DE3527270A1 - Optische halbleitervorrichtung - Google Patents
Optische halbleitervorrichtungInfo
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Description
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine optische Halbleitervorrichtung, in welcher ein optisches Halbleiterelement und ein elektrisches
Schaltkreiselement in einem einzigen Körper zusammengefaßt sind.
Im Zuge der bemerkenswerten Fortschritte auf den Gebieten
der optischen Datenverarbeitung, Lichtkommunikation, usw. ist es notwendig geworden, die optischen Module zu
verkleinern und deren Fähigkeiten zu verbessern durch die Verwendung optoelektronischer integrierter Schaltkreise
(OEIC), wobei optische Halbleiterelemente, wie Halbleiter-Laser, Photodetektoren, usw.>
und elektrische Schaltkreiselemente, wie Betriebsschaltkreise, Modulatoren, usw.
auf demselben Substrat integriert sind. In einem herkömmlichen
OEIC, bei welchem eine Reihe von elektrischen Schaltkreiselementen auf demselben Substrat gebildet sind, müssen
diese voneinander elektrisch isoliert werden. Außerdem ist die Verwendung eines stufenförmigen Substrats unvermeidbar,
da eine Reihe optischer Halbleiterelemente unterschiedlicher Struktur auf demselben Substrat gebildet sind, wodurch
Schwierigkeiten bei der Züchtung der erforderlichen Kristalle auftreten. Insbesondere in Fällen, wo Halbleiter-Laser als
5 optische Halbleiterelemente verwendet werden, müssen die Halbleiterelemente in großem Abstand von der Wärmestrahlungsplatte,
auf welches das OEIC montiert werden soll, angeordnet werden, da sie auf einem halb-isolierenden Substrat
integriert werden müssen, das dick genug ist3um auch die
^0 elektrischen Schaltkreiselemente zu tragen, wodurch eine
Abnahme in der Wärmestrahlungswirkung der Halbleiter-Laser verursacht wird. Halb-isolierende Substrate, welche zum
Tragen und Isolieren von Halbleiterlasern und elektrischen
Schaltkreiselementen fähig sind, haben eine hohe Fehler-35
dichte, die eine Abnahme der betriebsmäßigen Verläßlichkeit
der auf ihnen geformten Halbleiter-Laser oder eine Zunahme des Dunkelstroms in den Photodetektoren,
die anstelle der Halbleiter-Laser verwendet werden können, verursacht.
In Fig. 2 wird ein herkömmliches OEIC gezeigt, worin ein Halbleiter-Laser bzw. ein Feldeffekttransistor für
den Betrieb des Halbleiter-Lasers auf dem oberen Teil und dem unteren Teil eines halb-isolierenden,stufenförmigen
GaAs-Substrats 1 gebildet sind und beide Elemente elektrisch
mit einander mittels einer n-GaAs-Verdrahtungsschicht 2 verbunden sind. Das OEIC wird wie folgt hergestellt:
Nach Züchtung einer Aktivschicht 9 für den Feldeffekttransistor wird der Bereich des Substrats 1 außerhalb des
Bereichs entsprechend dem Halbleiter-Laser, mit einem SiOp-FiIm 3 beschichtet, worauf selektive Züchtung einer
n-GaAlAs-Plattierschicht 4, einer GaAlAs-Aktivschicht 5,
einer p-GaAlAs-Plattierschicht 6, und einer p-GaAs-Abdeckschicht
7 erfolgt, unter Bildung einer Doppelheterostruktur für Laseroscillation. Dann wird der SiOp-FiIm auf dem
Feldeffekttransistorbereich entfernt und eine Sourceelektrode 10, eine Gate-Elektrode 11 und eine Drain-Elektrode
11, die alle als Elektroden für den Feldeffekttransistor dienen, werden auf der Aktivschicht 9 gebildet. Eine p-Seiten-Elektrode
13 für die Laseroscillation wird auf der Abdeckschicht 7 gebildet. Das entstandene OEIC wird auf
eine Wärmestrahlungsplatte montiert durch das Substrat 1 hindurch, das eine Dicke von wenigstens etwa 100 yum besitzt,
wodurch die Unterdrückung der Wärmestrahlung hervorgerufen wird, welche durch den Laseroscillationsbetrieb erzeugt
wird. Darüberhinaus ist die Höhe der Stufe des Substrats, obwohl von der Präzision der Ätzbehandlung für die Stufe
abhängig, wenigstens etliche yum, wodurch Schwierigkeiten in dem nachfolgenden photolithographischen Verfahren für
die Bildung der Doppelheterostruktur hervorgerufen werden. Die Verwendung des halb - iso-
lierenden oubotrats verursacht ebenfalls eine Abnahme
in der Betriebszuverläs.^igkeit des Halbleiter-Lasers.
