DE2425328B2 - Process for the production of an opto-electronic directional line - Google Patents
Process for the production of an opto-electronic directional lineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Richtungsleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing an optoelectronic directional line according to the Preamble of claim 1.
Ein derartiges Verfahren ist zum Beispiel aus der DE-OS 15 14 830 bekanntSuch a method is known from DE-OS 15 14 830, for example
Aus der Zeitschrift »Electronic Design« 20 (8.6.1972) 12, Seiten 26 bis 30, ist es bekannt, an der Oberfläche von Halbleiter-Substraten optische Wellenleiter herzustellen, indem beispielsweise Epitaxialschichten aufgebracht oder Bereiche des Substrats durch eine Ionen(Protonen)implantation verändert wurden. Aus dieser Literaturstelle ist auch eine Anordnung bekannt, bei der dem Ende eines auf einem Substrat aufgebrachten Wellenleiters mit Abstand eine ebenfalls auf die Oberfläche des Substrates aufgebrachte Laserdiode gegenübersteht, so daß das von der Laserdiode emittierte Licht in das mit Abstand gegenüberstehende Ende des Lichtleiters eindringen kann. Es kann davon ausgegangen werden, daß an dem anderen Ende des Lichtleiters in der gleichen Weise eine Photodiode gegenüberstehen kann, wie die Laserdiode dem ersten Ende des Lichtleiters gegenübersteht. Bei der bekannten Anordnung hat der Wellenleiter die gleiche Dicke wie die p- und η-Bereiche der Laserdiode zusammen.From the magazine »Electronic Design« 20 (June 8th, 1972) 12, pages 26-30, it is known to work on the surface of Semiconductor substrates manufacture optical waveguides, for example by applying epitaxial layers or areas of the substrate have been changed by an ion (proton) implantation. the end This reference also discloses an arrangement in which the end of one is deposited on a substrate Waveguide at a distance a laser diode also applied to the surface of the substrate is opposite, so that the light emitted by the laser diode in the distant opposite Can penetrate the end of the light guide. It can be assumed that at the other end of the Light guide can face a photodiode in the same way as the laser diode to the first End of the light guide faces. In the known arrangement, the waveguide has the same thickness like the p- and η-areas of the laser diode together.
Es ist ersichtlich, daß die Herstellung einer solchen Anordnung relativ schwierig ist, weil sie die selektive Behandlung verschiedener Flächenabschnitte erfordert. Dabei müssen die Abstände und insbesondere die Parallelität zwischen den einander gegenüberstehenden Oberflächen der Dioden und Wellenleiter genau eingehalten werden, damit eine wirkungsvolle Lichtübertragung stattfindet. Da die unterschiedliche Behandlung der verschiedenen Flächenabschnitte gewöhnlich unter der Anwendung von Masken erfolgt, ist es erforderlich, mehrere nacheinander anzuwendende Masken sehr genau aufeinander auszurichten. Hierin besteht bei den extrem kleinen Abmessungen, die solche Bauelemente haben, eine für die Massenproduktion sehr bedeutende Schwierigkeit, weil die Ausrichtung der Masken mit extrem hoher Genauigkeit erfolgen muß.It can be seen that such an arrangement is relatively difficult to manufacture because it is selective Requires treatment of different areas of land. The distances and in particular the Precise parallelism between the opposing surfaces of the diodes and waveguides must be adhered to so that an effective light transmission takes place. Because the different treatment of the various surface sections is usually done with the use of masks it is necessary to align several masks to be applied one after the other very precisely. Here in Given the extremely small dimensions such components have, one for mass production is very great significant difficulty because the alignment of the masks must be done with extremely high accuracy.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen
Richtungsleitung anzugeben, bei dem die Schwierigkeiten vermieden sind, die sich aus der Notwendigkeit einer
genauen Ausrichtung von Masken ergeben, so daß die Herstellung solcher optoelektronischen Richtungsleitungen
in großen Stückzahlen bedeutend vereinfacht wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch dasThe invention is based on the object of specifying a method for producing an optoelectronic directional line in which the difficulties arising from the need for precise alignment of masks are avoided, so that the production of such optoelectronic directional lines in large numbers is significantly simplified.
