DE3709301A1 - Monolithically integrated transmitter device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Senderanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a monolithically integrated Transmitter arrangement according to the preamble of the claim 1.
Optische Senderanordnung gemäß der Erfindung sind für Meß- oder Nachrichtenübertragungssysteme geeignet. Bisherige monolithisch integrierte optische Senderanordnung sind beispielsweise Kombinationen aus Laser und HBT (Hete robipolartransistoren) oder Schottky-Gate-Feldeffekttran sistoren (MESFET) auf InP-Basis (Lit.: Grothe et al., Electronic Letters 19(6), 194-195, 1983). Diese optischen Senderanordnungen haben den Nachteil, daß sie lange Schalt zeiten und hohe Rauschzahlen besitzen. Weiterhin ist nachteilig, daß die elektronischen Bauteile, insbesondere der HBT, eine hohe vertikale Ausdehnung aufweisen und somit eine wünschenswerte nahezu planare Oberfläche der elektronischen Bauelemente nicht erreicht wird.Optical transmitter arrangement according to the invention are for measuring or communication systems. Previous are monolithically integrated optical transmitter arrangement for example combinations of laser and HBT (Hete robipolar transistors) or Schottky gate field effect trans InP-based sistors (MESFET) (Lit .: Grothe et al., Electronic Letters 19 (6), 194-195, 1983). This optical Transmitter arrangements have the disadvantage that they have long switching times times and high noise figures. Furthermore is disadvantageous that the electronic components, in particular the HBT, a high vertical expansion have and thus a desirable almost planar Surface of the electronic components not reached becomes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schnellschaltende und rauscharme, monolithisch integrierte Senderanordnung anzugeben, die bei einer zuverlässigen sowie kostengünstigen Herstellungsweise eine möglichst hohe Packungsdichte von elektronischen Bauteilen aufweist und für die Halbleitermaterialien verwendet werden können, für die keine Schottky-Kontakte als Gate-Kontakt des Feld effekttransistors geeignet sind.The invention is therefore based on the object fast switching and low noise, monolithically integrated Specify transmitter arrangement that is reliable as well as a cost-effective production method has high packing density of electronic components and for which semiconductor materials can be used for which no Schottky contacts as the gate contact of the field effect transistors are suitable.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This problem is solved by the in the characteristic Part of claim 1 specified features. Advantage sticky refinements and / or further training are the See subclaims.
Die erfindungsgemäße monolithisch integrierte Senderan ordnung ist für einen in der Lichtleitfasertechnik nütz lichen Wellenlängenbereich λ von vorzugsweise 0,8 λ 1,6 µm geeignet.The monolithically integrated transmitter arrangement according to the invention is suitable for a wavelength range λ useful in optical fiber technology of preferably 0.8 λ 1.6 μm.
Ein erster Vorteil der Erfindung liegt in der Kombinations möglichkeit eines optischen Senders, vorzugsweise Laser oder LED (lichtemittierende Diode), und eines schnell schaltenden rauscharmen Feldeffekttransistors vorzugs weise HEMT (High Electron Mobility Transistor). Die Steue rung des HEMT erfolgt über ein sogenanntes p-Gate, also über einen p/n-Übergang an der Schichtgrenze einer p-do tierten Halbleiterschicht und einer n-dotierten Halblei terschicht. Das p-Gate hat den Vorteil, daß Halbleiterma terialien verwendet werden können, die sich für Schottky- Kontakte als Gate-Anschluß des HEMT nicht eignen, da sie entweder einen zu geringen Bandabstand aufweisen oder leitende Oberflächenoxide besitzen. Die erfindungsgemäße optische Senderanordnung hat weiterhin den Vorteil, daß die lichtemittierende Halbleiterstruktur des optischen Senders gleichzeitig zur Bildung des p-Gates des HEMT verwendet werden kann.A first advantage of the invention lies in the combination possibility of an optical transmitter, preferably laser or LED (light emitting diode), and one quickly switching low-noise field effect transistor preferred wise HEMT (High Electron Mobility Transistor). The tax The HEMT is operated via a so-called p-gate via a p / n transition at the layer boundary of a p-do tated semiconductor layer and an n-doped semiconductor layer. The p-gate has the advantage that semiconductor ma materials that are suitable for Schottky Contacts are not suitable as gate connections of the HEMT because they either have too little bandgap or have conductive surface oxides. The invention optical transmitter arrangement also has the advantage that the light-emitting semiconductor structure of the optical Transmitter simultaneously with the formation of the p-gate of the HEMT can be used.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert.The invention is based on execution examples with reference to schematic drawings explained in more detail.
