DE3709301C2 - Monolithically integrated transmitter arrangement - Google Patents
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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 Claim 1.
Optische Senderanordnungen gemäß der Erfindung sind für Meß- oder Nachrichten übertragungssysteme geeignet. Bisherige monolithisch integrierte optische Senderanordnungen sind beispielsweise Kombinationen aus Laser und HBT (Heterobipolartransistoren) oder Schottky-Gate-Feldeffekttransistoren (MESFET) auf InP-Basis (Lit.: Grothe et al., Electronic Letters 19(6), S. 194-196, 1983). Diese optischen Senderanordnungen haben den Nachteil, daß sie lange Schaltzeiten 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 arrangements according to the invention are suitable for measurement or message transmission systems. Previous monolithically integrated optical transmitter arrangements are, for example, combinations of laser and HBT (heterobipolar transistors) or Schottky gate field-effect transistors (MESFET) based on InP (Lit .: Grothe et al., Electronic Letters 19 ( 6 ), pp. 194-196, 1983). These optical transmitter arrangements have the disadvantage that they have long switching times and high noise figures. Another disadvantage is that the electronic components, in particular the HBT, have a high vertical extent and thus a desirable almost planar surface of the electronic components is not achieved.
Aus der Druckschrift DE 34 32 603 A1 ist die Integration eines Bipolartransistors mit einem optischen Sender bekannt. Es werden dabei Schichtstrukturen für die Bauteile in jeweils unterschiedlicher Funktion gemeinsam genutzt. Zusätzlich werden die für die Funktion eines Bauteils notwendigen Schichten über der gemeinsamen Schichtstruktur im jeweiligen Bereich vervollständigt. Die gemeinsame Schichtstruktur ist zwischen den Bauteilen weitgehend unterbrochen.The publication DE 34 32 603 A1 describes the integration of a bipolar transistor with a optical transmitter known. There are layer structures for the components in each different functions shared. In addition, those for the function of a Component necessary layers over the common layer structure in the respective area completed. The common layer structure is largely between the components interrupted.
Aus der Druckschrift JP 58-147 169 A ist ein sog. HEMT Transistor bekannt, der sich aufgrund seiner hohen Elektronenbeweglichkeit besonders für einen Einsatz im Hochfrequenzbereich eignet. Die Steuerelektrode des Transistors ist als p-n-Übergang ausgebildet.A so-called HEMT transistor is known from the publication JP 58-147 169 A, which is due to its high electron mobility especially for use in the high frequency range is suitable. The control electrode of the transistor is designed as a p-n junction.
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 Feldeffekttransistors geeignet sind.The invention is therefore based on the object of providing a fast-switching and low-noise, specify monolithically integrated transmitter arrangement, which is reliable as well as cost-effective production method, the highest possible packing density of electronic Has components and can be used for the semiconductor materials for which none Schottky contacts are suitable as the gate contact of the field effect transistor.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the in the characterizing part of claim 1 specified characteristics. Advantageous refinements and / or further developments are the See subclaims.
Die erfindungsgemäße monolithisch integrierte Senderanordnung ist für einen in der Lichtleitfasertechnik nützlichen Wellenlängenbereich λ von vorzugsweise 0,8 < λ < 1,6 µm geeignet.The monolithically integrated transmitter arrangement according to the invention is for one in the Optical fiber technology useful wavelength range λ of preferably 0.8 <λ <1.6 microns suitable.
Ein erster Vorteil der Erfindung liegt in der Kombinationsmöglichkeit eines optischen Senders, vorzugsweise Laser oder LED (lichtemittierende Diode), und eines schnellschaltenden rauscharmen HEMT (High Electron Mobility Transistor). Die Steuerung des HEMT erfolgt über ein sogenanntes p-Gate, also über einen p/n-Übergang an der Schichtgrenze einer p-dotierten Halbleiterschicht und einer n-dotierten Halbleiterschicht. Das p-Gate hat den Vorteil, daß Halbleitermaterialien 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 possibility of combining an optical transmitter, preferably laser or LED (light emitting diode), and a fast switching low-noise HEMT (High Electron Mobility Transistor). The HEMT is controlled via a so-called p-gate, i.e. via a p / n junction at the layer boundary of a p-doped Semiconductor layer and an n-doped semiconductor layer. The p-gate has the advantage that Semiconductor materials can be used for Schottky contacts as the gate connection of the HEMT are not suitable because they either have too little bandgap or are conductive Possess surface oxides. The optical transmitter arrangement according to the invention also has the Advantage that the light-emitting semiconductor structure of the optical transmitter at the same time Formation of the p-gate of the HEMT can be used.
