DE3007809C2 - Halbleiterlichtausstrahlungselement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vierte Halbleiterschicht 5 muß einen Widerstand von mehr als 10 £2 · cm aufweisen, und in der Praxis sollte der Widerstand im Bereich von !00 Ω ■ cm bis 1 k£2 · cm liegen. Diese Schicht 5 ist für die elektrische Trennung des Halbleiterlascrelements vom Feldeffeki transistor erforderlich.

Eine Nut 7 ist eingeschnitten, um eine Isolation zwischen dem Laserbereich und dem Feldeffekttransistorbereich vorzusehen. Diese Nut 7 kann entfallen, wenn das Laserclcnient und der Feldeffekttransistor geeignet

ausgelegt sind, doch die Vorsehung der Nut 7 ist vorzuziehen. Die Nut 7 kann mit einem anorganischen Isolator, wie z. B. SiO; oder Kunstharz, gefüllt werden, um die Isolation zu verbessern. Außerdem kann anstelle des Einschneidens der Nut 7 eine lonenimplanation verwendet werden, um einen Bereich mit hohem Widerstand zu bilden, der als Isolationsbereich dient. Die Anordnung eines dieser isolationsmittel sollte nach auf dem Gebiet des Halbleiterlasers oder der Halbleiteranordnung bekannten Techniken erfolgen.

Wenn das vorstehend beschriebene SLEE unter Verwendung eines Materials des GaAs-GaAlAs-Systems zu fertigen ist, wird jede der Halbleiterschichten folgendermaßen gewählt:

erste Halbleiterschichl:
Gai.,AI,As(0,2 < .v < 0,7).

Dicke 1 bis 3 μιη;
zweite Halbleiterschicht:
Gai,AKAs(0 < y < 0,3),
Dicke 0,05 bis 0,3 μην,
dritte Halbleiterschicht:

Ga,.,ALAS(0,2 < / < 0,7),
Dicke 1 bis 3 μηι;
vierte Halbleiterschicht:
Gai,Al,As(0 < s < 0,7),
Dicke 0,5 bis 5 μιτί;

Widerstand 10 Ω ■ cm oder darüber,
fünfte Halbleiterschicht:
Ga,.,Al₁As(O < / < 0.3),
Dicke 0,1 bis 0,3 μηη.
30

Elektroden 8 und 12 werden an der p- bzw. der η-Schicht des Halbleiterlaserelements angebracht. Die

Elektroden 9, 10 und 11 sind die Source- bzw. Steuer- bzw. Drainelektrode des Feldeffekttransistors. Die Elektroden 8, 9, 11 und 12 sind ohmsche Elektroden, und die Elektrode 10 ist eine Schottky-Elektrode. Ein Bereich 13 wird durch die selektive Diffusion von Zn gebildet, der als ein Elektrodenanbringungsteil für das Halbleiterlaserelement dient.

Die zur Richtung der Ausbreitung des Laserstrahls senkrechten Schnittebenen, die z. B. durch das gut bekannte Spalten gebildet werden, behandelt man derart, daß sie als Reflektionsoberflächen dienen, um einen optischen Resonator 14 zu schaffen.

Wenn die Elektroden 8 und 9 des vorstehend beschriebenen SLEE durch einen Leiter verbunden sind und eine Spannung zwischen den Elektroden 11 und 12 angelegt wird, findet eine Laserstrahlung statt. Das entsprechende Schallbild dieses in Fig. 1 gezeigten Aufbaus ist in F i g. 2 dargestellt. Die Bezugsziffern in F i g. 2 bezeichnen die entsprechenden Teile in Fig. 1. S, D und G deuten zusätzlich die Source-, Drain- und Steuereiektroden des Feldeffekttransistors an. Dementsprechend läßt sich die Laserresonanz durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steuerelektrode 10 steuern.

Der Aufbau, bei dem die Resonanz des Halbleiterlascrelements durch die steuernde Elektrode, d. h. die Steuerelektrode 10. gesteuert werden kann, hat die folgenden Vorteile.

(1) Die Laserlichtstärke kann durch einen Spannungsimpuls moduliert werden. Da die Steuerelektrode in Sperrichtung betrieben wird, fließt zur Steuerung ein geringer Strom. Daher kann das Halbleiterlaserelement durch das Ausgangssignal ein- und ausgeschaltet werden, das von einer gewöhnlichen Silicium-IC (integrierte Schaltung), wie z. B. einer TTL-(Transistor-Transistor-Logik) Schaltung abgeleitet wird.