This object is achieved according to the invention by the
ίο Verfahren des Patentanspruchs gelöst.ίο method of claim solved.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also ein gewisser Bereich eines ausgedehnten pn-Überganges durch Protonenbeschuß zerstört, um dadurch voneinander getrennte Bauelemente in Form einer Strahlungsquelle und eines Strahlungsdetektors zu schaffen. Der zerstörte Bereich bildet dabei gleichzeitig einer» Wellenleiter-Kopplungsbereich, der zwangsläufig sowohl an den durch die Protonenimplantation abgegrenzte Strahlungsquelle und an den ebenso abgegrenzten Strahlungsdetektor angrenzt Es findet demnach bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Selbstausrichtung des Wellenleiter-Kopplungsbereiches auf Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor statt, die es unnötig macht, sehr enge Toleranzen bei der Anordnung des Wellenleiter-Kopplungsbereiches auf die Stellung von Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor einzuhalten. Tatsächlich werden ja alle drei Bereiche, nämlich Strahlungsquelle, Wellenleitfcr-Kopplungsbereich und Strahlungsdetektor in einem einzigen Arbeitsgang durch den Protonenbeschuß definiert Außerdem sind zur Herstellung der optoelektronischen Richtungsleitung nach der Erfindung nur zwei Implantations-Verfahrensschritte erforderlich, so daß auch insofern eine sehr einfache Herstellung solcher Richtungsleitungen möglich ist Daher macht es die Erfindung möglich, solche optoelektronischen Richtungsleitungen in großem Maßstab mit hoher Ausbeute und geringen Kosten herzustellen.When using the method according to the invention, a certain area becomes an extended one pn-junction destroyed by proton bombardment, to thereby separate components in the form a radiation source and a radiation detector. The destroyed area forms at the same time a »waveguide coupling area that inevitably both to the radiation source delimited by the proton implantation and to the as well delimited radiation detector adjoins It therefore takes place when using the invention Method a self-alignment of the waveguide coupling area on the radiation source and radiation detector instead, which makes it unnecessary, very tight tolerances in the arrangement of the waveguide coupling region to observe the position of the radiation source and radiation detector. Actually be yes all three areas, namely radiation source, waveguide coupling area and radiation detector Defined by proton bombardment in a single operation. In addition, the optoelectronic directional line according to the invention only requires two implantation process steps, so that a very simple production of such directional lines is also possible in this respect Therefore, the invention makes it possible to produce such optoelectronic directional lines on a large scale to produce with high yield and low cost.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht noch darin, daß die Abgrenzung der zu bestrahlenden Bereiche nicht nur durch die Anwendung von Masken erfolgen kann, sondern daß die Implantation von Ionen und Protonen auch mittels computergesteuerter, scharfgebündelter Ionen- und Protonenstrahlen erfolgen kann, was weiterhin die Massenherstellung bedeutend vereinfacht. Darüber hinaus läßt sich mittels gesteuerter Strahlen eine bessere Auflösung und eine bessere Randschärfe der implantierten Bereiche erzielen als unter Anwendung einer Maskentechnik.A particular advantage of the method according to the invention is that the delimitation of the Areas to be irradiated can be done not only through the use of masks, but that the Implantation of ions and protons also by means of computer-controlled, sharply focused ion and Proton beams can take place, which further simplifies mass production significantly. About that In addition, controlled beams can be used to achieve better resolution and better edge definition of the implanted areas than using a mask technique.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing described and explained. It shows
F i g. 1 Querschnitte durch die bei der Herstellung einer dreipoligen optoelektronischen Richtungsleitung entstehenden Zwischenprodukte zur Veranschaulichung der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens undF i g. 1 Cross-sections through the manufacture of a three-pole optoelectronic directional line resulting intermediates to illustrate the individual steps of the invention Procedure and
bo F i g. 2 Querschnitte ähnlich F i g. 1 zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte bei der Herstellung einer vierpoligen optoelektronischen Richtungsleitung.bo F i g. 2 cross-sections similar to FIG. 1 for illustration the process steps in the production of a four-pole optoelectronic directional line.
Für die Herstellung der optoelektronischen Richtungsleitung, die in F i g. 1 dargestellt ist, wird von einemFor the production of the optoelectronic directional line shown in FIG. 1 is shown by a
es Substrat 51 aus Galliumarsenid mit einer Dicke von 250 bis 400 μηι ausgegangen, das einen spezifischen Widerstand von etwa 0,01 Ohm · cm aufweist. Dieses Substrat 51 wird dann in einen Oxidationsofen gebracht,it substrate 51 made of gallium arsenide with a thickness of 250 to 400 μηι assumed that has a specific resistance of about 0.01 ohm · cm. This Substrate 51 is then placed in an oxidation furnace,
in dem eine SiOi-Schicht 52 mit einer Dicke von etwa 0,15 bis 0,20 um gebildet wird. Das hierzu benutzte Verfahren ist ein Niedertemperatur-Glasabscheidungsverfahren, bei dem Silan und Sauerstoff in einem Oxidationsofen bei etwa 380° C zur Reaktion gebracht werden, um Wasserstoff und Siliziumdioxid nach der folgenden Reaktionsgleichung zu erzeygen:in which a SiOi layer 52 with a thickness of about 0.15 to 0.20 µm. The process used for this is a low temperature glass deposition process, with the silane and oxygen reacted in an oxidation furnace at about 380 ° C to generate hydrogen and silicon dioxide according to the following reaction equation:
+ O2 + O 2
380° C
Wärme 380 ° C
warmth
+ SiO2 + 2H2.+ SiO 2 + 2H 2 .
