einen nicht-absorbierenden Halbleiter umgewandelt werden, da diese den Bandabstand in dem Lichtwellenleiter vergrößert und den Halbleiter durchlässiger für Wellenlängen macht, die von unverändertem massivem Galliumarsenid emittiert werden. Dadurch werden die Durchlässigkeitsverluste durch Absorption verringert.
  • Nachstehend werden mehrere beispielhafte Implementierungen von Verfahren und Anordnungen beschrieben, mit denen Komponenten von photonischen Systemen mit verformten Halbleiter-Lichtemissions- oder - detektionselementen hergestellt werden können.
  • Halbleiter der Gruppe IV haben im Allgemeinen eine Diamantstruktur und haben an und für sich die Hauptrichtungen <100>, <110> und <111>, die für die Symmetrie der Kristallstruktur typisch sind. Diese Achsen stehen senkrecht auf der Gitterebene (100), (110) bzw. (111). Eine Verformung eines natürlichen Gleichgewichtgitters (Abstände zwischen Atomen und Winkel zwischen Atomen) führt zu Veränderungen der Bandstruktur. Zum Beispiel, führt ein hydrostatischer Druck in erster Ordnung zu einer homogenen Volumenkomprimierung eines kubischen Gitters und meistens zu einem größeren direkten Bandabstand. Bei Germanium ist der Einfluss einer uniaxialen, biaxialen und hydrostatischen Verformung auf die Bandstruktur lange Zeit von wissenschaftlichem Interesse gewesen.
  • Durch Aufbringen einer biaxialen Zugspannung in der Ebene (100) von Germanium wird das Material direkter, d. h., durch Erhöhen der biaxialen Zugverformung in der Ebene (100) wird der direkte Bandabstand schneller kleiner als der indirekte Bandabstand. Berechnungen für die Bandstruktur von biaxial zugverformtem Germanium sagen voraus, dass das Material bei einer Verformung von etwa 1,9 % in der Ebene (100) vollständig direkt wird. Darüber hinaus wird berichtet, dass eine uniaxiale Verformung zu einem direkten Bandabstand führt, wenn eine uniaxiale Spannung entlang der Richtung <111> von Germanium aufgebracht wird. Natürlich kann eine große Anzahl von Verformungsorientierungen und -konfigurationen in Bezug auf die Hauptrichtungen eines Kristalls verschiedene Vorteile beim Umwandeln eines Materials mit einem indirekten Bandabstand in ein Material mit einem direkteren Bandabstand bieten.
  • 1 zeigt ein Beispiel, in dem eingebettete Siliciumgermanium(SiGe)-Stressoren zum Zugverformen eines Germaniumbereichs (wie etwa einer Rippe oder eines Streifens) verwendet werden, der entweder für die Lichtemission oder die Lichtdetektion genutzt werden kann. Dabei sind mehrere Zugstressoren in eine Germaniumschicht eingebettet, was eine Zugverformung in dem Germanium-volumen zwischen zwei benachbarten Zugstressorbereichen bewirkt. SiGe-Legierungen sind geeignete Zugstressormaterialien beim epitaxialen Aufwachsen in einer Vertiefung, die in einer Germanium-Oberfläche ausgebildet ist. SiGe-Legierungen haben einen Kristallgitterabstand, der kleiner als der Kristallgitterabstand bei Germanium ist. Wenn also eine dünne SiGe-Schicht auf eine Germanium-Oberfläche epitaxial aufgewachsen wird, erfährt das SiGe durch die Gitterfehlanpassung eine Zugverformung in der Ebene. Ein zugverformter eingebetteter SiGe-Stressor induziert eine Zugverformung in dem seitlich angrenzenden Germanium. Als ein noch konkreteres Beispiel stellt 1 einen Teil einer Germaniumschicht 10 dar. In die Oberfläche der Germaniumschicht 10 sind zwei lange Gräben geschnitten, und diese sind durch epitaxiales Aufwachsen von SiGe gefüllt, um eingebettete Stressoren 12, 14 auf beiden Seiten des Germaniumbereichs 16 auszubilden. Die eingebetteten SiGe-Stressoren 12, 14 auf beiden Seiten eines schmalen Germaniumstreifens 16 induzieren eine uniaxiale Zugverformung in dem Germaniumvolumen zwischen den SiGe-Stressorbereichen, die in 1 angegeben sind. Der schmale Streifen 16 aus zugverformtem Germanium kann als ein aktiver Lichtemissionsbereich eines Lasers oder einer Diode oder als ein Lichtdetektionsbereich zum Beispiel einer Photodiode verwendet werden. Die Höhe oder Dicke, Breite und Länge dieser Strukturen werden vorzugsweise so gewählt, dass eine Verformung in dem gewünschten Umfang erzielt wird, um eine der Komponente entsprechende optische Funktionalität zu erreichen. Vorzugsweise werden die Abmessungen entsprechend der speziellen Implementierung und den anderen Elementen der Komponente gewählt.
  • Bei modernen CMOS-Technologien werden oft eingebettete SiGe-Source- oder -Drain-Bereiche (S/D-Bereiche) bei der Herstellung von Hochleistungs-p-Kanal-Feldeffekttransistoren verwendet. Bei den SiGe-S/D-Bereichen, die in einen Siliciumtransistor eingebettet sind, wird eine Druckverformung in dem Siliciumbereich zwischen den SiGe-Stressoren erhalten. Das ist die Umkehrung des Verformungszustands, der entsteht, wenn SiGe-Stressoren in eine Germanium-Anordnung eingebettet werden, wie es hier beschrieben wird, aber die Herstellungsprozesse und Technologien, Entwurfsüberlegungen und Implementierungen sind sehr ähnlich.
  • 2 stellt eine Simulation einer Struktur dar, die im Großen und Ganzen der in 1 gezeigten Struktur ähnlich ist, wobei 2 einen Querschnitt senkrecht zu der längeren Achse des Streifens zeigt. Bei der Simulation von 2 wird eine etwas kompliziertere und praktischere Struktur verwendet, die eine vergrabene Isolierschicht 28 zwischen einem Silicium- oder anderen Wafer oder Substrat 20 und einer Germaniumschicht 26 hat, in der Gräben ausgebildet werden, die anschließend zumindest teilweise mit Siliciumgermanium gefüllt werden, um Zugstressorbereiche 22 und 24 auszubilden. Wie in der Simulation von 2 gezeigt ist, kann eine starke Verformung induziert werden, insbesondere in der Nähe der Oberseite des Germaniumstreifens 26.
  • Alternativ können SiGe-Stressoren in einen Germanium-Laser oder eine Licht-emittierende Germanium-Diode oder -Photodetektor in der Form einer Matrix aus mehreren eingebetteten Bereichen mit einer Tiefe und einer Breite von ungefähr 100 nm mal 100 nm integriert werden. Diese Abmessungen sind nur beispielhaft, und es kann eine breite Palette von Abmessungen effektiv verwendet werden. Die hier speziell angegebenen Abmessungen sind jedoch für die dargestellte Konfiguration zweckmäßig. Bei dieser Strategie kann der aktive Lichtemissionsbereich eines Lasers (typische Größe: Breite: 0,35 bis 1,5 µm oder noch breiter, mal Länge: 2 bis mehrere zehn oder sogar mehrere hundert Mikrometer oder noch länger) oder der Lichtdetektionsbereich eines Photodetektors aus zahlreichen Germaniumbereichen mit einer biaxialen Zugverformung bestehen, die entlang von zwei Achsen in der Ebene durch benachbarte eingebettete SiGe-Volumina induziert wird. 3 zeigt ein Element einer solchen Matrix, bei dem eine biaxiale Zugverformung in einem mittleren Germaniumbereich 30 von benachbarten SiGe-Stressor-Elementen 32, 34, 36, 38 induziert wird, die an vier Seiten ausgebildet sind. Die Stressor-Elemente haben einen im Großen und Ganzen rechteckigen Oberflächen-Querschnitt, der zum Beispiel annähernd quadratisch sein kann. Die Stressoren sind als Siliciumgermanium dargestellt, was eine Zugverformung der angrenzenden Germaniumbereiche ermöglicht. Es können auch andere Stressormaterialien, wie etwa Siliciumnitrid, verwendet werden, die zum Erzeugen einer Zugspannung abgeschieden werden. Die Formänderungsverteilung ist im Allgemeinen inhomogen und von der Geometrie und anderen entsprechenden Eigenschaften eines Siliciumgermanium-Stressors abhängig, wie etwa seiner Zusammensetzung. Die Verformung könnte zum Beispiel um die Oberseitenteile des Germaniumbereichs herum am größten sein. Die biaxiale Verformung kann in dem mittleren Teil des Germaniumbereichs 30 maximal sein.
  • Die 4(a) bis (e) zeigen, wie mehrere Germanium-Elemente so in einer Matrix angeordnet werden können, dass jedes Element in zumindest einem Teil des Elements biaxial verformt wird. Die biaxial zugverformten Germanium-Elemente können mit benachbarten Germanium-Elementen verbunden sein, die ebenso biaxial verformt sind, wie es in den 4(a) und 4(b) gezeigt ist. Alternativ können die Germanium-Elemente von den benachbarten Germanium-Elementen durch das Stressormaterial getrennt sein, wie es in den 4(c) und 4(d) gezeigt ist, wobei die getrennten Germaniumbereiche als Säulen erscheinen. Obwohl die säulenförmigen Germanium-Elemente durch das Stressormaterial in der Ebene des Wafers getrennt werden, können sie natürlich durch ihr Trägermaterial mit einer gemeinsamen verbleibenden Germaniumschicht oder -substrat verbunden bleiben. Darüber hinaus können die Germaniumsäulen ein im Wesentlichen quadratisches Querschnittsprofil haben oder sie können abgerundet sein und am Rand ein kreisförmiges Querschnittsprofil oder ein Säulenprofil mit konkaven Seiten haben, wie es in 4(d) gezeigt ist. 4(e) zeigt eine regelmäßige Anordnung von Germaniumbereichen innerhalb von eingebetteten Stressorbereichen, die aus einem in der Ebene zugverspanntem Material bestehen, wie etwa Siliciumgermanium oder Siliciumnitrid. Die dargestellte Säule kann eine Säule in einer regelmäßigen Anordnung aus ähnlichen säulenförmigen Germaniumbereichen sein, wobei das Stressormaterial eine biaxiale Zugverformung in der Ebene in den umgebenen Germaniumbereichen induziert.