(2) Es kann eine Hochgeschwindigkeitsmodulation erreicht werden. Die rvioduiaiionsgesc'riwinuigkeii wird in Abhängigkeit von der Ansprechgeschwindigkeit des Feldeffekttransistorbereichs und der Modulationsgeschwindigkeit des Laserbereichs bestimmt und erreicht eine Rate von 1 G bit/s oder darüber.

Das in F i g. 1 dargestellte SLEE weist die erste bis fünfte Halbleiterschicht als übereinandergeschichtetes Laminat auf. und das Halbleiterlaserelement und der Feldeffekttransistor sind in den gewünschten Bereichen aufgebaut. Dieser Aufbau ist für ein einfaches Herstellverfahren am meisten geeignet. Jedoch können die erste, zweite und dritte Halbleiterschicht, die das Laserelement bilden, und die vierte und die fünfte Halbleiterschicht,

bo die als Feldeffekttransistor dienen getrennt durch Kristallwachstumstechnik gebildet werden. Als Ausführungsbeispiel der Erfindung wird hierzu das SLEE gemäß F i g. 12— 14 beschrieben. Weiter kann man an zahlreiche Abänderungen bezüglich des SLEE denken, bei denen der Feldeffekttransistor mit einer der Elektroden des Laserelements verbunden ist. Als Material für das SLEE ist außer dem bereits genannten GaAlAs-System auch das InP-InGaAsP- oder GaAlSbAs-System empfehlenswert. Verschiedene übliche Mittel zur Stabilisierung der Schwingung eines Halbleiterlasers können gut auf den Laserbereich des SLEE gemäß der Erfindung angewendet werden.

F i g. 3 bis 8 zeigen in Schnittdarstellungen die einzelnen Schrille eines Verfahrens zur Herstellung eines SLEE als eines Ausführungsbeispicls der Erfindung.

Ein π-GaAs-Substrat (mit einer Elektronenkon/.entrution η = lO'Vcni¹) 21 trägt die folgenden, auf seiner (lOO)-Ebene nach dem bekannten Fliissigphasenepitaxialwiichstumsveifahren unter Verwendung eines Gleitbretts gebildeten Schichten: eine erste Halbleiterschicht 22 aus n-Gan.;Al_luAs (n ~ 5 ■ lO'Vem¹) von 2 μηι Dicke; eine zweite Halbleiterschicht 23 aus n-GaAs (n = lO'Vcnv¹) von 0,1 μΐη Dicke; eine dritte Halbleiterschicht 24 aus p-Ga_o.7Alo.)As (Löcherkonzentration ρ = 5 · lO'Vcni') von 1 μηι Dicke; eine vierte Halbleiterschicht 25 aus p-GaojAlo.jAs (o ~ 1 ■ 10'Vcni¹, Widerstand ~ 600 Ω · cm) von 1 μηι Dicke; und eine fünfte ^

Halblciterschicht 26 aus n-GaAs (n « 2 · 10^l7/cm') von 0,3 μηι Dicke. Die vierte Halblciierschichi 25 muß nicht stets Al enthalten und kann aus p-GaAs (p = 1 · lO'-Vcm¹) mit hohem Widerstand gebildet sein. F ι g. 3 zeigt im ^j

Querschnitt das so vollendete Laminat. (2

Dann wird eine Doppelschicht 27 aus AI>0) mit 0.2 μηι Dicke und SiO> mit 0,3 μηι Dicke nach dem bekannten ι ο J»

CVD-ichemischen Dampfabscheidungs)Vcrfahren gebildet. Der Teil mit b μηι Breite der Doppclschicht 27. der ι-

dem Eektrodenanbringungsteil des Halbleitcrlascrelements entspricht, wird entfernt. Die hierfür zu verwendenden Ätzlösungen sind eine Mischlösiing aus Fluorwasserstoff und Ammoniumfluorid (1 :6 für SiO₂) und eine ■ Phosphorsäurelösung (für AI₂Oj). Die SiOiAbOrDoppelschicht 27 dient als eine Maske tür eine selektive £ Diffusion. Durch die öffnung 31 der Maske 27 werden nach der bekannten Diffusionstechnik Zn-Atome 15 |· diffundiert, wobei der Diffusionsbereich 32 eine Breite von 6 μηι aufweist und die dirtte Halbleiterschicht 24 ± erreicht. F i g. 4 zeigt den Abschluß dieses Verfahrensschrittes.