Im folgenden wird im Gegensatz zum Standardaufbau einer lichtemittierenden Halbleiterstruktur, d. h. die lichtführende Halbleiterschicht ist n-dotiert, die erfindungsgemäße lichtemittierende Halbleiterstruktur als invertierte lichtemittierende Halbleiterstruktur bezeichnet. Mit diesem Begriff wird zum Ausdruck gebracht, daß die lichtemittierende Halbleiterstruktur mit umgekehrter Dotierung ausgestattet ist.In the following, in contrast to the standard structure of a light emitting Semiconductor structure, d. H. the light-guiding semiconductor layer is n-doped, the one according to the invention light-emitting semiconductor structure as an inverted light-emitting semiconductor structure designated. This term expresses that the light-emitting Semiconductor structure is equipped with reverse doping.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments with reference to schematic drawings explained in more detail.
Fig. 1 und Fig. 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 Fig. 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 is applied to the HEMT structure.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Halbleiterschichtenfolge 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 assembly of inverted layered laser and HEMT in quasi-planar structure, wherein the light emitting semiconductor structure on the HEMT structure is applied.
Die Erfindung beruht darauf, daß auf einem Substrat eine HEMT-Struktur unter einer invertiert aufgebauten, lichtemittierenden Halbleiterstruktur aufgewachsen ist. Die Schichtdicken der lichtemittierenden Halbleiterstruktur sind frei wählbar ohne Kompromisse an die HEMT-Schichtdicken 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 has grown on a substrate under an inverted light emitting semiconductor structure. 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, while for the light-emitting semiconductor structure, on the other hand, they are above 100 nm, even over 1 µm. The layer thicknesses of the two light-delimiting 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 2a aufgebracht. Besitzt das Substrat 1 andere Gitterparameter als die Pufferschicht 2a oder Kristalldefekte, so ist die Pufferschicht 2a 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 2a 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 2a 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, 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 2a ist eine Heterostruktur aufgewachsen, die aus
A heterostructure has grown on the buffer layer 2 a
- - einer n--- oder p---dotierten Halbleiterschicht 2 aus GaInAs, mit einer Ladungsträger konzentration 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 3a aus InP oder GaInAsP oder InAlAs und einer Schichtdicke von weniger 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 Ladungsträgerkonzentration von 1017 bis 2 × 1018 cm-3 und einer Schichtdicke 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 Halbleiterschicht 4 aus InAlAs oder InP oder GaInAsP, mit einer Ladungsträgerkonzentration von etwa 1017 cm-3 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 about 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 10 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 cm -3 and a layer thickness of 50 to 300 nm,
- - einer n+-dotierten, lichtbegrenzenden Halbleiterschicht 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 Ladungsträger konzentration von mehr als 1018 cm-3 und einer Schichtdicke von ungefähr 200 nm besteht.- 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.
Die Halbleiterschichten 4 bis 7 bilden eine 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 werden. 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 sperrfreie metallische Kontakte 8 aufgebracht, mit denen das zweidimensionale Elektronengas gesteuert wird, das sich an der Grenze der Halbleiterschichten 2, 3a bildet. Der Gate-Anschluß 9 des HEMT kontaktiert entweder die p-- dotierte Halbleiterschicht 5 oder, falls diese entfernt ist die p-dotierte Halbleiterschicht 4. Die p-dotierte Halbleiterschicht 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 an 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 area of the HEMT, with a charge carrier concentration of 10 17 to 10 19 cm -3 . Non-blocking metallic contacts 8 are applied to the n ++ -doped regions 13 , with which the two-dimensional electron gas is controlled, which 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 4 . 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 Halbleiterschichten 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 Polyimid mit einer Schichtdicke von ungefähr 300 nm aufgebracht. Die Isolationsschicht 12 ist so strukturiert, daß ein erster metallischer Kontakt 8a 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 2a 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 12a, z. B. aus SiOx, belegt. Ein erster, sperrfreier, metallischer Kontakt 8a 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 2a. 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 exemplary 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---dotierten 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 2a 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 14a, 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 then a heterostructure according to embodiment 1 grow up. 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. Polyimid, 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. polyimide.