  • Bei besonders bevorzugten Implementierungen dieses Beispiels kann eine regelmäßige Anordnung aus verformten Germanium-Elementen wie denen, die in einer der Darstellungen der 4 gezeigt sind, als der aktive Lichtemissionsbereich einer Laser-Anordnung oder als der Lichtdetektionsbereich einer Photodetektor-Anordnung verwendet werden. Der aktive Lichtemissionsbereich von 4 besteht aus mehreren Germanium-Elementen, die zumindest teilweise biaxial zugverformt sind. Um eine Laserwirkung zu erzielen, braucht nicht das gesamte Volumen des aktiven Laserbereichs aus biaxial zugverformtem Germanium zu bestehen, aber es ist zweckmäßig, den Anteil des Laser-Volumens zu maximieren, der biaxial zugverformtes Germanium ist. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, eine ausreichende Zugverformung in den Germaniumbereichen zu induzieren, dass zumindest ein Teil der Bereiche einen direkten Bandabstand hat. In dem Teil des Germaniumbereichs mit der größten biaxialen Zugverformung ist das Minimum des direkten Leitungsbands (Gamma-Punkt) auf seinem niedrigsten Energieniveau. Insbesondere sollte für den Teil des Germaniums mit einer biaxialen Verformung von mehr als etwa 1,8 % bis 2,0 % der direkte Bandabstand (an dem Gamma-Punkt) kleiner als der indirekte Bandabstand sein, und dieser Teil des Germaniums kann als ein Halbleiter mit direktem Bandabstand angesehen werden. Unter diesen Bedingungen wandern freie Elektronen zu dem Teil mit der größten biaxialen Zugverformung (der niedrigsten Leitungsband-Energie), und dieser Teil stimmt mit dem Teil überein, in dem die direkten optischen Übergänge günstiger sind. Auf diese Weise kann auch dann, wenn möglicherweise nur ein Teil des Germaniumvolumens in einem Laser eine biaxiale Spannung hat, die ausreicht, um ein Verhalten wie bei einem direkten Bandabstand zu induzieren, dieser Teil für praktische Zwecke einer induzierten Emission von Photonen ausreichend sein, da der Teil mit direktem Bandabstand gleichzeitig der Teil des Germaniums ist, zu dem durch das eingebaute Feld, das durch das verringerte Energieniveau des Leitungsbands in diesem Teil entsteht, freie Elektronen gezogen werden. Umgekehrt bleiben die weniger verformten Teile des Germaniums, die nicht solche mit direktem Bandabstand werden, Teile mit indirektem Bandabstand, und sie liefern keine Lichtverstärkung. Licht, das von den stark verformten Teilen emittiert wird, die den kleinsten und direkten Bandabstand haben, werden jedoch nicht in den weniger verformten Teilen absorbiert, die einen größeren und indirekten Bandabstand haben. Zwar ist nicht zu erwarten, dass die weniger verformten Teile des Germaniums wesentlich zu der Lichtemission in der Leuchtdiode oder dem Halbleiterlaser beitragen, aber diese Teile dürften auch nicht wesentlich an den Verlusten beteiligt sein. Es ist dennoch zweckmäßig, den Teil des Germaniums in dem optisch aktiven Bereich zu maximieren, der stark biaxial zugverformt ist.
  • Bei dieser Konfiguration werden die Siliciumgermanium-Stressoren vorzugsweise nicht dotiert oder nicht n-dotiert, um ein Anhaften des Leitungsbands des Germaniums zu vermeiden und den beschriebenen Effekt des Einströmens von Ladungsträgern in den Verstärkungsbereich durch seitliches Ändern des Leitungsbands zu fördern. Alternativ könnten die eingebetteten Stressoren auch aus Siliciumnitrid bestehen, das mit einer eingebauten Zugspannung abgeschieden wird. Die Verfahren und Mittel zum Abscheiden von dünnen Schichten aus Siliciumnitrid mit eingebauter Zugspannung sind in der Branche bekannt, die integrierte Schaltungen auf Siliciumbasis herstellt.
  • In dem in 5 gezeigten Beispiel wird ein Germaniumsubstrat 22 so strukturiert und geätzt, dass eine Germaniumrippenstruktur 52 entsteht, die sich über dem übrigen Teil eines Substrats 50 erstreckt. Die Rippenstruktur 52 kann zum Beispiel eine Breite von 0,05 µm und eine Höhe von 0,15 µm haben. An den Seitenwänden der Germaniumrippe 52 sind Druckstressoren 54 und 56 ausgebildet, um eine uniaxiale Zugverformung in der Germaniumrippe 52 zu erzeugen, wie es durch die Pfeile in 5 schematisch dargestellt ist. Normalerweise wird die dargestellte Struktur durch Abscheiden einer konformen Deckschicht aus druckverspanntem Siliciumnitrid hergestellt. Das druckverspannte Siliciumnitrid wird dann vorzugsweise von den Oberseiten der Rippen zum Herstellen des elektrischen Kontakts mit den Oberseiten der Rippen dadurch entfernt, dass die Siliciumnitrid-Schicht so weggeätzt wird, dass Siliciumnitrid nur noch entlang den Seitenwänden zurückbleibt. Da die Anfangsspannung in den Seitenwand-Stressoren 54 und 56 eine Druckspannung ist, dehnen sich die Seitenwand-Stressoren 54 und 56 beim Entspannen vertikal aus und induzieren eine Zugverformung in der Germaniumrippenstruktur 52.
  • Verfahren und Mittel zum Herstellen von abgeschiedenen dünnen Schichten aus Siliciumnitrid mit eingebauter Druckspannung sowie Verfahren zum Herstellen von Seitenwänden aus einem Material wie Siliciumnitrid durch Abscheidung und nachfolgendes anisotropes Ätzen sind in der Branche bekannt, die integrierte Schaltungen auf Siliciumbasis herstellt. Schon allein die Seitenwand-Stressoren bewirken in der Germaniumrippe eine uniaxiale Zugverformung, die senkrecht zu der Ebene des Halbleiter-Werkstücks oder -Wafers gerichtet ist. Auch hier wieder kann der aktive Bereich der zugverformten Germaniumrippe 52 von 5 in Abhängigkeit von der Geometrie und der nachfolgenden Bearbeitung als ein Lichtemissionsbereich oder als ein Lichtdetektionsbereich fungieren. Vorzugsweise sind die ursprüngliche Verformung in den Strukturen der Seitenwand-Stressoren 54 und 56 und die Abmessungen der Rippe 52 so, dass eine so starke vertikale (uniaxiale) Zugverformung erzeugt wird, dass bewirkt wird, dass ein Teil des aktiven Bereichs der Rippe 52 einen direkten Bandabstand hat. Durch eine vorangehende oder nachfolgende Bearbeitung kann ein im Großen und Ganzen horizontaler pn-Übergang in der dargestellten Rippenstruktur erzeugt werden. Die dargestellte Rippenstruktur kann zum Beispiel aus p-Material bestehen. Auf der Oberseite der p-Rippe 52 wird eine stark n-dotierte polykristalline Germaniumschicht ausgebildet. Durch nachfolgendes Ausheilen diffundieren n-Dotanden in die Rippenstruktur 52, um vorzugsweise einen im Großen und Ganzen horizontalen pn-Übergang zu erzeugen. Der pn-Übergang befindet sich vorzugsweise so dicht an dem zugverformten Teil der Rippenstruktur 52, dass der Übergang ein effizienter Photonen-Emitter oder -Detektor sein kann. Bei der Photonen-Emission werden Elektron-Loch-Paare dadurch erzeugt, dass Strom durch den Übergang fließt und Photonen durch eine Elektron-Loch-Strahlungsrekombination emittiert werden, die mit dem bevorzugten direkten Bandabstand assoziiert ist. Bei der Photonen-Detektion wird der pn-Übergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt, sodass die Photonen Elektron-Loch-Paare erzeugen, die sich voneinander trennen und als ein elektrischer Strom durch den Übergang detektiert werden. Bei Photonen-Emissions-Implementierungen werden die Stirnseiten der Germaniumrippe gelegentlich vorzugsweise mit einer oder mehreren reflektierenden Schichten beschichtet, um einen Hohlraumresonator herzustellen.
  • Der Übergang wird vorzugsweise so angeordnet, dass eine Photonen-Absorption (durch Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren) oder -Emission (durch Strahlungsrekombination von Elektron-Loch-Paaren) in einem ausreichenden Umfang in einem Teil des Germaniums auftritt, der so stark zugverformt wird, dass ein direkter Bandabstand entsteht und eine effiziente Photonen-Detektion oder -Emission möglich wird. Alternativ hat der zugverformte Teil des Germaniums vorzugsweise den kleinsten Bandabstand für einen direkten optischen Übergang, wenn eine Strominjektion oder eine andere Strategie zusammen mit dem verringerten Bandabstand verwendet wird, um eine effiziente Emission zu erzielen. Eine solche geeignete Anordnung eines zugverformten Bereichs und eines Übergangs oder eines Teils eines Übergangs wird hier als „angrenzend“ identifiziert und umfasst solche Anordnungen, bei denen der Übergangsteil mit einem Bereich der lokal maximalen Zugverformung zusammenfällt, und solche Anordnungen, bei denen es eine Verschiebung zwischen diesen Positionen gibt. Die mögliche annehmbare Größe einer Verschiebung ist von dem Grad der erreichten Verformung, dem Einsatzgebiet und der Geometrie der Anordnung abhängig. Diese Erörterung bezieht sich zwar speziell auf die vergleichsweise einfache Geometrie von 5, aber sie gilt ebenso für andere, kompliziertere Implementierungen, die unter Bezugnahme auf die anderen Figuren erörtert werden. Darüber hinaus sind das Anordnen und andere Überlegungen auch auf solche Implementierungen anwendbar, bei denen die Zugverformung nicht ausreicht, um Übergänge mit direktem Bandabstand zu realisieren. In solchen Situationen gelten zwar die hier dargelegten Grundsätze, aber diese werden vorzugsweise mit einer gewünschten Dotierung, Vorspannung und/oder Stromstärke kombiniert, um eine so starke Photonen-Emission oder - Detektion zu bewirken, dass sie auch zweckmäßig ist. Bei einer Laser-Anwendung hat ein Resonator vorzugsweise entsprechend reflektierende Enden, Verluste werden auf einem entsprechend niedrigen Niveau gehalten, und es wird so viel Strom bereitgestellt, dass der Resonator eine Verstärkung in der auf dem Fachgebiet bekannten Weise ermöglicht. Bei dieser Erörterung wird auf einen oder mehrere Übergänge Bezug genommen. In vielen Fällen ist der Übergang kein scharfer pn-Übergang, sondern könnte effektiv ein pin-Übergang mit p- und n-Bereichen sein, die sich auf beiden Seiten einer aktiven Schicht befinden, die vorzugsweise undotiert ist. Ein ähnlicher pn- oder pin-Übergang kann sowohl in Laser-Leuchtdioden(LED)-Anordnungen als auch in Photodetektor-Anordnungen verwendet werden.
  • Bei einer weiteren Verbesserung des Seitenwand-Stressor-Verfahrens können schmale Schnitte in die Druckstressorschicht aus Siliciumnitrid entlang der Länge der Rippe geätzt werden, wodurch das Siliciumnitrid der Seitenwände entlang der Länge der Rippe diskontinuierlich wird. Das ist teilweise in 6 dargestellt, wo ein schmaler Schnitt 68 durch eine der druckverspannten Siliciumnitrid-Seitenwandstrukturen hindurch geätzt worden ist, um mehrere Seitenwand-Druckbereiche 64 und 66 auszubilden, die sich sowohl vertikal als auch seitlich ausdehnen können, um vertikale und horizontale Verformungskomponenten in der Germaniumrippe 62 zu induzieren. An den Spalten oder Schnitten in der Siliciumnitrid-Seitenwand bewirkt die Randentspannung (d. h., eine Entspannung, die durch Ausdehnen oder Zusammenziehen an den vergleichsweise freien Rändern der Stressoren ermöglicht wird), dass eine zusätzliche Spannungskomponente in der angrenzenden Germaniumrippe induziert wird, die entlang der Längsachse der Rippe verläuft, wie in 6 gezeigt ist. Bei dieser Konfiguration werden biaxiale Zugverformungskomponenten in Segmenten des aktiven Germaniumbereichs 62 induziert, was zum Modifizieren der Germaniumbandstruktur in einer Weise zweckmäßig ist, dass der Bandabstand für direkte optische Übergänge verringert wird, vorzugsweise in einem Umfang, dass der direkte optische Übergang der Übergang mit der niedrigsten Energie ist. Wie in 6 gezeigt ist, können die zusätzlichen vertikalen Schnitte in den Druckschichten der Siliciumnitrid-Seitenwand vertikal sein, aber die Schnittlinien können auch in einem anderen Winkel verlaufen.
