DE2509585A1 - Halbleiterelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Halbleiterelement und verfahren zu dessen herstellung

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DE2509585A1 DE19752509585 DE2509585A DE2509585A1 DE 2509585 A1 DE2509585 A1 DE 2509585A1 DE 19752509585 DE19752509585 DE 19752509585 DE 2509585 A DE2509585 A DE 2509585A DE 2509585 A1 DE2509585 A1 DE 2509585A1
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Description

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka, Japan
" Halbleiterelement und Verfahren zu dessen Herstellung
Priorität:
5. März 1974, Japan, Nr. Sho 49-25943
5. März 1974, Japan, Nr. Sho 49-25944
5. März 1974, Japan, Nr. Sho 49-25945
5. März 1974, Japan, Nr. Sho 49-25946
Die Erfindung bezieht sich auf ein, insbesondere lichtemittierendes, Halbleiterelement und auf ein Halbleiterelement mit Schottky·scher Sperrschicht hoher Zündspannung.
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Wenn an einem Halbleiterelement mit einem pn-übergang ein elektrisches Feld angelegt wird, so daß ein Strom in Durchflußrichtung fließt, dann werden über die pn-Sperrschicht hinweg Minoritätsträger erzeugt, und wenn die Minoritätsträger mit den
dann Majoritätsträgern wieder zusammentreffengird ein infrarotes oder sichtbares Licht ausgesandt. Diese physikalische Erscheinung der Lichtaussendung wird bei einer bekannten lichtemittierenden Diode verwendet. Wenn man ferner sowohl das ausgesandte Licht als auch die Träger auf einen schmalen, begrenzten Bereich festgelegter Abmessung begrenzt, dann wird ein Licht konstanter Wellenlänge und koherenter Phase verstärkt und kann nach außen getragen werden. Das nennt man Lichtverstärkung bei erregter Aussendung der Abstrahlung, oder kurz Laser.
In jüngerer Zeit haben Halbleiter-Lasers bemerkenswerte Fortschritte gemacht, und insbesondere mit der Erfindung der nunmehr bekannten Doppelüberlagerungsbauweise (doublehetero structure) von Halbleiter-Lasern haben diese praktische Anwendung erlangt.
Beim Doppelüberlagerungsaufbau wird sowohl das ausgesandte Licht als auch die angeregten Träger in einer dünnen Lage oder in einem dünnen Bereich abgegrenzt, der grundsätzlich senkrecht zur Stromrichtung innerhalb des Lasers verläuft. Mittels einer derartigen Abgrenzung kann die wirksame Leistung des Lasers, d.h. die Schwingung des Lasers verwirklicht werden.
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Ein typisches Beispiel eines Doppelüberlagerungs-Lasers ist ein Laser, der aus sandwichartig übereinander angebrachten Galliumarsenid-Lagen (GaAs-Lagen) gebildet ist; dies ist ein Halbleiter, der III-V. Bindung mit zwei GaAlAs-Lagen (Aluminium-Gallium-Ar sen ic bzw. -Arsenid-Lagen); dies ist bekannt durch beispielsweise die US-PS 3 691 476 (Hayashi "Applied Physics Letters", 1.August 197o, Band 17, Nr. 3, bzw. 15.April 197o, Band 16, Nr.8.)
Dieses oben erwähnte GaAlAs ist, genauer gesagt Ga, Al As, was einen Mischkristall darstellt, der dadurch gewonnen wird, daß ein Teil des Galliums (Ga) durch Galliumarsenid (GaAs) mit Aluminium ersetzt wird, wobei das Verhältnis des Austauschs mit dem Index χ (O< χ £ 1) angezeigt wird. Derartige Lagen aus GaAs und GaAlAs werden mit bekannten Aufwachsverfahren in flüssiger Phase gewonnen. In seinen Abmessungen ist ein derartiger Halbleiterlaser sehr klein, seine aktive Zone, in der der Strom konzentriert wird, ist hierbei insbesondere klein, und die Stromdichte, und somit der Wärmeverlust in dieser Zone ist sehr groß; daher ist es wünschenswert, diese Wärme abzustrahlen. Es ist über alles wichtig, wirkungsvoll die Wärme abzustrahlen, da die ständige, kontinuierliche Wellenleistung umso größer werden kann, je größer die wirksame Abstrahlung ist.
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-A-
Es ist ebenso wichtig, daß im Halbleiterlaser ein Strom in der aktiven Zone wirksam konzentriert wird, um somit den Schwellenstrom bzw. den Zündstrom zu senken, sowie um eine auf einem einzigen Schwingungstyp beruhende Tätigkeit des Lasers zu erzielen. Diese Voraussetzungen dienen dazu, Laserlicht hoher Qualität zu gewinnen, .um es als Medium zur Verarbeitung von Informationen oder in der Fernmeldetechnik zu verwenden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst ein typischer Halbleiterlaser der Doppelüberlagerungsbauweise nach dem Stand der Technik anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Ein bekannter Laser gemäß Fig. 1 wird durch aufeinanderfoljende Aufwachsprozesse in flüssiger Phase auf einem Substrat 1 aus Galliumarsenid des η-Typs hergestellt, wobei der Reihe nach folgende Lagen gebildet werden:
/2
eine erste Lage'aus Ga1_ Al As des n-Typs,
eine zweite Lage 3 aus GaAs des p-Typs, eine dritte Lage 4 aus Ga1- Al As des p-Typs, wobei die erste bis dritte Lage ein Doppelüberlagerungssystem (doublehetero structure) bilden, sowie eine vierte Lage 5 aus GaAs des ρ - Typs, wobei ferner Metallelektroden 6 und 7 für einai
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Ohmschen Kontakt an der unteren Fläche der Lage 1 aus GaAs des η-Typs und auf der oberen Fläche der Lage 5 aus GaAs des p*-Typs vorgesehen sind.
nach Fig. 1
Dieser Laser Arbeitet als Laser in Doppelüberlagerungsbauweise, wobei die Lage 3 aus GaAs des p-Typs die aktive Zone ist, die zwischen einer Lage 2 aus Ga1 Al As des n-Tvps und einer Lage aus Ga1 Al As des p-Typs sandwichartig eingebettet ist, wobei beide Träger und das Licht in der aktiven Zone i begrenzt bzw. bestimmt werden.
Bei einem derartigen Laser ist der Bereich des χ im Ga1 _ Al As grundsätzlich innerhalb eines Bereichs von o,25<x<l,o ausgewählt. Das untere Ende des Bereichs ist aus dem folgenden Grund festgelegt:
Die Bandbreite und der Brechungsindex der Substanz Ga, Al As
A^X X
hängt von dem Wert χ ab. Für einen Wert von x<o,25 wird die Bandbreite des Ga, Al As groß genug, um den angelegten Träger
J-""X X
in der sandwichartig ausgebildeten Lage aus GaAs zu begrenzen, und auch der Brechungsindex des Ga1- Al As wird klein genug,
JL"" X X
um Licht in der aktiven Zone 3 aus GaAs zu begrenzen bzw. einzusperren.
