DE2721114A1

DE2721114A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2721114A1
Application number: DE19772721114
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Carballes
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-05-11
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1977-11-24
Also published as: CA1089571A; JPS52137280A; FR2351504B1; FR2351504A1; GB1545425A

Description

THOMSON - CSP 11. Mai 1977

173, Bd. Haussmann
75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen; T 2197

Halble iterbauelement

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Substrat und einer auf der Oberfläche des Halbleiters aufgebrachten Metallschicht.

Strukturen mit HeteroÜbergängen auf Gallium-Arsenid-Basis werden hauptsächlich bei der Nachrichtenübertragung mit optischen Wellenleitern eingesetzt.

Um eine genaue Ankopplung der lichtaussendenden Bauteile an die optischen Wellenleiter zu erzielen, ist es wünschenswert, die Abmessungen der aktiven Zonen so weit wie möglich zu verringern.

Zu diesem Zweck wurden bereits verschiedene Verfahren angewendet: Protonenimplantation, um bestimmte Zonen als Isolator

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auszugestalten, sog. Mesa-Ätzungen zum Entfernen bestimmter, überflüssiger Zonen, usw.

Alle diese Verfahren weisen den Nachteil auf, daß damit eine Beeinträchtigung der aktiven Zone des Bauteils riskiert wird.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines lichtempfindlichen oder elektrolumineszenten Halbleiterbauelements, bei dem die Abmessungen der aktiven Zonen verringert sind.

Das Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung ist im wesentlichen durch das Vorhandensein zweier Kontaktzonen auf einer der freien Oberflächen des Halbleiterbauelementes gekennzeichnet, wobei beide Zonen mit der gleichen metallischen Verbindung beschichtet sind, die dazu bestimmt ist, eventuelle Anschlüsse aufzunehmen, und wobei diese Verbindung mit der ersten Zone einen Eontakt mit hohem Widerstand und mit der zweiten Zone einen Kontakt mit niedrigem Widerstand bildet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbe!spiele näher erläutert; es zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Laser-Diode;

Fig. 2, 3 und 4 eine erfindungsgemäße Laser-Diode in verschiedenen Herstellungsstadien;

PIg. 5 eine perspektivische Ansicht dieser Diode;

Pig. 6 eine perspektivische Ansicht des Laser-Resonators der in Pig. 5 dargestellten Diode und

Pig. 7 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbe ispie1.

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Iq Pig. 1 ist mit 1 ein Substrat bezeichnet, das aus monokristallinem Gallium-Arsenid besteht, dessen Querabmessung in der Größenordnung 100 um bis 300 um beträgt und dessen zwei gegenüberliegende Seiten derart gespalten wurden, daß diese Seiten eben und parallel zueinander sind.

Das Substrat ist beispielsweise η-leitend und stark dotiert (einige 10¹⁸ At/cm³).

Auf dieses Substrat wurde eine erste Schicht 2 epitaktisch aufgebracht mit einer Sicke in der Größenordnung von 1 um und vom gleichen Leitfähigkeitstyp, aber mit der Zusammensetzung

Diese Epitaxie kann in der flüssigen Phase in einer Galliumschmelze zwischen 800⁰C und 960⁰C erfolgen, die mit Gallium-Arsenid gesättigt ist und außerdem gelöstes Aluminium enthält. Derartige Verfahren sind dem Fachmann an sich bekannt. Dabei kann χ zwischen 0,1 und 0,3 variieren. Diese Schicht ist η-leitend, aber mit einer Dotierung von beispielsweise 10 1 ft "?

bis 10 At/cm . Auf diese Schicht wurde durch das gleiche Verfahren eine weitere Schicht epitaktisch aufgebracht, in der die Lichtemission entsteht, und zwar mit der Zusammensetzung Ga_1-^-I As, wobei y< χ ist.

Diese Schicht 3 weist eine Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 1 um auf, wobei der Leitfähigkeitstyp gleichgültig ist. Einzige Bedingung ist, daß die Breite ihres verbotenen Bandes kleiner ist als diejenigen der an sie angrenzenden Schichten. Auf diese Schicht wurde durch das gleiche Verfahren eine Schicht 4- mit der andersartigen Zusammensetzung Ga^_x, Α1_χ| As aufgebracht, wobei x¹ in der Nähe von 0,3 liegt, und die p-leitend dotiert ist und eine Dicke in der gleichen Größenordnung wie die Schicht 2 aufweist. Auf diese letztere Schicht wurde eine obere Schicht 5 aus stark p+ -dotiertem Gallium-Arsenid mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 um aufgebracht.

