DE3124633A1 - "halbleitereinrichtung und verfahren zu deren herstellung" - Google Patents

"halbleitereinrichtung und verfahren zu deren herstellung"

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DE3124633A1 DE19813124633 DE3124633A DE3124633A1 DE 3124633 A1 DE3124633 A1 DE 3124633A1 DE 19813124633 DE19813124633 DE 19813124633 DE 3124633 A DE3124633 A DE 3124633A DE 3124633 A1 DE3124633 A1 DE 3124633A1
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Description

Halbleitereinrichtunq und Verfahren zu deren Hsrstellung
Die Erfindung.""betrifft eine Halbleitereinrichtung mit einem Transistor für Modulation und einen Halbleiterlaser als eine Einheit bzw. einen Körper und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Optische HalbleiterschaltungselEmEnte, beispielsweise lichtemittierende Einrichtungen, wie Leuchtdioden und Halbleiterlaser, optische Modulationselemente und lichtempfangende Einrichtungen, wie beispielsweise Photodioden bzw. Lawinenphotodioden und .dgl. und elektronische Halbleiterschaltungselemente, beispielsweise Transistoren, .Dioden und dgl. besitzen unterschiedliche epitaxiale Strukturen. Idenn diese beiden Arten von Schaltungselementen auf dem gleichen Substrat aufgeformt werden können, ist es möglich, eine Miniaturisierung bzw. Verkleinerung der Einrichtung zu erzielen. Ferner lassen sich die Hochfrequenzcharakteristiken sowie die Betriebszuverlässigkeit verbessern und die Herstellungskosten verringern. Demzufolge besteht das Bestreben, diese beiden Arten von Schalungselementen auf dem gleichen Substrat unterzubringen bzw. diese auf dem gleichen Substrat zu bilden.
Es wurden bisher verschiedene V/ersuche unternommen zur Bildung eines Halbleiterlasers und eines Transistors zur Modulation dieses Lasers auf dem gleichen Substrat. Bei diesen bekannten Verfahren wird eine epitaxiale Scheibe mit einer epitaxialen Mehrfachschicht für einen Laser und einer epitaxialen Schicht für einen Feldeffekttransistor verwendet. Dabei wird in der Plättchenoberfläche die Aufwachsschi.cht in einer Zone für den Feldeffekttransistor gebildet und die epitaxiale Vielfachschicht in einer Zone für den Laser durch Verwendung von insbesondere Ätzen oder durch die Verwendung von Diffusion. Diese Elemente werden durch eine Halbleiterschicht, oder durch Metall miteinander verbunden. Die Herstellung dieser Elemente ist jedoch äußerst aufwendig und kompliziert. Außerdem kann ein hoher Strom nicht fließen, wegen der Verwendung eines FeIdeffektransistors mit Shottkybarriere unter Verwendung einer n-Halbleiterschicht auf einem quasiisolierenden Substrat als aktiver Schicht. Für die Halbleiterlaser werden verschiedene Streifenstrukturen als Grundstruktur in seitlicher Richtung verwendet, jedoch sind diese Strukturen äußerst aufwendig und kompliziert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine IlaLbieltereinrichtung, bestehend aus einem Transistor für die Modulation und einem halbleitenden Laser, in Form eines einheitlichen Körpers zu schaffen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird auf die beiliegenden Ansprüche 1 und 4 verwiesen, wobei in den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß ein hoher Strom fließen kann und damit ein Betrieb bei hoher Geschwindigkeit möglieh ist.
Durch die Erfindung wird eine Halbleitereinrichtung geschaffen, bei der auf der obersten Schicht eines mehrschichtigen epitaxialen Plättchens zur Bildung eines Halbleiterlasers eine Schicht vorgesehen ist, die aus einem Halbleiter mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp gegenüber der obersten Schicht besteht und eine V-förmige Ausnehmung aufweist, die mit einer Halbleiterzone angefüllt ist vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die oberste Schicht des mehrschichtigen epitaxialen Plättchens, und bei der ohmsche Elektroden auf der Rückseite der Halbleiterschicht, der Halbleiterschicht mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterzone mit gleichem Leitfähigkeitstyp vorgesehen sind.