Die gesamte Doppelschicht 27, die als Diffusionsmaske gedient hat, wird entfernt, und eine SiO₂-Schicht 29 von 500 nm Dicke wird nach dem CVD-Verfahren gebildet. Eine Photoresistschicht 30 wird dann auf der SiO₂-Schicht 29 gebildet, und man stellt eine öfinung 28 in der SiO₂-Schicht 29 unter Anwendung einer üblichen 20 * photolithographischen Technik her. F i g. 5 zeigt den Abschluß dieses Verfahrensschrittes. Unter Verwendung der restlichen SiO₂-Schicht 29 als Ätzmaske werden die fünfte und die vierte Halbleiterschicht 26 und 25 dem Mesaätzen unterworfen. Die zum Ätzen zu verwendende Lösung ist eine Mischlösung aus Phosphorsäure, Wasserstoffperoxid und Äthylenglykol (1:1:8). Die durch das Ätzen entstehende Nut 33 kann eine solche Tiefe haben, daß ihr Boden die erste Halbleiterschicht 22 erreicht, wie in F i g. 1 (Schicht 2) gezeigt ist, doch ist es lediglich nötig, daß der Boden der Nut 33 gemäß F i g. 6 die vierte Halbleiterschicht 25 erreicht. Vorzugsweise sollte die Nut 33 flach sein, wenn eine vakuumabgeschiedene Metallschicht zum Kurzschließen zwischen der p-Elektrode des Laserelements und der Senkenelektrode des Feldeffekttransistors verwendet wird. F i g. 6 zeigt den Abschluß dieses Mesaätzschritts. ^

Dann wird die SiO₂-Ätzmaske 29 völlig entfernt, und es wird eine neue SiO₂-Schicht 34 mit einer Dicke von 500 nm nach dem CVD-Verfahren gebildet. Eine positive Photoresistschicht wird auf der SiO₂-Schicht 34 gebildet, und man stellt öffnungen in der positiven Photoresistschicht her, um eine Quellen- und eine Senkenelektrode anzubringen. Dreifachschichten aus Au-Ge-Legierung, Nickelschicht und Goldschicht werden als Source- und Drainelektroden durch Vakuumaufdampfung gebildet, wobei jede Dreifachschicht eine Dicke von ,_

250 nm aufweist. Während des Vakuumaurdampfverfahrens kann das Substrat bei Raumtemperatur gehalten 35 werden. Anschließend wird die positive Photoresistschicht entfernt, so daß die Dreifachschicht mit Ausnahme ^

der als die Source- und Drainelektrode dienenden Teile entfernt wird. Der so hergestellte Aufbau wird auf 400° C erhitzt, und die ohmschen Kontaktelektroden 35 und 36 werden fertiggestellt.

Es wird wieder eine positive Photoresistschicht gebildet, und man schneidet in die positive Photoresistschicht \

Öffnungen ein, um eine Elektrode für das Laserelement und eine Steuerelektrode für den Feldeffekttransistor anzubringen. Cr und Au werden nacheinander unter Vakuum abgeschieden, um als die Elektroden dienende |C

Schichten von 300 nm Dicke zu bilden. Das Substrat wird während der Vakuumabscheidung auf 90⁰C gehalten. ^

Die positive Photoresistschicht wird entfernt, so daß die Cr-Au-Schicht mit Ausnahme der als die Elektroden 37 und 38 dienenden Teile entfernt wird. F i g. 7 zeigt diesen Schritt der Bildung der Elektroden.