Anschließend wird das in Fig. Ib dargestellte Gebilde nach bekannten pbotolithographischen Verfahren, nämlich durch Aufbringen einer Photlackmaske und Ätzen, so behandelt, daß eine relativ großflächige öffnung 56 gebildet wird, wie es Fig. Ic zeigt Dann wird das in Fi g. Ic dargestellte Gebilde mit energiereichen positiven Ionen 58 bestrahlt, um einen Implantationsbereich 60 zu bilden. Vorzugsweise werden positive Zinkionen verwendet, die in einer üblichen Ionenimplantationskammer beschleunigt werden, damit sie unter dem Einfluß einer Beschleunigungsspannung von etwa 3OkV in die freiliegende obere Fläche des in Fig. Ic dargestellten Gebildes eindringen. Die Implantations-Dosierung hat einen typischen Wert von 1016 Ionen/cm2, wodurch ein Bereich 60 vom p-Typ gebildet wird. Der pn-übergang erreicht nach einem anschließenden Glühvorgang eine Tiefe von etwa 1,00 μπι.The structure shown in FIG. 1b is then treated according to known photolithographic processes, namely by applying a photoresist mask and etching, in such a way that a relatively large-area opening 56 is formed, as shown in FIG. The structures shown in FIG. 1c are irradiated with high-energy positive ions 58 in order to form an implantation region 60. Preferably, positive zinc ions are used which are accelerated in a conventional ion implantation chamber so that they penetrate the exposed upper surface of the structure shown in FIG. 1c under the influence of an accelerating voltage of about 30 kV. The implant dosage has a typical value of 10 16 ions / cm 2 , whereby a region 60 of the p-type is formed. After a subsequent annealing process, the pn junction reaches a depth of about 1.00 μm.
Der zuletzt genannte Glühvorgang wird vorzugsweise nach dem Entfernen der Oxidmaske 52 mittels einer Flußsäurelösung und dem folgenden Aufbringen einer weiteren Oxidschicht 62 durchgeführt, wobei wiedef-dm das oben beschriebene Niedertemperatur-Glasabscheidungs-Verfahren angewendet werden kann. Diese weitere Oxidschicht 62 ist in F i g. Id dargestellt und hat wiederum eine typische Dicke von etwa 0,15 bis 0,20 μπι. Das in F i g. Id dargestellte Gebilde wird bei etwa 900° C während etwa drei Stunden geglüht, um die oben erwähnte Tiefe des pn-.Überganges an dem durch Inplantieren von Zn-Ionen erzeugten Bereich von etwa 1 μπι zu erreichen.The last-mentioned annealing process is preferably carried out after the removal of the oxide mask 52 by means of a Hydrofluoric acid solution and the subsequent application of a further oxide layer 62 carried out, with wiedef-dm the low temperature glass deposition process described above can be used. These further oxide layer 62 is shown in FIG. Id shown and again has a typical thickness of about 0.15 to 0.20 μm. The in Fig. The structure shown is annealed at about 900 ° C for about three hours to the above Mentioned depth of the pn transition at the area generated by implanting Zn ions of about 1 μπι to achieve.
Nachdem das in F i g. Id dargestellte Gebilde geglüht worden ist, wird es in eine Goldaufdampfkammer gebracht, in der eine dünne Goldschicht 64 mit einer Dicke von etwa 1 bis 1,5 μπι aufgebracht wird, wie es Fig. Ie zeigt. Diese Goldschicht hat den Zweck, eine Protonenimplantationsmaske zu bilden, die in der Lage ist, höheren Teilchenenergien zu widerstehen als die SiO2-Maske 52, die für die relativ energiearmen Zinkionen verwendet wurde. Die Goldschicht wird mit einer öffnung 66 versehen, indem auf der Oberfläche der Goldschicht 64 eine nicht dargestellte Photolackschicht aufgebracht und anschließend zur Bildung einer gehärteten Photolackmaske entwickelt wird. Diese Maske weist eine ringförmige öffnung auf, durch die ein zur Bearbeitung dienender Ionenstrahl auf die Goldschicht gerichtet wird, um die freigelegten Goldabschnitte und die darunter liegenden Oxidabschnitte durch Zerstäuben zu entfernen. Nachdem die Maske mit ihrer öffnung 66 hergestellt worden ist, werden Protonen 68 hoher Energie in den Bereich des Gebildes nach Fig. If eingestrahlt, dessen Fläche im Bereich der öffnung 66 freiliegt, um einen etwa 3 μηι tiefen, durch Protonen beschädigten und dadurch halbisolierenden Bereich 70 zu schaffen. Es handelt sich um einen ringförmigen Bereich, der sich um etwa 2 μιη unter den vorher gebildeten pn-Übergang 73 erstreckt. Typische Werte für diesen Schritt sind eine Beschleunigungsspannung von 300 keV und eine Dosierung von 1015 Protonen/cm2.After the in Fig. Id structure has been annealed, it is brought into a gold vapor deposition chamber in which a thin gold layer 64 with a thickness of about 1 to 1.5 μm is applied, as FIG. 1e shows. The purpose of this gold layer is to form a proton implantation mask which is able to withstand higher particle energies than the SiO 2 mask 52 which was used for the relatively low-energy zinc ions. The gold layer is provided with an opening 66 by applying a photoresist layer (not shown) to the surface of the gold layer 64 and then developing it to form a hardened photoresist mask. This mask has an annular opening through which an ion beam used for processing is directed onto the gold layer in order to remove the exposed gold sections and the oxide sections underneath by sputtering. After the mask with its opening 66 has been produced, protons 68 of high energy are radiated into the area of the structure according to FIG 70 to create. It is an annular area which extends by approximately 2 μm below the previously formed pn junction 73. Typical values for this step are an acceleration voltage of 300 keV and a dosage of 10 15 protons / cm 2 .