  • Bei einem alternativen Verfahren zum Erzielen einer biaxialen Zugverformung in dem aktiven Germanium-Element des Lasers oder Photodetektors werden Spalte oder Schnitte sowohl in den Seitenwand-Stressor-Elementen als auch in dem Germanium-Lichtwellenleiter entlang der Länge der Rippe hergestellt, um biaxiale Zugverformungskomponenten besser in der Germaniumrippe induzieren zu können. Wenn die Schnitte in den Germaniumrippen-Lichtwellenleiter geätzt werden, können die Spalte in dem Germanium entlang der Längsachse des Lasers oder Photodetektors unzweckmäßig sein, da sie als Teilspiegel wirken, die unerwünschte innere Reflektionen oder eine unerwünschte Streuung des Lichts, das in dem aktiven Bereich des Lasers erzeugt wird, oder des Lichts in dem Photodetektor verursachen. Dieses unerwünschte Verhalten kann durch Abscheiden von amorphem Germanium in die Spalten begrenzt werden. Die Randentspannung, die auftritt, wenn die Spalte in dem Germanium geätzt werden, reicht aus, um eine Zugverformung entlang der Längsachse des Germaniumrippen-Lichtwellenleiters oder des aktiven Bereichs zu induzieren. Durch nachfolgendes Auffüllen der Spalte zum Beispiel mit amorphem Germanium wird die Zugverformung nicht aufgehoben, sondern die dielektrische Diskontinuität in dem Lichtwellenleiter oder aktiven Bereich des Lasers oder Photodetektors entlang der Längsachse wird weitgehend beseitigt. Das heißt, durch das Auffüllen der Spalte mit einem geeigneten Material, wie etwa amorphem oder polykristallinem Germanium, wird das kontinuierliche optische Medium entlang der optischen Längsachse des aktiven Bereichs des Lasers oder des Photodetektors wiederhergestellt, jedoch mit einer diskontinuierlichen Zugverformung entlang der optischen Längsachse des aktiven Bereichs des Lasers oder des Detektors.
  • 7 zeigt eine dreidimensionale Simulation einer weiteren Modifikation der Strategie der 5 und 6. 7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der eine Anzahl von Germaniumrippen 72 jeweils mit dielektrischen (oder isolierenden) Stressoren 74 und 76, die auf beiden Seiten der Germaniumrippe 72 ausgebildet sind. Diese Rippen können jeweils so ausgebildet werden, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf die 5 und 6 dargelegt worden ist. Hierzu gehören die Strategien für das Ätzen, das Dotieren und das Herstellen der Kontakte und Übergänge. Vorzugsweise werden die dielektrischen Stressoren zunächst so ausgebildet, dass sie eine Druckspannung haben, die durch Ätzen aufgehoben wird, um eine Zugspannung in den Germaniumrippen 72 zwischen den Stressoren 74 und 76 zu induzieren. Ein geeigneter Stressor ist Siliciumnitrid, das so abgeschieden werden kann, dass eine Druckspannung entsteht, die durch entsprechende Ätz-Strategien aufgehoben werden kann. Wie in 7(a) gezeigt ist, können die dielektrischen Stressorschichten 74 und 76 den Spalt zwischen benachbarten Rippen 72 füllen und eine biaxiale Zugspannung in dem Germaniumrippen 72 in dem gewünschten Maße effektiv induzieren. Eine simulierte biaxiale Verformung in den Rippen 72 ist in 7(b) gezeigt, wo die Stressorbereiche unsichtbar gemacht worden sind, um die Konturen der biaxialen Verformung in dem Germanium aufzuzeigen, die in den Hauptebenen der Rippen bewertet wird, wobei die helleren Konturen eine größere biaxiale Verformung angeben.
  • Die regelmäßige Anordnung von biaxial zugverformten Germaniumrippen kann so positioniert werden, dass der optische Weg zum Beispiel einer Diode, einer Laserdiode oder eines Photodetektors durch die Struktur von 7 verläuft, sodass er durch eine Vielzahl von Rippen parallel zu den Seitenflächen der Rippen geht, an denen die Stressoren ausgebildet sind, um eine Spannung zu induzieren. Alternativ verläuft der optische Weg der beispielhaften Diode, Laserdiode oder Photodetektors durch eine Vielzahl von Rippen senkrecht zu den Seitenflächen der Rippen, auf denen die Stressorschichten ausgebildet sind, um eine Spannung zu induzieren.
  • Die Rippen bei den Germaniumrippen-Strukturen, die vorstehend in den beispielhaften 5 bis 7 erörtert worden sind, können eine Breite (Abstand zwischen den dielektrischen Stressorschichten) von etwa 20 nm bis 100 nm und besser von etwa 40 nm bis 80 nm haben. Die Rippen haben vorzugsweise eine Höhe (gemessen über der verbleibenden Germaniumschicht, die an den Fuß der Rippe angrenzt) von weniger als 1 µm, besser von weniger als 400 nm. Die Rippen haben vorzugsweise eine Länge (seitlich entlang der Fläche der Germaniumschicht gemessen, die an eine der Stressorschichten angrenzt) von weniger als 1 µm, besser von weniger als 400 nm. Bei den Implementierungen der 5 bis 7 und anderen Implementierungen der hier beschriebenen Strukturen wird das druckverspannte Siliciumnitrid-Stressormaterial vorzugsweise so hergestellt, dass es zunächst eine Spannung von mehr als 2 GPa, besser von mehr als 3 GPa hat.
  • Die 8 bis 11 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung und stellen die elastische Randentspannung der Druckstressorschichten auf der Ober- oder Unterseite eines/r Germaniumstreifens oder -platte schematisch dar. Die Druckstressorschichten auf der Oberseite (oder der Ober- und der Unterseite) des aktiven Bereichs eines Germaniumstreifen-Lasers oder -Photodetektors werden strukturiert und fluchtend mit dem aktiven Bereich geätzt. Die Randentspannung tritt auf, wenn eine Streifenstruktur durch die obere Stressorschicht, die aktive Schicht und optional durch die untere Stressorschicht hindurch geätzt wird. Die Druckspannung in den Stressorschichten induziert eine Zugverformung in der angrenzenden aktiven Germaniumschicht.
  • Bei einer ersten Implementierung dieser Strategie, die in 8(a) dargestellt ist, wird eine Schicht aus druckverspanntem Siliciumnitrid auf die Oberfläche eines Germaniumwafers oder -substrats 80 abgeschieden. Der Prozess bildet eine Maske auf der Siliciumnitridschicht aus und ätzt anschließend durch die Siliciumnitridschicht hindurch und in die Oberfläche des Germaniumwafers hinein, um einen Streifen (oder Platte) 82 aus Germanium auszubilden, der aus dem übrigen Teil des Wafers 80 heraus ragt. Das Ätzen durch die druckverspannte Siliciumnitridschicht hindurch bildet den Streifen 84 aus, und es wird weiter in das Substrat hinein geätzt, wodurch sich das druckverspannte Siliciumnitrid 84 entspannen kann und eine Zugverformung in zumindest dem oberen Teil des Germaniumstreifens 82 induziert werden kann. Der resultierende verformte Oberflächenbereich des Streifens 82 kann zum Erzeugen oder Detektieren von Photonen verwendet werden.
  • Bei einer gegenwärtig bevorzugten Implementierung hat ein Wirtswafer 86 eine Germaniumschicht, die auf die Oberfläche des Wirtswafers Wafer-gebondet ist. Der Wirtswafer 86 könnte zum Beispiel ein Siliciumwafer 83 mit einer Siliciumoxidschicht 85 oder ein Teil einer integrierten Siliciumschaltung sein, die von einer Siliciumoxidschicht bedeckt ist, und die Germaniumschicht wird in der bekannten Weise mit der Oxid-Oberfläche gebondet. Dann wird eine druckverspannte Stressorschicht auf die Germaniumschicht abgeschieden. Zum Abscheiden von entsprechenden druckverspannten Siliciumnitridschichten stehen zum Beispiel großtechnische Verfahren mit einer bei der Abscheidung eingebauten Spannung von mehr als 2 GPa oder besser 3 GPa zur Verfügung. Auch die Struktur von 8(b) wird wieder durch Strukturieren und Ätzen eines druckverspannten Stressorstreifens 84 und durch anschließendes Ätzen eines langen Streifens mit einem zusammenhängenden aktiven Germaniumbereich 82 hergestellt, das an der Oberfläche des Wafers 86 unterbrochen wird, wie es in 8(b) dargestellt ist. Der Stressorstreifen 84 mit der randentspannten Oberfläche induziert eine uniaxiale Verformung in dem Germaniumstreifen 82, die durch den Pfeil in 8(b) angegeben ist. Bei alternativen Ausführungsformen wird das Ätzen nicht an der Oberfläche des Wafers 86 unterbrochen, sondern wird mit einer geringen Tiefe in die Oberfläche des Wafers 86 fortgesetzt, um eine größere Zugverformung in dem Germaniumstreifen 82 zu induzieren. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen wird das Ätzen vor dem Erreichen der Oberfläche des Wafers 86 unterbrochen, sodass der Germaniumstreifen 82 die Form eines Fußes aus Germanium hat, der auf einer Schicht aus ungeätztem Germanium steht.
  • 9 stellt eine weitere Konfiguration dar, die im Vergleich zu den Konfigurationen der 8(a) und (b) eine stärkere Verformung des Germaniumstreifens ermöglichen kann, um Photonen noch besser emittieren oder detektieren zu können. Die Struktur von 9 wird dadurch hergestellt, dass nacheinander eine erste Schicht aus einem druckverspannten Material auf einem Wirtswafer 90 ausgebildet wird, eine Schicht aus kristallinem Germanium bereitgestellt wird und dann eine zweite Schicht aus einem druckverspannten Material auf die Germaniumschicht abgeschieden wird. Die erste und die zweite Schicht aus druckverspanntem Material können zum Beispiel aus druckverspanntem Siliciumnitrid bestehen, und die abzuscheidenden Materialien werden so gewählt, dass sie als Stressoren für die Germaniumschicht wirken. Verfahren für das Abscheiden dieser Stressorschicht aus Siliciumnitrid sind bekannt. Das Verfahren von 9 wird durch Strukturieren und Ätzen durch den Stapel von Schichten hindurch fortgesetzt, um einen oberen Stressorstreifen 94 und einen Germaniumstreifen 92 auszubilden, der in der Richtung uniaxial zugverformt ist, die durch den Pfeil in 9 angegebenen ist. Das Ätzen kann optional durch die zweite druckverspannte Schicht hindurch unterhalb der Germaniumschicht fortgesetzt werden, um einen unteren Stressorstreifen 96 auszubilden. Das Ätzen durch die zweite druckverspannte Schicht hindurch oder zumindest in diese hinein wird bevorzugt, da es eine vollständigere Randentspannung ermöglicht und zu einer stärkeren uniaxialen Zugverformung führt. Der Germaniumstreifen 92 hat vorzugsweise eine Breite von 0,04 bis 1,0 µm und ist vorzugsweise so stark zugverformt, dass zumindest Teile des Germaniumstreifens 92 einen direkten Bandabstand haben.