Weiter wird eine positive Photoresistschichl mit einer Dicke von 1,2 μιπ gebildet, und man schneidet öffnun- 45 Γ gen in die Photoresistschicht ein, um äußere Anschlüsse für die Elektroden 36 und 37 und einen kurzschließenden ,

Leiter zwischen den Elektroden 35 und 38 anzubringen. Unter Verwendung der Photoresistschicht als Ätzmaske werden die freigelegten Teile der SiO₂-Schicht 34 so herabgeätzt, daß die Dicke der SiO₂-Schicht auf 150 nm verringert werden kann. Cr (60 nm) und Au (300 nm) werden nacheinander zur Bildung des Kurzschlußleiters 39 ^

und des äußeren Anschlusses 39'dampfabgeschieden. ^r>» '>

Die Rückseite des Substrats 21 wird poliert und etwas geätzt, und dann wird eine Au-Ge-L.egierung zur Bildung einer n-sciiigen Elektrode 40 darnpfabgcschicdcri. _

Schließlich wird ein optischer Resonator durch das bekannte Spalten des so hergestellten Aufbaus längs einer zur Richtung der Ausbreitung des Laserstrahls senkrechten Kristallebene fertiggestellt. Die Hohlraumlänge ist in diesem Fall 300 um.

Fig.8 und 9 zeigen im Querschnitt und im Grundriß das so fertiggestellte SLEL In Fig.8 und 9 sind die äquivalenten Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Wenn eine Spannung von 4 bis 5 V zwischen der Drainelektrode 36 und der n-seitigen Elektrode 40 des SLEE angelegt wird,findet Laserresonanz statt Die Wellenlänge des Laserlichts ist 830 nm, und der Schwellenstrom ist etwa 80 mA.

Fig. 10 zeigt eine Betriebscharakteristik des vorstehend erhaltenen SLEE Die Steuerspannung wird in Fig. 10 als Parameter verwendet Wie in Fig. Ί0 gezeigt ist findet Laseremission statt, indem man die Drainspannung Vo über 3 V einstellt Der optische Ausgang, der durch die Steuerspannung gesteuert werden kann, wurde über einen Bereich von 6 mW bis 0 mW für die Änderung in der Steuerspannung von 0 bis —0,8 V variiert

F ig. 11 zeigt das Ergebnis des mit dem gleichen SLEE durchgeführten Modulationsversuchs. Die Kurve zeigt die Beziehung zwischen dem otpischen Ausgang und der Modulationsfrequenz, die in dem Fall beobachtet wurde, wo die Drainspannung Vb4 V ist und eine Sinuswelle mit einer Amplitude von 0,2 V an die Steuerelektro-

de angelegt wird. Der Modulationsfrequenzbereich war etwa 2,56GHz, der höher als jeder andere bisher beschriebene Modulationsfrequenzbereich ist.

Ein SLEE gemäß Fig. 8/9 kann auch unter Verwendung des InP-InGaAsP-Systems hergestellt werden, bei dem eine erste Halbleiterschicht aus Ga₁In,.,As₁P, , (0 < x, y < I) ist. eine zweite Halbleiterschicht aus Ga-,InI₁As₁Pi-, (0 < s, r < 1) ist, eine dritte Halbleiterschicht aus InP ist, eine vierte Halbleiterschicht aus GaulniuAs/PiviO < w, ζ < 1) ist und eine fünfte Halbleiterschicht aus Ga„lni.„As,Pi-, (0 < u. ν < 1) ist. worin s > χ und w > u sind.

Das Verfahren zur Herstellung dieses Aufbaus ist in den grundsätzlichen Schritten das gleiche wie das vorher beschriebene, und daher wird der Hauptteil dieses Aufbaus nur kurz beschrieben.

to Ein InP-Substrat (mit Sn dotiert, Dotierstoffkonzentration 3 · 10"Vcm^! mit seiner (lOO)-Ebene als Kristallwachstumsfläche wird verwendet. Auf der (lOO)-Ebene des inP-Substrats werden durch Flüssigepitaxialwachstum eine erste Halbleiterschicht aus n-lnP (mit Te dotiert η = 3 · 10^ls/cm^J) von 3 μιη Dicke, eine zweite Halbleiterschicht aus p-lno.7jGao.27Aso.5iPo..ii (mit Zn dotiert, ρ » 1 · 10"Vcm³) von 0,2 μm Dicke, eine dritte Halbleiterschicht aus p-lnP (mit Zn dotiert, ρ « 2 · lO'i/cm') mit 2 μιη Dicke, eine vierte Halbleiterschicht aus InP (p « lO'Vcrn³) mit 2 μίτι Dicke und eine fünfte Halbleiterschich! aus n-lnP (mit Sn dotiert, π « 1 ■ lO'Vcm³) mit 0,2 pm Dicke gebildet. Die vierte Halbleiterschicht aus InP kann durch eine Schicht hohen Widerstandes mit Fe-Dotierung ersetzt werden.

Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel wird Zn in den Bereich der Oberfläche des Laserbereichs eindiffundiert, wo eine Elektrode anzubringen ist.

Die p-seitige Elektrode des Laserelcments wird aus dem Au-Zn-System gebildet, die n-seitige Elektrode des Laserelements ist vom Au-Ge-System. die Steuerelektrode, d. h. Schottky-Elektrode, des Feldeffekttransistors ist vom Cr-Au-System, und die Source- und die Drainelektrode des Feldeffekttransistors sind vom Au-Ge-Systern.

Ais Ergebnis dieses Verfahrens konnte ein SLEE mit einer Resonanzwellenlänge von 1.3 μίτι und einem Schwellenstrom von 100 mA hergestellt werden. Bei diesem Beispiel wurde jeder Bestandteil zur Erzeugung von Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1,3 μιη justiert, doch ist es auch möglich, ein Laserelement mit einem weiteren Bereich von Wellenlängen, z. B. 1,0 bis 1,7 μηι vorzusehen, indem man die Zusammensetzung der zweiten Schicht aus Ga₁In,.,As₁Pr, durch Ändern von χ und yin der Weise steuert, daß die Gitterkonstante der zweiten Schicht gleich der von InP wird, d. h. die Gitterkonstante a = 0,587 nmist.

Die Fig. 12 bis 14 zeigen im Querschnitt die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines SLEE als weiteren Ausführungsbeispiels dieser Erfindung. Wie in Fig. 12 gezeigt ist. werden eine erste Schicht 42 aus n-Gao.65Alo.35As (n » lO'Vcm', 1,6 μπι Dicke), eine zweite Schicht 43 aus n-Ga0.fiAl0.05As (n « l0¹⁷/cnv, 0,1 um Dicke) und eine dritte Schicht 44 aus p-Gao.65Alo.j5As (p « 5 · lO'Vcm-¹, 2 um Dicke) nacheinander auf der (lOO)-Ebene eines n-GaAs-Substrats 41 (Elektronenkonzentration η « 10^l8/cm³) gebildet.

Eine SiO^-Schicht von 500 nm Dicke wird auf der dritten Halbleiterschicht 44 nach dem CVD-Verfahren gebildet. Diese SiOrSchicht wird dann nach der bekannten Photolithographie so geätzt, daß nur eine 5 μιη breiter Streifen der SiOi-Schicht auf der Schicht 44 verbleibt, wie Fig. 13 zeigt, werden unter Verwendung dieses Streifens als Ätzmaske die Schichten 42, 43 und 44 bis auf 5 μιη Breite durch eine aus Phosphorsäure, Wasserstoffperoxid und Wasser bestehenden Ätzlösung weggeätzt.

Eine 2,5 μπι dicke vierte Schicht 45 aus p-Gao.bAlo.^As (Löcherkonzeniraiion ρ = 1O'Vcm^J) und eine 0,3 um dicke fünfte Schicht 46 aus /)-GaAs (n = 1 · IO^!7/cm^J) werden auf der freigelegten Oberfläche des Substrats 41 nach dem Fliissigphasenepitaxiaiwachstumsverfahrcn gebildet.

Wie beim vorigen Ausführungsbeispiel werden eine Passivierschichl 53 aus SiO:, Elektroden 47, 48 und 49 eines Feldeffekttransistors, eine Elektrode 50 eines Laserelemcnts und ein kurzschließender Leiter 52 gebildet.

Die Materialien können die gleichen wie die im vorigen Ausführungsbeispiel verwendet sein.

Eine /7-seitige Elektrode 51 wird auf der entgegengesetzten Oberfläche des Substrats 41 gebildet, und schließlieh wird ein optischer Resonator durch Spalten des so gebildeten Aufbaus längs einer zur Richtung der Ausbreitung des Laserstrahls senkrechten Ebene fertiggestellt. Die Hohlraumlänge war in diesem Fall 300 um. Das fertige SLEE ist in F i g. 14 im Querschnitt dargestellt.