Das in Fig.If dargestellte Gebilde wird dann mit einer Flußsäure-Ätzlösung in Berührung gebracht, wodurch die Siliziumoxidschicht 62 mit der darüber liegenden Goldschicht 64 entfernt wird, ohne das Galliumarsenid-Substrat anzugreifen. Danach wird das Gebilde in einen Oxidationsofen gebracht, in dem wiederum unter Verwendung des Niedertemperatur-Glasabscheidungs-Verfahrens eine neue Siliziumoxidschicht 76 aufgebracht wird, wie es Fig. Ig zeigt Nachdem die Oxidschicht eine Dicke von etwa 0,15 bis 0,20 um erreicht hat wird das Gebilde in einen Glühofen gebracht und für etwa eine Stunde auf 500 bis 600° C erwärmt Die neue Oxidschicht 76 schützt nicht nur die Oberfläche des Gebildes nach Fig.Ig während des Glß'sens, sondern wird auch anschließend als bleibende Passivierungs-Oxidmaske. auf der dreipoligen monolithischen optoelektronischen Richtungsleitung benutzt die in F i g. 1 h dargestellt istThe structure shown in Fig.If is then with a hydrofluoric acid etching solution brought into contact, whereby the silicon oxide layer 62 with the above lying gold layer 64 is removed without attacking the gallium arsenide substrate. After that it will Formation placed in an oxidation furnace, in which again using the low temperature glass deposition process a new silicon oxide layer 76 is applied, as FIG. Ig shows After the oxide layer has reached a thickness of about 0.15 to 0.20 µm, the structure is placed in an annealing furnace brought and heated to 500 to 600 ° C for about an hour. The new oxide layer 76 not only protects the Surface of the structure according to Fig.Ig during the Glß'sens, but is also subsequently used as a permanent passivation oxide mask. on the three-pole monolithic The optoelectronic directional line used in FIG. 1 h is shown
Nach dem Glühen wird die Oxidschicht 76 gemäß Fig. Ig unter Anwendung üblicher photlithographischer Verfahren so behandelt daß die aus F i g. 1 h ersichtlichen Öffnungen gebildet werden. Da alle in Fig. lh dargestellten metallischen Kontakte ohmsche Kontakte sind, können die Metallflächen 78, 80 und 82 in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt werden. Nach Aufbringen der Metallflächen wird das Gebilde nach Fig. lh in einen Ofen gebracht, um die metallischen Kontakte 78, 80 und 82 mit dem Galliumarsenid-Substrat bei einer bestimmten Temperatur zu legieren, die von der Art der Metallisierung abhängt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Gold-Germanium-Legierung angewendet und während etwa zwei Minuten auf 45° C erwärmt werden.After the annealing, the oxide layer 76 is shown in FIG. 1g using conventional photlithographic techniques Process treated so that the from F i g. 1 h apparent openings are formed. Since all in The metallic contacts shown in FIG. 1h are ohmic contacts, the metal surfaces 78, 80 and 82 in can be generated in a single operation. After applying the metal surfaces, the structure is after Fig. 1h placed in an oven to make metallic contacts 78, 80 and 82 with the gallium arsenide substrate to alloy at a certain temperature, which depends on the type of metallization. In which The present embodiment can be a gold-germanium alloy applied and heated to 45 ° C for about two minutes.
Im Betrieb ist der als Detektor dienende pn-Übergang 83, der durch die Zinkimplantation nach Fig. Ic gebildet worden ist, in Sperrichtung beaufschlagt, während der lichtemittierende pn-übergang 73 mit einer in Vorwärtsrichtung angelegten Vorspannung betrieben wird. Die Strahlung, die von dem pn-Übergang 73 emittiert wird, läuft radial durch den Wellenleiter-Kopplungsbereich 70, der die Eigenschaften eines Halbisolators mit einem spezifischen Widerstand von etwa 108 Ohm ■ cm aufweist, und wird mit einer relativ hohen Kopplungswirksamkeit im Bereich des in Sperrichtung vorgespannten Detektor-Überganges 83 empfangen. Die empfangene Strahlung erzeugt Loch-Elektronen-Paare in der Nähe des pn-Überganges 83, wodurch an den Klemmen 85 und 87 ein Detektor-Ausgangsstrom erzeugt wird, wenn diese Ausgangsklemmen mit einer nicht näher dargestellten, äußeren Last verbunden sind.In operation, the pn junction 83 serving as a detector, which has been formed by the zinc implantation according to FIG. The radiation emitted from the pn junction 73 runs radially through the waveguide coupling region 70, which has the properties of a semi-insulator with a specific resistance of about 10 8 ohm · cm, and is with a relatively high coupling efficiency in the region of the in the reverse biased detector junction 83 received. The received radiation generates hole-electron pairs in the vicinity of the pn junction 83, as a result of which a detector output current is generated at the terminals 85 and 87 when these output terminals are connected to an external load, not shown in detail.