Bei einem Laser bekannter Art, der beispielsweise unter Fig.l im folgenden beschrieben ist, werden die.Metallelektroden 6 und
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- 6 auf der gesamten Unterseite und auf den gesamten Oberflächen des Schichtplättchens abgelagert, und deshalb ist die Ausgangsleistung im Laserbetrieb groß, weist aber den Nachteil auf, daß der Schwellstrom bzw. der Zündstrom groß wird, und daß überdies noch mehrere Laserwellen erzeugt werden.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden die bekannten Laser der Streifenbauart entwickelt, bei denen nach Fig. 2 ein Isolierfilm 8 aus Siliziumoxyd auf der vierten Lage 5 des Galliumarsenids des p-Typs vorgesehen ist und ein streifenförmiges .enges Fenster 10 oder eine entsprechende Nut im Isolierfilm 8 eingebracht wird, um einen Teil der unteren Lage 5 freizulegen. Ferner ist auf dem Schichtplättchen eine Metallelektrode 71 z.B. aus Gold vorgesehen, welche den Isolierfilm 8 und die Nut 10 abdeckt. Der übrige Aufbau ist wie in Fig. 1« Bei diesem Streifen-Laser nach Fig. 2 fließt der Strom durch den engen Streifenabschnitt der Metallelektrode, den an der vierten Lage 5 am Boden der Nut 10 anliegenden Teil. Der Träger wird daher auf die enge Zone genau unterhalb der Nut konzentriert. Darüber hinaus ist aufgrund der oben erwähnten Konzentrierung die Schwellenspannung bzw. der Schwellenstrom beträchtlich verringert, und so kann das Verfahren zum Betreiben eines Lasers einfach gemacht werden.
Bei einem bekannten Laser des Streifentyps nach Fig. 2 ist der Isolierfilm 8 aus Siliziumoxyd zwischen der vierten Lage 5 und der Metallelektrode 71 vorgesehen, der eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Deshalb ist die Wärmeabstrahluna aus der aktiven Zone durch die vierte Lage 5, den Isolierfilm 8 und die Metallelektrode 71 zum Raum außerhalb der Oberseite sehr schlecht, und die Temperatur 509837/0 9.5 8
in der aktiven Zone bzw. Wirkzone steigt an« Aufgrund der oben erwähnten schlechten Wärmeabstrahlung ist es schwierig, einen hohen Laserausgang im Betrieb bei gleichbleibender Welle bzw. Wellenlänge zu erzielen. Ferner unterscheiden sich beim
nach Fig. 2
herkömmlichen Laser/Öer Wärmeausdehnungskoeffizient der vierten I.ag<i5aus Galliumarsenid und der des Isolierfilms 3 vreitgebeni voneinander, und daher werden nennenswerte Spannungen oder Fehlererscheinungen an der Fläche zwischen den beiden Lagen erzielt, und derartige Spannungen, Belastungen oder Fehlererscheinungen verursachen ferner in der aktiven Zone, d.h. in der zweitaiLage 3, höchst nennenswerte Ausfall- oder Fehlerscheinungen. Als Ergebnis dieser Fehlerscheinung in der aktiven Zone 3 verringert sich die Betriebsleistung des Lasers, insbesondere die Leistung des Differentialquantums, und es verkürzt sich auch die Lebensdauer der Lasereinrichtung. Um derartige ungünstige Erscheinungen der Fehler in der aktiven Region zu verringern, ist es notwendig, die Dicke der vierten Lage 5 aus Galliumarsenid des p-Typs zu erhöhen. Es verursacht allerdings die Steigerung der Dicke der vierten Lage 5 eine Streuung bzw. Dispers;)on des Injektionsstroms in Richtung der Breitenausdehnung der auf der Halbleitereinrichtung angebrachten Nut t und es wird dementsprechend ein Anstieg der Schwellenspannung verursacht, und dadurch eine schlechte Wärmeabstrahlung. Unerwünschter Temperaturanstieg aufgrund der schlechten Wärmeabstrahlung aber behindert den Aufbau eines Laserstrahls aus Licht kurzer Wellenlänge.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Halbleiterelement, vorzugsweise einem Halbleiterlaser des Streifentyps, die eben genannten Nachteile zu verhindern. Hierbei ist es Zweck der Erfindung, ein lichtaussendendes Halbleiterelement mit guter Wärmeabstrahlungscharakteristik und guter Stromkonzentration in der aktiven Zone zu finden.
Ferner ist es Zweck der Erfindung, einen Halbleiterlaser in Doppelüberlagerungsbauweise zu erstellen, der einen niedrigen Schwellstrom und eine hohe Ausgangsleistung aufweist, der einen Laserstrahl aus sichtbarem Licht erstellt und er eine lange Lebensdauer aufweist.
Ferner ist es Zweck der Erfindung, ein einfaches, wirtschaftliches und robustes bzw. reproduzierbares Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser der Doppelüberlagerungsbauweise zu finden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Halbleiterlaser gelöst, der durch aufeinanderfolgende Aufwachsverfahrensschritte auf einem Galliumarsenidsubstrat des η-Typs erstellt ist, wobei sich aufeinanderfolgend folgende Lagen bilden:
eine erste Lage aus Gallium-Aluminium-Arsenid des n-Typs,
eine zweite Lage aus Gallium-Arsenid bzw. Gallium-Aluminium-Arsenid des n- oder p-Typs,
eine dritte Lage aus Gallium-Aluminium-Arsenid des p-Typs,
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wobei die erste Lage gegenüber der dritten einen Doppelüberlagerungsaufbau darstellt,
eine vierte Lage aus Gallium-Arsenid des ρ -Typs und eine fünfte Lage aus Gallium-Aluminium-Arsenid des n-Typs,
wobei die fünfte Lage einem chemischen Ätzprozess unterzogen wird, um hierin eine Nut oder ein schmales Fenster einzubringen, um somit einen Teil der vierten Lage am Nütgrund freizulegen, und
wobei eine Metallelektrode vorgesehen ist, die in der Nut eingebettet ist.
Beim erfindungsgemäßen' Laser der eben erwähnten Bauweise dient die fünfte Lage anstelle des bisherigen Oxydfilms als Isolierlage. Es hat allerdings die fünfte Lage, die aus im Aufwachsverfahren aufgebrachtem Gallium-Aluminium-Arsenid besteht, eine bessere Wärmeleitfähigkeit als ein <Oxydfilm. Deshalb kann somit ein Laser mit guter Wärmeabstrahlungscharakteristik gewonnen werden, wenn eine geeignete Wärmeabführung oder Wärmeabstrahlungseinrichtung auf der Lage angebracht ist; hierdurch ist es möglich, einenkontinuierlich betreibbären Laser bzw. einen Laser für kontinuierliche Wellen bzw. Stehwellen höherer Leitung zu erstellen als es bisher möglich war.
Der Ätzvorgang zum Einbringen der Nut ist leicht durch chemisches Ätzen der gewünschten Lage durchführbar, indem man den Unterschied
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- IO -
in der Ätzgeschwindigkeit in den verschiedenen Lagen einer HeteroStruktur ausnutzt.
Die lichtaussendende Einrichtung, die gemäß der Erfindung erzielbar ist, hat folgenden Aufbau:
Die lichtaussendende Zone ist direkt unter der streifenförmigen Metallelektrode vorgesehen, die ein Halbleiterwafer bzw. ein geschichtetes Halbleiterplättchen abdeckt, die streifenförmige Metallelektrode ist eng (beispielsweise
,Zehntel
ein paar'u breit), ist am Nutgrund vorgesehen und ist in
einer zusätzlichen Halbleiterschicht auf der oberen Fläche des mehrschichtigen Plättchens gebildet, wobei die zusätzliche Lage eine Isoliersperrschicht bildet, die Nut erstreckt sich zur oberen Fläche des mehrschichtigen Plättchens hin,um dessen Oberfläche freizulegen, und die Metallelektrode berührt die freigelegte obere Fläche des Halbleiterplättchens.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau ist der Strom, der in die lichtemittierende Zone fließt, in einer engen Zone, die nur ein paar Zehntel u breit ist, konzentriert, und zusätzlich kann der Wärmeverlust bzw. Wärmeanfall aufgrund des Stromes gut durch die zusätzliche Halbleiterlage zur Metallelektrode
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hin geleitet und gut abgestrahlt werden. Deshalb ist durch die Erfindung die obenstehende Aufgabe gelöst.