Fig. 1 und 2 zeigen einen Querschnitt durch eine Halbleiterschichtenfolge einer optischen Senderanordnung aus invertiertem Laser und HEMT in Mesabauweise, wobei die lichtemittierende Halbleiterstruktur auf die HEMT-Struktur aufgebracht ist. Fig. 1 and 2 show a cross section through a semiconductor layer sequence of an optical transmitter assembly of inverted laser and HEMT in mesa, wherein the semiconductor light emitting structure on the HEMT structure is applied.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Halbleiterschich tenfolge einer optischen Senderanordnung aus invertiert geschichtetem Laser und HEMT in quasi-planarer Bauweise, wobei die lichtemittierende Halbleiterstruktur auf die HEMT-Struktur aufgebracht ist. Fig. 3 shows a cross section through a semiconductor layer sequence of an optical transmitter arrangement made of inverted layered laser and HEMT in a quasi-planar design, the light-emitting semiconductor structure being applied to the HEMT structure.
Die Erfindung beruht darauf, daß auf einem Substrat eine HEMT-Struktur und einer invertiert aufgebauten, licht emittierenden Halbleiterstruktur aufgewachsen ist. Die Schichtdicken der lichtemittierenden Halbleiterstruktur sind frei wählbar ohne Kompromisse an die HEMT-Schicht dicken und Zusammensetzungen. Typische Schichtdicken beim HEMT liegen unterhalb 100 nm, bei der lichtemittierenden Halbleiterstruktur dagegen oberhalb 100 nm, sogar über 1 µm. Vorzugsweise sind die Schichtdicken der beiden licht begrenzenden Halbleiterschichten 4, 6, die einen großen Bandabstand besitzen und die die lichtführende Halbleiter schicht 5 mit einem kleineren Bandabstand einschließen, über 1 µm dick. Dadurch erreicht man, daß eine sich auch in den lichtbegrenzenden Halbleiterschichten 4, 6 ausbrei tende Lichtwelle, dort weitestgehend abklingt. Somit wird verhindert, daß ein Teil der Lichtintensität außerhalb der lichtbegrenzenden Halbleiterschichten 4, 6 absorbiert wird.The invention is based on the fact that a HEMT structure and an inverted light emitting semiconductor structure are grown on a substrate. The layer thicknesses of the light-emitting semiconductor structure can be freely selected without compromising on the HEMT layer thicknesses and compositions. Typical layer thicknesses for the HEMT are below 100 nm, whereas for the light-emitting semiconductor structure, they are above 100 nm, even over 1 µm. The layer thicknesses of the two light-limiting semiconductor layers 4, 6 , which have a large band gap and which enclose the light-guiding semiconductor layer 5 with a smaller band gap, are preferably over 1 μm thick. This ensures that a light wave extending in the light-limiting semiconductor layers 4, 6 , largely decays there. This prevents part of the light intensity from being absorbed outside the light-limiting semiconductor layers 4, 6 .