  • Der Grad der Zugverformung in der Germaniumschicht wird von mehreren Faktoren beeinflusst, unter anderem der Dicke der Germaniumschicht, den entsprechenden Dicken der oberen und der unteren Stressorschicht und dem Grad der Druckspannung in der oberen und der unteren Stressorschicht. Die Zugverformung ändert sich auch durch den Abstand zwischen dem Rand und dem Teil der Germaniumschicht, der gerade betrachtet wird. Die ungleichmäßige Verteilung der Formänderung betrifft alle Strukturen, die hier erörtert oder dargestellt sind. Die Zugverformung in diesem oder anderen Germaniumbereichen, die hier (und an anderer Stelle, unter anderem vorstehend in Bezug auf die 5 bis 7) erörtert werden, wird vorzugsweise so eingestellt, dass sie eine effiziente Photonen-Emission oder -Detektion ermöglicht. Es dürfte dennoch wohlverstanden sein, dass die Strukturen und Strategien, die hier beschrieben werden, vorteilhaft verwendet werden können, wenn eine geringere Zugverformung erzielt werden soll, und zwar auch dann, wenn das Material einen indirekten Bandabstand hat und die Photonen-Emission auf einer starken Träger-Injektion beruht.
  • Bei anderen Ausführungsformen wird das Strukturieren und Ätzen so durchgeführt, dass zusätzliche Schnitte oder Spalte in dem Germaniumstreifen und den angrenzenden druckverspannten (abgeschiedenen) Stressorschichten entlang der Längsachse des Streifens hergestellt werden, die den Streifen mit dem aktiven Bereich in Segmente mit einer geringeren Länge normalerweise in dem Bereich von 0,04 bis 1,0 µm unterteilen. Eine solche Ausführungsform ist in 10 dargestellt. Die Implementierung von 10 ist den Ausführungsformen ähnlich, die in 9 dargestellt sind, mit der Ausnahme, dass wenn der Streifen strukturiert und geätzt worden ist, ein weiteres Strukturieren und Ätzen durchgeführt wird, um Ränder zu öffnen und einen Spalt 108 zwischen Teilen 102 und 104 des Germaniumstreifens herzustellen.
  • Der Spalt 108 ermöglicht es dem ersten und dem zweiten Stressorstreifenteil (oberer und unterer Streifenteil), sich durch Randentspannung elastisch zu entspannen, um eine Zugverformung in den Germaniumstreifenteilen 102 und 104 noch effizienter induzieren zu können. Die Randentspannung, die auftritt, wenn die Spalte in dem Germanium geätzt werden, reicht aus, um eine Zugverformung in dem Germanium entlang der Längsachse des Germaniumrippen-Lichtwellenleiters oder des aktiven Bereichs zu induzieren. Die Zugverformung in Längsrichtung kommt zu der Zugverformung in Querrichtung hinzu, die entlang der Querachse des Germaniumstreifens induziert wird. Bei dieser Konfiguration werden biaxiale Zugkomponenten der Verformung in Segmenten des aktiven Bereichs des Germaniums induziert, was zweckmäßig ist, um die Struktur des Germaniumbands so zu modifizieren, dass der Bandabstand für direkte Übergänge verringert wird. Wie in 10 dargestellt ist, können die zusätzlichen vertikalen Schnitte in den Druckschichten der Siliciumnitrid-Seitenwand vertikal sein, oder die Schnittlinien können auch in einem anderen Winkel und nicht vertikal verlaufen.
  • Unmittelbar nach dem Herstellen der Spalte entspannen sich die Stressorstreifenteile seitlich und induzieren eine Zugverformung in den zurückbleibenden Teilen des Germaniumstreifens. Durch nachfolgendes Auffüllen der Spalte zum Beispiel mit amorphem oder polykristallinem Germanium wird die Zugverformung in den zurückbleibenden Teilen nicht aufgehoben, sondern die dielektrische Diskontinuität in dem Lichtwellenleiter oder dem aktiven Bereich des Lasers oder Photodetektors zwischen verschiedenen Teilen des Germaniumstreifens entlang der Längsachse (oder optischen Achse) der Anordnung wird weitgehend beseitigt. Das ist in 11 schematisch dargestellt, wo amorphes oder polykristallines Germanium 116 und 118 in die Spalte, wie etwa den Spalt 108, zwischen den Teilen 102 und 104 des Germaniumstreifens abgeschieden wird. Durch das Auffüllen der Spalte mit einem geeigneten Material wird das kontinuierliche optische Medium in dem segmentierten Germaniumstreifen des aktiven Bereichs des Lasers oder des Photodetektors wiederhergestellt, der eine diskontinuierliche Zugverformung hat.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der zugverformten Germanium-Laserdiode oder -Photodetektordiode kann das Material 116 und 118, das die Spalte zwischen den Segmenten des aktiven Germaniumbereichs füllt, dotiert werden und als ein elektrischer Leiter in der Diode verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Auffüllmaterial n+-dotiertes polykristallines SiGe, und es wirkt in der Laserdiode als ein Elektronenemitter, der Elektronen in der Querrichtung in die p-dotierten verformten Germaniumbereiche 102 und 104 emittiert. Die n-Dotierung von polykristallinem Germanium oder Siliciumgermanium während der Abscheidung ist bekannt und problemlos zu realisieren.
  • Die 12 bis 17 zeigen verschiedene Alternativen für die Herstellung einer elektrischen Verbindungsstelle für ein System, das wünschenswerterweise zugverformtes Germanium enthält. Bei der normalen Funktionsweise eines Halbleiterlasers ist es erforderlich, dass eine induzierte Emission von Photonen in einem aktiven Bereich auftritt, der an dem Übergang von zwei Materialbereichen ausgebildet ist, wobei der eine Bereich eine Quelle für die Löcher bildet und der andere Bereich eine Quelle für die Elektronen bildet, sodass eine Strahlungsrekombination der Löcher und der Elektronen in der Nähe der Verbindungsstelle zwischen den beiden Bereichen erfolgt. Die beiden Materialbereiche sind normalerweise ein p- bzw. ein n-Halbleiterbereich und bilden einen pn-Übergang, wo sie zusammentreffen. Wenn ein Bereich, der weder stark p-dotiert noch stark n-dotiert ist, zwischen dem n- und dem p-Bereich vorhanden ist, wird der Übergang vorzugsweise als ein pin-Übergang bezeichnet, bei dem der nominell undotierte Bereich als „eigenleitend“ angesehen wird. Bei einigen Implementierungen werden eine oder mehrere undotierte Schichten zwischen einer p- und einer n-Schicht vorgesehen, um den gewünschten Übergang herzustellen.
  • Bei dem verformten Germaniumlaser stimmt der Bereich der effizienten Strahlungsrekombination von Ladungsträgern (Elektronen und Löcher) vorzugsweise mit dem Bereich der maximalen biaxialen Zugverformung in dem Germanium überein. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Anordnung stimmt der Bereich der maximalen Dichte des Stroms durch den pn-Übergang so weit wie möglich mit dem Bereich der maximalen biaxialen oder uniaxialen Zugverformung in dem Germanium überein. Die Ebene des pn- oder pin-Übergangs kann vorwiegend parallel zu der Wafer-Oberfläche sein oder kann vorwiegend senkrecht zu der Wafer-Oberfläche sein. In Anbetracht der Schwierigkeiten bei der n-Dotierung von Germanium durch Aktivierung von implantierten Donator-Arten wird der n-Germaniumbereich vorzugsweise in einem n-dotierten Zustand entweder in dem Ausgangswafer (der massives Germanium oder Germanium auf einem Isolator sein kann) oder gegebenenfalls in der Germanium-Epitaxialschicht ausgebildet. Der p-Germaniumbereich kann durch Implantieren und Aktivieren einer Akzeptor-Art, wie etwa Bor, oder durch epitaxiales Aufwachsen eines p-Germaniumbereichs auf das n-Germanium ausgebildet werden. Alternativ kann der Übergang durch Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen hergestellt werden, bei denen mit einem Wafer aus massivem p-Germanium oder einem Wafer aus Germanium auf einem Isolator begonnen wird und dann eine n-Germaniumschicht aufgewachsen wird, um einen epitaxialen Übergang herzustellen.
  • Der Elektronenemitter kann aus einem Material bestehen, das von dem kristallinen Germanium verschieden ist. Durch die schlechte Aktivierung der in das Germanium implantierten Donatoren ist es schwierig, n-dotierte Bereiche in dem Germanium herzustellen. Vorzugsweise kann ein abgeschiedenes Elektronenemitter-Material verwendet werden, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: in situ n+-dotiertes amorphes oder polykristallines Germanium; in situ n+-dotiertes amorphes oder polykristallines Silicium oder amorphes oder polykristallines Siliciumgermanium; ein Metall mit einer geringen Austrittsarbeit von weniger als 4,3 eV oder ein Metall mit einer geringen Austrittsarbeit und einer dielektrischen Grenzschicht zwischen dem Metall und dem Germanium, wobei die dielektrische Schicht so dünn ist, dass ein Elektronenstrom hindurchfließen kann. Bei Ausführungsformen, bei denen die Germaniumschicht eine Schicht auf einem Isolator, wie etwa vergrabenes Oxid (BOX), ist, ist der Kontakt mit dem (normalerweise p-dotierten) Germanium vorzugsweise ein ein separater Kontakt.
  • Bei der Ausführungsform des verformten Germaniumlasers, -Diode oder -Photodetektors mit eingebetteten SiGe-Stressoren, die in 4 und in den 12 bis 17 dargestellt ist, kann eine epitaxialer pn- oder pin-Übergang in dem Germanium hergestellt werden, bevor die SiGe-Stressorbereiche ausgebildet werden. In diesem Fall können die SiGe-Stressorbereiche undotiert, p-dotiert oder n-dotiert sein. Es werden getrennte elektrische Kontakte mit dem n- und dem p-Bereich des Germaniums hergestellt.
  • Mit dem nachstehend beschriebenen Verfahren können Siliciumoxid-Isolierbereiche so ausgebildet werden, dass sie auf die Siliciumgermanium(SiGe)-Stressorbereichen selbstausgerichtet sind. Die gewünschte Struktur mit einer Matrix aus eingebetteten Bereichen wird durch Lithografie und Trockenätzen (Plasma-Ätzen) in einer Schicht aus Siliciumnitrid definiert, die auf das Germanium abgeschieden wird. Das Germanium wird dort geätzt, wo es nicht von dem Siliciumnitrid bedeckt ist, um Vertiefungen in der Oberfläche des Germaniums zu erzeugen. Die Vertiefungen werden mittels eines Verfahrens, wie etwa chemische Aufdampfung (CVD), mit einer epitaxialen SiGe-Legierung gefüllt. Wenn das epitaxiale CVD-Verfahren selektiv ist, wird SiGe nur in den Vertiefungen und nicht auf dem Siliciumnitrid epitaxial aufgewachsen. Wenn das epitaxiale CVD-Verfahren nicht selektiv ist, wird das SiGe auf alle freiliegenden Flächen abgeschieden, und in diesem Fall wird anschließend ein Planarisierungsverfahren, wie etwa chemisch-mechanisches Polieren (CMP), verwendet, um das SiGe von den Siliciumnitrid-Oberflächen zu entfernen, sodass SiGe nur in den Maskenöffnungen und in den Vertiefungen in der Germaniumstruktur zurückbleibt. Auf dieser Stufe des Verfahrens, auf der die Siliciumnitrid-Maske immer noch die Germanium-Oberflächen bedeckt, wird eine Oxidation so durchgeführt, dass die freiliegenden Oberflächen des vertieften (eingebetteten) SiGe oxidiert werden. Dadurch wird eine dünne Isolierschicht aus Siliciumoxid oder Siliciumgermaniumoxid auf die SiGe-Bereiche aufgewachsen und auf die SiGe-Bereichen selbstausgerichtet. Dann wird das Siliciumnitrid durch selektives Nassätzen entfernt, und die Oberseiten der biaxial verformten Germanium-Elemente werden freigelegt. Gleichzeitig wird durch das Entfernen des Siliciumnitrids eine noch vollständigere Übertragung der Spannung von den SiGe-Bereichen, die in der Ebene des Wafers biaxial zugverformt sind, auf die seitlich angrenzenden Germaniumbereiche ermöglicht, die ebenfalls in der Ebene des Wafers biaxial zugverformt werden.