Die oben genannte zusätzliche Lage wird derart mittels eines Aufwachsverfahrens in flüssiger Phase gebildet, daß zwischen der Zusatzlage und der obersten Lage, die sich unmittelbar unterhalb der Zusatzlage befindet, eine Doppelsperrschicht (hetero junction) gebildet ist. Die Nut ist durch chemisches Ätzen der Zusatzlage mittels eines selektiver chemischen Ätzprozesses erstellt, und daher ist gemäß der obenstehenden Aufgabe die Erfindung insbesondere leicht, wirtschaftlich und einfach bzw. reproduzierbar und unkompliziert realisierbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 3 zeigt im Schrägbild ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterlasers in Doppelüberlagerungsbauweise mit Streifenelektrode.
Fig. 4 zeigt schematisch im Schnitt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Lasers, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.
Fig. 5 zeigt im Schrägbild das Beispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterlasers in Einfachüberlagerungsbauweise (singlehetero structure) mit Streifenelektrode.
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Fig. 6 zeigt im Schrägbild ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterlasers in einer Bauweise mit gleichen übergängen (homojunction structure) mit Streifenelektrode.
Fig. 7 zeigt im Schrägbild einen Sperrschichtfeldeffekttransistor, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 8 zeigt im Aufriß verschiedene Herstellungsschritte einer Diode mit Schottky1scher Sperrschicht gemäß der Erfindung.
Fig. 9 zeigt im Aufriß zwei Herstellungsschritte eines Halbleiterkristalls mit sehr glatter Hauptfläche.
Ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers in Doppelheterobauweise mit Streifenelektrode ist in Zusammenhang mit Fig. 3 im folgenden näher erläutert.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist auf einem Substrat 1 aus Galliumarsenid vom η-Typ, das mit Tellur dotiert ist und
18 3 eine Tellurkonzentration von etwa 1 χ Io Atome/cm aufweist und das ungefähr loo μ dick ist, ist eine erste Lage 2 von Ga -Al _As des η-Typs angeordnet, der mit Zinn dotiert ist und eine Zinnkonzentration von etwa 5 χ Io Atome/cm sowie eine Dicke von 7 ρ aufweist, sowie
eine zweite Lage 3 als aktive Lage bzw. Wirklage aus Galliumarsenid des η-Typs ohne Dotierungsmittel, aber mit einer Leitfähigkeit des η-Typs aufgrund der tatsächlichen Verunreinigung mit einer Konzentration von etwa 2.x Io Atome/cm , die eine
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Dicke von ο,2 ρ aufweist,
eine dritte Lage 4 aus Ga -Al -As des p-Typs, dotiert mit
Ο,/ O , .3
18
Germanium, die eine Germaniumkonzentration von etwa 1 χ Io
3
Atome/cm sowie eine Dicke von etwa 1 u aufweist, und eine vierte Lage 5 aus Galliumarsenid des ρ -Typs, dotiert mit Germanium, die eine Germaniumkonzentration von etwa 1,5 χ Io Atome/cm sowie etwa o,5 ρ Dicke aufweist; diese Lagen sind der Reihe nach durch bekannte, hintereinanderfolgend angewandte epitaxiale Aufwachsverfahren in flüssiger Phase (liquid phase epitaxial growth process) hergestellt.
Nach Herstellung der oben erwähnten vierten Lage 5 wird eine fünfte oder Zusatzlaqe 9 aus Ga _A1 ,As des η-Typs epitaxial aufqebracht, dotiert mit Zinn und mit einer Sinnkonzentration von etwa 5 χ Io Atome/cm sowie o,5 u Dicke; diese Lage ist ebenso durch ein aufeinanderfolgendes epitaxiales Aufwachsverfahren gebildet.
Als nächstes wird eine streifenförmige Nut oder ein Fenster Io von etwa 3o u Breite in die Zusatzlage 9 so eingebracht, daß es sich durch diese der Tiefe nach erstreckt und die obere Fläche der vierten Lage 5 erreicht. Dementsprechend wird der streifenförmige Teil der oberen Fläche der vierten Lage 5 am Grund der Nut Io freigelegt und definiert deren Bodenfläche.
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Dann wird eine Metallelektrode 71 wie beispielsweise ein aus niedergeschlagenem Dampf gebildeter Goldfilm über der Anordnung angebracht, so daß die Metallelektrode 71, die im streifenförmigen Fenster Io gebildet ist, die oben erwähnte freiliegende obere Fläche der vierten Lage 5 aus Galliumarsenid des ρ -Typs berührt.
Die oben erwähnte, zusätzlich gebildete Lage 9 aus Ga _A1 ,As des η-Typs bildet geyenüber der darunterliegenden vierten Lage aus Galliumarsenid, die zum Zweck Ohm'scher Leitung vorgesehen ist, eine Überlagerungssperrschicht (hetero-junction), die ihrerseits eine Isolierlage bildet.
Bei der Herstellung der oben beschriebenen Anordnung kann das Fenster Io der Zusatzlage 9 mittels bekannter photochemischer Ätzprozesse hergestellt werden. Es wird nämlich der Streifenteil der Lage 9 durch' selektives Ätzen entfernt, wobei die freigelegte darunterliegende vierte Lage 5 unberührt bleibt, indem man vorteilhafterweise von der unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeit in Lage 9 und Läge 5 Gebrauch macht. Bei einem derartigen selektiven Ätzvorgang kann das streifenförmige Fenster in der Lage 9 aus Ga, Al As allein und getrennt von der darunterliegenden vierten Lage 5 aus Galliumarsenid selektiv herausgeätzt werden, indem man für einen Wert y im Bereich von o,2£y<l,o
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als Ätzmittel eine Lösung aus 5o Gew% Fluorsäure oder eine Lösung aus 35 Gew% Salzsäure verwendet.
Bei einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann die dritte Lage 4 und die vierte Lage 5 zu einer Lage zusammengefaßt werden, oder die vierte Lage 5 kann weggelassen werden.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung eines Aufwachsverfahrens bei der Herstellung der Anordnung gemäß Fig. 3. Wie in Fig. 4 dargestellt,'ist in einer Quarzröhre 11 ein Graphitschiffchen oder Behälter 12 und ein Substrathalter 13 aus Graphit derart angeordnet, daß der Halter 13 das Ausgangssubstrat 1 aufnimmt; der Behälter 12 ist in eine Reihe von hintereinanderliegenden Einzelbehältern zur Aufnahme der Halbleiterlösungen I - V aufgeteilt. Der Halter 13 wird relativ zum Behälter 12 verschoben, so daß die Halbleiterlösungen I - V im Behälter 12 der Reihe nach mit dem Substrat 1 in Berührung kommen. Das darauffolgende Aufwachsen wird durch Einbringen des Systems gemäß Fig. 4 in einen (in der Zeichnung nicht dargestellten) Ofen durchgeführt, wobei der Halter gegenüber dem Behälter 12 verschoben wird und wobei die Temperatur des Ofens gemäß dem bekannten Aufwachsverfahren in flüssiger Phase geregelt wird, während die Temperatur von einem Thermoelement 14 aufgenommen wird, das unmittelbar unter dem Substrat 1 angeordnet ist.