Ferner wird durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen zur Herstellung einer Halblei tereinri ditung mit den Verfahrens schritten, daß durch epitaxiales Aufwachsen auf die oberste Schicht eines mehrschichtigen epitaxialen Plättchens zur Bildung eines Halbleiterlasers eine Halbleiterschicht aufgebracht wird mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp gegenüber der obersten Schicht des epitxialen Plättchens, daß in die Halbleiterschicht eine im Querschnitt V-förmige Ausnehmung, insbesondere mit Hilfe eines anisotropischen und selektiven Ätzmittels, eingeformt wird, daß durch epitaxiales Aufwachsen eine andere Halbleiterschicht mit gegenüber der aufgebrachten Halbleiterschicht unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp unter Bildung einer ebenen Oberfläche aufgebracht wird, daß die gesamte Oberfläche geätzt wird, bis die Halbleiterschicht mit Ausnahme des Bereichs der V-förmigen Zone freigelegt ist und daß ohmsche Elektroden an der
halbleitenden V-förmigen Zone, an den halbleitenden Schichten zu beiden Seiten der V-förmigen halbleitenden Zone sowie auf der Kücksej.te des Substrats vorgesehen werden.
In den beiliegenden Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren uiird die Erfindung nach näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Halhleitereinrich-
tung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung . ist und
Fig. 2a,-b, c, d und ε Querschnittsbilder zur Erläuterung der Herstel-
- lung der Halbleitereinrichtung.
Durch die Erfindung uird eine Halbleitereinrichtung geschaffen, bestehend aus einem mehrschichtigen epitaxialen Plättchen zur Bildung eines Halbleiterlasers, wobei auf die oberste Schicht des Plättchens eine Halbleiterschicht vorgesehenwird, die gegenüber der obersten Schicht des mehrschichtigen epitaxialen Plättchens einen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp aufweist und eine im Querschnitt V-förmige Ausnehmung besitzt, in der eine Halbleiterzone vorgesehen ist, mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp uie die oberste Schicht des mehrschichtigen epitaxialen Plättchens. Qhmsche Elektroden sind auf der Rückfläche des Substrats des Halbleiterlasers auf der Halbleiterschicht mit gegenüber der obersten Schicht des epitaxialen Plättchens unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp und der halbleitenden Zone mit den gleichem Leitfähigkeitstyp vorgesehen.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 1 dargestellt. Dieses kann einfach hergestellt werden, da ein Halbleiterlaser und ein Transistor oberhalb und darunter im gleichen Bereich eines Plättchens gebildet werden können und außerdem ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit möglich ist, da ein hoher elektrischer Strom im Vergleich zu einem Feldeffekttransistor (FET) mit Shottkybarriere fließen kann. Dies beruht darauf, daß ein Transistor mit statischer Induktion von vertikalem Typ (SIT) verwendet wird. In der Fig. 1 ist eine Halbleitereinrichtung zusammengesetzt aus einem Halbleitersubstrat 1, einer aktiven Schicht 3 eines Lasers, Überzugsschichten 2 und k, einer Halbleiterschieht 5 mit gegenüber der Überzugsschicht ff unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp, einer HaIbleiterzane 6 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Überzugsschicht t» und aus
Dhmschen Elektroden 7, 8 und S1 wobei am Boden der V-förmigen Ausnehmung die Halbleiterzone 6 und die Halbleitersebicht 4 in Kontakt miteinander stehen.
Beim Ausführungsbeispiel wird die Halbleitereinrichtung erzeugt durch epitaxiales Aufwachsen einer halbleitenden Schicht mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp gegenüber der obersten Schicht des mehrschichtigen epitaxialen Plattchens auf dieser obersten Schicht zur Bildung eines Halbleiterlasers. In diese Halbleiterschicht ujird eine im Querschnitt V-förmige Ausnehmung, insbesondere durch ein anisütropisches oder selektives Ätzmittel eingefarmt. Anschließend wird eine weitere Halbleiterschicht durch epitaxiales Aufwachsen aufgebracht mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp gegenüber der zuerst aufgebrachten Halbleiterschicht, wobei eine flache Oberfläche gebildet wird. Daraufhin wird die gesamte Oberfläche geätzt, bis die- zuletzt aufgebrachte Halbleiterschicht mit Ausnahme des Bereichs in der V-förmigen Ausnehmung beseitigt ist. Schließlich werden ohmsche Elektroden auf der V-förmigen Halbleiterzone auf den Halbleiterschichten zu beiden Seiten der V-förmigen Halbleiterzone und ,auf der Rückseite des Substrats aufgebracht.
Im einzelnen soll die Erfindung anhand der Fig. 2 noch weiter erläutert werden.
Ein epitaxiales Plättchen mit mehreren Schichten aus Al Ga1 As vom ri-Typ 11, EaAs vom p-Typ 12, Al Ga«. Äs vom p-Typ 13 und .GaAs vom n-Typ 14 auf einem.