  • 12 zeigt eine Implementierung zum Herstellen einer zugverformten Germaniumstruktur für einen Photonen-Emitter oder einen Photonen-Detektor. Zur Vereinfachung der Erörterung wird diese Struktur anhand eines Germaniumdiodenlasers beschrieben, bei dem eine biaxiale Zugverformung in der Ebene und am besten ein optischer Übergang mit direktem Bandabstand verwendet werden. Fachleuten dürfte klar sein, dass die vorliegende Struktur auch als eine einfache Leuchtdiode statt eines Lasers implementiert werden könnte und dass die dargestellte Struktur mit einer entsprechenden Vorspannung und einem entsprechenden Verstärker auch als ein Detektor, wie etwa eine Photodiode, verwendet werden könnte. Wie vorstehend dargelegt worden ist, sind geeignete Übergänge der pn-Übergang und der pin-Übergang. Wie in 12 gezeigt ist, wird mit einem p-Germaniumsubstrat 120 begonnen, das alternativ auch eine p-Schicht auf einer Isolierschicht, wie etwa einer BOX-Schicht, sein kann. Darüber hinaus kann die dargestellte p-Germaniumschicht auf oder über einer Siliciumschicht mit einer Siliciumschaltung oder optischen Elementen, wie etwa Lichtwellenleitern, angeordnet werden, die auf Strukturen aus Silicium oder Siliciumoxid basieren. Diese verschiedenen Möglichkeiten für das Germaniumsubstrat sind bei den anderen Implementierungen, die in den 12 bis 18 dargestellt sind, ähnlich und werden daher bei der Erörterung dieser Darstellungen nicht wiederholt.
  • Bei der Implementierung von 12 wird vorzugsweise eine Struktur wie die ausgebildet, die in 4 gezeigt ist und die die Verformung und die optischen Eigenschaften hat, die vorstehend unter Bezugnahme auf 4 erörtert worden sind. Bei den Implementierungen von 12 wird eine Schicht 124 aus eigenleitendem oder geringfügig n-dotiertem Germanium epitaxial auf das p-Germaniumsubstrat 120 abgeschieden, wobei die n-Dotierung vorzugsweise in situ während der Abscheidung realisiert wird. Auf der eigenleitenden oder geringfügig n-dotierten epitaxialen Germaniumschicht wird eine Maske, wie etwa ein Siliciumnitrid-Maske, mit Öffnungen in der Maske ausgebildet, die eine Matrix-Struktur, wie etwa eine schachbrettartige Struktur, auf der eigenleitenden oder geringfügig n-dotierten epitaxialen Germaniumschicht 124 definieren. Die Abmessungen der Bereiche können sich ändern, während die gewünschte Zugverformung erreicht wird, und die Bereiche könnten zum Beispiel einen quadratischen Oberflächen-Querschnitt haben und auf einer Seite Abmessungen von ungefähr 0,04 bis 1,0 µm haben. Durch Ätzen durch die Germaniumschicht 124 hindurch und vorzugsweise in das p-Substrat 120 hinein entsteht eine entsprechende Anordnung aus Öffnungen oder Vertiefungen in der Germaniumstruktur. Vorzugsweise werden Siliciumgermanium-Bereiche 126 durch selektive chemische Aufdampfung in den Öffnungen in der p-Germaniumschicht 120 und der eigenleitenden oder geringfügig n-dotierten Germaniumschicht 124 epitaxial ausgebildet, die durch die Öffnungen in der Siliciumnitrid-Maske definiert werden. Bei dieser Darstellung können die Siliciumgermanium-Bereiche auch undotiert oder eigenleitend sein. Wenn die Siliciumgermanium-Bereiche 126 nicht selektiv abgeschieden werden oder wenn es anders bevorzugt ist, kann ein chemisch-mechanisches Polieren durchgeführt werden, um das überschüssige Siliciumgermanium zu entfernen. Anschließend wird das freigelegte Siliciumgermanium vorzugsweise dadurch oxidiert, dass die Oberflächen einer oxidierenden Umgebung ausgesetzt werden, um die isolierenden Siliciumgermaniumoxid-Strukturen 128 auszubilden. Vorzugsweise wird die Siliciumnitrid-Maskenschicht dann entfernt.
  • Wie vorstehend dargelegt worden ist, werden dadurch, dass die Siliciumgermanium-Bereiche angrenzend an die Germaniumbereiche und um diese herum ausgebildet werden, biaxial zugverformte Siliciumgermanium-Bereiche erzeugt, die wiederum eine biaxiale Zugverformung in der Ebene in den Germaniumbereichen 124 induzieren. Die biaxiale Zugverformung ist vorzugsweise so stark, dass sie bewirkt, dass diese Teile der Germaniumbereiche einen direkten Bandabstand haben, sodass sie gepumpt werden können und ein optisches Ausgangssignal effizient erzeugen können. Diese biaxial zugverformten Germaniumbereiche 124 können dann als Komponenten eines Laserverstärkungsbereichs verwendet werden. Die Siliciumgermanium-Bereiche 126 liegen somit ebenfalls in dem Laserverstärkungsbereich und sind nicht an der Erzeugung eines optischen Ausgangssignals beteiligt. Es werden Kontakte zu den eigenleitenden oder geringfügig n-dotierten Germaniumbereichen hergestellt. Zum Beispiel könnte eine Schicht 122 aus n-dotiertem amorphem oder polykristallinem Siliciumgermanium oder n-dotiertem Germanium zum Herstellen eines Kontakts zu den n-Germaniumbereichen 124 bereit gestellt werden. Ebenso kann ein Bereich 129 mit p-dotiertem amorphem oder polykristallinem Siliciumgermanium zum Herstellen eines Kontakts mit dem p-Germaniumbereich 120 des Substrats oder Trägermaterials bereit gestellt werden, oder es können andere Methoden, wie etwa Metallpfropfen, verwendet werden. Vorzugsweise wird eine weitere Bearbeitung durchgeführt, um Spiegel herzustellen, die einen Resonator oder Laserresonator definieren, der zumindest einen Teil des verformten Germaniums umgibt, sodass die biaxial zugverformten Germaniumbereiche eine Laserwirkung ermöglichen können.
  • 13 zeigt ein anderes Verfahren zum Herstellen einer Struktur, das im Großen und Ganzen dem ähnlich ist, das in den 4 und 12 dargestellt ist. Ähnliche Strukturen sind in 13 mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet, wie sie in 12 verwendet werden. Hier beginnt das Verfahren mit einem p-Germaniumsubstrat oder -schicht 120, das/die dadurch strukturiert und geätzt wird, dass eine Siliciumnitrid-Maske mit einer Matrix aus Öffnungen ausgebildet wird, und daran schließt sich ein Trockenätzen (Plasma-Ätzen) zur Herstellung von Vertiefungen an. Siliciumgermanium-Bereiche 126 werden vorzugsweise mittels selektiver chemischer Aufdampfung aufgewachsen, um in der Ebene zugverformte Bereiche auszubilden, wobei sich die übrigen Teile des Germaniumsubstrats 120 zwischen den Siliciumgermanium-Bereichen 126 nach oben erstrecken. Die Teile des Germaniumsubstrats 120, die unter den Siliciumgermanium-Bereichen liegen, sind in der Ebene druckverspannt. Die freiliegenden Flächen der Siliciumgermanium-Bereiche 126 werden oxidiert, und anschließend wird die Siliciumnitrid-Maske entfernt. Stark n-dotiertes amorphes, polykristallines oder kristallines Silicium oder Siliciumgermanium oder Germanium wird abgeschieden und in geeigneter Weise so strukturiert, dass eine Schichtstruktur 139 entsteht, die in 13 gezeigt ist. Die dotierte Schicht 139 ist in Kontakt mit der Oberfläche der Germaniumschicht 120 in der Matrix-Anordnung, die zwischen den Siliciumgermanium-Bereichen 126 vorgegeben ist. Die oxidierten Siliciumgermanium-Bereiche 128 trennen die Siliciumgermanium-Bereiche 126 von der dotierten Schicht 139, sodass die Dotanden aus der dotierten Schicht 139 nicht in die Siliciumgermanium-Bereiche 126 diffundieren. Die Struktur wird zum Beispiel durch schnelles thermisches Ausheilen erwärmt, damit n-Dotanden aus der stark n-dotierten Schicht 139 in die Oberfläche des Germaniums 120 diffundieren können, um flache n-Bereiche 134 in einer Matrix-Anordnung auszubilden, wodurch außerdem Übergänge in ebendieser Matrix-Anordnung entstehen. Die resultierende Struktur kann in eine Diode, einen Laser oder einen Detektor integriert werden, wie vorstehend dargelegt worden ist. Darüber hinaus hat die resultierende Struktur eine Verteilung der Formänderung und sie kann daher eine Breitband-Emission erzeugen. Bei Laser-Anwendungen können Spiegel zum Auswählen der gewünschten Wellenlänge aus dieser Breitband-Emission verwendet werden, wodurch vorteilhafterweise ein Bereich möglicher Verstärkungen und Ausgangswellenlängen bereitgestellt wird. Bei Detektoren oder Dioden können Filter angrenzend an die Emissions- oder Detektionsbereiche ausgebildet werden, um Emissions- oder Detektionswellenlängen auszuwählen.
  • 14 zeigt eine weitere Variante der zugverformten Germaniumstruktur, die zum Emittieren oder Detektieren von Photonen verwendet werden kann. Die Struktur und die Prozesse von 14 sind denen ähnlich, die bei 12 dargelegt und beschrieben worden sind, und daher werden sie nicht nochmals beschrieben. Strukturen, die zwischen den 12 und 14 im Wesentlichen ähnlich sind, werden mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet. Die Struktur von 14 wird auf einem stark p-dotierten Germaniumsubstrat 140 ausgebildet. Eine Epitaxialschicht 142 aus p-dotiertem Germanium wird auf das stärker p-dotierte Germaniumsubstrat abgeschieden. Daran schließt sich eine Bearbeitung an, wie sie zum Beispiel vorstehend bei 12 beschrieben worden ist. Die resultierende Struktur von 14 hat Eigenschaften, die denen der Struktur von 12 ähnlich sind, aber sie hat ein stärker p-leitendes Substrat, sodass der Reihenwiderstand geringer ist und die Photonen-Emissions- und -Detektionsanordnung im Allgemeinen effizienter ist.
  • 15 zeigt eine weitere Implementierung der in der Ebene biaxial zugverformten Germaniumstruktur von 4. Ein Substrat 150 besteht aus p-Germanium, das mit einer Siliciumnitrid- oder anderen Maske so strukturiert ist, dass eine Matrix aus Stressorpositionen definiert wird. Durch Ätzen in das p-Germaniumsubstrat 150 hinein wird eine Matrix aus Vertiefungen ausgebildet, in die Siliciumgermanium vorzugsweise durch selektive chemische Aufdampfung epitaxial abgeschieden wird, wodurch biaxial zugverformtes Siliciumgermanium 156 entsteht. Die Siliciumgermanium-Bereiche 156 werden oxidiert, sodass Siliciumgermaniumoxid-Bereiche 158 entstehen. Oberflächenteile 155 des p-Germaniumsubstrats werden anschließend durch die Kraft, die von den umgebenden Siliciumgermanium-Bereichen 156 aufgebracht wird, in der vorstehend dargelegten Weise biaxial zugverformt. Durch Entfernen der Siliciumnitrid-Maske kann die Übertragung der Formänderung vollständiger werden. Bei dem Verfahren von 15 wird ein Elektronenemitter-Material 159 abgeschieden und strukturiert, wie gezeigt ist. Ein abgeschiedenes Elektronenemitter-Material wird zum Erzielen einer besseren Leitfähigkeit oder größeren Entwurfsflexibilität bevorzugt. Ein geeignetes Elektronenemitter-Material kann aus der folgenden Gruppe gewählt sein: in situ n+-dotiertes amorphes oder polykristallines Germanium; in situ n+-dotiertes amorphes oder polykristallines Silicium oder amorphes oder polykristallines Siliciumgermanium; ein Metall mit einer geringen Austrittsarbeit oder ein Metall mit einer geringen Austrittsarbeit und einer dielektrischen Grenzschicht, die so dünn ist, dass sie zwischen dem Metall und dem Germanium elektrisch leitend ist.