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Die in den Teilbehältern des Behälters 12 angeordneten Lösungen sind folgende:
Lösung Ga GaAs Al Dotie- Kristall
rungs-
Nr. (g) (mg) (mg) -^1
Dicke Bezugszeider ge- chen zum Bewachse- zeichnen der nen Lage gebildeten Lage
I l,o 5o 2 ,3 Sn 5o Ga -Al -As
o,7 o,3		 7,Ο 2
II l,o 80 0 keines GaAs o,2 3
III l,o 5o 2 ,3 Ge Io . Ga -Al -As
0, / 0,J		 Ι,ο 4
IV l,o 80 0 Ge 15 GaAs o,5 5
V l,o 5o 2 ,3 Sn 5o Ga -Al -As
o,7 0 ,0 		o,5 9
In der obersten Lage, d.h. in der Zusatzlage 9 des Plättchens von etwa loo ρ Dicke, das nach dem vorstehenden Verfahren hergestellt wurde, wird eine Anzahl von parallel verlaufenden, streifenförmigen Fenstern Io mit Io u Breite bei einem gegenseitigen Abstand von 25ο u eingebracht. Dann werden die Elektrodenlagen 6 und 71 aus Gold auf den beiden Flächen des Plättchens aufgedampft, und das Plättchen wird dann in Würfel von etwa 4oo u Läsnge und 25o u Breite geschnitten. Bei jedem der abgeteilten Würfel wird ein an sich bekannter Kühlkörper aus Diamant II (nicht dargestellt) an der oberen Elektrode 71 befestigt bzw. angekittet.
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Bei einem Halbleiterlaser der oben beschriebenen Bauweise wird die Wärme, die in der aktiven Region bzw. im Wirkbefeich unter der fünften Lage 9 aus Ga -Al -As des η-Typs wirksam zum
Of/ O / Ji
Kühlkörper übertragen und abgestrahlt, da es keine die Wärmeübertragung behindernde Substanz bzw. Substratschicht gibt
wie beispielsweise eine Oxydlage, wie sie aus dem Stand der
Technik bekannt ist. Deshalb beträgt die Wellenlänge der erzeugten Welle nur 761o S im Bereich sichtbaren Lichts bei
Betrieb mit ungedämpften Wellen bzw. bei Dauerbetrieb, wobei
Ga -QA T0As als Material für die Wirkzone verwendet ist,
O,/ö O, 22
und bei pulsierendem Betrieb des Lasers beträgt die Wellenlänge bis zu 668o 8, wobei Ga g5 Al o 35As als Material für die Wirk- zone bzw. die aktive Zone verwendet ist.
Da die Lage 9 aus Ga „Al .,As auf der vierten Lage 5 im Auf-
Oj/ O,3
wach3verfahren hergestallt ist, kann die Dicke der Lage 5 aus
GaAs des ρ -Typs so klein wie nur durchführbar gemacht werden. Dementsprechend ist der Abstand von der Elektrode 71 zur aktiven Zone 3 des Galliumarsenid vom p-Typ verringert und daher die
Seitenverteilung des zugeführten Stromes von der streifenförmigen Elektrode her auf ein Minimum gebracht; somit ist die Schwellspannung bzw. Zündspannung beträchtlich verringert.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Lasers liegt darin, daß die Möglichkeit zur Ausbildung unvollständiger und fehler-
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hafter Gitter an den Grenzflächen der Lagen innerhalb des Halbleiterkristalls nur sehr gering ist, weil die Gitterkorttanten und die Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der vierten Lage 5 aus Galliumarsenid und der zusätzlichen fünften Lage aus Ga -Al .,As sehr eng zusammen liegen bzw. sehr gut zusammenpassen. Im Vergleich mit herkömmlichen Lasern des Streifentyps mit Oxydisolierfilm ist daher die normwidrige Abweichung in der aktiven Zone um eine Größenordnung verringert, und daher die Lebensdauer des Lasers beträchtlich verbessert.
Fig. 5 zeigt einen Laser des Streifentyps in Einfachüberlagerungs· bauweise als Anwendungsbeispiel der Erfindung. Diese Anordnung weist ein Substrat 1 aus Galliumarsenid des η-Typs auf, dotiert mit Tellur und mit einer Tellurkonzentration von etwa 1 χ Io Atome/cm und etwa loo u Dicke; hierauf folgt eine erste Lage 15 als aktive Lage bzw. Wirklage aus Galliumarsenid des p-Typs,
19 dotiert mit Zink in einer Zinkkonzentration von etwa 2 χ Io Atome/cm und mit 2 u Dicke, sowie eine zweite Lage 16 aus Ga _A1 ,As des p-Typs, dotiert mit Zink sowie einer Zink-
Of / OfJ
19 3 konzentration von etwa 2 χ Io Atome/cm und mit einer Dicke von etwa 1 u, und schließlich eine dritte Lage 17 aus Galliumarsenid des p-Typs dotiert mit Germanium in einer Germaniumkonzentration von etwa 1,5 χ Io Atome/cm und mit etwa ο,5 ρ Dicke. Diese Lagen sind durch aufeinanderfolgende bekannte Aufwachsverfahren in der flüssigen Phase hergestellt. Nach der
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Herstellung der dritten Lage 17 wird eine vierte oder zusätzliche Lage 9 aus Ga -Al _As aufgebracht, dotiert mit Zinn
Oι J OfS
17 3 und mit einer Zinnkonzentration von etwa 5 χ Io Atome/cm sowie mit einer Dicke von o,5 u; diese Lage ist ebenfalls durch einen nachfolgenden Aufwachsverfahrensschritt hergestellt. Anschließend wird ähnlich zur Herstellung der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 ein streifenförmiges Fenster Io in die Lage 9 eingebracht, und eine Metallelektrode 71 wird zum Abdecken der Lage 9 und des Fensters Io gebildet.
Verglichen mit herkömmlichen Lasern des Streifentyps in Einfachüberlagerungsbauweise weist die Anordnung gemäß Fig. 5 aus denselben Gründen wie das vorherige Beispiel, das in Fig. 3 und dargestellt ist, die Vorteile verbesserter Wärmeabstrahlung sowie verbesserten, geringeren Schwellstromes bzw. Zündstromes auf.
Fig. 6 zeigt einen Laser des Streifentyps in Bauweise mit gleichen Übergängen (homo-junction structure) gemäß der Erfindung. Bei dieser Anordnung ist auf ein Substrat 1 aus Galliumarsenid (GaAs) des η-Typs, das mit Tellur (Te) mit einer
18 3 Tellurkonzentration von etwa 1 χ Io Atome/cn dotiert ist und das etwa loo ρ Dicke aufweist, eine erste Lage 18 als aktive Lage bzw. Wirklage aus Galliumarsenid des p-Typs, dotiert mit
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19 3 Zinn in einer Zinnkonzentration von etwa 2 χ Io Atome/cm und bei einer Dicke von 2 u , sowie eine zweite Lage 9 aufgebracht, die aus Ga -Al -As des η-Typs besteht, mit Zinn (Sn)
ο / / ο, j
mit einer Zinnkonzentration von etwa 5 χ Io Atome/cm dotiert ist und eine Dicke von o,5 u aufweist. Diese Lagen sind durch bekannte, in Folge angewandte Aufwachsprozesse in flüssiger Phase erzeugt. Anschließend wird in ähnlicher Weise zur Herstellung der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 ein streifenförmiges Fenster Io in die Lage 9 eingebracht und eine Metallelektrode zum Abdecken der Lage 9 und des Fensters Io ausgebildet.