Es versteht sich, daß bei Bedarf die gegenseitigen Stellungen der vorstehend beschriebenen Strahlungsquellen und -Detektoren mit pn-Übergang vertauscht werden können, so daß der Detektor den zentralen Abschnitt der Anordnung und die Strahlungsquelle den Randbereich der Anordnung einnimmt. Es wirdIt goes without saying that, if necessary, the mutual positions of the radiation sources and detectors described above with a pn junction are interchanged can be so that the detector the central portion of the arrangement and the radiation source Occupies the edge area of the arrangement. It will
eo angenommen, daß die optische Wirksamkeit dieser vorgeschlagenen alternativen Anordnung nicht so groß ist wie die optische Wirksamkeit der Anordnungen nach F i g. lh. Der Grund dafür besteht darin, daß bei einem peripheren lichtemittierenden pn-Übergang ein wesentlicher Teil der erzeugten Strahlung durch den äußeren Rand der Lichtquelle nach außen abgestrahlt und so verlorengehen würde. Es ist jedoch durchaus möglich, daß Einrichtungen, wie beispielsweise ein geeignetereo believed that the optical effectiveness of this proposed alternative arrangement would not be as great is like the optical effectiveness of the arrangements according to FIG. lh. The reason for this is that one peripheral light-emitting pn-junction a substantial part of the radiation generated by the outer Edge of the light source radiated outwards and would thus be lost. However, it is quite possible that facilities, such as a suitable
Reflektor nahe dem pn-übergang der Strahlungsquelle, vorgesehen werden könnten, um solche Strahlungsverluste bei der alternativen Anordnung zu verhindern.Reflector near the pn junction of the radiation source, could be provided to avoid such radiation losses to prevent in the alternative arrangement.
F i g. 2a zeigt ein Galliumarsenid-Substrat 51 vom η-Typ als Ausgangsmaterial, das mit Chrom dotiert ist und einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweist. Dieses Material wird speziell für die Herstellung einer vierpoligen optoelektrischen Richtungsleitung verwendet, die nachstehend beschrieben werden wird. Der spezifische Widerstand von 107 bis 108 Ohm · cm des Substrates 51 ist bedeutend höher als der spezifische Widerstand von 0,01 Ohm · cm, wie ihn das vorstehend beschriebene Substrat 51 nach Fig. 1 hatte. Chromdotierte Substrate werden von einer Anzahl Lieferfirmen im Handel angeboten und gewöhnlich dadurch hergestellt, daß Chrom der Schmelze beigefügt wird, aus der die GaAs- Einkristalle gezogen werden. Das Chrom dient dazu, im verboteten Band tiefliegende Haftstellen zu bilden, die Elektronen einfangen und dadurch den spezifischen Widerstand-des gezogenen Kristalles auf die Größenordnung von 107 bis 108 Ohm · cm erhöhen, was einer Konzentration von etwa 109 Ladungsträger/cm3 entsprichtF i g. 2a shows a gallium arsenide substrate 51 of the η type as the starting material, which is doped with chromium and has a very high specific resistance. This material is specifically used for the manufacture of a quadrupole opto-electric directional line, which will be described below. The specific resistance of 10 7 to 10 8 ohm · cm of the substrate 51 is significantly higher than the specific resistance of 0.01 ohm · cm of the substrate 51 of FIG. 1 described above. Chromium-doped substrates are commercially available from a number of suppliers and are usually manufactured by adding chromium to the melt from which the GaAs single crystals are drawn. The chromium serves to form deep-lying traps in the forbidden band, which trap electrons and thereby increase the specific resistance of the pulled crystal to the order of magnitude of 10 7 to 10 8 ohm cm, which is a concentration of about 10 9 charge carriers / cm 3 is equivalent to
Unter Verwendung üblicher Läpp- und Poliermethoden wird das Substrat bis auf eine Dicke von 250 bis 400 μιτι geläppt und poliert. Danach wird eine dünne (0,15 bis 0,2 μπι) Siliziumdioxid-Schicht 52 auf die Oberfläche des Substrates 51 durch das oben erwähnte Niedertemperatur-Glasabscheidungs-Verfahren aufgebracht, wie es Fig.2b zeigt. Dann wird die Siliziumdioxid-Schicht 52 mit einem geeigneten Photoresistlack maskiert und anschließend geätzt, wie es in der Photolithographie üblich ist, um eine relativ große öffnung 56 zu bilden, wie sie F i g. 2c zeigt Diese erste Siliziumdioxid-Schicht muß ausreichend dick sein, um für eine erste Implantation energiereicher Schwefelionen undurchlässig zu sein, bei der ein tiefreichender implantierter n-Bereich 100 gebildet wird, der in F i g. 2c angedeutet ist Eine Dicke der Oxidschicht von 0,60 μΐη ist für die Maske 52 ausreichend. Typische Werte bei der Schwefelimplantation sind eine Beschleunigungsspannung von etwa 600 kV und eine Ionendosierung von etwa 1016 Ionen/cm2. Die Tiefe des die Schwefelionen enthaltenden implantierten Bereiches 100 nimmt etwa 3 μπι an, wenn die Anordnung nach der Ionenimplantation bei etwa 9000C geglüht wird. Dieses Glühen wird jedoch nicht sofort ausgeführt sondern vielmehr nach einer anschließenden Implantation von Zinkionen.Using conventional lapping and polishing methods, the substrate is lapped and polished to a thickness of 250 to 400 μm. Then a thin (0.15 to 0.2 μm) silicon dioxide layer 52 is applied to the surface of the substrate 51 by the above-mentioned low-temperature glass deposition method, as FIG. 2b shows. The silicon dioxide layer 52 is then masked with a suitable photoresist and then etched, as is customary in photolithography, in order to form a relatively large opening 56 , as shown in FIG. 2c shows this first silicon dioxide layer must be sufficiently thick to be impermeable to a first implantation of high-energy sulfur ions in which a deeper implanted n-region 100 is formed, which is shown in FIG. 2c is indicated. A thickness of the oxide layer of 0.60 μm is sufficient for the mask 52. Typical values for sulfur implantation are an acceleration voltage of around 600 kV and an ion dosage of around 10 16 ions / cm 2 . The depth of the containing sulfur ions implanted region 100 takes up about 3 to μπι when the assembly is annealed after ion implantation at about 900 0 C. However, this annealing is not carried out immediately, but rather after a subsequent implantation of zinc ions.