Im Ausführungsbeispiel 1 gemäß Fig. 1 ist auf einem halb isolierenden Substrat 1, aus z. B. InP, Si oder GaAs, eine Pufferschicht 2 a aufgebracht. Besitzt das Substrat 1 andere Gitterparameter als die Pufferschicht 2 a oder Kristalldefekte, so ist die Pufferschicht 2 a undotiert und besteht etwa aus einem Übergitter aus Ge- oder GaP- oder GaAs- oder InAs- oder InAlAs- oder InAlAsP-Schichten mit Schichtdicken von ungefähr 20 nm. Ist das Substrat 1 leitfähig, so besteht die Pufferschicht 2 a aus einer oder mehreren gitterangepaßten Halbleiterschichten aus z. B. hochohmigem InP oder GaAs mit einer Schichtdicke von ungefähr 0,1 bis 2 µm oder aus einem Leitfähigkeitstyp, so daß Pufferschicht 2 a und Substrat 1 einen sperrenden Übergang bilden. In embodiment 1 of FIG. 1 is on a semi-insulating substrate 1 , made of z. B. InP, Si or GaAs, a buffer layer 2 a applied. If the substrate 1 has different lattice parameters than the buffer layer 2 a or crystal defects, then the buffer layer 2 a is undoped and consists, for example, of a superlattice of Ge or GaP or GaAs or InAs or InAlAs or InAlAsP layers with layer thicknesses of approximately 20 nm. If the substrate 1 is conductive, the buffer layer 2 a consists of one or more lattice-matched semiconductor layers of z. B. high-resistance InP or GaAs with a layer thickness of about 0.1 to 2 microns or of a conductivity type, so that buffer layer 2 a and substrate 1 form a blocking transition.
Auf die Pufferschicht 2 a ist eine Heterostruktur aufge wachsen, die ausA heterostructure is grown up on the buffer layer 2 a
- - einer n--- oder p---dotierten Halbleiterschicht 2 aus GaInAs, mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1014 bis 1016 cm-3 und einer Schichtdicke von 0,1 bis 2,5 µm,an n - or p - -doped semiconductor layer 2 made of GaInAs, with a charge carrier concentration of 10 14 to 10 16 cm -3 and a layer thickness of 0.1 to 2.5 µm,
- - einer undotierten Halbleiterschicht 3 a aus InP oder GaInAsP oder InAlAs und einer Schichtdicke von weni ger als 20 nm,an undoped semiconductor layer 3 a made of InP or GaInAsP or InAlAs and a layer thickness of less than 20 nm,
- - einer n⁺-dotierten Halbleiterschicht 3 aus InP oder GaInAsP oder InAlAs, mit einer Ladungsträgerkonzen tration von 1017 bis 2 1018 cm-3 und einer Schicht dicke von 20 bis 100 nm,an n⁺-doped semiconductor layer 3 made of InP or GaInAsP or InAlAs, with a charge carrier concentration of 10 17 to 2 10 18 cm -3 and a layer thickness of 20 to 100 nm,
- - einer p-dotierten, lichtemittierenden Halbleiter schicht 4 aus InAlAs oder InP oder GaInAsP, mit einer Ladungsträgerkonzentration von etwa 1017 cm3- und einer Schichtdicke von 0,5 bis 2 µm,a p-doped, light-emitting semiconductor layer 4 made of InAlAs or InP or GaInAsP, with a charge carrier concentration of approximately 10 17 cm 3 and a layer thickness of 0.5 to 2 μm,
- - einer p--dotierten, lichtführenden Halbleiterschicht 5 aus GaInAsP, mit einer Ladungsträgerkonzentration von etwa 1017 cm-3 und einer Schichtdicke von 50 bis 300 nm,a p - -doped, light-guiding semiconductor layer 5 made of GaInAsP, with a charge carrier concentration of approximately 10 17 cm -3 and a layer thickness of 50 to 300 nm,
- - einer n⁺-dotierten, lichtbegrenzenden Halbleiter schicht 6 aus InP oder InAlAs oder GaInAsP, mit einer Ladungsträgerkonzentration von mehr als 1018 cm-3 und einer Schichtdicke von 0,5 bis 2 µm,an n⁺-doped, light-limiting semiconductor layer 6 made of InP or InAlAs or GaInAsP, with a charge carrier concentration of more than 10 18 cm -3 and a layer thickness of 0.5 to 2 µm,
- - einer n++-dotierten Halbleiterschicht 7 aus GaInAsP, mit einer Ladungsträgerkonzentration von mehr als 1018 cm-3 und einer Schichtdicke von ungefähr 200 nm,an n ++ -doped semiconductor layer 7 made of GaInAsP, with a charge carrier concentration of more than 10 18 cm -3 and a layer thickness of approximately 200 nm,
besteht.consists.