Im Vergleich mit herkömmlichen homo-structure Lasern des Streifentyps weist die Anordnung gemäß Fig. 6 aus den gleichen Gründen wie das vorher in Fig. 3 und 4 dargestellte Anwendungsbeispiel der Erfindung die Vorteile verbesserter Wärmeabstrahlung und daher geringeren Schwellstromes bzw. Zündstromes auf.
Bei den Anordnungen der vorhergehenden Anwendungsbeispiele gemäß Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 6 bildet die zusätzliche, also die oberste, im Aufwachsverfahren aufgebrachte Lage 9 aus Ga1 Al As des η-Typs eine Zweifachüberlagerung bzw. Zweifachsperrschicht (hetero-junction) zwischen der unmittelbar darunterliegenden Galliumarsenidlage des p-Typs. Diese zuletzt aufgebrachte Lage 9 kann durch isolierendes Galliumarsenid ersetzt
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werden, das einen hohen spezifischen Widerstand von mehr als Io XL cm, vorzugsweise zwischen Io und Io -Ocm aufweist, oder Galliumarsenid des η-Typs. Eine derartige modifizierte Ausführungsform weist ebenso die Vorteile verbesserter Wärmeabstrahlung und verbesserter, vollständigerer Gitterausbildung und daher größerer Ausgangsleistung und geringeren Schwellstroms bzw. Zündstroms auf, vergleichen mit herkömmlichen Anordnungen.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors (allgemein FET genannt), der durch die Aufwachsmethode gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Bei dieser Anordnung ist auf einem Substrat 21 aus Galliumarsenid des p-Typs von loo μ Dicke eine Galliumarsenidlage des η-Typs von 3 u Dicke und ferner eine zeitweise isolierte Lage (nicht dargestellt) von 1 μ Dicke aus Ga -Al _As des
I O, / O, j
η-Typs durch aufeinanderfolgende Anwendung eines Aufwachsverfahrens in flüssiger Phase aufgebracht.
Anschließend wird in der zeitweise isolierenden Lage ein streifenförmiges Fenster von 3o u Breite durch ein bekanntes selektives Ätzverfahren eingebracht, das vorteilhafterweise den Unterschied der Stzgeschwindigkeit in der Isolierlage und der darunterliegenden Lage 22 ausnutzt, so daß die oberste Oberfläche der darunterliegenden Lage 22 vom Fenster freigelegt wird. Als nächstes läßt man ein Akzeptordotierungsmittel
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(acceptor dopant) wie beispielsweise Zink durch das Fenster in die darunterliegende Galliumarsenidlage 22 des η-Typs diffundieren, um eine Diffusionszone 23 zu bilden, die eine o,2 u tiefe Diffusionsfront aufweist. Darin wird die zeitweise isolierende Lage aus Ga -Al -As des η-Typs durch Auflösen mit einem Fluorsäureätzmittel oder mit einem Salzsäureätzmittel
entfernt und anschließend wird eine Isolierlage 27 aus 1 u
dickem Galliumarsenid mit einem spezifischen Widerstand von
3 4 6
mehr als Io _n. cm, vorzugsweise Io _cv cm bis Io J~2_cm auf dem gesamten Plättchen durch ein chemisches Dampf-Niederschlageverfahren aufgebracht. In dieser letzten durchgehenden Isolierlage 27 werden drei zueinander parallele, streifenförmige
Fenster derart eingebracht, daß das mittlere Fenster auf der Diffusionszone 23 angebracht ist, um diese freizulegen. Als
letztes werden Metallelektroden 24, 25 und 26 in den Fenstern aufgedampft, um die Source-, Gate- und Drainelektrode zu bilden.
Die oben erwähnte Isolierlage 27 kann aus Ga,_ Al As hoher
spezifischer Widerstandsfähigkeit von mehr als Io -JL cm oder vorzugsweise Io bis Io jfL cm anstelle des oben erwähnten isolierenden Galliumarsenids bestehen, wobei die Lage mit der
darunterliegenden Lage 22 aus Galliumarsenid des η-Typs eine HeteroStruktur bildet.
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Beim Feldeffekttransistor gemäß Fig. 7 bildet die Isolierlage 27 auf der oberen Fläche eine Sperrschicht (junction structure) gegenüber der darunterliegenden Lage 22, wobei Gitterkonstante und Wärmeausdehnungskoeffizient gut zusammenpassen bzw. eng miteinander übereinstimmen und daher die Möglichkeit eines Fehlers an der isolierenden Verbindung bzw. isolierenden Sperrschicht sehr klein ist und somit die Vorrichtung eine hinlängliche Festigkeit aufweist.
Fig. 8 zeigt das Flußdiagramm für die Herstellung einer Schottky' sehen Sperrschichtdiode. Dieses Herstellungsverfahren nutzt den Unterschied im Ätzgrad der Lagen der HeteroStruktur und die gute Kristallbindungscharakteristik der HeteroStruktur, und es wird die im Aufwachsverfahren aufgebrachte obere Lage als Diffusionsmaske verwendet.
Auf einem Galliumarsenidsubstrat des η -Typs 3o von etwa loo u Dicke wird eine Galliumarsenidlage 31 des η-Typs mit einer Konzentration des Dotierungsmittels von 1 χ Io Atome/cm und mit 2 u Dicke durch ein Aufwachsverfahren aufgebracht, wie in Fig. 8a dargestellt; darauf wird eine Lage aus Ga ,.Al cAs des n-Typs 32 mit einer Dotierungsmittelkonzentration von lxlo Atome/cm sowie 1 ja Dicke durch ein Aufwachsverfahren aufgebracht, wie in Fig. 8b dargestellt. Danach wird unter Benutzung eines Ätzmittels mit 5o Gew.% Fluorsäure ein ring-
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förmiges Fenster 33 in die obere Lage 32 derart eingebracht, daß ein Ringteil der oberen Fläche der mittleren Lage 31 freigelegt ist, und eine mittlere runde Insel 321 von Io ρ Durchmesser im Ringfenster 33 verbleibt, wie in Fig. 8c dargestellt. Dann läßt man Zink von einer Diffusionsquelle aus ZnAs2 in die Hauptfläche des gesamten Plättchens bzw. Wafers derart eindiffundieren, daß sich eine Diffusionsfront von o,2 ρ Tiefe bildet. Die Diffusion wird in einer Quarzröhre bei einer Temperatur von 75o° C für die Dauer von 5 Minuten durchgeführt. Hierbei wird in der Galliumarsenidlage 31 des η-Typs eine ringförmige Diffusionszone 34 des ρ -Typs gebildet, wie in Fig. 8d dargestellt. Während des Diffusionsprozesses dient die Lage 32
aus Ga CA1 cAs mit dem ringförmigen Fenster 33 als Diffusionso,5 Ofb
maske. Anschließend wird die als Maske verwendete Lage 32 durch Selektivätzen mit einem Ätzmittel mit Fluorsäure entfernt, um somit die Hauptfläche des Plättchens freizulegen, wie in Fig.8e dargestellt. Als nächstes wird durch einen bekannten chemischen Aufdampfprozess ein Siliziumoxidfilm 35 von o,5 ju Dicke auf der Hauptfläche gebildet, wie in Fig. 8f dargestellt. Als nächstes wird eine runde öffnung 36 von 15 u Durchmesser im Siliziumoxidfilm 35 mittels eines bekannten photochemischen Ätzprozesses derart gebildet, daß die Hauptfläche der Lage 31 aus Galliumarsenid des η-Typs in der öffnung 36 freigelegt ist und daß der Rand der runden öffnung 36 in der Mitte der ringförmigen Diffusionszone 34 des p+-Typs liegt, wie in Fig. 8g dargestellt. Schließlich wird eine Schottky'sehe Sperrelektrods
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aus einem Molybdänfilm 37 gebildet, um die öffnugn 36 und den Randteil des Siliziumoxidfilms 35 abzudecken, der die öffnung 36 begrenzt, wie in Fig. 8h dargestellt.