Das in Fig.2c dargestellte Gebilde wird dann in Flußsäure geätzt, um die Maske 52 zu entfernen, wonach erneut das Glasabscheidungs-Verfahren angewendet wird, um eine weitere Siliziumdioxid-Schicht 62 auf der Oberfläche der einmal implantierten Anordnung aufzubringen. Dann wird in der Siliziumdioxid-Schicht 62 eine ringförmige Öffnung 105 angebracht, indem übliche Verfahrensschritte der Photoresistlack-Maskierung und Ätzung angewendet werden. Das auf diese Weise erhaltene Gebilde ist in F i g. 2d dargestellt Die öffnung 105 bestimmt die Breite des Bereiches, in dem eine Implantation von Zinkionen 58 stattfindet, die mit etwa 30 kV beschleunigt und in einer Dosis von etwa 1016 Ionen/cm2 angewendet werden. Dieser Schritt der Zinkimplantation ist mit dem oben beschriebenen Schritt der Zinkimplantation identisch. Das Glühen für die Schwefel- und die Zinldmplantation erfolgt nach Abschluß der Zinldmplantation sowie nach der Reinigung der in Fig. 2d dargestellten Anordnung mit FluBsäure und anschließendem Aufbringen einer neuen Oxidschicht, wie es Fig. 2e zeigt. Das in Fig.2e dargestellte Gebilde mit der neuen Oxidschicht 64 wird dann in einen Glühofen gebracht, in dem es für etwa drei Stunden bei etwa 9000C geglüht wird, bevor das Aufbringen einer Goldschicht gemäß F i g. 2f vorbereitet wird.The structure shown in FIG. 2c is then etched in hydrofluoric acid in order to remove the mask 52 , after which the glass deposition process is used again in order to apply a further silicon dioxide layer 62 on the surface of the once-implanted arrangement. An annular opening 105 is then made in the silicon dioxide layer 62 using the usual process steps of photoresist masking and etching. The structure obtained in this way is shown in FIG. 2d. The opening 105 determines the width of the area in which an implantation of zinc ions 58 takes place, which are accelerated at about 30 kV and applied in a dose of about 10 16 ions / cm 2 . This zinc implantation step is identical to the zinc implantation step described above. The annealing for the sulfur and tin implantation takes place after completion of the tin implantation and after cleaning the arrangement shown in FIG. 2d with hydrofluoric acid and subsequent application of a new oxide layer, as FIG. 2e shows. The structure shown in FIG. 2e with the new oxide layer 64 is then placed in an annealing furnace, in which it is annealed for about three hours at about 900 ° C. before a gold layer is applied according to FIG. 2f is prepared.
Das Gebilde nach Fig.2f wird durch Aufbringen einer Goldschicht, Erzeugen einer Maske aus Photoresistlack und lonenstrahl-Mikrobearbeitung hergestellt,The structure according to Fig.2f is made by applying a gold layer, creating a mask from photoresist and ion beam micromachining made,
ίο wie es oben für die Gebilde nach Fig. If beschrieben worden ist. Die Maskierung dient dazu, die Breite der ringförmigen öffnung 66 zu bestimmen, die in Fig.2f dargestellt ist. Durch diese öffnung 66 werden energiereiche Protonen 68 eingestrahlt, die auch dieίο as it has been described above for the structure according to Fig. If. The masking serves to determine the width of the annular opening 66 , which is shown in FIG. 2f. High-energy protons 68 are radiated through this opening 66 , which are also the
is vorher gebildeten pn-Übergänge 101 und 107 durchdringen, um einen Wellenleiter-Koppelbereich 70 mit hohem spezifischen Widerstand zu bilden, der in F i g. 2g dargestellt ist Das Gebilde nach Fig.2g weist einen halbisolierenden Bereich 70 auf, der geglüht wird, nachdem die Oberfläche des Galliumarsenid-Substrates erneut mit einer Oxidschicht 76 versehen worden ist. Auch hier wird wieder das Glasabscheidungs-Verfahren benutzt, um die Oxidschicht 76 auf der Oberfläche des Galliumarsenid-Substrates aufzubringen, bevor die Bereiche der Protonenimplantation während etwa einer Stunde auf etwa 500 bis 6000C erwärmt werden.is penetrate previously formed pn junctions 101 and 107 to form a high resistivity waveguide coupling region 70 shown in FIG. 2g is shown. The structure according to FIG. 2g has a semi-insulating area 70 which is annealed after the surface of the gallium arsenide substrate has been provided with an oxide layer 76 again. Here, too, the glass deposition process is used to apply the oxide layer 76 to the surface of the gallium arsenide substrate before the areas of the proton implantation are heated to about 500 to 600 ° C. for about one hour.