X 1 ^X
Substrat aus GaAs vom n-Typ 10 werden durch Ätzen behandelt mit einem Ätzmittel, das eine Selektivität und Anisotropie für GaAs aufweist, beispielsweise mit einer Lösung von NH37 HJD und H2Q(3:1:50), so daß die GaAs-Schicht Ik vom n-Typ mit im Querschnitt V-Form ausgeätzt wird ,wie es in Fig. 2b dargestellt ist. Während des Ätzvorgangs zur Herstellung der V-förmigen Ausnehmung ist die Maskenbreite in geeigneter Weise so eingestellt, daß die Breite der Oberfläche der Al Ga1 As-Schicht 13 am Boden der V-förmigen Ausnehmung den gewünschten Wert aufweist. Daraufhin wird eine GaAs-Schicht 15 vom p-Typ aus der flüssigen Phase epitaxial aufgebracht, wie es in Fig. 2c dargestellt ist. Es hat sich herausgestellt, daß die Oberfläche der GaAs-Schicht 15 vom p-Typ durch Epitaxiales Aufwachsen eben ausgebildet werden kann in einer Dicke, die etwas größer ist als die Dicke der GaAs-Schicht Ik vom n-Typ trotz der V-förmigen Ausnehmung in der GaAs-Schicht vom n-Typ. Anschließend wird die Oberfläche der GaAs-Schicht 15 vom p-Typ geätzt, bis die GaAs-Schicht Ik vom n-Typ freigelegt ist, wobei der Bereich der V-förmigen Halbleiterzone beibehalten wird,
wie es in Fig. 2d dargestellt ist. Schließlich werden, wie in Fig. 2e dargestellt, eine ohmsche Elektrode 16 aus AuGeIMi auf die Rückseite des Substrats 10, eine ohmsche Elektrode 17 aus AuEeIMi auf die EaAs-Schicht ^k vdri n-Typ und eine ohmsche Elektrode 1B auf die GaAs-Zone 15 vom p-Typ aufgebracht.
Bei diesem Aueführungsbeispiel werden EaAs und EaAlAs verwendet, jedoch ist es möglich, zusätzlich zu diesen Stoffen InP, InEaAsP und weitere geeignete Stoffe zur Herstellung vcn Halbleiterlasern zu verwenden.
Außerdem ist der Aufbau der Halbleiterlasereinrichtung nicht beschränkt auf den einfachen Aufbau, wie er im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist. . . ·
Mit der Erfindung werden die folgenden Vorteile gegenüber bekannten Einrichtungen erzielt:
(1) Da der elektrische Strom durch eine schmale und lange Eate-Zone fließt, ergibt sich die Möglichkeit der Verstärkungsführung durch Konzentration; des elektrischen Stroms sowie eines Grundtyps in seitlicher Richtung ohne Verwendung komplizierter Strukturen,beispielsweise streifenförmiger Strukturen.
(2) Da die Halbleitereinrichtung einen statischen Induktionstransistor vom vertikalen Typ besitzt, kann ein hoher Strom fließen,und ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit ist möglich.
(3) Da der Halbleiterlaser und der Transistor aberhalb und unterhalb in der gleichen Zone eines Plättchens gebildet sind, ist die Herstellung der Halbleitereinrichtung äußerst einfach.
Der Halbleiterlaser und der Transistor für den Antrieb bzw. für die Modulation des Lasers befinden sich auf dem gleichen Substrat. Die Eesamtanordnung benötigt einen geringen Platzbedarf gegenüber solchen- Anordnungen., bei denen die beiden getrennt hergestellten Elemente miteinander verbunden werden müssen. Ferner läßt sich auf diese Weise ein Betrieb mit hoher Eeschwindigkeit und hoher Zuverlässigkeit sowie ein geringer Herstellungsaufwand erzielen.
Die Erfindung zeigt somit eine Halbleitereinrichtung, bestehend aus einem Halbleiterlaser und einem Transistor, die in einem einzigen Körper untergebracht sind, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Halbleitereinrichtung, bei der auf die oberste Schicht 4 bzw. 13 eines mehrschichtigen epitaxialen Plättchens zur Bildung eines Halbleiterlasers eine Halbleiterschicht 5 bzw. epitaxial aufgebracht wird, mit einem Leitungstyp, der sich unterscheidet von dem der obersten Schicht 4 bzw. 13 des epitaxialen Plättchens und mit einer V-förmigen Ausnehmung, die ausgefüllt ist mit einer halbleiterförmigen Zone bzw. 15 mit dem gleichen Leitungstyp wie die oberste Schicht 4 bzw. 13 des epitaxialen Plättchens, und bei der ohmsche Elektroden 7, 9 und 8 bzw. 16, 17, 18 auf der Rückseite des Substrats 1 bzw. 10 des Halbleiterlasers, der aufgebrachten Halbleiterschicht 5 bzw. 14 mit gegenüber der obersten Halbleiterschicht 4 bzw. 13 unterschiedlichem Leitungstyp und auf der V-förmigen Halbleiterzone 6 vzw. 15 mit dem gleichen Leitungstyp wie die oberste Schicht 4 bzw. 13 des epitaxialen Plättchens vorgesehen sind, wobei die V-förmige Halbleiterzone 6 bzw. 15 und die oberste Halbleiterschicht 4 bzw. 13 des epitaxialen Plättchens am Boden der V-förmigen Ausnehmung in Kontakt miteinander stehen.