Die so hergestellte Lascranordnung hat einen Schwellensirom von 11 bis 30 mA, und ihr Ausgang konnte über einen Bereich von 3 mW bis 0 mW durch Ändern der Steuerspannung über einen Bereich von 0 bis —0,2 V varüert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Halbleiterlichtausstrahlungselement mit einem Halbleitersubstrat, einer Halbleiterschichtenanoranung

mit wenigstens einer ersten, einer zweiten und einer dritten über dem Halbleitersubstrat nacheinander gebildeten Halbleiterschicht und einem darin definierten p-n-Übergang, wobei die erste und die dritte Halbleiterschicht niedrigere Brechungsindizes und größere verbotene Bandlücken als die zweite, laseraktive Halbleiterschicht aufweisen und von untereinander entgegengesetztem Leitungstyp sind,

einem Mittel zum Dienen als optischer Resonator zur Ausstrahlung von Licht in der Längsrichtung des

p-n-Überganges,
ίο einem ersten, auf der vom Substrat abgewandten Oberfläche der Halbleiterschichtenanordnung gebildeten Mittel zur Injekion von Strom in die dritte Halbleiterschicht,

einem zweiten, auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Mittel zum Aufnehmen des vom Strominjektionsmittel injizierten Stroms,

und einem mit dem Halbleiterlaser auf demselben Halbleitersubstrat integrierten Feldeffekttransistorbereich, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Halbleiterschicht (5; 25) mit hohem Widerstand auf der dritten Halbleiterschicht (4; 24) gebildet ist.

eine fünfte Halbleiterschicht (6; 26) auf der vierten Schicht als aktive Schicht des Feldeffekttransistorbereichs (5; 25) gebildet ist,

mindestens in der fünften Schicht (6; 26) ein Bereich (7; 33) ausgebildet ist, der eine elektrische Isolation zwischen dem Feldeffekttransistorbereich und dem Laserbereich ergibt,

eine Steuerelektrode (10; 37) auf der fünften Schicht (6; 26) gebildet ist,

und eine Source- und eine Drain-Elektrode (9, It; 35,36) an beiden Seiten der Steuerelektrode (10; 37) auf der fünften Schicht (6; 26) gebildet sind und

daß das erste Mittel (8,13,38,32) zur Strominjektion mit der Source-Elektrode (9; 35) des Feldeffekttransistorbereichs kurzgeschlossen ist.

2. Halbleiterlichtausstrahlungselement mit einem Halbleitersubstrat, einer Halbleiterschichtenanordnung mit wenigstens einer ersten, einer zweiten und einer dritten über dem Halbleitersubstrat nacheinander gebildeten Halbleiterschicht und einem darin definierten p-n-Übergang, wobei die erste und die dritte Halbleiterschicht niedrigere Brechungsindizes und größere verbotene Bandlücken als die zweite, laseraktive Halbleiterschicht aufweisen und von untereinander entgegengesetztem Leitungstyp sind,

einem Mittel zum Dienen als optischer Resonator zur Ausstrahlung von Licht in der Längsrichtung des || p-n-Überganges,

l'l einem ersten, auf der vom Substrat abgewandten Oberfläche der Halblciterschichtenanordnung gebildeten

||i Mittel zur Injektion von Strom in die dritte Halblciterschicht.

I' 35 einem zweiten, auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Mittel zum Aufnehmendes vom Strominjektionsmittel fei- injizierten Stroms,

:*! und einem mit dem Halbleiterlaser auf demselben Halbleitersubstrat integrierten Feldeffekttransistorbe-

|;' reich, dadurch gekennzeichnet,

g daß zur Trennung des Feldeffekttransistor- und Laserbercichs eine vierte Halbleiterschicht (45) mit hohem

j?? 40 Widerstand auf dem Substrat (41) neben dem Laserbercich gebildet ist,

ρ- eine fünfte Halbleiterschicht (46) auf der vierten Schicht (45) als aktive Schicht des Feldeffekttransistorbe-

!..; reichs gebildet ist,

■'., eine Steuerelektrode (47) auf der fünften Schicht (46) gebildet ist und

I' eine Source- und eine Drain-Elektrode (48, 49) an beiden Seiten der Steuerelektrode (47) auf der fünften

j;; 45 Schicht (46) gebildet sind und daß das erste Mittel (50) zur Strominjektion mit der Source-Elektrode (48) des

!£ Feldeffekttransislorbereichs kurzgeschlossen ist.