Bei der oben dargestellten Schottky Diode wird die Schottky' sehe Sperre zwischen der Lage 31'aus Galliumarsenid des n-Typs und dem Molybdänfilm 37 gebildet, und die Diffusionszone 34 des ρ -Typs dient als ein Band zum Abschneiden bzw. Begrenzen der Oberflächenladung oaer als Siiutzring bzw. Sprühschutzwulst, was eine verbesserte scharfe Charakteristik des durchbrechenden Sperrstroms (reverse breakdown current) liefert. Diese Verbesserung ist dadurch erzielt, daß die Lage 32 aus Ga 5A1 5As des η-Typs, die einmal als Diffusionsmaske verwendet wurde, mit der Gitterkonstante weitgehend übereinstimmt bzw. hohe Anpassung erzielt und dadurch eine gute Bindung an die aufgewachsene Lage 31 des η-Typs aus Galliumarsenid, was zu nur geringen Schäden bzw. Fehlern in der Lage 31 und somit nur zu geringer seitlicher Diffusion führt; dies war bisher eine das Regelverhalten störende" Erscheinung, die eliminiert wurde. Ferner ist das verbesserte Verhalten daraufhin zurückzuführen, daß eine sehr glatte Hauptfläche der Lage 31 aus Galliumarsenid des n-Typs dann erzielbar ist, wenn die Lage 32 aus Ga cAl cAs des
o,b o,D
n-Typs durch Ätzen entfernt wird.
Fig. 9 stellt ein Flüßdiagramm des Herstelluncrsprozesses eines
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Halbleiterplättchens durch ein Aufwachsverfahren in flüssiger Phase dar, wodurch eine sehr glatte Hauptfläche und eine dünne, im Aufwachsverfahren hergestellte und in ihrer Dicke gut kontrollierbare LaTe herstellbar ist. Eine derartige glatte oberste Lage ist im Aufbau des Lasers wünschenswert, um einen Kühlkörper anzufügen.
Wie in Fig. 9a dargestellt, sind auf einem Substrat 1 aus Galliumarsenid des η-Typs der Reihe nach mittels eines Aufwachs verfahrens in flüssiger Phase eine erste Lage 2 aus Ga 7Al0 3A des n-Typs , eine zweite Lage 3 aus Galliumarsenid des p-Typs, eine dritte Lage 4 aus Ga -Al _As des p-Typs, eine vierte
o, 7 ο,J
4,
Lage 5 aus Galliumarsenid des p-Typs sowie eine zusätzliche Lage 38 aus Ga -Al" ,As des p-Typs gebildet wird; die gleiche Anordnung ist auch in Fig. 9b gezeigt, jedoch ohne die zusätzliche Lage 38. Das Aufwachsverfahren kann unter Benutzung der Vorrichtung zum Durchführen des Aufwachsverfahrens bei flüssiger Phase, wie sie anhand Fig. 4 erläutert ist, durchgeführt werden.
Anschließend wird die letzte im Aufwachsverfahren erzeugte oberste Lage 38 aus Ga -Al -As des p-Typs durch chemisches Ätzen mit'Fluorsäure oder Salzsäure entfernt. Als Ergebnis des Ätzvorganges ist auf der Hauptfläche des Kristallplättchens bzw. des Kristallwafers die vierte Lage 5 aus Galliumarsenid
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des p+-Typs als eine außerordentlich glatte Spiegelfläche freigelegt. Die hierbei erzielte Spiegelfläche hat nur sehr wenig Fehlerstellen, da die zeitweise angebrachte fünfte Lage und die darunterliegende vierte Lage 5 in ihrer Gitterkonstante sowie in ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe beisammenliegen bzw. weitgehend übereinstimmen. Aufgrund der außerordentlich geringen Fehlerstellen in der oben freigelegten Lage 5 können die Lagen 5 und 4 dünn gehalten werden und daher kann gute Wärmeabstrahlung gewonnen werden.
Das anhand von Fig. 9 erläuterte Verfahren ist ebenso bei jeder Halbleiteranordnung anwendbar, wo die oberste Zusatzlage 38 und die darunterliegende Lage eng nebeneinanderliegende Charakteristik in Gitterkonstante und Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen sowie ein geeignetes Ätzmittel zum selektiven Entfernen lediglich der obersten Zusatzlage 38 aufweisen, während die darunterliegende Lage 5 übrigbleibt. Dies ist gültig, unabhängig davon, welche Kombination von Lagen 38 und 5 verwendet wird, beispielsweise eine Kombination mit HeteroStruktur aus
GaP und GaAs. P , wobei 0<ηέΐ, GaAs und GaAs, P oder GaAs χ—η η 1-n η
und Ga, In As.
1-n η
Das oben erwähnte Verfahren zum Gewinnen einer Spiegelfläche auf einem Halbleiterplättchen ist dadurch bestimmt, daß zunächst eine einzelne Kr!stallage 5 auf einem Substrat 1 eines einzelnen Kristalls im Aufwachsverfahren in flüssiger Phase
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hergestellt wird, worauf folgende Schritte folgen: Das weitere Aufwachsenlassen einer anderen einzelnen Kristallage 38 auf der ursprünglichen Läge 5, wobei die zweite Lage 38 gegenüber der ursprünglichen Lage 5 eine' unterschiedliche Ätzcharakteristik aufweist, so daß sie selektiv von der ursprünglichen Lage 5 durch ein entsprechendes Ätzmittel entfernt werden kann, aber in einem nachfolgenden Aufwachsverfahren auf der ursprünglichen Lage 5 aufgebracht werden kann, und das Entfernen durch selektives Ätzen dieser zweiten Lage 38, um die Oberfläche der ursprünglichen Lage 5 freizulegen.
Dieses Verfahren ist ebenso anwendbar für die heterostrukturelle Kombination von Halbleiterkristallen der Gruppe TST und einem geeigneten gemischten Halbleiterkristall aus einem Verband der Gruppen III bis V. Beispiele derartiger Kombinationen sind folgende:
(1) Ge und GaAs1^1nP1n , (0£m<0,4)
oder
(2) Si und GaAs1 P , (0,6<qil,0)
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Claims (1)

  1. 29 -
    Ansprüche
    1.) Halbleiterelement, gekennzeichnet
    durch
    eine oberste epitaxial gewachsene Kristall3TQ (9; 27), eine unmittelbar darunterliegende Halbleiterkristalllage (5, 17, 18; 22), die eine chemisch geätzte Öffnung (10) oder Öffnungen aufweist, v/elche einen Teil der Oberfläche der
    darunterliegenden Halbleiterkristalläge (5, 17, 18; 22) freiLegen, und
    eine Metallelektrode (71? 24 - 26), die in der Öffnung (lo) oder den Öffnungen gebildet ist und die die freigelegte oberfläche berührt.
    2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der darunterliegende Halbleiterkristall (5, 17, 18; 22) ein Halbleiterkristall der Gruppe IV oder III bis V im Verbund ist und daß die obere Läge (9; 27) ein Mischkristall aus einem Verbund der Gruppen III bis V ist.