Die Halbleiterschichten 4 bis 7 bilden die invertierte Laser- bzw. LED-Struktur und die Halbleiterschichten 2 bis 5 die HEMT-Struktur. Im Bereich des HEMT können die n-dotierten Halbleiterschichten 6, 7 entfernt. Senkrecht zu den Halbleiterschichten 2 bis 5 können im Bereich des HEMT n++-dotierte Gebiete 13 implantiert oder diffundiert werden, mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1017 bis 1019 cm-3. Auf die n++-dotierten Gebiete 13 sind sperr freie metallische Kontakte 8 aufgebracht, mit denen das zweidimensionale Elektronengas gesteuert wird, das sich an der Grenze der Halbleiterschichten 2, 3 a bildet. Der Gate-Anschluß 9 des HEMT kontaktiert entweder die p--do tierte Halbleiterschicht 5 oder, falls diese entfernt ist die p-dotierte Halbleiterschicht 4. Die p-dotierte Halb leiterschicht 4 kann bis auf eine angemessene Restdicke gedünnt sein. Der HEMT wird über ein sogenanntes p-Gate gesteuert. Es bildet sich ein zu steuernder p/n-Übergang zwischen der p-dotierten Halbleiterschicht 4 und der n⁺-dotierten Halbleiterschicht 3.The semiconductor layers 4 to 7 form the inverted laser or LED structure and the semiconductor layers 2 to 5 the HEMT structure. In the area of the HEMT, the n-doped semiconductor layers 6, 7 can be removed. Perpendicular to the semiconductor layers 2 to 5 , n ++ -doped regions 13 can be implanted or diffused in the region of the HEMT, with a charge carrier concentration of 10 17 to 10 19 cm -3 . Barrier-free metallic contacts 8 are applied to the n ++ -doped regions 13 and are used to control the two-dimensional electron gas that forms at the boundary of the semiconductor layers 2, 3 a . The gate terminal 9 of the HEMT either contacts the p - -doped semiconductor layer 5 or, if this is removed, the p-doped semiconductor layer 4th The p-doped semiconductor layer 4 can be thinned to an appropriate residual thickness. The HEMT is controlled via a so-called p-gate. A p / n transition to be controlled is formed between the p-doped semiconductor layer 4 and the n⁺-doped semiconductor layer 3 .
Isolationsgräben 14, die senkrecht zu den Halbleiter schichten 5 bis 3 verlaufen, trennen die n++-dotierten Gebiete 13 von den p-dotierten Halbleiterschichten 4 bzw. 5 des HEMT. Die Isolationsgräben 14 werden entweder durch Implantation, mit z. B. Fe oder H⁺, oder durch geeignete Ätz- und Auffülltechniken, mit z. B. Polyimid, hergestellt.Isolation trenches 14 , which run perpendicular to the semiconductor layers 5 to 3 , separate the n ++ -doped regions 13 from the p-doped semiconductor layers 4 and 5 of the HEMT. The isolation trenches 14 are either by implantation, with z. B. Fe or H⁺, or by suitable etching and filling techniques, with z. B. polyimide.
Um Mesaflanken und metallischen Leiter 11 zu isolieren, ist auf die n++-dotierte Halbleiterschicht 7 des Lasers eine Isolationsschicht 12 aus SiO2 oder Si3N4 oder Polyi mid mit einer Schichtdicke von ungefähr 300 nm aufge bracht. Die Isolationsschicht 12 ist so strukturiert, daß ein erster metallischer Kontakt 8 a des Lasers, mit der n++-dotierten Halbleiterschicht 7 verbunden ist. Ein zweiter metallischer Kontakt 10 des Lasers ist auf die p-dotierte Halbleiterschicht 4 aufgebracht.In order to isolate mesa flanks and metallic conductors 11 , an insulation layer 12 made of SiO 2 or Si 3 N 4 or polyimide with a layer thickness of approximately 300 nm is applied to the n ++ -doped semiconductor layer 7 of the laser. The insulation layer 12 is structured such that a first metallic contact 8 a of the laser is connected to the n ++ -doped semiconductor layer 7 . A second metallic contact 10 of the laser is applied to the p-doped semiconductor layer 4 .
