DE102020001353B3 - Stapelförmiges photonisches lll-V-Halbleiterbauelement und Optokoppler - Google Patents

Stapelförmiges photonisches lll-V-Halbleiterbauelement und Optokoppler Download PDF

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Abstract

Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement, in genannter Reihenfolge von unten nach oben aufweisend eine metallische Rückseitenkontaktschicht eine Substratschicht, einen ersten Diodenteilstapel mit einer aktiven Halbleiterschichtfolge mit einer ersten Emissionswellenlänge, eine Halbleiterbarriereschichtfolge, eine Querleitschicht, einen zweiten Diodenteilstapel mit aktiver Halbleiterschichtfolge mit zweiter Emissionswellenlänge und eine metallische zweite Vorderseitenkontaktschicht, wobei Durchmesser der Teilstapel und Schichten von unten nach oben gleich bleiben oder abnehmen, auf einem zweiten Teilbereich einer Oberseite des ersten Diodenteilstapels eine erste Vorderseitenkontaktschicht angeordnet ist und sich eine Verbindungskontaktschicht über einer Isolationsschicht von einem zweiten Teilbereich einer Oberseite der Substratschicht bis zu einem zweiten Teilbereich einer Oberseite der Querleitschicht erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein stapelförmiges photonisches lll-V-Halbleiterbauelement und einen Optokoppler,
  • Aus der DE 10 2004 004 765 A1 ist eine Halbleiterstruktur mit zwei, durch eine Tunneldiode getrennten LEDs bekannt, wobei die LEDs seriell verschaltet sind und unterschiedliche Emissions-Wellenlängen aufweisen. Des Weiteren sind aus der DE 10 2006 046 038 A1 und der DE 10 2012 211 213 A1 LED und VCSEL Bauelementstrukturen bekannt.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
  • Die Aufgabe wird durch eine Halbleiterstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Optokoppler gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird ein stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement bereitgestellt.
  • Das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement weist eine Substratschicht und einen ersten Diodenteilstapel und eine mindestens eine Schicht aufweisende Halbleiterbarriereschichtfolge auf.
  • Außerdem weist das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement eine Querleitschicht und eine Isolationsschicht und einen zweiten Diodenteilstapel auf.
  • Der erste Diodenteilstapel weist eine Oberseite, eine Unterseite und eine aktive Halbleiterschichtfolge mit einer ersten Emissionswellenlänge auf.
  • Der zweite Diodenteilstapel weist eine Oberseite, eine Unterseite und eine aktive Halbleiterschichtfolge mit einer zweiten Emissionswellenlänge auf.
  • Die Unterseite des ersten Diodenteilstapels ist stoffschlüssig mit einem ersten Teilbereich mit einer Oberseite der Substratschicht verbunden.
  • Eine Unterseite der Halbleiterbarriereschichtfolge ist stoffschlüssig mit einem ersten Teilbereich der Oberseite des ersten Diodenstapels verbunden und eine erste metallische Vorderseitenkontaktschicht ist auf einem zweiten Teilbereich der Oberseite des ersten Diodenteilstapels angeordnet.
  • Eine Unterseite der Querleitschicht ist stoffschlüssig mit einem ersten Teilbereich einer Oberseite der Halbleiterbarriereschichtfolge verbunden und die Unterseite des zweiten Diodenteilstapels ist stoffschlüssig mit einer Oberseite der Querleitschicht verbunden.
  • Eine zumindest gebietsweise ausgebildete zweite metallische Vorderseitenkontaktschicht ist auf der Oberseite des zweiten Diodenteilstapels angeordnet ist und eine zumindest gebietsweise ausgebildete metallische Rückseitenkontaktschicht ist auf einer Unterseite der Substratschicht angeordnet.
  • Die Isolationsschicht erstreckt sich von einem zweiten Teilbereich der Oberseite der Substratschicht entlang einer Seitenfläche des ersten Diodenteilstapels und entlang einer Seitenfläche der Halbleiterbarriereschichtfolge zumindest bis an die Querleitschicht.
  • Eine metallische Verbindungskontaktschicht erstreckt sich entlang der Isolationsschicht von dem zweiten Teilbereich der Oberseite der Substratschicht bis zu einer Oberseite der Querleitschicht und ist stoffschlüssig mit der Oberseite der Substratschicht, der Isolationsschicht und der Oberseite der Querleitschicht verbunden, um die Substratschicht elektrisch leitfähig mit der Unterseite des zweiten Diodenteilstapels zu verbinden.