Die n++- und p++-leitenden Gebiete 13, 17 werden beispielsweise durch schnelle Diffusion, z. B. mit Zn-dotierten Spin-on-Filmen, oder durch Hochspannungsimplantation erzeugt.The n ++ and p ++ conductive regions 13 , 17 are, for example, by rapid diffusion, e.g. 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 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 conductor tracks 11 ( Fig. 1) in a suitable manner.
Wird als lichtemittierende Halbleiterstruktur ein invertierter Laser verwendet, so kann der Laser als konventioneller Streifen-, V-Nut-, Pilz- oder Ridge-Laser mit einheitlicher Zusammensetzung und Dotierung der lichtführenden Halbleiterschicht ausgebildet sein. Weiterhin können vorbekannte Multiquantum-Well-Laser oder Distributed-Feedback-Laser oder Distributed-Bragg-Reflector-Laser als optischer Sender eingesetzt werden.If an inverted laser is used as the light-emitting semiconductor structure, the laser can as a conventional strip, V-groove, mushroom or ridge laser with a uniform Composition and doping of the light-guiding semiconductor layer can be formed. Furthermore, known multiquantum well lasers or distributed feedback lasers or distributed Bragg reflector lasers can be used as optical transmitters.
Ist die lichtemittierende Halbleiterstruktur als invertiert 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 ein HEMT. Im HEMT bildet sich beispielsweise im Bereich der undotierten Halbleiterschicht 3a und der n--dotierten Halbleiterschicht 3 mit großem Bandabstand und der n---dotierten Halbleiterschicht 2 mit geringem Bandabstand ein einseitig abrupter Potentialtopf aus. Die undotierte Halbleiterschicht 3a, ein sog. Spacer liegt zwischen der n+-dotierten, Elektronen liefernden Halbleiterschicht 3 und dem einem Potentialtopf ähnlichen, aktiven Kanal 2b. Die n+-dotierte Halbleiterschicht 3 und die undotierte Halbleiterschicht 3a sind vorzugsweise aus dem gleichen Halbleitermaterial aufgebaut. Durch die, an der Grenzfläche der p-dotierten Halbleiterschicht 4 und der n+- dotierten Halbleiterschicht 3, gebildete Raumladungszone ist ein Durchgriff durch die extrem dünnen Halbleiterschichten 3, 3a zum aktiven Kanal 2b des HEMT möglich. Damit wird eine Steuerung der quasifreien Elektronen im Kanal 2b erreicht.The amplifier associated with the optical transmitter is 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 small 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 a potential well. The n + -type semiconductor layer 3 and the undoped semiconductor layer 3 a are preferably constructed from the same semiconductor material. Doped p-type by, at the interface of the semiconductor layer 4 and the n + - doped semiconductor layer 3, formed space charge region 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 electrons in the channel 2 is achieved b.
Um zu verhindern, daß schnelldiffundierende p-Dotierstoffe, die für den HEMT wesentliche, n+- dotierte Halbleiterschicht 3 neutralisieren oder gar umdotieren, besitzt die Halbleiterschicht 4 eine in vertikaler Richtung variierende p-Dotierkonzentration, die zur n+-dotierten Halbleiterschicht 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 to the n + semiconductor layer 3 decreases towards .
Monolithisch integrierte Senderanordnungen gemäß der Erfindung werden mit Hilfe der Molekularstrahl-Epitaxie oder der chemischen Gasphasen-Epitaxie aus metallorganischen Verbindungen erzeugt. Monolithically integrated transmitter arrangements according to the invention are made using the Molecular beam epitaxy or chemical gas phase epitaxy from organometallic Connections created.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise kann die n+-dotierte Halbleiterschicht 3 der Halbleiterschichtenfolge als Übergitter ausgebildet sein. Das Übergitter kann aus gitterangepaßten oder gitterfehlangepaßten Halbleiterschichten aufgebaut sein. Ein geeignetes Übergitter, z. B. ein InP/InAsP-Übergitter, dient vorzüglich als 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 exemplary embodiments described, but can be applied analogously to others. 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 superlattice, serves primarily as an electron supplier for semiconductor layers with a small band gap, z. B. for an InAs layer. Furthermore, the superlattice is independent of defects in the semiconductor layers with a large band gap, for. B. an InP layer.