  • Bei der Konfiguration von 15 tritt die bevorzugte Rekombinationsstrahlung für einen Emitter, wie etwa einen Laser, in erster Linie in den oberen, biaxial zugverformten Teilen 155 des p-Germaniumsubstrats auf.
  • 16 zeigt eine Modifikation der Konfiguration von 15, bei der keine Oxidbereiche über den Siliciumgermanium-Bereichen 156 ausgebildet werden und die Elektronenemitterschicht 169 in direktem Kontakt mit den Siliciumgermanium-Bereichen 156 ausgebildet wird. Die übrigen Aspekte der Konfiguration von 16 sind die Gleichen wie die, die vorstehend bei 15 und ihrem Verfahren erörtert worden sind.
  • 17 stellt eine weitere Modifikation der Struktur von 16 bereit, bei der Siliciumgermanium-Bereiche 176 während der Abscheidung so dotiert werden, dass die Siliciumgermanium-Bereiche 176 n-Bereiche sind. Bei dieser Konfiguration können Elektronen aus der Elektronenemitterschicht 169 über den zugverformten Germaniumbereichen 155 und seitlich aus den Siliciumgermanium-Bereichen 176 um die Bereiche 155 herum injiziert werden. Die n-Siliciumgermanium-Bereiche 176 erhöhen die Elektronen-Emission in die Rekombinationsstrahlungsbereiche, insbesondere in die stärker verformten Bereiche der verformten Germaniumbereiche 155, und erhöhen dadurch die Effizienz der Photonen-Emission. Bei Detektor-Implementierungen ermöglicht die Struktur, die in 17 dargestellt ist, eine größere Übergangsfläche, um von Photonen erzeugte Elektron-Loch-Paare aufzufangen, wodurch eine effizientere Detektorstruktur bereitgestellt wird. Die Strukturen, die in den 12 bis 17 gezeigt sind, ermöglichen eine Photonen-Emission und -Detektion unter Verwendung ähnlicher Strukturen, wodurch es im Allgemeinen einfacher wird, Emitter, wie etwa Dioden oder Laser, sowie Detektoren, wie etwa Photodioden, auf ein und demselben Substrat (Wafer) unter Verwendung zumindest einiger gemeinsamer Prozessschritte zu konfigurieren.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen der Darstellungen in den 4 und 12 bis 17 werden vier eingebettete Siliciumgermanium-Stressorbereiche um einen in der Ebene biaxial verformten Germaniumbereich angeordnet. Gemäß diesen Ausführungsformen können bei einer Anordnung mit mehreren biaxial verformten Germaniumbereichen eingebettete Siliciumgermanium-Bereiche an mehrere Germaniumbereiche angrenzen. Die zugverformten Siliciumgermanium-Bereiche induzieren an mindestens zwei Seiten und vorzugsweise an vier Seiten des Germaniumbereichs vorzugsweise eine biaxiale Verformung in dem Germaniumbereich. Bei einigen Implementierungen sind die Siliciumgermanium-Bereiche nicht wesentlich mit angrenzenden (direkt benachbarten) Siliciumgermanium-Bereichen verbunden. Die Siliciumgermanium-Stressorbereiche können einen quadratischen, rechteckigen, abgerundeten oder kreisförmigen Querschnitt in seitlicher Richtung haben. Bei besonders bevorzugten Implementierungen dieser Ausführungsformen (mit nicht-kontinuierlichen Stressoren) beträgt die Breite (oder entsprechend die Länge) jeder Abmessung in Querrichtung des Germaniumbereichs zwischen gegenüberliegenden eingebetteten Siliciumgermanium-Stressorbereichen weniger als 400 nm, besser weniger als 100 nm. Vorzugsweise haben die Siliciumgermanium-Zugbereiche einen Silicium-Anteil von 20 % bis 100 %, besser von 40 % bis 60 %. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit einem im Wesentlichen 100%igen Germaniumbereich implementiert (der in Anbetracht der Abscheidungsumgebungen auch Silicium in einer messbaren Menge enthalten kann), aber es dürfte klar sein, dass die Germaniumbereiche bei einer künftigen Implementierung auch mit einer gewissen Menge Silicium oder Kohlenstoff realisiert werden könnten und dabei immer noch die Grundsätze der vorliegenden Erfindung erfüllen.
  • 18 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der in den 12 bis 17 dargestellten Strukturen und Verfahren, bei der eine oder mehrere einzelne Germaniumsäulen ausgebildet werden und in die anschließend abgeschiedene Siliciumgermanium-Stressorschicht eingebettet werden. Die Struktur von 18 wird im Allgemeinen dadurch auf einem Germaniumsubstrat ausgebildet, dass durch Lithografie oder ein anderes Strukturierungsverfahren eine Maske hergestellt wird, um die Positionen und die Größe der einzelnen Germaniumsäulen zu definieren. Durch Strukturieren und Ätzen wird die seitliche Ausdehnung der Germaniumsäulen definiert. Die Höhe der Säulen wird durch die Ätztiefe definiert. Die Säulen sind zwar in seitlicher Richtung einzeln stehend, aber sie sind vorzugsweise nicht von dem darunter liegenden Germaniumsubstrat getrennt, sodass benachbarte Säulen einen gemeinsamen Germaniumbereich oder ein gemeinsames Germaniumsubstrat haben. Die Säulen könnten zum Beispiel eine Höhe über dem übrigen Germaniumbereich oder Germaniumsubstrat haben, die etwa 20 nm bis 400 nm, besser etwa 40 nm bis 100 nm, beträgt. Die Germaniumsäulen können einen quadratischen, rechteckigen, abgerundeten oder kreisförmigen Querschnitt in Querrichtung haben, und sie haben vorzugsweise eine Abmessung in Querrichtung von mehr als 20 nm und weniger als 200 nm, besser von 30 nm bis 100 nm. Vorzugsweise sind die Germaniumsäulen in einer regelmäßigen Anordnung, wie etwa einer „Schachbrett“-Struktur, ausgebildet, bei der die Säulen in gleichmäßigen x- und y-Abständen voneinander entfernt sind.
  • Nach dem Ausbilden der regelmäßigen Anordnung aus Germaniumsäulen geht die Herstellung der Struktur von 18 mit dem Abscheiden einer Schicht aus Siliciumgermanium um die Säulen herum weiter. Das Siliciumgermanium wird auf die Oberfläche des Germaniumsubstrats abgeschieden, sodass das Siliciumgermanium in einen zugverformten Zustand kommt. Vorzugsweise hat die zugverformte Siliciumgermanium-Schicht einen Silicium-Anteil von 20 % bis 100 %, besser von 40 % bis 60 %. Wie vorstehend bei den 12 bis 17 dargelegt worden ist, kann die Abscheidung des Siliciumgermaniums selektiv erfolgen, oder nach der Durchführung der Abscheidung kann das überschüssige Siliciumgermanium durch zum Beispiel chemisch-mechanisches Polieren entfernt werden. Wie außerdem vorstehend dargelegt worden ist, induziert die zugverformte Siliciumgermanium-Schicht eine biaxiale Zugspannung in Querrichtung in den Germaniumsäulen, vorzugsweise so stark, dass bewirkt wird, dass der direkte optische Übergang der Übergang mit dem kleinsten Bandabstand der biaxial verformten Germaniumsäulen ist. Die speziellen Herstellungs- und Konfigurationsstrategien, die in den 12 bis 17 dargestellt sind und anhand dieser Figuren beschrieben sind, können bei der Geometrie und der Anordnung der Germaniumsäulen implementiert werden, die in 18 dargestellt sind. In 18, die einen Teil des aktiven Bereichs eines verformten Germaniumlasers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt, werden mehrere Säulenbereiche 182 in einer strukturierten Anordnung durch Ätzen der Germaniumschicht 180 und durch Auffüllen der geätzten Gräben mit einem zugverspannten Material, wie etwa epitaxiales Siliciumgermanium, gefüllt werden, ausgebildet, wie es durch einen Bereich 184 dargestellt ist. In dem hier dargestellten speziellen Beispiel werden die Gräben, die die einzelnen Germaniumsäulen umgeben, gezielt zusammengeführt, sodass das zugverspannte Grabenfüllmaterial den zusammenhängenden Bereich 184 bildet.
  • Es ist natürlich auch möglich, die darüber liegende Stressorschicht (z. B. in der Ebene biaxial druckverspanntes Siliciumnitrid) mit eingebetteten Stressoren (z. B. in der Ebene zugverspanntes Siliciumgermanium) zu kombinieren, um ein biaxial zugverformtes Germanium zu formen. Vorzugsweise hat die darüber liegende Stressorschicht Öffnungen, in denen die eingebetteten Stressoren ausgebildet sind, sodass die Stressorschicht die zu verformenden Germaniumbereiche bedeckt. Außerdem sollte der darüber liegende Stressor vorzugsweise entfernt werden, nachdem das verformte Germanium hergestellt worden ist.
  • Bei einer weiteren Verbesserung bietet die Erfindung die Möglichkeit, die optisch aktiven, stark emittierenden verformten Germaniumsäulen oder - rippen (zum Beispiel die Bereiche 182 in 18) gezielt an speziell festgelegten Positionen entlang der optischen Hauptachse des Laserresonators anzuordnen, was einem Abstand entspricht, der gleich einer halben Wellenlänge der optischen Resonanzmode des Resonators entspricht. Das heißt, eine oder mehrere Reihen von optisch aktiven Germanium-Elementen können vorzugsweise in Abständen von einer halben Wellenlänge der gewünschten optischen Mode des Laserresonators angeordnet werden. Dadurch kann die Lichtverstärkung in dem Resonator optimiert werden und die Reabsorption (optischer Verlust) kann durch Eliminieren (Vermeiden) von verformten Germaniumbereichen an Stellen minimiert werden, die nicht an der Lichtverstärkung beteiligt sind und die andernfalls nur zu den Verlusten der elektrischen und optischen Energie beitragen würden.