  • Alle Schichten bzw. Teilstapel des photonischen III-V-Bauelements sind bevorzugt monolithisch integriert aufeinander gestapelt, also vorzugsweise in einem epitaktischen Prozess, z.B. MOVPE nacheinander abgeschieden worden. Alternativ umfasst das photonische III-V-Bauelement einen oder mehrere Waferbonds.
  • Die Unterschiedlichen Radien sind bevorzugt als Mesa Struktur bzw. Mesa Strukturen, also durch einen oder mehrere Ätzschritte erzeugt.
  • Beispielsweise werden zuerst alle Halbleiterschichten des photonischen III-V-Halbleiterbauelements einschließlich des zweiten Diodenteilstapels nacheinander auf der Substratschicht abgeschieden und anschließend in mehreren Masken- und Ätzschritten Teilbereiche der Oberseiten der Querleitschicht, des ersten Diodenteilstapels und der Substratschicht freigelegt.
  • Im Folgenden wird beispielsweise zuerst die Isolationsschicht abgeschieden und anschließend werden in einem Metallisierungsschritt die metallischen Kontaktschichten abgeschieden.
  • Die beiden Diodenteilstapel sind jeweils dazu ausgelegt, Licht der ersten bzw. der zweiten Wellenlänge zu emittieren, wobei es sich versteht, dass die Emissionswellenlänge des unteren Diodenteilstapels länger ist als die Emissionswellenlänge des oberen Diodenstapels, um nicht das von dem unteren Diodenteilstapel emittierte Licht von dem oberen Diodenteilstapel zu absorbieren.
  • Anders ausgedrückt, der obere Diodenteilstapel ist für das von dem unteren Diodenteilstapel emittierte Licht transparent.
  • Entsprechend weist der erste Diodenteilstapel ein anderes Halbleitermaterial mit einer anderen Bandlücke als der zweite Diodenteilstapel auf, wobei der zweite Diodenteilstapel, also der obere Diodenteilstapel eine größere Bandlückenenergie als der untere erste Diodenteilstapel aufweist.
  • Es wird angemerkt, dass unter der Bezeichnung Emissionswellenlänge die Zentralwellenlänge eines im Allgemeinen gaussförmigen Spektrums gemeint ist, welches für eine typischen 850 nm-LED beispielsweise eine Halbwertsbreite von 20-30 nm aufweist.
  • Auch versteht es sich, dass die der Emissionswellenlänge entsprechende Photonenenergie etwas größer oder gleich der Bandlückenenergie der Halbleiterdioden ist. Des Weiteren sei angemerkt, dass der Unterschied zwischen der ersten Emissionswellenlänge und der zweiten Emissionswellenlänge bevorzugt mindestens 40 nm beträgt.
  • Es versteht sich auch, dass nur ein Teil der Halbleiterschichten des photonischen III-V-Bauelements aus III-V-Materialien, z.B. GaAs, InGaP, InGaAs oder InP, bestehen.
  • Das photonische III-V-Halbleiterbauelement kann somit zusätzlich Halbleiterschichten aus anderen Halbleitermaterialien, z.B. eine Si-Substratschicht, oder zusätzliche Schichten aus anderen nicht-Halbleiter-Materialien, z.B. eine Nitridschicht oder eine Oxidschicht als weitere Passivierungsschicht, umfassen.
  • Außerdem versteht es sich, dass ein aus einem III-V-Material bestehender Teilstapel bzw. Schicht nur im Wesentlichen aus III-V-Material bestehen muss bzw. neben einem III-V-Material, also einem Material welches einen oder mehrere Elemente der III. und/oder V. Hauptgruppe umfasst, gegebenenfalls noch Verunreinigungen und/oder Dotierstoffe aufweist.
  • Entsprechendes gilt für ein aus GaAs oder einer anderen ausdrücklich genannten Materialkombination bestehenden Halbleitergebiet bzw. eine Halbleiterschicht.
  • Weist eine Schicht eine ausdrücklich genannte Materialkombination auf, so wird damit ausgedrückt, dass das Material der Schicht im Wesentlichen aus einer Verbindung der ausdrücklich genannten Materialien und gegebenenfalls weiteren Elementen der III. und/oder V. Hauptgruppe besteht. Eine GaAs aufweisende Schicht kann also beispielsweise eine InGaAs-Schicht sein.