Im Ausführungsbeispiel 2 (Fig. 2) ist auf die Puffer schicht 2 a eine Heterostruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1 aufgewachsen. Die p-dotierten Halbleiterschichten 4, 5 haben im HEMT die Funktion eines p-Gates und gleichzeitig in der LED die Funktion einer lichtbegrenzenden Halblei terschicht 4 und lichtführenden Halbleiterschicht 5. Eine n⁺-dotierte, lichtbegrenzende Halbleiterschicht 6 und eine n++-dotierte Halbleiterschicht 7 mit einer Zusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 1 bilden die obersten Halblei terschichten der LED. Die n++-dotierte Halbleiterschicht 7 der oberflächenemittierenden LED, z. B. aus GaInAsP, wirkt als n-Kontaktschicht und ist im Bereich des emittierenden Fensters abgetragen. Dadurch wird jegliche Lichtabsorption in der n++-dotierten Halbleiterschicht 7 vermieden. Das Fenster der oberflächenemittierenden LED ist mit einem Antireflexbelag 12 a, z. B. aus SiO x , belegt. Ein erster, sperrfreier, metallischer Kontakt 8 a der LED ist auf die n⁺-dotierte Halbleiterschicht 7 aufgebracht; ein zweiter metallischer Anschluß 10 der LED kontaktiert die p-dotier te Halbleiterschicht 4.In embodiment 2 ( FIG. 2) , a heterostructure according to embodiment 1 is grown on the buffer layer 2 a . The p-doped semiconductor layers 4, 5 have the function of a p-gate in the HEMT and at the same time the function of a light-limiting semiconductor layer 4 and light-guiding semiconductor layer 5 in the LED. An n⁺-doped, light-limiting semiconductor layer 6 and an n ++ -doped semiconductor layer 7 with a composition according to embodiment 1 form the uppermost semiconductor layers of the LED. The n ++ -doped semiconductor layer 7 of the surface emitting LED, e.g. B. made of GaInAsP, acts as an n-contact layer and is removed in the area of the emitting window. This prevents any light absorption in the n ++ -doped semiconductor layer 7 . The window of the surface emitting LED is with an anti-reflective coating 12 a , z. B. made of SiO x . A first, barrier-free, metallic contact 8 a of the LED is applied to the n⁺-doped semiconductor layer 7 ; a second metallic connection 10 of the LED contacts the p-doped semiconductor layer 4 .
HEMT und LED sind im Ausführungsbeispiel 2 in Mesabauweise angeordnet. Im Bereich des HEMT sind die n-dotierten Halbleiterschichten 6, 7 entfernt und die p-dotierten Halbleiterschichten 4, 5 im Bereich der n-Kontakte gedünnt (Fig. 2). Die n++-dotierten Gebiete 13 besitzen deshalb nur eine Tiefe von weniger als 0,5 µm. Die metallischen Anschlüsse 8 des HEMT kontaktieren die n---dotierte Halbleiterschicht 2. Die Steuerung des HEMT erfolgt über ein p-Gate analog Ausführungsbeispiel 1.In embodiment 2, HEMT and LED are arranged in a mesa design. In the area of the HEMT, the n-doped semiconductor layers 6, 7 are removed and the p-doped semiconductor layers 4, 5 are thinned in the area of the n-contacts ( FIG. 2). The n ++ -doped regions 13 therefore only have a depth of less than 0.5 μm. The metallic connections 8 of the HEMT contact the n - -doped semiconductor layer 2 . The HEMT is controlled via a p-gate analogous to embodiment 1.