  • Die Herstellung von Leuchtdioden oder Lasern oder Photodetektoren in einer Ansammlung von zugverformtem Halbleiter (z. B. Germanium) macht es möglich, ein ganzes photonisches System aus Licht-Emittern, optischen Kopplern, Lichtwellenleitern und Photodetektoren zu kombinieren und in eben dieser Schicht des Halbleiters (z. B. Germanium) zu integrieren. Wo eine Lichtemission oder -detektion erforderlich ist, wird der Halbleiter (z. B. Germanium) dadurch differenziert, dass er lokal zugverformt wird, wobei die Verformung dazu führt, dass der Bandabstand des optischen Halbleiters (z. B. Germanium) geringer und direkter wird. Wo keine Lichtemission oder -detektion erforderlich ist, wird der Halbleiter nicht gezielt zugverformt, und der Bandabstand bleibt groß und indirekt. Beispiele für optische Komponenten, bei denen keine Lichtemission oder -detektion erforderlich ist, sind Lichtwellenleiter und optische Koppler, und vorzugsweise werden die Bereiche des Halbleiters (z. B. Germanium), die diesen Schaltungskomponenten entsprechen, nicht gezielt verformt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Halbleiter Germanium, und das Germanium wird lokal an den Stellen biaxial zugverformt, an denen eine aktive optoelektronische Anordnung, wie etwa ein Laser, eine Leuchtdiode oder ein Photodetektor, hergestellt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in einem ausreichenden Anteil des Germaniumbereichs innerhalb einer optisch aktiven optoelektronischen Anordnung - gleichgültig, ob eine Photonen-Emission oder eine Photonen-Detektion -, die biaxiale Zugverformung gleich oder größer als ungefähr 2 %, um die gewünschte Funktionalität der aktiven optoelektronischen Anordnung zu erreichen. Vorzugsweise werden aktive Bereiche einer optoelektronischen Anordnung von passiven Bereichen der optoelektronischen Anordnung in erster Linie durch den Grad der Zugverformung und weniger durch den Unterschied in der elementaren Zusammensetzung des aktiven Materials unterschieden. Bei herkömmlichen photonischen integrierten Schaltungen werden allein oder in erster Linie Änderungen in der elementaren Zusammensetzung verwendet, um aktive von passiven optoelektronischen Anordnungen zu unterscheiden.
  • Bei einem Beispiel einer herkömmlichen photonischen integrierten Schaltung auf Indiumphosphid-Basis ist der passive Lichtwellenleiter eine Schicht aus Indiumphosphid und die aktive Komponente umfasst eine aktive Schicht aus Indiumgalliumarsenid- oder Indiumgalliumarsenid-Indiumphosphid-Mehrquantentöpfen. Licht wird von dem Indiumgalliumarsenid emittiert, das auf Grund seiner chemischen Zusammensetzung und nicht auf Grund der Verformung in dem Material ein optisch aktives Halbleitermaterial mit direktem Bandabstand ist. Hier wird das Licht von einem Material emittiert, das nicht das gleiche Material wie das Material des Lichtwellenleiters ist. Im Allgemeinen wird immer dann, wenn ein Laser hergestellt wird, das Licht-emittierende Material durch epitaxiales Aufwachsen oder durch Bonden zu dem Wellenleitermaterial hinzugefügt. Bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung erleichtern die Verwendung des gleichen Materials wie für einen Emitter oder Detektor und wie für einen Lichtwellenleiter dadurch, dass die optischen Eigenschaften des Materials zumindest teilweise durch Bewirken einer Verformung geändert werden.
  • Im Allgemeinen erfordert die Montage von optischen Netzwerken, die aus Lichtemittern, Modulatoren, Lichtwellenleitern und Detektoren bestehen, das Ausrichten der Komponenten in drei Dimensionen und in Winkeln mit einem hohen Maß an Kontrolle und Präzision. Ein typisches Leistungsmerkmal beim Ausrichten der optischen Achse eines Lichtwellenleiters mit der eines Detektors ist es, mindestens 50 bis 80 % der Durchlässigkeit zu erhalten, was bei einem Gaußschen Strahlenprofil eine Ausrichtung von besser als ungefähr 10 % der Querschnittsgröße des Lichtwellenleiters erfordert, die in der Größenordnung von 0,1 µm liegt. Das geschieht normalerweise mit einem sehr hohen Aufwand unter Verwendung von aktiven und passiven Ausrichtungsstrategien. Dadurch machen Ausbeute- und Kostenprobleme optische Netzwerk-Komponenten viel teurer als integrierte Halbleiterschaltungen. Es werden zurzeit große Anstrengungen unternommen, um kostengünstige integrierte Montage-Lösungen zu finden. Aspekte der vorliegenden Erfindung können dazu verwendet werden, die Montage- und Ausrichtungsprobleme zu begrenzen. Ein typischer Prozessablauf für die Herstellung von optischen Komponenten eines Systems, das Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert, leitet sich von Schritten ab, die schon jetzt bei der Fertigung von integrierten Schaltungen genutzt werden. Die Nutzung dieser vorhandenen Technologie bietet die Möglichkeit, etablierte Verfahren zur Verbesserung der Ausbeute und zur Kostensenkung für optische Verbindungs-, Kommunikations- oder andere Systeme verwenden zu können.
  • Die Herstellung eines integrierten optischen (photonischen) Systems in einer einzigen Halbleiterschicht leitet sich von etablierten Front-end-of-line-Verfahren ab, die zurzeit bei der Herstellung von Spitzen-Mikroelektronik angewendet werden: Wet Cleans, Epitaxie von Elementen der Gruppe IV (Silicium, Germanium oder deren Legierungen), Abscheidung von dielektrischen Dünnschichten, Strukturieren mittels Lithografie und Entfernen von Material durch entsprechendes Nass- und Trockenätzen, anschließendes CMP und verschiedene Schritte zum Dotieren und zum Herstellen von elektrischen Kontakten mit den elektrischen Komponenten des optischen Systems. Bonding, Hetero-Epitaxie von III-V- und II-VI-Verbindungshalbleitern oder Abscheiden von Materialien, die nicht der Gruppe IV angehören, gleichgültig, ob sie kristallin oder nicht-kristallin sind, können zwar die Aspekte der hier beschriebenen optischen Systeme ergänzen, aber sie sind zum Herstellen von integrierten photonischen Systemen nicht unbedingt notwendig. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines integrierten photonischen Systems auf einem Halbleiterwafer erfordert kaum eine andere Ausrichtung der optischen Komponenten als die Selbstausrichtung.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein optisches System zur Verfügung, bei dem mindestens einige - und bei besonders bevorzugten Implementierungen - alle Komponenten, die den Emitter, den Lichtwellenleiter und den Detektor umfassen, aus im Wesentlichen dem gleichen Element (z. B. Germanium) bestehen, wobei das Material lokal und selektiv so verformt wird, dass es nur dort optisch aktiv wird und eine Bandstruktur, die der Bandstruktur eines Halbleiters mit direktem Bandabstand entspricht, erhält, wo es von dem Systementwickler verlangt wird, d. h., in dem Verstärkungsmedium des Lasers, in Leuchtdioden oder in Photodetektoren. Bevorzugt sind ein Lichtwellenleiter, der in Querrichtung zum Teil durch Materialien mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante definiert ist; ein Emitter, wie etwa ein Laser, der einen Verstärkungsbereich mit einem oder mehreren biaxial verformten Germaniumbereichen hat; und ein Detektor, wie etwa eine Photodiode, der einen oder mehrere biaxial verformte Germaniumbereiche hat, wobei der Lichtwellenleiter und die aktiven Bereiche des Emitters und des Detektors aufeinander selbstausgerichtet sind.
  • Wie vorstehend dargelegt worden ist, kann bei den Ausführungsformen, die in den 12 bis 17 dargestellt sind, die Emitterschicht, die sich auf den verformten Germaniumbereichen befindet, dotiertes amorphes oder polykristallines Germanium oder Silicium oder eine Silicium-Germanium-Legierung sein. Bei diesen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, die Dicke und die Querschnitt-Geometrie für jede Emitterschicht so zu wählen, dass das Profil der Lichtintensität (Modenfeldbild) teilweise in der Germaniumschicht und teilweise in der Emitterschicht enthalten ist, um die Überlappung des Lichtintensitätsprofils und des Volumens der optisch aktiven Bereiche der biaxial verformten Germaniumsäulen oder -rippen zu maximieren. Die biaxial verformten Bereiche des Germaniums können in dem oberen Teil der Germanium-Lichtwellenleiter-Struktur liegen. Fachleute können die Gesamtstruktur so gestalten, dass die optische Mode mit der maximalen Lichtintensität so angeordnet wird, dass sie mit den am stärksten verformten Bereichen des Germaniums zusammenfällt. Mit diesen Mitteln wird die Lichtverstärkung durch induzierte Emission in den verformten Germaniumbereichen optimiert. Diese bevorzugte Ausführungsform ist in 19 dargestellt, in der der Laser in einem Rippen-Lichtwellenleiter 192 ausgebildet ist, der in eine Germaniumschicht 190 geätzt ist. Die Rippe ist an aneinander angrenzenden Seiten mit Bereichen 194 und 196 aus einem dielektrischen Material mit einem niedrigen Index, wie etwa Siliciumoxid, plattiert. Siliciumgermanium-Zugstressorbereiche sind mit 197 bezeichnet, und die Säulen aus Germanium zwischen den Siliciumgermanium-Stressoren sind biaxial verformt und optisch aktiv, was Rekombinationsstrahlung und induzierte Lichtemission ermöglicht. Ein Emitterbereich 198 ist über dem Laserbereich der Germaniumrippe in einer Struktur ausgebildet, die optional die Bereiche 194 und 196 mit einem niedrigen Index überlappt. In dem Körper des Lasers bilden die biaxial stark verformten Bereiche der Germaniumsäulen in der Rippe den Mittelpunkt des Lichtintensitätsprofils, wie es durch die Strichlinie 199 angegeben ist, die das Modenfeldbild in dem Germaniumlaser darstellt. Bei einer weiteren Verbesserung ist der Emitterbereich 198 in der Dicke entlang der Achse der Germaniumrippe in der Richtung weg von dem Laserbereich abgeschrägt oder schräg abfallend, sodass das Lichtintensitätsprofil (Modenfeldbild) in den Körper des Germaniumrippen-Lichtwellenleiters hinein neu angeordnet wird. In diesem Fall überlappt das polykristalline Emittermaterial nicht den Germanium-Lichtwellenleiter, außer an den Stellen, an denen sich eine optisch aktive Anordnung befindet, wie etwa ein Laser oder ein Photodetektor.
  • Es dürfte wohlbekannt sein, dass die Struktur, die in 19 dargestellt ist, auch die anderen Emitterstrukturen, die in den 4 und 12 bis 17 dargestellt sind, in dem allgemeinen Bereich aufnehmen kann, der in 19 mit 199 bezeichnet ist und eine ähnliche Funktionsweise und ähnliche Vorteile hat. Außerdem kann die Struktur, die in 19 allgemein dargestellt ist, auch zum Bereitstellen eines Detektors verwendet werden. Optische Signale werden in dem Emitter- oder Laserbereich 199 erzeugt und breiten sich durch die Keilstruktur hindurch und in den Rippen-Lichtwellenleiter 192 aus. Diese optischen Signale können mit einer Ansteuerschaltung in einer Prozessor- oder Speicher-Siliciumschaltung als Teil einer elektrisch-optischen Bus-Transaktion erzeugt werden, sodass die optischen Signale Daten von der Prozessor- oder Speicherschaltung übertragen. Die optischen Signale breiten sich durch den Rippen-Lichtwellenleiter 192 zu einem nahen oder entfernten Standort eines Detektors aus, wo die optischen Signale in elektrische Signale zur weiteren Verarbeitung in einem Prozessor, zum Speichern in einem Speicher oder für einen anderen gewünschten Prozess umgewandelt werden können. Ein Detektor kann über einen Keil, wie etwa den in 19 gezeigten Keil 198, mit einem Rippen-Lichtwellenleiter und in einen Bereich mit Rippen oder Säulen aus biaxial zugverformtem Germanium hinein verbunden werden, das als der Detektor konfiguriert ist, der in den 4 und 12 bis 17 dargestellt ist und vorstehend erörtert worden ist. Vorzugsweise sind die aktiven Bereiche des Emitters und des Detektors auf den Rippen-Lichtwellenleiter und aufeinander selbstausgerichtet.