  • Es sei angemerkt, dass mit dem Ausdruck „hochdotierte Halbleiterschicht oder hochdotierte Halbleiterkontaktschicht“ jeweils eine Schicht mit einer Dotierstoffkonzentration größer als 1·1018 N / cm3 verstanden wird.
  • Es sei angemerkt, dass die metallischen Kontaktschichten jeweils elektrisch sehr gut leitfähig sind. Bevorzugt bestehen die metallischen Kontaktschichten aus einer oder mehreren Metallschichten, wobei die Metallschichten bevorzugt Ge und/oder Au und/oder Ag umfassen. Die metallischen Kontaktschichten stellen jeweils zu unmittelbar angrenzenden Halbleiterschichten einen elektrisch niederohmigen Kontakt her.
  • Mittels der jeweiligen Vorderseitenkontaktschicht sind die Diodenteilstapel getrennt und unabhängig voneinander ansteuerbar.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen photonischen III-V-Halbleiterbauelements ist, dass die beiden getrennt ansteuerbaren Lichtquellen in einem kompakten und monolithisch integrierten Chip bereitgestellt werden und insbesondere eine aufwändige Kontaktierung sich vermeiden lässt. Auch sind die beiden Sendeteile oder die beiden Diodenstapel nicht seriell verschaltet. Hierdurch erhöht sich die Geschwindigkeit der Sendeteile erheblich.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich die beiden Sendeteile aufeinander monolithisch ausbilden lassen und sich dadurch sehr kleine Sendeteile ausbilden lassen. Insbesondere lassen sich mit dem erfindungsgemäßen photonischen III-V Halbleiterbauelement auch sehr kompakte Optokoppler ausbilden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen photonischen III-V-Halbleiterbauelement lassen sich zwei Übertragungskanäle einer Sendeeinheit eines Optokopplers realisieren, wodurch sich eine zweite Sendeeinheit einsparen lässt.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die aktive Halbleiterschichtfolge des ersten Diodenteilstapels und/oder des zweiten Diodenteilstapels eine n-dotierte erste Halbleiterschicht und eine p-dotierte zweite Halbleiterschicht aufweist, wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht einen p-n Übergang ausbilden. Es versteht sich auch, dass die Diodenteilstapel jeweils mit einer n-auf-p oder einer p-auf-n Struktur ausgebildet sind.
  • In einer anderen Ausführungsform weist die aktive Halbleiterschichtfolge des ersten Diodenteilstapels und/oder des zweiten Diodenteilstapels eine untere Mantel-Schicht und eine MQW-Schicht und eine obere Mantel-Schicht auf.
  • In einer Weiterbildung weisen der erste und/oder der zweite Diodenteilstapel zusätzlich eine Stromverteilerschicht und/oder eine zumindest gebietsweise ausgebildete Fensterschicht auf. Es versteht sich, dass die MQW-Schicht einen viele Quantentöpfe umfassenden Schichtstapel bezeichnet.
  • Die MQW-Schicht umfasst bevorzugt eine Schichtfolge aus einer Vielzahl dünner Schichten, insbesondere aus einer Vielzahl sich abwechselnder Quantenbarriereschichten mit einer Schichtdicke von mindestens 10 nm oder mindestens 15 nm und Quantentopfschichten mit einer Schichtdicke von höchstens 3 nm oder höchstens 5 nm oder höchstens 10 nm.
  • In einer anderen Weiterbildung weist die MQW-Schicht des ersten Diodenteilstapels eine InGaAs/GaAsP-Halbleiterschichtfolge auf oder besteht aus einer InGaAs/GaAsP- Halbleiterschichtfolge.
  • Die MQW-Schicht des zweiten Diodenteilstapels weist eine InGaP/AIInGaP-Halbleiterschichtfolge auf.
  • Die Mantelschichten weisen jeweils AlGaAs oder AlInGaP auf oder bestehen aus AlGaAs oder AlInGaP, wobei die untere Mantelschicht jeweils einen ersten Leitfähigkeitstyp, z.B. n-dotiert, und die obere Mantelschicht jeweils einen zweiten Leitfähigkeitstyp, z.B. p-dotiert, aufweist.
  • In einer Weiterbildung weist die Substratschicht den ersten Leitfähigkeitstyp auf und/oder besteht aus GaAs oder Ge.