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel 3 mit einer HEMT- Struktur auf die ein invertiert geschichteter Laser aufge wachsen ist. Laser und HEMT sind quasi-planar angeordnet. Auf einem Substrat 1 ist eine Pufferschicht 2 a und darauf eine Heterostruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1 aufge wachsen. Die Isolierung der elektronischen Bauelemente erfolgt über Isolationsgräben 15, 16 die eine Breite von ca. 1 µm aufweisen und bis ins Substrat 1 reichen. Der zweite metallische Kontakt 10 des Lasers ist mittels eines p++- leitenden Gebietes 17 mit der p-dotierten Halbleiterschicht 4 verbunden. Isolationsgebiete 14 a, die senkrecht zu den Halbleiterschichten 5 bis 7 verlaufen, trennen n++- und p++-dotierte Bereiche des Lasers (Fig. 3). Fig. 3 shows an embodiment 3 with a HEMT structure on which an inverted layered laser is grown. Laser and HEMT are arranged quasi-planar. On a substrate 1 is a buffer layer 2 a and thereupon a heterostructure according to embodiment 1 grow. The electronic components are isolated via isolation trenches 15, 16 which have a width of approximately 1 μm and extend into the substrate 1 . The second metallic contact 10 of the laser is connected to the p-doped semiconductor layer 4 by means of a p ++ conductive region 17 . Isolation regions 14 a , which run perpendicular to the semiconductor layers 5 to 7 , separate n ++ and p ++ -doped regions of the laser ( FIG. 3).
Im Bereich des HEMT werden die n-dotierten Halbleiter schichten 6, 7 selektiv entfernt. Dadurch entsteht eine Stufe zwischen HEMT und Laser, die von der gewählten Schichtdicke der lichtbegrenzenden Halbleiterschicht 6 abhängt. Aus prozeßtechnischen Gründen ist es deshalb vorteilhaft, die lichtbegrenzende Halbleiterschicht 6 so dünn wie möglich zu wählen, ca. 0,2 µm, um die Stufe möglichst gering zu halten. In the area of the HEMT, the n-doped semiconductor layers 6, 7 are selectively removed. This creates a step between the HEMT and the laser, which depends on the selected layer thickness of the light-limiting semiconductor layer 6 . For reasons of process technology, it is therefore advantageous to choose the light-limiting semiconductor layer 6 as thin as possible, approximately 0.2 μm, in order to keep the step as low as possible.
Die Isolationsgräben 15, 16 im Ausführungsbeispiel 3 sind entweder durch Implantation, mit z. B. Fe oder H⁺, oder durch geeignete Ätz- und Auffülltechniken, mit z. B. Polyi mid, hergestellt.The isolation trenches 15, 16 in embodiment 3 are either by implantation, with z. B. Fe or H⁺, or by suitable etching and filling techniques, with z. B. Polyi mid.
Die n++- und p++-leitenden Gebiete 13, 17 werden beispiels weise durch schnelle Diffusion, z. B. mit Zn-dotierten Spin-on-Filmen, oder durch Hochspannungsimplantation erzeugt.The n ++ and p ++ conductive areas 13, 17 are, for example, by rapid diffusion, for. B. with Zn-doped spin-on films, or generated by high voltage implantation.
Geeignete Materialien für die p-Dotierung sind Be, Mg oder Zn und für die n-Dotierung etwa Si, S oder Sn.Suitable materials for p-doping are Be, Mg or Zn and for the n-doping such as Si, S or Sn.
Die elektrischen Kontakte von Laser bzw. LED und HEMT sind z. B. aus einer Au/Ge- oder Au/Zn-Legierung hergestellt und über metallische Leiterbahnen 11 (Fig. 1) in geeigneter Weise miteinander verbunden.The electrical contacts of laser or LED and HEMT are e.g. B. made of an Au / Ge or Au / Zn alloy and connected via metallic interconnects 11 ( Fig. 1) in a suitable manner.