Claims (3)

  1. LIEDU ft ΟΨΒ;'ZEfTLER 31 7ΛΒΊ3
    Patentanwälte
    Steinsdorfstr. 21-22 · D-8000 München 22 · Tel. 089/229441 · Telex: 05/22208
    SUMITDMD ELECTRIC INDUSTRIES, LTD. 15, Kitahama 5-chome, Higashi-ku, Osaka, Japan
    Halbleitereinrichtunq und V/erfahren zu deren Herstellung
    Patentansprüche:
    Halbleitereinrichtung, bestehend aus einem Halbleiterlaser und einem Transistor für die Modulation des Halbleiterlasers, gekennzeichnet durch ein mehrschichtiges epitaxiales Plättchen,auf dessen oberster Halbleiterschicht (4 bzui. 13) zur Bildung eines Halbleiterlasers eine-Halbleiterschicht (5 bzw. 14) mit gegenüber der obersten Halbleiterschicht (4 bzui. 13) unterschiedlichem Leitungstyp epitaxial aufgebracht ist und das eine im Querschnitt V-förmige Ausnehmung aufweist, die gefüllt ist mit . einer Halbleiterzone (6 bzw. 15) mit dem gleichen Leitungstyp uiie die oberste Halbleiterschicht (4 bzm. 13) und durch ohmsche Elektroden (7 bzui. 16, 9 bzw. 17, 8 bzui. 18) auf der Rückseite des Substrats (1 bzw. 1D) des Halbleiterlasers, auf der Halbleiterschicht (5 bzui. 14) mit gegenüber der obersten Halbleiterschicht (4 bzui. 13) unterschiedlichem Leitungstyp und auf der Halbleiterzone (6 bzid. 15) mit dem gleichen Leitungstyp uiie die oberste Halbleiterschicht (4 bzui. 13).
    10119 - N/Lp
  2. 2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus GaAs, GaAlAs, InP und In GaAsP.
  3. 3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat (1 bzw. 1D) besteht aus GaAs vom η-Typ, daß das epitaxiale Plättchen besteht aus einer Al Ga,. As-Schicht (2 bzw. 11) vom η-Typ einer GaAs-Schicht (3 bzu. 12) vom p-Typ, einer Al Ga,. As-Schicht (4 bzüi. 13) sowie einer GaAs-Schicht (5 bzuj. 14) vom n-Typ und daß die Dhmsche Elektrode (7 bzw. 16) an der Rückseite des Substrats (1 bzui. 1D) aus AuGeNi,die ohmschen Elektroden (9) auf der Halbleiterschicht C5 bzu. 14) aus AuGaIMi und die Dhmsche Elektrode (ö bzu. 18) auf der -V-förmigen Halbleiterzone (6 bzw. 15) aus AuCr bestehen.
    k. V/erfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die oberste Schicht eines mehrschichtigen epitaxialen PlMttchens zur Bildung eines Halbleiterlasers eine Halbleiterschicht aufgebracht wird mit unterschiedlichem Leitungstyp gegenüber der obersten Schicht des epitaxialen Plättchens, daß die aufgebrachte Schicht mit einer im Querschnitt V-förmigen Ausnehmung, insbesondere durch Ätzen mit einem anisotropen und selektivem Ätzmittel versehen uiird, daß eine weitere Halbleiterschicht mit gegenüber der zuerst aufgebrachten Halbleiterschicht unterschiedlichem Leitungstyp unter Bildung einer ebEnen Überfläche epitaxial aufgebracht wird, daß die gesamte Oberfläche geätzt uird,bis die zuletzt aufgebrachte Halbleiterschicht beseitigt ist, ausgenommen im Bereich der V-förmigen Halbleiterzone in der entsprechenden Ausnehmung und daß ohmsche Elektroden auf der V-förmigen Halbleiterzane,den Halbleiterschichten zu beiden Seiten der V-förmigen Halbleiterzone und der Rückseite des Substrats aufgebracht werden.
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