  • Es versteht sich, dass der erste Leitfähigkeitstyp n oder p und der zweite Leitfähigkeitstyp entsprechend p oder n, also jeweils ein Leitfähigkeitstyp n und der andere Leitfähigkeitstyp p ist.
  • Als InGaAs/GaAsP-Halbleiterschichtfolge bzw. InGaP/AIInGaP-Halbleiterschichtfolge wird jeweils eine Schichtfolge aus sich abwechselnden InGaAs- und GaAsP-Schichten bzw. sich abwechselnden InGaP- und AlInGaP-Schichten bezeichnet.
  • In einer anderen Weiterbildung ist unterhalb der MQW-Schicht eine Bragg-Reflektor-Schichtfolge angeordnet.
  • In einer anderen Ausführungsform weist die Substratschicht eine Si aufweisende oder aus Si bestehende erste Halbleiterschicht und eine metamorphe Pufferschichtfolge auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterbarriereschichtfolge AlxGa1-xAs auf oder besteht aus AlxGa1-xAs und ist undotiert und weist einen Al-Gehalt von x > 40% oder von x > 55% oder von x > 72% auf.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist die Querleitschicht Teil der Halbleiterbarriereschichtfolge, wobei die Querleitschicht einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und eine weitere Halbleiterschicht der Halbleiterbarriereschichtfolge einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist und die Querleitschicht mit der weiteren Halbleiterschicht eine Diode in Sperrrichtung ausbildet.
  • Die Verbindungskontaktschicht ist vorzugsweise als dünne Metallschicht ausgebildet.
  • Die Isolationsschicht weist vorzugsweise ein Polyimid oder ein Oxid oder ein Nitrid auf oder besteht aus einem Polyimid oder einem Oxid oder einem Nitrid.
  • Die Erfindung betrifft außerdem einen Optokoppler mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit voneinander galvanisch getrennt, miteinander optisch gekoppelt und in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind und die Sendeeinheit ein stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement der vorbeschriebenen Art aufweist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die
    • 1 einen Querschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
    • 2 einen Querschnitt einer zweite erfindungsgemäßen Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
    • 3 eine Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
    • 4 eine Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
    • 5 eine Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
    • 6 einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
    • 7 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Optokopplers.
  • Die Abbildung der 1 zeigt einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements 10, aufweisend eine Substratschicht 12, einen ersten Diodenteilstapel 16, eine Halbleiterbarriereschichtfolge 18, eine Querleitschicht 28, einen zweiten Diodenteilstapel 14, wobei die genannten Schichten und Teilstapel in der genannten Reihenfolge aufeinander angeordnet sind und von unten nach oben gleichbleibende oder abnehmende Durchmesser aufweisen.
  • Der erste Diodenteilstapel 16 weist eine aktive Halbleiterschichtfolge mit einer ersten Emissionswellenlänge und der zweite Diodenteilstapel 14 eine aktive Halbleiterschichtfolge mit einer zweiten Emissionswellenlänge auf, wobei die erste Emissionswellenlänge größer als die zweite Emissionswellenlänge ist.
  • Der erste Diodenteilstapel 16 weist einen geringeren Durchmesser als die darunter liegende Substratschicht 12 auf und ist mit einer Unterseite stoffschlüssig mit einem ersten Teilbereich einer Oberseite der Substratschicht 16 verbunden, so dass zumindest ein zweiter Teilbereich der Oberseite der Substratschicht 12 frei bleibt.
  • Auf einem ersten Teilbereich einer Oberseite des ersten Diodenteilstapels 16 ist die Halbleiterbarriereschichtfolge 18, z.B. eine intrinsische Halbleiterschicht, angeordnet, gefolgt von der Querleitschicht 28, z.B. eine hochdotierte Halbleiterschicht, wobei Halbleiterbarriereschichtfolge 18 und Querleitschicht 28 denselben Durchmesser aufweisen und der Durchmesser kleiner als der Durchmesser des ersten Diodenteilstapels 16 ist.
  • Der zweite Diodenteilstapel 14 weist wiederum einen kleineren Durchmesser als die Querleitschicht 28 auf und ist stoffschlüssig mit einem ersten Teilbereich der Oberseite der Querleitschicht 28 verbunden.