Wird als lichtemittierende Halbleiterstruktur ein inver tierter Laser verwendet, so kann der Laser als konventio neller Streifen-, V-Nut- Pilz- oder Ridge-Laser mit einheitlicher Zusammensetzung und Dotierung der lichtfüh renden Halbleiterschicht ausgebildet sein. Weiterhin können vorbekannte Multiquantum-Well-Laser oder Distribu ted-Feedback-Laser oder Distributed-Bragg-Reflector-Laser als optischer Sender eingesetzt werden.If an inverse is used as the light-emitting semiconductor structure used laser, the laser can be used as a conventional bright stripe, V-groove, mushroom or ridge laser with uniform composition and doping of the light guide be formed semiconductor layer. Farther can be known multiquantum well lasers or distribu ted feedback laser or distributed Bragg reflector laser can be used as an optical transmitter.
Ist die lichtemittierende Halbleiterstruktur als inver tiert geschichtete LED ausgebildet, so kann sie eine Streifengeometrie aufweisen oder als Multiquantum-Well-LED aufgebaut sein. Die LED kann oberflächenemittierend (Fig. 2) oder kantenemittierend sein. If the light-emitting semiconductor structure is designed as an inverted layered LED, it can have a strip geometry or be constructed as a multiquantum well LED. The LED can be surface emitting ( Fig. 2) or edge emitting.
Der zum optischen Sender zugehörige Verstärker ist vor teilhafterweise ein HEMT. Im HEMT bildet sich beispiels weise im Bereich der undotierten Halbleiterschicht 3 a und der n⁺-dotierten Halbleiterschicht 3 mit großem Bandab stand und der n---dotierten Halbleiterschicht 2 mit gerin gem Bandabstand ein einseitig abrupter Potentialtopf aus. Die undotierte Halbleiterschicht 3 a, ein sog. Spacer liegt zwischen der n⁺-dotierten, Elektronen liefernden Halbleiterschicht 3 und dem Potentialtopf ähnlichen, aktiven Kanal 2 b. Die n⁺-dotierte Halbleiterschicht 3 und die undotierte Halbleiterschicht 3 a sind vorzugsweise aus dem gleichen Halbleitermaterial aufgebaut. Durch die, an der Grenzfläche der p-dotierten Halbleiterschicht 4 und der n⁺-dotierten Halbleiterschicht 3, gebildete Raumla dungszone ist ein Durchgriff durch die extrem dünnen Halbleiterschichten 3, 3 a zum aktiven Kanal 2 b des HEMT möglich. Damit wird eine Steuerung der quasifreien Elek tronen im Kanal 2 b erreicht.The amplifier associated with the optical transmitter is before geous a HEMT. In the HEMT, for example, in the area of the undoped semiconductor layer 3 a and the n⁺-doped semiconductor layer 3 with a large band gap and the n - -doped semiconductor layer 2 with a narrow band gap, a one-sided abrupt potential well is formed. The undoped semiconductor layer 3 a , a so-called spacer, lies between the n⁺-doped, electron-supplying semiconductor layer 3 and the active channel 2 b, which is similar to the potential well. The n⁺-doped semiconductor layer 3 and the undoped semiconductor layer 3 a are preferably made of the same semiconductor material. Dung zone doped p-type by, at the interface of the semiconductor layer 4 and the n + doped semiconductor layer 3, formed Raumla is a penetration through the ultra thin semiconductor layers 3, 3 a to the active channel 2 of the HEMT b possible. Thus, a control of the quasi-free elec trons is achieved in the channel b. 2
Um zu verhindern, daß schnelldiffundierende p-Dotierstoffe, die für den HEMT wesentliche n⁺-dotierte Halbleiterschicht 3 neutralisieren oder gar umdotieren, besitzt die Halb leiterschicht 4 eine in vertikaler Richtung variierende p-Dotierkonzentration, die zur n⁺-dotierten Halbleiter schicht 3 hin abnimmt.To prevent schnelldiffundierende p-type dopants, which is essential for the HEMT n⁺-doped semiconductor layer neutralize 3 or even umdotieren, has the semiconductor layer 4 varying in vertical direction p-doping, the doped n + to the semiconductor layer 3 through decreases.