Danach wird das Gebilde nach Fig.2g unter Anwendung üblicher photolithographischer Verfahren maskiert, um die dargestellten Öffnungen in der Siliziumdioxid-Schicht 76 zu bilden. Danach wird eine Anzahl ohmscher Kontakte 126, 128, 130 und 132 gebildet, die sich alle auf der oberen Fläche des in Fig.2h dargestellten Gebildes befinden. Vorteilhaft haben die Kontakte 128, 130 und 132 eine ringförmige Gestalt. Für diese vierpolige optoelektronische Richtungsleitung wird keine Elektrode auf der Rückseite des Substrates benötigt. Die Vorwärtsspannung für die lichtemittierenden pn-Übergänge 125 und 127 wird zwischen den Mittelkontakt 126 und den inneren Ringkontakt 128 angelegt Die als Detektor dienenden Übergänge 129 und 131 sind in Sperrichtung durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen den mittleren Ringkontakt 130 und den äußeren Ringkontakt 132 vorgespanntThe structure according to FIG. 2g is then masked using conventional photolithographic processes in order to form the illustrated openings in the silicon dioxide layer 76. A number of ohmic contacts 126, 128, 130 and 132 are then formed, all of which are located on the upper surface of the structure shown in FIG. 2h. The contacts 128, 130 and 132 advantageously have an annular shape. No electrode is required on the back of the substrate for this four-pole optoelectronic directional line. The forward voltage for the light-emitting pn junctions 125 and 127 is applied between the center contact 126 and the inner ring contact 128. The junctions 129 and 131 serving as detectors are reverse-biased by applying a DC voltage between the center ring contact 130 and the outer ring contact 132
Der tiefe, mit Schwefel implantierte Bereich 100 sorgt für die nötige Isolation der vierpoligen Anordnung nach F i g. 2h. Die von den pn-Übergängen 125 und 127 emittierte Strahlung wird radial durch den halbisolierenden ringförmigen Wellenleiter-Kopplungsbereich 70The deep, sulfur-implanted area 100 provides the necessary insulation for the four-pole arrangement according to FIG. 2h. The radiation emitted by the pn junctions 125 and 127 is radially through the semi-insulating annular waveguide coupling region 70
so geleitet und in den Detektor-pn-Übergängen 129 und 131 gesammelt Es ist zu beachten, daß der tiefe, mit Schwefel implantierte Bereich 100 sowohl im Flächenkontakt mit der Mittelelektrode 126 als auch der äußeren Ringelektrode 132 steht, so daß alle Betriebsspannungen an der oberen Fläche der optoelektronischen Richtungsleitung zugeführt werden können. Diese Eigenschaft ermöglicht die Montage der Anordnung nach F i g. 2h auf vielen Typen von Sockeln, bei denen rückwärtige Kontakte nicht brauchbar sind.so passed and collected in the detector pn junctions 129 and 131. It is noted that the deep implanted with sulfur area 100 both in surface contact with the center electrode 126 and the outer ring electrode 132 is such that all operating voltages to the upper Surface of the optoelectronic directional line can be fed. This property enables the assembly of the arrangement according to FIG. 2h on many types of sockets where rear contacts are not useful.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle geeigneten Ionen vom p-Typ zur p-Implantation verwendet werden, wie beispielsweise Cadmium, Beryllium und Magnesium, wie auch für die n-Implantation alle geeigneten Ionen vom η-Typ verwendet werden können, wie beispielsweise Selen, Tellur, Silizium, Schwefel und Zinn, wenn die richtigen Verfahrensbedingungen eingehalten werden. Alle diese potierungsstoffe sind dazu geeignet, Strahlungsemittierende ph-Über-In the method according to the invention, all suitable p-type ions can be used for p-implantation can be used, such as cadmium, beryllium and magnesium, as well as for n-implantation all suitable ions of the η-type can be used, such as selenium, tellurium, silicon, Sulfur and tin if the right process conditions be respected. All of these potentiating substances are suitable for reducing radiation-emitting ph over-
gänge zu schaffen, deren Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,900 bis 1,000 μπι liegt. Weiterhin können zur Herstellung isolierender Schichten alle geeigneten Niedertemperatur-Glasabscheidungsverfahren verwendet werden, wie beispielsweise die pyrolitische Zersetzung von Tetraäthylorthosilikat.to create corridors whose radiation is in the wavelength range from 0.900 to 1,000 μm. Furthermore, all suitable layers can be used for the production of insulating layers Low temperature glass deposition processes such as pyrolytic decomposition can be used of tetraethyl orthosilicate.