  • Die beiden Diodenteilstapel 16 und 14 sind jeweils mittels eines Vorderseitenkontakts und eines gemeinsamen Rückseitenkontakts elektrisch anschließbar.
  • Hierfür ist eine erste metallische Vorderseitenkontaktschicht 24 auf einem zweiten Teilbereich der Oberseite des ersten Diodenteilstapels 16 angeordnet und eine zumindest gebietsweise ausgebildete zweite metallische Vorderseitenkontaktschicht 22 auf einer Oberseite des zweiten Diodenteilstapels 14 angeordnet.
  • Als gemeinsamer Rückseitenkontakt 16 ist eine zumindest gebietsweise ausgebildete metallische Rückseitenkontaktschicht 20 auf einer Unterseite der mit der Unterseite des ersten Diodenteilstapels 16 stoffschlüssig verbundene Substratschicht 12 angeordnet.
  • Zusätzlich erstreckt sich eine Verbindungskontaktschicht 26 von dem zweiten Teilbereich der Oberseite der Substratschicht 12 zu einem zweiten Teilbereich der Oberseite der Querleitschicht 28, wodurch die Stoffschlüssig mit der Querleitschicht 28 verbundene Unterseite des zweiten Diodenteilstapels 14 elektrisch leitfähig mit dem Rückseitenkontakt 16 verbunden ist.
  • Die Verbindungskontaktschicht 26 ist mittels einer Isolationsschicht 30 gegenüber den zwischen der Querleitschicht 28 und der Oberseite der Substratschicht 12 angeordneten Schichten elektrisch isoliert, wozu sich die Isolationsschicht 30 unterhalb der Verbindungskontaktschicht 26 von der Oberseite der Substratschicht 12 entlang einer ersten Seitenfläche des ersten Diodenteilstapels 16, einer angrenzenden ersten Seitenfläche der Halbleiterbarriereschichtfolge 18 und einer angrenzenden Seitenfläche der Querleitschicht 28 erstreckt.
  • In der Abbildung der 2 ist ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements 10 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
  • Die Substratschicht 12 weist eine beispielsweise durch einen Ätzprozess entstandene Stufe auf. Die Stufe verläuft zwischen dem ersten Teilbereich der Oberseite und einem sich anschließenden niedrigeren zweiten Teilbereich.
  • Der erste Diodenteilstapel 16 und der zweite Diodenteilstapel 14 weisen jeweils vier Halbleiterschichten auf, nämlich eine Abfolge aus einer unteren Mantel-Schicht 16.1 bzw. 14.1, einer MQW-Schicht 16.2 bzw. 14.2, einer oberen Mantel-Schicht 16.3 bzw. 14.3 und einer Fensterschicht 16.4 bzw. 14.4, wobei die Schichten in der genannten Reihenfolge übereinander angeordnet sind.
  • Die Fensterschicht 14.4 des zweiten Diodenteilstapels 14 weist dabei denselben Durchmesser auf, wie die darunter liegenden Schichten des zweiten Diodenteilstapels 14. Dagegen weist die Fensterschicht 16.4 des ersten Diodenteilstapels 16 einen geringeren Durchmesser als die darunter liegenden Schichten des ersten Diodenteilstapels 16 auf, bedeckt also nur einen Teilbereich einer Oberseite der oberen Mantelschicht 16.3 des ersten Diodenteilstapels 16, wobei die erste Vorderseitenkontaktschicht 24 auf einer Oberseite der Fensterschicht 14.4 ausgebildet ist.
  • Die Querleitschicht 28 ist als eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet und ist gleichzeitig Teil der Halbleiterbarriereschichtfolge 18. Zusätzlich umfasst die Halbleiterbarriereschichtfolge 18 eine unterhalb der Querleitschicht 28 angeordnete weitere Halbleiterschicht 18.1 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die Querleitschicht 28 und die weitere Hableiterschicht 18.1 einen p-n Übergang bzw. eine Diode ausbilden und die Leitfähigkeitstypen n bzw. p so gewählt sind, dass der p-n Übergang sperrend wirkt.
  • In einer nicht dargestellten Weiterbildung umfassen die beiden Diodenteilstapel 14 und 16 zusätzlich eine Bragg-Reflektor-Schichtfolge, wobei die Bragg-Reflektor-Schichtfolge unterhalb der jeweiligen MQW-Schicht 16.2 bzw. 14.2 und oberhalb der unteren Mantelschicht 16.1 bzw. 14.1 angeordnet ist.