    3. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unten liegende Halbleiterkristall lage (5, 17, 18; 22)" eine epitaxial gewachsene Lage ist. die auf
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    Lage (3, 15; 18) gebildet ist, die ihrerseits
    auf einem Substrat aus Galliumarsenid (GaAs) durch epitaxiales Wachsen/
    /hergestellt ist, wobei die obenliegende Halbleiterlage (9; 27) aus einer Substanz besaht, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Galliumarsenidkristall besteht, und wobei ein Teil des gemischten Kristalls aus einem Verband der III. - V. Gruppe aus Galliumarsenid entfernt wird, wobei es unterschiedliche Leitfähigkeit als das der unterhalb liegenden Halbleiterkristalllage (5, 17, 18; 22) aufweist, und
    wobei die oberhalb liegende Halbleiterlage vom unterhalb liegenden Halbleiterkristall durch eine Isoliersperrschicht isoliert ist, die zwischen beiden Lagen gebildet ist.
    4» Halbleiter element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Art der Leitfähigkeit der oberhalb liegenden Halbleiterlage (9) entgegengesetzt ist der der unmittelbar unterhalb liegenden Lage (5, 17 ; 18).
    5. Halbleiter element Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oben liegende Halbleiterlage (9; 27) dem Leitfähigkeitstyp nach isolierend ist.
    6. Halbleiterelement - nach Anspruch 1 bis 5 verwendet als .Laser in DoppelÜberlagerungsbauweise, mit einem Substrat aus Kristall der III.- V. Verbindung,
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    einer ersten iiti epitaxialen Aufwachsverfahren hergestellten T.ane ans Mischkristallen der III. - V. Bindung,
    einer zweiten im epitaxialen Aufwachsverfahren hergestellten La-· ge «ois Kristall der III. - V. Bindung oder aus Mischkristall hiervon als aktive Zone und
    einer dritten im epitaxialen Aufwachsverfahren hergestellten Lage aus/
    /Mischkristallen der III. - V. Bindung, dadurch gekennzeichnet, daß
    auf der dritten, im Aufwachsverfahren hergestellten Lage (4, 5)
    eine zusätzliche obere Läge (9) im epitaxialen Aufwachsverfahren gebildet/
    /ist, die aus einer Substanz besteht, die aus einem Kristall oder einem Mischkristall III'. - V. Bindung besteht, deren Leitfähigkeit sich von der der dritten Lage (4, 5) unterscheidet und die elektrisch gegenüber der dritten Lage (4, 5) durch eine zwischen den Lagen gebildete Sperrschicht isoliert ist, und die eine streifenförmige Öffnung (lo) aufweist, die die dritte Lage (4, 5) freilegt, wobei zusätzlich eine Metallelektrode (71) zumindest im Bereich der Öffnung (lo) zum Berühren der dritten Lage (4, 5) im Bereich der Öffnung (lo) gebildet ist.
    7. Halbleiterelement nach Anspruch 3 bis 6, verwendet als effekttransistor,
    Feld-/ gekennzeichnet durch ein Substrat (21) aus einem Halbleiterkristall der Bindung III - V,
    eine Lage (22) aus Kristall der Bindung III - V mit einem Kanal, die eine Leitfähigkeit entgegengesetzt der des Substrats (1) aufweist,
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    2bO958b
    einen Gate-Sperrbereich (23), der durch Diffusion in einem ausgewählten Teil der Kanal-Lage (22) gebildet ist, eine darüber angeordnete Lage (27), die eine Sperrschicht hoher Widerstandsfähigkeit bildet, wobei die Gate-Elektrode (25) in einer öffnung der den Kanal aufweisenden Lage (22) und auf dem Bereich der Gate-Sperrschicht (23) gebildet ist, und eine Source-Elektrode sowie eine Drain-Elektrode, die in einem Öffnungspaar in der den Kanal aufweisenden Lage (22) beiderseits der Gate-Elektrode'(25) eingebracht sind.
    8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelements nach Anspruch 1 bis 7 mit einem Halbleitersubstrat (1), auf
    epitaxialen
    dem im/Aufwachsverfahren eine Halbleiterlage (5, 17, 18; 22)
    mit kontrollierter bzw. gesteuerter Leitfähigkeit erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Halbleiterlage
    epitaxialen
    (9i 27, 32; 38) im/Aufwachsverfahren auf der ihrerseits im epitaxi-
    . alen
    Aufwachsverfahren hergestellten Halbleiterlage (5, 17, 18;22) gebildet wird und eine HeteroStruktur bzw. Überlagerungsstruktur auf der Halbleiterlage (5, 17, 18; 22) bildet, und daß zumindest ein Teil der zusätzlichen Halbleiterlage (9, 27, 32 ;38) weggeätzt wird, um zumindest eine öffnung zu bilden, die sich zur Oberfläche der Halbleiterlage (5, 17, 18;22) hin erstreckt und diese freilegt.
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    9. Verfahren zur Herstellung eines'Hälbleiterelements nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im Aufwachsverfahren hergestellte Halbleiterlage (5, 17, 18; 22) aus einer Substanz besteht, die aus einer Gruppe von Kristallen der Gruppe IV und einem Kristall der Bindung III - V ausgewählt ist, wobei die zusätzliche Halbleiter lage (9; 27, 32,- 38) ein Kristall oder Mischkristall der III. - V. Bindung ist und wobei das Wegätzen .der zusätzlichen Halbleiterlage (9, 27, 32; 38) mit einem Ätzmittel vorgenommen wird, das eine höhere Ätzgeschwindigkeit bei der zusätzlichen Halbleiterlage (9, 27, 32; 38) aufweist, als"es bei der im Aufwachsverfahren erzielten Halbleiterlage (5, 17, 18; 22) der Fall ist.
    10. Verfahren zur Herstellung eines als Schotfty-^iode verwendeten Halbleit^releitents nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
    Bilden einer Zusatzlage (32) aus Mischkristall dar III. - V. Bindung mit Einleitfähigkeit auf einer Kristallage (31) der III. - V. Bindung, deren Leitfähigkeit dieselbe ist als die der Zusatzlage (32),
    Entfernen eines ringförmigen Teils aus der Zusatzlage (32)zum Bilden einer ringförmigen Öffnung (33)'in der Zusatzlage (32), Bewirken des Eindiffundierens einer Verunreinigung durch die ringförmige Öffnung, um eine Diffusionszone (34) zu bilden, deren Leitfähigkeit der der Kristallage (31) entgegengesetzt ist,
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    Entfernen der Zusatzlage (32) aus Mischkristall durch selektives Ätzen,
    Bilden einer Rundelektrode (37) zum Berühren eines kreisförmigen Teils der oberen Fläche der Kristallage (31), die von der ringförmigen Diffusionszone (34) umgeben wird, wobei die Elektrode halbwegs bzw. bis zur Mitte den von der Diffusionszone (34) gebildeten Ring überlappt.
    11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter^levents nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Sni^aelflache auf dem Halbleiterplättchen,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    eine einzige Kristallage (5) auf einem Substrat (1) aus einem
    epitaxialen
    Einzelkristall im/Aufwachsverfahren in flüssiger Phase gebildet wird, wobei folgende Verfahrensschritte folgen: Nachfolgend wird im Aufwachsverfahren auf der ursprünglichen Lage (5) eine weitere einzelne Kristallage (38) im Aufwachsverfahren aufgebracht, deren Ätzcharakteristik gegenüber der ursprünglichen Lage (5) unterschiedlich ist, so daß sie selektiv von der ursprünglichen Laga durch Ätzen entfernt werden kann, aber in einem nachfolgenden Aufwachsverfahren auf die ursprüngliche Lage (5) aufgebracht werden kann, und Entfernen der zusätzlichen Lage (38) durch Selektivätzen, um die Oberfläche der ursprünglichen.Lage (5) freizulegen.