λ

3. Halbleiterlichtausstrahlungselement nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich hohen

ί Widerstandes oder eine Nut (7; 33) zwischen dem Feldeffektransistorbereich und dem Laserbereich gebildet

t ist.

(■) so

4. Halbleiterlichtausstrahlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das

;;;. Substrat (1; 21; 41) aus GaAs-Kristall und die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht (2—6; 22—26;

• 42-46) aus Ga, ,AKAs (0,2 < a < 0,7), GaI₁Al₁As (0 < y < 0,3, Ga, ,AI,As (0,2 <z < 0,7), Ga,.,AI₁As : (0 < s < 0,7)undGa, ,AI₁As(O < I < 0,3) bestehen, worin /. <y,z < sundi < ssind.

5. Halbleiterlichtausstrahlungselemeni nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1; 21; 41) aus lnP-Kristall und die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schicht (2—6; 22—26; 42-46) aus Ga,In, ,As₁Pi , (0 < A\ y< 1), Ga,Ini.,As,P|., (0 < .?, ι < 1), InP. Ga₁₄In, uAS/Piv (0 < w. ζ < 1) undGa„lni.,,As₁Pi , (0 < u, ν < l)bestehen, worin s > xund w > usind.

6. Verfahren zur I ierstellung eines Halbleiterlichtausstrahlungsclements nach Anspruch 2. gekennzeichnet : durch folgende Verfahrensschritte:

b0 aufeinanderfolgende Bildung der ersten, zweiten und dritten Halbleiterschicht (42, 43, 44) als Laminat über

dem Halbleitersubstrat (41),

Entfernung der ersten, /weilen und dritten Schicht (42, 43. 44). oder der dritten und der /weiten Sciiicir. (44, 43), mit Ausnahme deren Teile in l'orni eines als Halbleiterlaser dienenden Streifens;

Bildung der \ierlcn Halbleiierschicht (45) auf dem Substrat (41);
b) Bildung der fünften I lalbleiterschicht (46) auf der vierten Schicht (45);

Bildung der Elektroden (47, 48, 49) des l'eldeHekuiansistorbeiekhs und von Elektroden (SO, 51) des Laserbereichs und einer leitenden Verbindung (52) der Snurco-Elektrode (48) mit der Injeki■·<ns elektrode (50);

Spaltung des Substrats (41) längs einer Kristallebene, die zur Längsrichtung des sireilenfönnigen Laserbereichs (42,43,44) senkrecht ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterlichtausstrahlungselement der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 vorausgesetzten Art und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein Halbleiterlaserelement bietet eine weite Anwendung in z. B. optischen Nachrichtensystemen, wie z. B. Datenleitung oder Computerverbindungsstück., da es von geringen Abmessungen und zur Durchführung einer raschen Modulation geeignet ist

Die Modulation eines Halbleiterlaserelements wurde früher in der Weise durchgeführt, wie sie im folgenden beschrieben wird. Ein Gleichstrom wird durch ein Vorspannungs-T-Einheit genanntes Schaltkreiselement, das aus einem Kondensator und einer Spule besieht, von der Seite der Spule geleitet; die Anregungskonzentration wird bis nahe der Laserschwingungsschwelle erhöht; und das Laserausgangslicht wird durch die Überlagerung eines Stromimpulses von 30 bis 70 mA moduliert, der von der Seite des Kondensators zugeführt wird Eine solche Einrichtung ist handelsüblich. Jedoch ist es in dem Fall, wo eine Hochgeschwindigkeitsmodulation von 11 bis 2 G bit/s gewünscht wird, nach dem obigen Verfahren für gewöhnliche Siliciumtransistoren schwierig, solche Stromimpuise als für die Hochgeschwindigkeitsmodulation geeignet zu erzeugen. Außerdem ist die Vorspannungs-T-Einheit im Vergleich mit dem Laserelement sehr voluminös, und die Abmessung einer viele Laserelemente enthaltenden Laservorrichtung kann nicht kompakt gemacht werden. >o