Die optische Halbleitervorrichtung, die die oben beschriebenen
und zahlreiche weitere Kachteile oder Mängel des Standes der Technik überwindet, umfaßt ein optisches
Halbleiterelement an der Seite einer Seitenfläche eines leitfähitcen Substrats, ein elektrisches Schaltkreiselement
an der Seite der anderen Seitenfläche des leitenden Substrats, eine isolierende Kristallscaicht, die mittels
einer epitaxialen Vachstumsmethode zwischen dem leitenden Substrat und dem elektrischen Schaltkreiselement gebildet
ist, um damit das elektrische Schaltkreiselement von dem
optischen Halbleiterelement elektrisch zu isolieren, und eine Verdrahtungsschicht, die auf der Außenoberfläche der
isolierenden Kristallschicht gebildet ist, um eine elektrische Anschlußklemme des elektrischen Schaltkreiselements
mit einer elektrischen Anschlußklemme des optischen Halbleiterelements zu verbinden.
Die !Polarität der isolierenden Kristalischicht ist in einer
bevorzugten Ausführungsform von der Polarität jeder der
benachbarten Schichten verschieden, zwischen welche die isolierenden Kristalischichten an der Grenzfläche zwischengeschichtet
sind.
Somit schafft die vorliegende Erfindung eine neue und vorteilhafte
optische Halbleitervorrichtung, welche eine ausgezeichnete
Wärmestrahlung des darin enthaltenen optischen Halblniterelements besitzt, wodurch eine erhöhte Betriebssuverlässigkeit
ermöglicht wird.
weiterhin schafft die Erfindung eine neue und vorteilhafte
optische halbleitervorrichtung, sei welcher kein iinfluß
aufgrund der otufe des Substrats auf d-\a photolithographisciie
Verfahren zur Bildung der mehrschichtigen Kristalle
des darin enthaltenen halulc?ifcerelement3 und elektrischen
ochaltkrei^elemento besteht.
BAD ORIGINAL
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine neue
und vorteilhafte optische Halbleitervorrichtung, in welcher ein leitendes Substrat anstelle eines herkömmlichen, halbisolierenden,
stufenförmigen oubstrats verwendet wird, wodurch sich verbesserte Eigenschaften des optischen HaIbleiterelements
ergeben.
Schließlich wird gemäß der Erfindung eine neue und vorteilhafte
optische halbleitervorrichtung geschaffen, in welcher durch die Verwendung eines hochwertigen und leitenden Substrats
ein elektrisches Schaltkreiselement und ein optisches Halbleiterelement auf und un demselben Substrat integriert
werden können, woraus verbesserte Fähigkeiten des optischen Halbleiterelements resultieren.
Die Erfindung wird zum besseren Verständnis und zur Verdeutlichung
ihrer zahlreichen Ziele und Vorteile unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert,
worin zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer optischen Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung, wobei ein Feldeffekttransistor
und ein Kalbleiterlaser auf dasselbe Substrat integriert sind.
Fig. 2 eine 3cnnittansieht einer herkömmlichen optischen
Haloleitervorrichtung, in welcher ein Feldeffekttransistor
und ein Halbleiterlaser auf demselben stufenförmigen Substrat
integriert sind.
Fig. 5 eine Schnittansicht einer v/eiteren erfinaungsgeraäßen
optischen Halbleitervorrichtung, in welcher ein bipolarer Transistor und ein Halbleiterlaser auf demselben Substrat
integriert sind.
BAD ORIGINAL
Die Fig. 1 zeigt eine optische Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher ein Feldeffekttransistor
bzw. ein Halbleiter-Laser auf beiden Seiten eines n-GaAs-Substrats integriert sind. Diese
Halbleitervorrichtung wird wie folgt hergestellt: Auf eine Facette (z.B. die untere Fläche) eines Si-dotierten
n-GaAs-Substrats 20, worin eine Verdrängungs- bzw. Versetzungsdichte 1000/cm oder weniger beträgt, wird aufeinanderfolgend
eine n-GaAlAs-Plattierschicht 21, eine GaAlAs-Aktivschicht 22 für die Laseroscillation, eine
p-GaAlAs-Plattierschicht 23 und eine p-GaAs-Abdeckschicht
mittels Flüssigphasenenepitaxie gezüchtet unter Bildung eines mehrschichtigen Kristalls einer Doppelheterostruktur
für die Laserosci1lation. Dann wird auf die andere Facette
(z.B. die obere Oberfläche) des Substrats 20, aufeinanderfolgend eine undotierte halb-isolierende p-GaAlAs-Schicht
25 für die elektrische Isolierung des Feldeffekttransistors von dem Halbleiter-Laser, und eine n-GaAs-Kanalschicht
26 als Aktivschicht für den Feldeffekttransistor durch Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, wodurch sich Halbleiterschichten
für den Feldeffekttransistor ergeben. Dann wird die Abdeckschicht 24 mit einem SiOp-Isolierfilm
27 so bedeckt, daß ein streifiger Abschnitt 280 gebildet wird, welcher als elektrisch leitende Region
dient, worauf die Bildung einer p-Seiten-Elektrode 28 auf Cu, Au, Ni etc. darauf mittels eines Verdampfungsverfahrens folgt. Dann wird der Teil, der die Mittel-
und Kanalschichten 25 bzw. 26 auf dem Substrat 20 enthält, welche dem streifigen Abschnitt 280 für die
Laserosci 1 lation entspricht, mit einem bekannten Ätzverfahren in dem Ausmaß geätzt, daß die Ätzung das Substrat
erreicht, so daß sich insgesamt eine stufenförmige Struktur ergibt.