  • Die Schaltungen in einem Prozessor können mit den Schaltungen in einem beabstandeten oder entfernten Teil des Prozessors durch Bereitstellen einer optischen Ebene, wie etwa einer Schicht aus Germanium, verbunden werden. Die Ansteuerschaltung in dem Prozessor gibt eine Gruppe von Daten parallel an eine angepasste Anordnung aus Emittern, wie etwa Lasern, aus. Die Laser könnten jeweils die in 19 dargestellte Konfiguration haben und optische Ausgangssignale erzeugen, die mit dem Ausgangssignal der Ansteuerschaltung moduliert werden, das in eine entsprechend Anordnung aus Rippen-Lichtwellenleitern eingekoppelt wird. Signale, die parallel über die entsprechende Anordnung aus Rippen-Lichtwellenleitern übertragen werden, werden für eine entsprechende Anordnung aus Detektoren bereitgestellt, die biaxial zugverformte Germaniumrippen oder -säulen haben, wie vorstehend dargelegt worden ist. Die Ausgangssignale der Anordnung aus Detektoren werden für Ansteuerschaltungen bereitgestellt, die das rückgewonnene Signal für einen elektrischen Bus bereitstellen, der die Signale in dem Prozessor verteilt.
  • 20 zeigt eine weitere Konfiguration für einen Laser, der eine der vorstehend erörterten verformten Germanium-Verstärkungsstrukturen verwendet. Wie gezeigt ist, ist eine verformte Germaniumstruktur 202, wie etwa eine der vorstehend erörterten Strukturen, die vorzugsweise ausreichend zugverformtes Germanium hat, das in zumindest einem Teil der Struktur 202 vorhanden ist, in Kontakt mit einer optischen Struktur 200 vorgesehen. Die optische Struktur 200 kann zum Beispiel ein Lichtwellenleiter oder ein optischer Resonator für einen Laser mit Spiegeln 204 und 206 sein, die auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Struktur 200 ausgebildet sind. Die optische Struktur könnte zum Beispiel ein Silicium-Lichtwellenleiter, ein Siliciumoxid-Lichtwellenleiter oder eine andere geeignete Struktur für einen Laserresonator sein. Die Spiegel 204 und 206 an den beiden Enden der optischen Struktur könnten zum Beispiel verteilte Bragg-Reflektoren sein, deren Struktur und Herstellung bekannt sind. Bei der dargestellten Konfiguration können sich eine oder mehrere Lasermoden in die verformten Germaniumteile der Struktur 202 einkoppeln, um durch die Verstärkung des Bereichs verstärkt zu werden. Die Kopplung zwischen den Strukturen 200 und 202 kann zum Beispiel eine evaneszente Kopplung sein. Vorzugsweise wird eine so große Verstärkung erzielt, dass die Verstärkung über Moden, die sich mit dem angrenzenden Verstärkungsmedium koppeln, für den Laserresonator bereitgestellt werden kann. Es können auch andere Konfigurationen für die Laserstruktur verwendet werden, unter anderem solche Konfigurationen, die Spiegel haben, die direkt auf der verformten Germaniumstruktur ausgebildet sind. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, können verschiedene Spiegel verwendet werden, unter anderem reflektierende oder teildurchlässige Flächen. Eine ähnliche Strategie kann angewendet werden, um eine evaneszente Kopplung zwischen einem Lichtwellenleiter und einer Photodiodenstruktur, wie sie vorstehend dargestellt und erörtert worden sind, zu erreichen, um einen effektiven Detektor für geleitete optische Signale bereitzustellen.

Claims (22)

  1. Eine licht-emittierende Halbleitervorrichtung oder eine licht-detektierende Halbleitervorrichtung mit: einem Germaniumstreifen (82, 92, 102, 104); und einer auf einer ersten Oberfläche des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) fluchtend aufgebrachten ersten druckverspannten Stressorschicht (84, 94); wobei eine elastische Randentspannung der fluchtend auf der ersten Oberfläche des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) aufgebrachten ersten druckverspannten Stressorschicht (84, 94) in einem oberen Bereich des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) eine Zugverformung induziert, die im oberen Teil des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) einen optisch aktiven Bereich bildet; wobei die wirkende Zugverformung im oberen Bereich des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) bewirkt, dass der obere Bereich des Germaniumstreifens (82, 92, 102, 104) einen verringerten direkten Bandabstand aufweist; und der optisch aktive Bereich in einem von optischen Elementen definierten optischen Pfad ist, der durch den Germaniumstreifen (82, 92, 104) verläuft.
  2. Licht-emittierende oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Germaniumstreifen (92, 102, 104) mit seiner zweiten Oberfläche fluchtend auf einer zweiten druckverspannten Stressorschicht (96) aufgebracht ist; wobei eine elastische Randentspannung der jeweils fluchtend an dem Germaniumstreifen (92, 102, 104) angrenzenden ersten druckverspannten Stressorschicht (94) und zweiten druckverspannten Stressorschicht (96) im angrenzenden oberen Bereich und einem angrenzenden unteren Bereich des ersten Germaniumstreifens (92, 102, 104) eine uniaxiale Zugverformung induziert.
  3. Licht-emittierende oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Stressorschicht (84, 94) und/oder die zweite Stressorschicht (96) aus Silicium-Nitrid bestehen.
  4. Licht-emittierende oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Germaniumstreifen aus der Oberfläche eines Substrats (80, 86, 90) herausragt.
  5. Licht-emittierende oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Germaniumstreifen (102, 104), die erste druckverspannte Stressorschicht (84, 94) und die zweite druckverspannte Stressorschicht (96) in der Längsrichtung des Germaniumstreifens (102, 104) durch einen Spalt (108) unterteilt sind; wobei eine Randentspannung der jeweils fluchtend auf der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der beiden Teile des Germaniumstreifens (102, 104) aufgebrachten ersten druckverspannten Stressorschichtteile (94) und zweiten druckverspannten Stressorschichtteile (96) im jeweils angrenzenden oberen Bereich und unteren Bereich der beiden Teile des Germaniumstreifens (102, 104) eine in Längsrichtung und Querrichtung wirkende Zugverformung induziert, die in den beiden Teilen des Germaniumstreifens (102, 104) jeweils einen optisch aktiven Bereich bildet.
  6. Licht-emittierende oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Länge der beiden Teile des Germaniumstreifens (102, 104) in der Längsrichtung jeweils 0,04 bis 1,0 µm beträgt.
  7. Licht-emittierende oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Spalt (108) mit amorphem oder polykristallinem Germanium aufgefüllt ist.
  8. Licht-emittierende oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Spalt (108) mit n+-dotiertem polykristallinem Silicium-Germanium gefüllt ist, das als Elektronenemitter fungiert.
  9. Licht-emittierende oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Germaniumstreifen (82) auf der Oberfläche einer Silicium-Oxid-Schicht (85) aufgebracht ist, die auf einer Oberfläche eines Silicium-Wafers (83) aufgebracht ist.
  10. Licht-emittierende Halbleitervorrichtung oder licht-detektierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Breite des Germaniumstreifens (82) 0,04 µm bis 1,0 µm beträgt.
  11. Licht-emittierende Halbleitervorrichtung mit: mehreren sich in vertikaler Richtung von der Oberfläche eines Substrats (70) weg erstreckende Germaniumrippen (72); und mehreren druckverspannten dielektrischen Stressoren (74, 76); wobei auf beiden Seitenwänden einer jeden Germaniumrippe (72) die dielektrischen Stressoren (74, 76) ausgebildet sind, so dass eine Druckspannung entsteht, die durch Ätzen entspannt wird und eine biaxiale Zugverformung in einer vertikalen Ebene in der jeweiligen Germaniumrippe (72) induziert, wobei die druckverspannten dielektrischen Stressoren (74, 76) auf den Seitenwänden der Germaniumrippen (72) jeweils Spalte zwischen zwei benachbarten Germaniumrippen (72) auffüllen; wobei die Germaniumrippen (72) in einem optischen Pfad der licht-emittierenden Halbleitervorrichtung angeordnet sind, der durch die Germaniumrippen (72) führt.
  12. Licht-emittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die mehreren Germaniumrippen so angeordnet sind, dass sich ein optischer Pfad durch die mehreren Germaniumrippen parallel zu den Seitenwänden der Germaniumrippen erstreckt, auf denen der erste und der zweite druckverspannte Stressor (74, 76) ausgebildet sind.
  13. Licht-emittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die mehreren Germaniumrippen so angeordnet sind, dass sich ein optischer Pfad durch die mehreren Germaniumrippen senkrecht zu den Seitenwänden der Germaniumrippen erstreckt, auf denen der erste und der zweite druckverspannte Stressor (74, 76) ausgebildet sind.
  14. Licht-emittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Licht-emittierende Halbleitervorrichtung eine Laserdiode ist.
  15. Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung, umfassend die Schritte: Bonden einer Germaniumschicht (82) auf eine Siliciumoxidschicht (85) eines Siliciumwafers (83); Abscheiden einer druckverspannten Stressorschicht (84) auf die Germaniumschicht; Strukturieren und Ätzen durch die druckverspannte Stressorschicht (84) und in die oder durch die Germaniumschicht (82), um einen druckverspannten Stressorstreifen (84) auf einem Germaniumstreifen (82) auszubilden, wobei der druckverspannte Stressorstreifen (84) an seinen Rändern entlastet ist und eine Zugverformung in zumindest einem oberen Teil des verbleibenden Germaniumstreifens (82) induziert, die in einem angrenzenden Teil des Germaniumstreifens (82) einen optisch aktiven Bereich bildet, wobei der optisch aktive Bereich einen Teil eines optischen Pfads der optischen Vorrichtung bildet.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ätzen bis zur oder bis in die Siliciumoxidschicht (85) des Siliciumsubstrats (83) erfolgt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ätzen nur ein Teil der Germaniumschicht entfernt, so dass ein Teil der Germaniumschicht auf der Siliciumoxidschicht (85) verbleibt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die druckverspannte Stressorschicht aus Siliciumnitrid besteht.
  19. Verfahren zur Herstellung einer licht-emittierenden Halbleitervorrichtung, umfassend die Schritte: Strukturieren und Ätzen eines Germaniumsubstrats (70), um mehrere Germaniumrippen (72) auszubilden, die sich in vertikaler Richtung von der Oberfläche des übrigen Teils des Germaniumsubstrats (70) weg erstrecken; und Ausbilden druckverspannter dielektrischer Stressoren (74, 76), die Spalten zwischen zwei benachbarten Germaniumrippen (72) jeweils auffüllen, wobei auf beiden Seitenwänden einer jeden Germaniumrippe (72) dielektrische Stressoren (74, 76) ausgebildet werden, so dass eine Druckspannung entsteht, die durch Ätzen entspannt wird und in der jeweiligen Germaniumrippe (72) eine bi-axiale Zugverformung induziert; wobei die Germaniumrippen (72) sich in einem optischen Pfad der licht-emittierenden oder licht-detektierenden Halbleitervorrichtung befinden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die ersten dielektrischen Stressoren (74) und die zweiten dielektrischen Stressoren (76) durch ein Abscheiden einer druckverspannten Siliciumnitrid-Schicht auf der Oberfläche des übrigen Teils des Germaniumsubstrats (70) und der Germaniumrippen (72) gebildet werden, und anschließendes Ätzen der Siliciumnitrid-Schicht, so dass Siliciumnitrid nur entlang der Seitenwände der Germaniumrippen (72) zurückbleibt.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Germaniumrippe (72) eine von mehreren Germaniumrippen ist und die druckverspannten dielektrischen Stressoren (74, 76) auf den Seitenwänden der Germaniumrippe (72) Spalten zwischen den Germaniumrippen auffüllen und eine bi-axiale Zugspannung in den benachbarten Germaniumrippen induzieren.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die licht- emittierende Halbleitervorrichtung eine Laserdiode ist.
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