Andererseits ist aus »Appl. Phys. Leu.« 32 (12), 15.6.1978, S. 806-807 ein Halbleiterlichtausstrahlungselement der eingangs vorausgesetzten Art bekannt, wobei also mit dem Halbleiterlaser ein Feldeffekttransistorbereich auf demselben Halbleitersubstrat integriert ist. Die Anordnung sieht vor, daß der Halbleiterlaser und der Feldeffekttransistor Seite an Seite auf einer Ebene einer GaAs-(N-Schicht vorgesehen sind, die auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat gebildet ist. Da die GaAs-(N)-Schicht nicht nur als eine einen Feldeffckttransistorkanal bildende Halbleiterschicht sondern auch als den Halbleiterlaserteil mit dem Feldeffekttransistorteil verbindende Leiterschicht dient, wird die Stromkopplung zwischen den beiden Teilen am Ende der GaAs-(N)-Schicht ungünstig konzentriert, so daß man keine Gleichmäßigkeit der Strominjektion und keine hohe Betriebslebensdauer erreicht

Weiter ist aus »IEEE International Electron-Devices Metting«,Technica^| Digest, Washington 1978, Seiten 630 bis 633 ein hybrider GaAs-MESFET-Verstärker ..lit einem Laser bekannt, die einen Steuermodulator zur Abgabe von 1 ns-lmpulsen bei 500 Mb/s bilden.

Schließlich ist es aus »). Elektrochem. Soc. Solid-State Science and Technology«, 125, Dec. 1978, Seiten 2058 bis 2061 bekannt, in Verbindung mit einem Feldeffekttransistor eine Hochwiderstandsschicht zu verwenden, die zur Isolation zwischen einer aktiven Schicht des Transistors und einem chrom-dotierten Substrat mit Verunreinigungen und Fehlern dient.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs vorausgesetzte Halbleiterlicluausstrahlungselememt so auszugestalten, daß die Strominjektion gleichmäßig erfolgt und die Betriebslebensdauer erhöht wird, und ein Herstellungsverfahren dafür anzugeben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Halbleilerlichtsausstrahlungselement alternativ durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 2 und hinsichtlich des Herstellungsverfahrens für die zweite Alternative durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 3 bis 5 gekennzeichnet.

Durch die Hochwiderstands-Halbleiterschicht bzw. diese und den eine elektrische Isolation zwischen dein Feldeffekttransistorbereich und dem Laserbereich ergebenden Bereich wird in relativ unaufwendiger Weise erreicht, daß die Strominjektion gleichmäßig erfolgt und das Halbieiterlichtausstrahlungselement eine erhöhte Lebensdauer aufweist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert: darin zeigt

F i g. 1 im Querschnitt ein SLEE (Halbleiterlichtausstrahlungselement) als ein typisches Beispiel der Erfindung:.

F i g. 2 ein Schaltbild des in F i g. 1 gezeigten SLEE;

Fig.3 bis 8 im Querschnitt die einzelnen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines SLEE als Ausfülirungsbeispiels der Erfindung;

F i g. 9 einen Grundriß des SLEE;

F i g. 10 ein Diagramm zur Darstellung der Lichtausstrahlungscharakteristik des SLEE; F i g. 11 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Modulationscharakteristik des SLEE; und

Fig. 12 bis 14 im Querschnitt die einzelnen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines SLEE als weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein SLEE als typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Querschnitt senkrecht zur Richtung der Ausbreitung des Laserstrahls genommen ist. ω

Auf einem Halbleitersubstrat 1 sind als Laminat durch eine Kristallwachstumtechnik eine erste, eine zweite und eine dritte Halbleiterschicht 2,3 und 4 zur Bildung eines Halbleiterlaserelements ausgebildet. Weiter ist ein laminierter Bereich, der aus einer vierten Halbleiterschicht 5 mit hohem Widerstand und einer als Kanal ein«, Feldeffekttransistors dienenden fünften Halbleiterschicht 6 besteht, auf dem Laminat der Schichten 2, 3 und 4 gebildet. Die erste, zweite und dritte Halbleiterschicht 2, 3 und 4 dienen als die erste Übeivugsschicht bzw. die h^r> aktive Schicht bzw. die zweite Überzugsschicht des Halbleitcrlaserclemcnts. Natürlich haben die erste und die: dritte Halbleiterschicht 2 und 4 geringere Brechungsindizes und auch größere verbotene Bandlücken als die zweite Halbleiterschicht 3 und sind von zueinander entgegengesetztem Leitungstyp.