  • In der Abbildung der 3 ist eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform des photonischen III-V-Halbleiterbauelements 10 dargestellt. Das photonische III-V-Halbleiterbauelement 10 weist eine rechteckige Grundfläche auf. An der Oberseite bilden sich zwischen der Verbindungskontaktschicht 26 und dem zweiten Diodenteilstapel 14 eine erste Kante K1 sowie zwischen dem zweiten Diodenteilstapel 14 und der Oberseite des ersten Diodenteilstapels 16 eine zweite Kante K2 aus.
  • In der Abbildung der 4 ist eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements 10 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 3 erläutert.
  • Die Substratschicht 12 weist eine quadratische Grundfläche bzw. Unterseite auf. Der Querschnitt des ersten Diodenteilstapels 16 ist kreisförmig. Die Schichtfolge aus Halbleiterbarriereschicht 18, Querleitschicht 28 und zweiten Diodenteilstapel 14 bedeckt einen umlaufenden Randbereich als ersten Teilbereich der Oberseite des ersten Diodenteilstapels 16.
  • Der erste Teilbereich umschließt einen zweiten Teilbereich der Oberseite des ersten Diodenteilstapels 16 vollständig, wobei auf dem zweiten Teilbereich die erste Vorderseitenkontaktschicht 24 angeordnet ist.
  • Die Isolationsschicht 30 sowie die Verbindungskontaktschicht 26 bedecken einen Teil der Seitenfläche der Schichtfolge ebenfalls umlaufend. Die erste und zweite Kante K1 und K2 verlaufen entsprechend ebenfalls kreisförmig. Zusätzlich weist das photonische III-V-Halbleiterbauelement 10 eine dritte Kante K3 zwischen der Substratschicht 12 und der Verbindungskontaktschicht 26 auf.
  • In der Abbildung der 5 ist eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements 10 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 4 erläutert.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist auch die Substratschicht 12 einen kreisförmigen Querschnitt auf und wird entsprechend in der Aufsicht vollständig verdeckt.
  • In der Abbildung der 6 ist ein Querschnitt der in der 4 dargestellten Ausführungsform entlang der Linie A.
  • In der Abbildung der 7 ist ein Optokoppler 100 dargestellt. In einem Gehäuse 102 sind ein erfindungsgemäßes photonisches III-V-Bauelement 10 als Sendeeinheit und eine Empfangseinheit 50 mit einem ersten Empfängerbaustein zur Detektion der ersten Emissionswellenlänge und einem zweiten Empfängerbaustein zur Detektion der zweiten Emissionswellenlänge des photonischen III-V-Halbleiterbauelements ausgebildet.
  • Es versteht sich, dass sich die beiden Bauelemente auch stapelförmig übereinander anordnen lassen.

Claims (11)

  1. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10), aufweisend eine Substratschicht (12), einen ersten Diodenteilstapel (16), eine Halbleiterbarriereschichtfolge (18), eine Querleitschicht (28), eine Isolationsschicht (30) und einen zweiten Diodenteilstapel (14), wobei - der erste Diodenteilstapel (16) eine Oberseite, eine Unterseite und eine aktive Halbleiterschichtfolge mit einer ersten Emissionswellenlänge aufweist, - der zweite Diodenteilstapel (14) eine Oberseite, eine Unterseite und eine aktive Halbleiterschichtfolge mit einer zweiten Emissionswellenlänge aufweist, - die Unterseite des ersten Diodenteilstapels (16) stoffschlüssig mit einem ersten Teilbereich einer Oberseite der Substratschicht (12) verbunden ist, - eine Unterseite der Halbleiterbarriereschichtfolge (18) stoffschlüssig mit einem ersten Teilbereich der Oberseite des ersten Diodenstapels (16) verbunden ist, - eine Unterseite der Querleitschicht (28) stoffschlüssig mit einem ersten Teilbereich einer Oberseite der Halbleiterbarriereschichtfolge (18) verbunden ist, - die Unterseite des zweite Diodenteilstapels (14) stoffschlüssig mit einer Oberseite der Querleitschicht (28) verbunden ist, - eine erste metallische Vorderseitenkontaktschicht (24) auf einem zweiten Teilbereich der Oberseite des ersten Diodenteilstapels (16) angeordnet ist, - eine zumindest gebietsweise ausgebildete zweite metallische Vorderseitenkontaktschicht (22) auf der Oberseite des zweiten Diodenteilstapels (14) angeordnet ist, - eine zumindest gebietsweise ausgebildete metallische Rückseitenkontaktschicht (20) auf einer Unterseite der Substratschicht (12) angeordnet ist, - die Isolationsschicht (30) sich von einem zweiten Teilbereich der Oberseite der Substratschicht (12) entlang einer Seitenfläche des ersten Diodenteilstapels (16) und entlang einer Seitenfläche der Halbleiterbarriereschichtfolge (18) zumindest bis an die Querleitschicht (28) erstreckt und - sich eine metallische Verbindungskontaktschicht (26) entlang der Isolationsschicht (30) von dem zweiten Teilbereich der Oberseite der Substratschicht (12) bis zu einer Oberseite der Querleitschicht (28) erstreckt und stoffschlüssig mit der Oberseite der Substratschicht (12), der Isolationsschicht (30) und der Oberseite der Querleitschicht (28) verbunden ist, um die Substratschicht (12) elektrisch leitfähig mit der Unterseite (14) des zweiten Diodenteilstapels zu verbinden.