Claims (11)
- - daß der Verstärker als HEMT (High Electron Mobility Transistor) ausgebildet ist, der auf einem Halbleiter-Substrat (1) der Reihe nach eine gering dotierte Halbleiterschicht (2), eine undotierte Halbleiterschicht (3a), eine n+-dotierte Halbleiterschicht (3), eine p-dotierte Halbleiterschicht (4) und eine p--dotierte Halbleiterschicht (5) aufweist, wobei die p-dotierte Halbleiterschicht (4) und/oder die p--dotierte Halbleiterschicht (5) ein p-Gate zur Steuerung des zweidimensionalen Elektronengases im aktiven Kanal (2b) des HEMT an der Grenzfläche zwischen der undotierten Halbleiterschicht (3a) und der gering dotierten Halbleiterschicht (2) bilden, und
- - daß der optische Sender lateral zu dem HEMT angeordnet und unter Einbeziehung der Schichtenfolge (2 bis 5) des HEMT in der Weise ausgebildet ist, daß die Schichtenfolge (2 bis 5) zwischen dem optischen Sender und dem HEMT unterbrochen und im Bereich des optischen Senders zusätzlich eine n+-dotierte Halbleiterschicht (6) aufgebracht ist, wobei die p-dotierte Halbleiterschicht (4) der Schichtenfolge (2 bis 5) eine erste lichtbegrenzende Schicht, die p--dotierte Halbleiterschicht (5) der Schichtenfolge (2 bis 5) eine lichtführende Schicht und die zusätzliche n+-dotierte Halbleiterschicht (6) eine zweite lichtbegrenzende Schicht einer invertierten lichtführenden Struktur des optischen Senders bilden.
- - That the amplifier is designed as a HEMT (high electron mobility transistor), which on a semiconductor substrate ( 1 ) in turn a lightly doped semiconductor layer ( 2 ), an undoped semiconductor layer ( 3 a), an n + -doped semiconductor layer ( 3 ), a p-doped semiconductor layer ( 4 ) and a p - -doped semiconductor layer ( 5 ), the p-doped semiconductor layer ( 4 ) and / or the p - -doped semiconductor layer ( 5 ) having a p-gate for control of the two-dimensional electron gas in the active channel ( 2 b) of the HEMT at the interface between the undoped semiconductor layer ( 3 a) and the lightly doped semiconductor layer ( 2 ), and
- - That the optical transmitter is arranged laterally to the HEMT and is formed taking into account the layer sequence ( 2 to 5 ) of the HEMT in such a way that the layer sequence ( 2 to 5 ) between the optical transmitter and the HEMT is interrupted and in the area of the optical transmitter an n + -doped semiconductor layer ( 6 ) is additionally applied, the p-doped semiconductor layer ( 4 ) of the layer sequence ( 2 to 5 ) being a first light-limiting layer, the p - -doped semiconductor layer ( 5 ) of the layer sequence ( 2 to 5 ) a light-guiding layer and the additional n + -doped semiconductor layer ( 6 ) form a second light-limiting layer of an inverted light-guiding structure of the optical transmitter.
- - daß auf dem Substrat (1) eine Pufferschicht (2a) aufgebracht ist, wobei bei einem halbisolierenden Substrat (1), die Pufferschicht (2a) undotiert ist, oder bei einem leitenden Substrat (1) die Pufferschicht (2a) leitend ausgebildet ist, so daß ein sperrender Übergang zwischen der Pufferschicht (2a) und dem Substrat (1) entsteht.
- - That on the substrate ( 1 ) a buffer layer ( 2 a) is applied, with a semi-insulating substrate ( 1 ), the buffer layer ( 2 a) is undoped, or with a conductive substrate ( 1 ) the buffer layer ( 2 a) conductive is formed so that a blocking transition between the buffer layer ( 2 a) and the substrate ( 1 ) is formed.
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