■-- ·:-: 352727D
Dann werden die Source-, Gate- und Drain-Elektroden 10,
11 und 12 für den Feldeffekttransistor mittels Maskenverdampfungsverfahren
oder dgl. auf der Kanalschicht 26 in den übrigen Bereichen der Mittel- und Kanalschichten 25
und 26 auf dem Substrat 20 gebildet. Um die Drain-Elektrode mit dem Betriebsbereich des Lasers zu verbinden,
wird eine Verdrahtungselektrode 29 aus Metall oder dgl. auf der freien Ebene des Substrats 20 angeordnet, die dem
Laser-Betriebsbereich entspricht, zu der Drain-Elektrode entlang den offenen Flächen der Mittel- und Kanalschichten
25 und 26, so daß eine elektrische Bahn für die Zufuhr von Strom vom Feldeffekttransistor zu dem Halbleiter-Laser
entsteht.
Ein Strom, der an die Verdrahtungselektrode 29 und der p-Seiten-Elektrode 28 angelegt ist, fließt in die optische
Halbleitervorrichtung durch die elektrisch leitfähige Region 280 von einer den Strom einengenden streifigen
Struktur, wodurch Laseroscillation innerhalb des Bereichs der Aktivschicht 28 entsprechend dem elektrisch leitfähigen
Bereich 280 erreicht wird. Dieser Laser-Betriebsbereich ist von der Kanalschicht 25 des Feldeffekttransistors durch
die Mittelschicht 25 elektrisch isoliert, so daß der Laser-Betriebsbereich und der Transistor unabhängig arbeiten
können. Der Feldeffekttransistor, der die Kanalschicht enthält, dient für die Steuerung des Stroms, der an die
Source-Elektrode 10 angelegt wurde, durch eine Spannung, die an die Gate-Elektrode angelegt ist, um somit die
Menge des Drain-Stroms, welche von der Drain-Elektrode zu der Verdrahtungselektrode 29 fließt, einzustellen. In
Abhängigkeit von dem Betrieb des Feldeffekttransistors, wird die Laser-oscillation in dem Laser-Betriebsbereich
moduliert und gesteuert. Auf diese Weise ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Umschaltsystem
für Laserlicht und / oder einem Modulationssystem für die Stärke der Laserausgangsleistung ausgestattet.
Anstelle der durch den Oxidfilm 27 gebildeten streifigen Struktur kann eine planare Struktur verwendet werden,
in welcher Unreinheiten nur in der Strombahn diffundiert sind, um einen elektrisch leitenden Bereich zu bilden.
Es kann ein Bereich mit der Funktion einer Photoemitterdiode anstelle des Laser-Oscillationsbereichs gebildet
werden zur Betätigung durch den oben erwähnten Feldeffekttransistor. Wärme, welche in dem Laseroscillationsteil,
dem Photoemitterteil etc. erzeugt wird, kann daraus durch Anbringen der p-Seiten-Elektrode 28 auf einem Wärmeabzug
usw. erwünschtenfal Is freigegeben werden, wodurch die
Unterdrückung eines Temperaturanstiegs in der Halbleitervorrichtung sowie die Beibehaltung einer stabilisierten
Ausgangsleistung ermöglicht wird. Darüber hinaus, da ein leitendes Substrat von hoher Qualität als Substrat 20
verwendet wird, und eine durch ein epitaxiales Wachstumsverfahren gebildete GaAlAs-Schicht als Isoliermittel zwischen
dem Feldeffekttransistor und dem Laser-Betriebsbereich verwendet wird, wird die Qualität der Kristalle sowohl
im Feldeffekttransistor als auch dem Laseroperationsbereich bei hohem Niveau gehalten.
Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung,
in welcher ein bipolarer Transistor und ein Halbleiter-Laser jeweils auf den beiden Flächen eines
n-GaAs-Substrats integriert sind. In gleicher Weise wie in bezug auf das in Fig. 1 dargestellte Beispiel, werden
aufeinanderfolgend auf eine Facette des n-GaAs-Substrats
eine n-Plattierschicht 21, eine Aktivschicht 22, eine p-Plattierschicht 23 und eine Abdeckschicht 24 gezüchtet,
um ein mehrschichtiges Kristall für den Halbleiter-Laser zu ergeben. Dann wird auf die andere Facette des n-GaAs-Substrats
20 nacheinander eine p-GaAs-Schicht 35 für die
Isolierung des bipolaren Transistors von dem Halbleiter-Laser, eine n-GaAlAs-Sammelschicht 36 für den bipolaren
Transistor, eine p-GaAs-Bodenschicht 37 und eine n-GaAlAs-Emitterschicht 38 gezüchtet zur Bildung eines
mehrschichtigen Kristalls für den bipolaren Transistor. Die Hälfte dieses mehrschichtigen Kristalls an der
Seite des Laser-Betriebsbereichs wird dann geätzt. Danach wird die Abdeckschicht 24 mit einem Si02-lsolierfilm
27 so bedeckt, daß ein streifiger Teil 280 als ein elektrisch leitender Bereich gebildet wird. Eine Zn-Diffusion
wird in dem die Bodenschicht 37 und die Emitterschicht 38 enthaltenden Bereich unterhalb der Basiselektrode 40 des
bipolaren Transistors durchgeführt zur Erzielung einer Diffusionsschicht 41. Die Emitter- und Bodenelektroden 39 und 40
sind auf der Emitterschicht 38 angeordnet. Eine Verdrahtungsschicht 42 ist auf der freiliegenden Fläche der Sammelschicht
36, dem freiliegenden Abhang der Mittelschicht und der freiliegenden Fläche des Substrats 20 gebildet, um
die Sammelschicht 36 mit dem Laser-Betriebsbereich des Halbleiter-Lasers zu verbinden. In diesem Ausführungsbeispiel
wird ebenfalls ein leitendes Substrat hoher Qualität als Substrat 20 verwendet und die epitaxiale Wachstumsschicht
35 als ein Isoliermedium verwendet , um ein Element gegenüber dem anderen zu isolieren, das eine
verschiedene Polarität zu der der Sammelschicht 36 besitzt, so daß die .Kristal 1isierbarkeit jeder der Schichten
für den bipolaren Transistor merklich verbessert werden kann im Vergleich mit jener von den Schichten eines bipolaren
Transistors, bei dem ein halb-isolierendes Substrat als Substrat 20 verwendet wird,
Claims (2)
- Patentansprüchef\l Optische Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch ein optisches Halbleiterelement an der Seite einer Seitenfläche eines leitfähigen Substrats, ein elektrisches Schaltkreiselement an der Seite der anderen Seitenfläche des leitfähigen Substrats, eine isolierende Kristall schicht die mittels epitaxialem Wachstumsverfahren zwischen dem leitfähigen Substrat und dem elektrischen Schaltkreiselement gebildet ist, um das elektrische Schaltkreiselement von dem optischen Halbleiterelement elektrisch zu isolieren, und eine Verdrahtungsschicht, die auf der Außenoberfläche der isolierenden Kristall schicht gebildet ist, um eine
Telefon Fernschreiber Telekopierer Postgiro München Deutsche Bank München Baver. Vereinsbank München Telephone Telex Facsimile Kto.-Nr. 160954-804 Kto.-Nr. 2825586 Ktö.-Nr. 966012 (089)555476/7 529068 KARP (089)595691 BLZ 700 KX180 BLZ 700 700 10 BLZ 700 202 70 elektrische Anschlußklemme des elektrischen Schaltkreiselements mit einer elektrischen Anschlußklemme des optischen Halbleiterelements zu verbinden. - 2. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der isolierenden Kristal 1 schicht von der Polarität jeder der benachbarten Schichten verschieden ist, zwischen welchen die isolierenden Kristal 1 schichten an den dazwischenliegenden Grenzflächen eingeschichtet sind.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Representative=s name: SOLF, A., DR.-ING., 8000 MUENCHEN ZAPF, C., DIPL.- |
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D2 | Grant after examination | ||
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Free format text: AUF SEITE 5, SPALTE 1, ZEILE 18 "HALBLEITERELEMENTS" AENDERN IN "HALBLEITERBAUELEMENTS" |
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