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    12. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vnn Doppelüberlageruncsbauweise nach °inem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch einander folgende epitaxiale Aufwachs-Verfahrensschrjtte bei flüssiger Phase auf einem Substrat aus Galliumarsenid (GaAs) des n-Typs einander folgend gebildet werden:
    (1) eine erste Lage aus GaAlAs des n-Typs,
    (2) eine zweite Lage aus GaAlAs des n- oder p-Typs,
    (3) eine dritte Lage aus GaAlAs des p-Typs,
    (4) eine vierte Lage aus GaAs des ρ -Typs, und
    (5) eine fünfte Lage aus GaAlAs des n-Typs,
    wobei in die fünfte Lage ein Teil derart chemisch herausgeätzt wird, daß hierin eine Nut oder ein enges Fenster bildet, wobei ein Teil der Oberfläche der vierten Lage am Nutgrund freigelegt wird, und
    wonach eine Metallelektrode in der Nut derart aufgebracht wird, daß sie den freiliegenden Teil der vierten Lage im Fenster bzw. der Nut berührt.
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DE2509585A 1974-03-05 1975-03-05 Halbleiterbauelement mit mehreren epitaktischen Halbleiterschichten, insbesondere Halbleiterlaser oder Feldeffektransistor, sowie Verfahren zu dessen Herstellung Expired DE2509585C3 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2509585A1 true DE2509585A1 (de) 1975-09-11
DE2509585B2 DE2509585B2 (de) 1980-08-21
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US (1) US4255755A (de)
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DE (1) DE2509585C3 (de)
FR (1) FR2264392B1 (de)
GB (1) GB1503983A (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2363201A1 (fr) * 1976-08-30 1978-03-24 Philips Nv Procede epitaxique de realisation d'un dispositif semi-conducteur ou ga al as et dispositif ainsi obtenu
DE2920454A1 (de) * 1978-05-22 1979-11-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Halbleiterlaser und verfahren zu dessen herstellung
DE3406361A1 (de) * 1984-02-22 1985-08-29 Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn Doppel-heterostruktur-laser und verfahren zu seiner herstellung

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4372791A (en) * 1979-04-30 1983-02-08 Massachusetts Institute Of Technology Method for fabricating DH lasers
US4379005A (en) * 1979-10-26 1983-04-05 International Business Machines Corporation Semiconductor device fabrication
US4342148A (en) * 1981-02-04 1982-08-03 Northern Telecom Limited Contemporaneous fabrication of double heterostructure light emitting diodes and laser diodes using liquid phase epitaxy
JPS61163689A (ja) * 1985-01-14 1986-07-24 Sharp Corp 半導体装置の製造方法
US4908325A (en) * 1985-09-15 1990-03-13 Trw Inc. Method of making heterojunction transistors with wide band-gap stop etch layer
IL84118A (en) * 1987-10-07 1991-03-10 Semiconductor Devices Tadiran Process for ii-vi compound epitaxy
JP3195715B2 (ja) * 1994-07-18 2001-08-06 シャープ株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法
US6009113A (en) * 1994-07-18 1999-12-28 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device having clad and contact layers respectively doped with Mg and method for fabricating the same
US5472886A (en) * 1994-12-27 1995-12-05 At&T Corp. Structure of and method for manufacturing an LED
DE19536434C2 (de) * 1995-09-29 2001-11-15 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaser-Bauelements
US6861324B2 (en) 2001-06-15 2005-03-01 Maxim Integrated Products, Inc. Method of forming a super self-aligned hetero-junction bipolar transistor
US20130188993A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 Fuji Xerox Co., Ltd. Surface-emitting semiconductor laser, surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processing device
DE112017000841T5 (de) * 2016-02-15 2018-11-15 Mitsubishi Electric Corporation Halbleiterlaser-lichtquelleneinrichtung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1589687A1 (de) * 1965-03-31 1970-05-27 Itt Ind Gmbh Deutsche Festkoerperschaltung mit isolierten Feldeffekt-Transistoren und Verfahren zu ihrer Herstellung
US3578514A (en) * 1964-05-18 1971-05-11 Motorola Inc Method for making passivated field-effect transistor
DE2235228A1 (de) * 1971-07-30 1973-02-22 Nippon Electric Co Stimulierbarer halbleiter (laser)

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1088790A (en) 1966-08-12 1967-10-25 Standard Telephones Cables Ltd Multiple junction semiconductor device
GB1108027A (en) 1966-10-11 1968-03-27 Standard Telephones Cables Ltd Light emitting diodes
US3740661A (en) * 1969-06-06 1973-06-19 Bell Telephone Labor Inc Minor lobe suppression in semiconductor injection lasers
US3678573A (en) 1970-03-10 1972-07-25 Westinghouse Electric Corp Self-aligned gate field effect transistor and method of preparing
DE2120388A1 (de) 1970-04-28 1971-12-16 Agency Ind Science Techn Verbindungshalbleitervorrichtung
US3700978A (en) * 1971-03-18 1972-10-24 Bell Telephone Labor Inc Field effect transistors and methods for making field effect transistors
NL190774A (de) * 1971-06-18
US3920491A (en) * 1973-11-08 1975-11-18 Nippon Electric Co Method of fabricating a double heterostructure injection laser utilizing a stripe-shaped region
US3780359A (en) * 1971-12-20 1973-12-18 Ibm Bipolar transistor with a heterojunction emitter and a method fabricating the same
US3798082A (en) * 1972-08-07 1974-03-19 Bell Telephone Labor Inc Technique for the fabrication of a pn junction device
US3801391A (en) * 1972-09-25 1974-04-02 Bell Telephone Labor Inc Method for selectively etching alxga1-xas multiplier structures
US3833435A (en) * 1972-09-25 1974-09-03 Bell Telephone Labor Inc Dielectric optical waveguides and technique for fabricating same
US3815045A (en) * 1972-10-06 1974-06-04 Hitachi Ltd Method of and device for modulating directly a semiconductor laser
GB1439759A (en) * 1972-11-24 1976-06-16 Mullard Ltd Semiconductor devices
US4028147A (en) * 1974-12-06 1977-06-07 Hughes Aircraft Company Liquid phase epitaxial process for growing semi-insulating GaAs layers

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3578514A (en) * 1964-05-18 1971-05-11 Motorola Inc Method for making passivated field-effect transistor
DE1589687A1 (de) * 1965-03-31 1970-05-27 Itt Ind Gmbh Deutsche Festkoerperschaltung mit isolierten Feldeffekt-Transistoren und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2235228A1 (de) * 1971-07-30 1973-02-22 Nippon Electric Co Stimulierbarer halbleiter (laser)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2363201A1 (fr) * 1976-08-30 1978-03-24 Philips Nv Procede epitaxique de realisation d'un dispositif semi-conducteur ou ga al as et dispositif ainsi obtenu
DE2920454A1 (de) * 1978-05-22 1979-11-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Halbleiterlaser und verfahren zu dessen herstellung
DE3406361A1 (de) * 1984-02-22 1985-08-29 Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn Doppel-heterostruktur-laser und verfahren zu seiner herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
GB1503983A (en) 1978-03-15
US4255755A (en) 1981-03-10
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DE2509585B2 (de) 1980-08-21
CA1049127A (en) 1979-02-20
FR2264392A1 (de) 1975-10-10
DE2509585C3 (de) 1981-04-16

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