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Damit verfügt man über eine Doppe1-Hetero-Struktur-Diode (d.h. die halbleitenden Übergänge existieren zwischen zwei verschiedenartig zusammengesetzten Materialien) und für einen bestimmten Bereich von an die Diode in der Durchlaßrichtung angelegten Vorspannungen können bekanntlich in der Zone 3 die Elektrolumineszenz-Erscheinungen entstehen. Um daraus einen Laser zu machen, müssen diese Erscheinungen von einem Resonator begrenzt werden, dessen Kanten mit großer Genauigkeit bestimmbar sind.

Bei bekannten Anordnungen werden sog."Mesa"-Ätzungen oder Protonenbeschießungen durchgeführt, wobei durch Masken bestimmte Stellen der oben genannten Schichten in isolierenden Zustand versetzt werden.

Das Verfahren zur Begrenzung und die erhaltene Vorrichtung werden anhand der folgenden Figuren beschrieben:

Fig. 2 zeigt die nach der epitaktischen Aufbringung erhaltenen Schichten 1,2,3,4 und 5.

Wie Fig. 3 zeigt, wurde die Schicht 5 durch eine Maske hindurch derart bearbeitet, daß von ihr nur noch ein Streifen übrig blieb, der sich von einer Spaltfläche des Substrates zur anderen Spaltfläche erstreckt. Dieser Streifen 6, dessen Querabmessung die Größenordnung von 1 um aufweist, kann mit großer Präzision hergestellt werden. Die Bearbeitung kann durch chemische Ätzung oder durch Ionenabtragung erfolgen. Sie wird derart durchgeführt, daß die ungeschützten Stellen der Schicht 5 abgetragen werden und die Schicht 4 bloßgelegt wird, so daß ein Streifen 6 aus Gallium-Arsenid übrig bleibt.

Gemäß Fig. 4 wurde auf dem Aufbau, beispielsweise durch Verdampfung im Vakuum, eine metallische Schicht 7 aufgebracht. Auf diese Weise können auch mehrere aufeinander folgende Metallschichten aufgedampft werden.

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Es ist nun bekannt, daß Kontaktierungen von bestimmten Schichten, die z.B. aus schwach dotiertem Ga_1-1 Al , As mit einem Wert von x' in der Nähe von 0,3 bestehen, sehr schlecht sind und für den Stromdurchgang einen hohen Widerstand aufweisen. Im Gegensatz dazu sind Metallkontaktierungen von AsGa sehr gut. Dies scheint von der Tatsache her zu rühren, daß das vorhandene Aluminium eine Schicht von Aluminiumoxid bildet, die als Isolator wirkt.

Daraus resultiert, daß die Strompfade unterhalb des AsGa-Streifens verlaufen. Es wurde festgestellt, daß diese Strompfade genau parallel zueinander bleiben und in die aktive Zone 3 senkrecht zu ihren beiden äußeren Flächen eintreten.

Eine perspektivische Ansicht der gesamten Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Wie daraus ersichtlich, ist die Zone 3 nur in dem Teil lumineszierend, der dem AsGa-Streifen 6 gegenüberliegt. In dieser Zone ist also ein Resonator entstanden, dessen äußere Bänder durch die beiden Spaltflächen des Substrates gebildet werden und der durch senkrechte Ebenen begrenzt wird, die entsprechenden Verlängerungen der beiden senkrechten Seiten des AsGa-Streifens sind und die sich von einer Spaltfläche des Substrates zur anderen erstrecken. Dieser Resonator weist alle Eigenschaften eines Perot-^ahry-Resonators auf, so daß in ihm bei Anregen der Diode eine kohärente Lichtemission entsteht.