  2. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Halbleiterschichtfolge des ersten Diodenteilstapels (16) und/oder des zweiten Diodenteilstapels (14) eine n-dotierte erste Halbleiterschicht und eine p-dotierte zweite Halbleiterschicht aufweist, wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht einen p-n Übergang ausbilden.
  3. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Halbleiterschichtfolge des ersten Diodenteilstapels (16) und/oder des zweiten Diodenteilstapels (14) eine untere Mantel-Schicht (14.1, 16.1), eine MQW-Schicht (14.2, 16.2) und eine obere Mantel-Schicht(14.3, 16.3) aufweisen.
  4. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die MQW-Schicht (16.2) des ersten Diodenteilstapels eine InGaAs/GaAsP-Halbleiterschichtfolge aufweist, die MQW-Schicht des zweiten Diodenteilstapels (14.2) eine InGaP/AIInGaP-Halbleiterschichtfolge aufweist, die Mantelschichten (14.1, 14.2, 16.1, 16.2) jeweils AlGaAs oder AlInGaP aufweisen oder aus AlGaAs oder AlInGaP bestehen, die unteren Mantelschichten (14.1, 16.1) jeweils einen ersten Leitfähigkeitstyp und die oberen Mantelschichten (14.3, 16,3) jeweils einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  5. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der MQW-Schicht (14.2, 16.2) eine Bragg-Reflektor-Schichtfolge angeordnet ist.
  6. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschicht (12) eine Si aufweisende oder aus Si bestehende erste Halbleiterschicht und eine metamorphe Pufferschichtfolge aufweist.
  7. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterbarriereschichtfolge (18) AlxGa1-xAs aufweist oder aus AlxGa1-xAs besteht und undotiert ist und einen Al-Gehalt von x > 40% oder von x > 55% oder von x > 72% aufweist.
  8. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querleitschicht (28) teil der Halbleiterbarriereschichtfolge (18) ist, wobei die Querleitschicht (28) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und eine weitere Halbleiterschicht (18.1) der Halbleiterbarriereschichtfolge (18) einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist und die Querleitschicht (28) mit der weiteren Halbleiterschicht (18.1) eine Diode in Sperrrichtung ausbildet.
  9. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskontaktschicht (26) als dünne Metallschicht ausgebildet ist.
  10. Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (30) ein Polyimid oder ein Oxid oder ein Nitrid aufweist oder aus einem Polyimid oder einem Oxid oder einem Nitrid besteht.
  11. Optokoppler (100) mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit (50), wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit (50) voneinander galvanisch getrennt, miteinander optisch gekoppelt und in einem gemeinsamen Gehäuse (102) integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit ein stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche aufweist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102006046038A1 (de) * 2006-09-28 2008-04-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh LED-Halbleiterkörper und Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers
DE102012211213A1 (de) * 2011-07-31 2013-01-31 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Eine Halbleitervorrichtung, die einen vertikalkavitätsoberflächenemittierenden Laser (VCSEL) und eine darin integrierte Schutzdiode aufweist und reduzierte Kapazität aufweist, um es dem VCSEL zu ermöglichen, hoheBetriebsgeschwindigkeiten zu erreichen

Patent Citations (2)

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