Monolithisch integrierte Senderanordnung gemäß der Erfin dung werden mit Hilfe der Molekularstrahl-Epitaxie oder der chemischen Gasphasen-Epitaxie aus metallorganischen Verbindungen erzeugt. Monolithically integrated transmitter arrangement according to the Erfin with the help of molecular beam epitaxy or chemical gas phase epitaxy from organometallic Connections created.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere an wendbar. Beispielsweise kann die n⁺-dotierte Halbleiter schicht 3 der Halbleiterschichtenfolge als Übergitter ausgebildet sein. Das Übergitter kan aus gitterangepaßten oder gitterfehlangepaßten Halbleiterschichten aufgebaut sein. Ein geeignetes Übergitter, z. B. ein InP/InAsP-Über gitter, dient vorzüglich der Elektronenlieferant für Halbleiterschichten mit geringem Bandabstand, z. B. für eine InAs-Schicht. Weiterhin ist das Übergitter unabhängig von Störstellen in den Halbleiterschichten mit großem Bandabstand, z. B. einer InP-Schicht.The invention is not limited to the execution examples described, but analogously to other applicable. For example, the n⁺-doped semiconductor layer 3 of the semiconductor layer sequence can be designed as a superlattice. The superlattice can be constructed from lattice-matched or lattice mismatched semiconductor layers. A suitable superlattice, e.g. B. an InP / InAsP super lattice, serves primarily the electron supplier for semiconductor layers with a small band gap, for. B. for an InAs layer. Furthermore, the superlattice is independent of impurities in the semiconductor layers with a large band gap, for. B. an InP layer.
Claims (8)
- - daß auf einem Substrat (1) die Schichtfolgen der lichtemittierenden Halbleiterstruktur und des HEMT übereinander aufgewachsen sind,
- - daß die lichtemittierende Halbleiterstruktur des optischen Senders invertiert aufgebaut ist, derart, daß eine p-dotierte Halbleiterschicht (4) unterhalb einer p--dotierten, lichtführenden Halbleiterschicht (5) und eine n⁺-dotierte Halbleiterschicht (6) ober halb der p--dotierten, lichtführenden Halbleiter schicht (5) aufgewachsen ist, und
- - daß die p-dotierten Halbleiterschichten (4, 5) der lichtemittierende Halbleiterstruktur des optischen Senders gleichzeitig als p-Gate zur Steuerung des zweidimensionalen Elektronengases des HEMT ausgebil det sind.
- - That on a substrate ( 1 ) the layer sequences of the light-emitting semiconductor structure and the HEMT have been grown one above the other,
- - That the light-emitting semiconductor structure of the optical transmitter is constructed inverted, such that a p-doped semiconductor layer ( 4 ) below a p - -doped, light-guiding semiconductor layer ( 5 ) and an n⁺-doped semiconductor layer ( 6 ) above the p - -doped, light-guiding semiconductor layer ( 5 ) has grown, and
- - That the p-doped semiconductor layers ( 4, 5 ) of the light-emitting semiconductor structure of the optical transmitter are simultaneously ausgebil det as a p-gate for controlling the two-dimensional electron gas of the HEMT.
- - daß auf einem Substrat (1) eine Pufferschicht (2 a) aufgebracht ist,
- - daß auf die Pufferschicht (2 a) eine Heterostruktur, bestehend aus mindestens einer n---dotierten Halb leiterschicht (2), einer undotierten Halbleiter schicht (3 a), einer n⁺-dotierten Halbleiterschicht (3), einer p-dotierten, lichtbegrenzenden Halblei terschicht (4), einer p--dotierten, lichtführenden Halbleiterschicht (5), einer n⁺-dotierten, lichtbe grenzenden Halbleiterschicht (6) und einer n++-do tierten Halbleiterschicht (7), aufgewachsen ist.
- - that is (a 2) deposited on a substrate (1) a buffer layer,
- - that (a 2) a hetero-structure consisting of at least one n in the buffer layer - semiconductor layer doped half (2), an undoped semiconductor layer (3 a), an n⁺-doped semiconductor layer (3), a p-doped , light-limiting semiconductor layer ( 4 ), a p - -doped, light-guiding semiconductor layer ( 5 ), an n⁺-doped, light-limiting semiconductor layer ( 6 ) and an n ++ -doped semiconductor layer ( 7 ).
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