Seine Horizontalabmessung kann in der Größenordnung von 0,1 bis 1 μιη liegen und die Strahlung tritt, wie es Fig. 6 zeigt, seitlich in Pfeilrichtung^f aus. Dergestalt konnte also eine normalerweise störende Eigenschaft bei der Kontaktierung von Verbindungen des Typs Ga_1- Al As vorteilhaft ausgenutzt werden.

Von dieser Eigenschaft kann auch bei der Herstellung anderer Vorrichtungen als Laser-Dioden Gebrauch gemacht werden.

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In Fig. 7 ist eine Elektrolumineszenz-Diode dargestellt, wobei das Licht aus der oberen Fläche austritt. Bei diesem Ausführungebeispiel weist der AsGa-Streifen Ringform auf und die obere Fläche ist für das austretende Licht transparent/ während der Strom im mittleren Teil der Diode konzentriert ist.

Die Erfindung kann auf vielen anderen Gebieten angewendet werden,und zwar immer dann, wenn ein Dielektrikum erforderlich ist, wie z.B. in der Planartechnologie, wobei die Grenzfläche zwischen einem Metall und der Al As Ga - Zone das Dielektrikum darstellt.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte

Dipl-Ing Oipl.-Chem Opl.-tng.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiseii 11\

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

THOMSON - CSP ¹¹· ^{Mai 1977}

173, Bd. Haussmann
75008 Paris / Frankreich

ünssr Zeichen; T 2197

Patentansprüche

f\.^Halbleiterbauelement mit einem Substrat und einer auf der —Oberfläche des Halbleiters aufgebrachten Metallschicht, dadurch gekennzeichnet , daß diese Oberfläche wenigstens eine erste und eine zweite Zone aufweist/ die aus einem ersten bzw. einem zweiten Material bestehen, und daß die Kontaktzonen der ersten bzw. zweiten Zone mit der Metallschicht einen sehr hohen bzw. einen sehr niedrigen Widerstand aufweisen.
2. Halbleiterbauelement mit einer auf der Oberfläche des Halb- ' leiterbauelements aufgebrachten Metallschicht, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß diese Oberfläche weniastens eine erste und eine zweite Zone aufweist/ daß die erste Zone teilweise die zweite Zone bedeckt, daß die erste Zone aus einem Material besteht, das einen guten elektrischen Kontakt mit der Metallschicht gewährleistet und daß die zweite Zone in diesem Material ein leicht oxidierbares Element enthält, dessen Oxid der Entstehung eines elektrischen Kontaktes mit der Metallschicht entgegenwirkt.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Material Gallium-Arsenid ist und daß die zweite Zone die Zusammensetzung Ga-j__x Α1_χ As aufweist, wobei χ in der Nähe von 0,3 liegt.
4· Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Zone die Form eines Rechteckes aufweist, das sich von einer Seitenfläche des Bauelements zur anderen Seitenfläche erstreckt.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß es ein Sinkristall ist, dessen beide Seitenflächen durch Spaltung erhalten sind.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß es aus Gallium-Arsenid besteht und auf einer seiner Oberflächen epitaktische Schichten entgegengesetzten Leitungstyps und der Zusammensetzung Ga₁__χ Α1_χ As aufweist, wobei χ für die obere Schicht im wesentlichen den Wert 0,3 hat, daß eine Zwischenschicht der Zusammensetzung Ga Al.. As vorhanden ist, wobei y derart gewählt ist, daß das verbotene Band dieses Materials schmaler ist als dasjenige der beiden Materialien, aus dem die angrenzenden Schichten bestehen, und daß ein zweiter Kontakt auf dem Bauelement vorgesehen ist, um den Übergang sowie den Teil der Zwischenschicht, der unterhalb des Streifens liegt und als Laser-Resonator wirkt, in der Durchlaßrichtung vorzuspannen.
7. Verfahren zur Herstellung von Kontaktzonen auf einem halbleitenden Substrat, das wenigstens teilweise aus einem Material der Zusammensetzung Ga-j__x Α1_χ As besteht, wobei χ in der Nähe von 0,3 liegt, gekennzeichnet durch die Schritte des epitaktischen Aufwachsens von Gallium-Arsenid auf eine Substratfläche, des Abtragens der so erhal-

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tenen Gallium-Arsenid-Schicht und des Aufbringens von Metallschichten auf den so erhaltenen Aufbau.

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