Für gewisse Kombinationen von Metallen und Dotierungsmitteln, die für erfindungsgemäße Richtungsleitungen verwendet werden können, kann es vorkommen, daß die entsprechenden Glüh- und Legierungsschritte solche Temperaturen erfordern, daß sie sich gegenseitig stören. Daher kann es in manchen Fällen erforderlich sein, einige oder alle der erneut erforderlichen Glüh- und Legierungsschritte zu kombinieren oder zu isolieren. Im letzten Fall sind Änderungen der beschriebenen Folge der Verfahrensschritte unausweichlich. For certain combinations of metals and dopants required for directional lines according to the invention can be used, the corresponding annealing and alloying steps may require temperatures such that they disturb each other. Therefore, in some cases it may be necessary to do some or all of the again to combine or isolate the required annealing and alloying steps. In the latter case are Changes to the described sequence of procedural steps are unavoidable.
Eine weitere mögliche Abwandlung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung macht von einer Implantation von Ionen des η-Typs in Substrate vom p-Typ Gebrauch.Another possible modification of the method and the device according to the invention makes implantation of η-type ions into p-type substrates.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, den dargestellten, speziellen ringförmigen Aufbau der optoelektronischen Richtungsleitungen zu ändern. Beispielsweise kann es für gewisse Anwendungen solcher Richtungsleitungen zweckmäßig sein, geradlinig hintereinander angeordnete Bereiche, die Strahlungsquelle, Detektor und Wellenleiter bilden, zu verwenden. Zwar wird durch die dargestellte Ringform die Wirksamkeit der Kopplung zwischen Strahlungsquelle und Detektor maximiert, was für die meisten Anwendungen solcher Richtungsleitungen erwünscht ist, jedoch kann es sehr wohl auch erwünscht sein, eine monolithische Scheibe nach der Herstellung in die einzelnen Bauelemente zu zerteilen, ohne ringförmige Bereiche umfahren zu müssen. So kann es beispielsweise erwünscht sein, eine spezielle Scheibe zwischen dem Bereich der Strahlungsquelle und dem Wellenleiter-Koppelbereich oder zwischen dem Bereich des Detektors und dem Wellenleiter-Koppelbereich zu zerschneiden, um zwei Drittel des Aufbaus der optoelektronischen Richtungsleitung von dem anderen Drittel zu trennen. Diese It is also within the scope of the invention, the illustrated, special annular structure of change optoelectronic directional lines. For example, it can be used for certain applications Directional lines are appropriate, areas arranged in a straight line one behind the other, the radiation source, Detector and waveguide form to use. It is true that the ring shape shown increases the effectiveness the coupling between the radiation source and detector is maximized, which is the case for most applications Directional conduits is desirable, but a monolithic disk may very well be desirable to be divided into the individual components after production, without going around ring-shaped areas have to. For example, it may be desirable to have a special disk between the area of the radiation source and the waveguide coupling area or between the area of the detector and the To cut waveguide coupling area to separate two thirds of the structure of the optoelectronic directional line from the other third. These
ι ο Technik kann sehr nützlich sein, wenn eine existierende diskrete Strahlungsquelle oder ein diskreter Detektor mit einer Teilkombination von Wellenleiter und Detektor bzw. einer Teilkombination von Wellenleiter und Strahlungsquelle kombiniert werden muß.ι ο Technology can be very useful if an existing one discrete radiation source or a discrete detector with a partial combination of waveguide and Detector or a partial combination of waveguide and radiation source must be combined.
Eine weitere mögliche geometrische Gestaltung besteht in der Anwendung einer einzigen Strahlungsquelle mit einem pn-Übergang, die sich im Zentrum einer Anordnung mit einer Vielzahl isolierter Detektoren bedindet, die im Abstand voneinander die Strahlungsquelle umgebend angeordnet sind. Beispielsweise können Detektoren um 90° voneinander entfernt in den vier Quadraten eines Bereichs angeordnet sein, der die Strahlungsquelle mit dem pn-Übergang umgibt, und dort voneinander isoliert sein. Jeder Detektor könnte durch einen durch Protonenbeschuß erzeugten, von den anderen isolierten optischen Kanal mit der zentralen Strahlungsquelle verbunden sein. Bei einer solchen Anordnung könnten die einzelnen Detektoren getrennt voneinander an Spannung gelegt werden, so daß das von der Strahlungsquelle emittierte einzige Signal von jedem Detektor getrennt gemäß den angewendeten, speziellen Detektorspannungen verarbeitet wird.Another possible geometric design is the use of a single radiation source with a pn junction, which is located in the center of an arrangement with a large number of isolated detectors conditional, which are arranged at a distance from each other surrounding the radiation source. For example detectors can be arranged 90 ° apart in the four squares of an area, which surrounds the radiation source with the pn junction and be isolated from one another there. Any detector could be created by a proton bombardment, isolated from the other optical channel with the be connected to the central radiation source. With such an arrangement, the individual detectors be applied separately from each other to voltage, so that the only one emitted by the radiation source Signal from each detector processed separately according to the specific detector voltages applied will.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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- 1974-06-28 NL NL7408810A patent/NL7408810A/xx not_active Application Discontinuation
- 1974-06-28 JP JP7344974A patent/JPS5233474B2/ja not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19635215A1 (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-12 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Optocoupler with photon transmitter and receiver function |
Also Published As
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FR2235489B1 (en) | 1978-02-17 |
DE2425328C3 (en) | 1979-11-29 |
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GB1463886A (en) | 1977-02-09 |
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