DE3713045A1 - Method for producing a laser diode having a buried active layer and lateral current limiting, and a laser diode having a buried active layer and lateral current limiting - Google Patents
Method for producing a laser diode having a buried active layer and lateral current limiting, and a laser diode having a buried active layer and lateral current limitingInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode mit vergrabener aktiver Schicht und seitlicher Strombegrenzung und Laserdiode mit vergrabener aktiver Schicht und seitlicher StrombegrenzungProcess for producing a buried laser diode active layer and lateral current limitation and laser diode with buried active layer and lateral current limitation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode mit vergrabener aktiver Schicht und seitlicher Strombegrenzung und eine Laserdiode mit vergrabener aktiver Schicht und seitlicher Strombegrenzung.The invention relates to a method for producing a Laser diode with buried active layer and side Current limitation and a laser diode with buried active Layer and side current limit.
Es ist bekannt (siehe z. B. G. Winstel, C. Weyrich, Optoelek tronik 1, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980, Seite 225 bis 232), Laserdioden mit niedrigem Schwellenstrom, hohem differentiellen Wirkungsgrad und hoher Ausgangsleistung als Vergrabene-Doppelheterostruktur-Laser (burried hetero structure laser, BH-Laser) herzustellen. Dabei wird die strei fenförmige aktive Schicht in ein Halbleitermaterial mit ge ringerer Brechzahl und größerer Energiebandlücke eingebettet. Im Betrieb der Laserdiode unterscheiden sich die Einsatzspan nungen des Hetero-p-n-Überganges des Laserstreifens und der seitlichen Homo-p-n-Übergänge wegen der unterschiedlichen Energiebandlücken, so daß der Strom im wesentlichen auf den Bereich des Laserstreifens begrenzt ist.It is known (see e.g. G. Winstel, C. Weyrich, Optoelek tronik 1, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980, Pages 225 to 232), laser diodes with low threshold current, high differential efficiency and high output power as a buried double heterostructure laser (burried hetero structure laser, BH laser). The dispute fen-shaped active layer in a semiconductor material with ge lower refractive index and larger energy band gap embedded. The operating chips differ in the operation of the laser diode of the hetero-p-n transition of the laser strip and the lateral homo-p-n transitions because of the different Energy band gaps so that the current is essentially on the The area of the laser strip is limited.
BH-Laserdioden können in mehreren Epitaxieschritten mit zwischengeschalteten Strukturierungsschritten oder in nur einem Epitaxieschritt unter Verwendung strukturierter Substrate hergestellt werden. Bei der Herstellung in mehreren Epitaxie schritten werden die Grenzflächen, die durch Epitaxie in ge trennten Prozessen mit zwischengeschalteter Strukturierung entstehen, wie z. B. die Grenzflächen des Laserstreifens, in ihrer Qualität beeinträchtigt. Die begrenzte Lebensdauer von Laserdioden im langwelligen Bereich, die z. B. im System InGaAsP/InP hergestellt werden, wird hauptsächlich auf die mangelnde Qualität der Grenzflächen zurückgeführt. Aus diesem Grunde ist es empfehlenswert, BH-Laserdioden in nur einem Epi taxieschritt herzustellen. BH laser diodes can be used in multiple epitaxial steps intermediate structuring steps or in just an epitaxial step using structured substrates getting produced. When manufacturing in multiple epitaxy the interfaces that are caused by epitaxy in ge separate processes with intermediate structuring arise, such as B. the interfaces of the laser strip in impaired their quality. The limited lifespan of Laser diodes in the long-wave range, the z. B. in the system InGaAsP / InP are mainly produced on the poor quality of the interfaces. For this Basically, it is recommended to use BH laser diodes in just one epi manufacture taxis step.
Bei der Herstellung von BH-Laserdioden in nur einem Epitaxie schritt werden die Schichten der verschiedenen Halbleiter materialien auf einem strukturierten Substrat aufgewachsen. Dabei werden beim Aufwachsen der aktiven Schicht die Wachstums parameter so gewählt, daß die aktive Schicht auf der Struktur und neben der Struktur, aber nicht auf den Flanken der Struk tur aufwächst. Die streifenförmige aktive Schicht ist dann von dem Halbleitermaterial mit geringerer Brechzahl und größerer Energiebandlücke ganz umgeben. Neben der streifenförmigen aktiven Schicht wachsen, von ihr durch schmale Streifen des einbettenden Halbleitermaterials getrennt, großflächige Schich ten des Materials der aktiven Schicht auf. Der Strom läßt sich daher nicht durch bloßes Ausnutzen der unterschiedlichen Energiebandlücken auf die streifenförmige, aktive Schicht be grenzen. Zur Strombegrenzung sind in diesem Fall zusätzliche Maßnahmen erforderlich.When producing BH laser diodes in just one epitaxy The layers of the various semiconductors become step materials grown on a structured substrate. The growth occurs when the active layer grows parameter chosen so that the active layer on the structure and next to the structure, but not on the flanks of the structure tur grows up. The strip-shaped active layer is then from the semiconductor material with a lower refractive index and larger Energy band gap completely surrounded. In addition to the stripe-shaped active layer grow from it through narrow strips of embedding semiconductor material separately, large-scale layer th of the material of the active layer. The current can be therefore not by simply taking advantage of the different Energy band gaps on the strip-shaped, active layer limit. In this case there are additional ones to limit the current Measures required.
Es ist bekannt, die Strombegrenzung in BH-Laserdioden, die in einem Epitaxieschritt hergestellt werden, dadurch zu realisieren, daß seitlich des Laserstreifens p-n-Übergänge ge schaffen werden, die im Betrieb der Laserdiode in Sperrichtung gepolt sind. (siehe z. B. M. Sugimoto et al, Journal of lightwave technology, Vol. LT-2, Nr. 4, August 1984, Seite 496 ff.) Die p-n-Übergänge werden dadurch hergestellt, daß die Sub stratoberfläche lokal begrenzt umdotiert wird oder daß seit lich des aktiven Streifens die verschieden dotierten Halb leiterschichten selektiv epitaktisch aufgewachsen werden. Wird die Laserdiode auf einem semiisolierenden Substrat aufge baut, d. h. auf einem Substrat aus einem Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand, ist das Herstellen von p-n-Über gängen durch Umdotieren der Substratoberfläche nicht möglich. Das selektive epitaktische Aufwachsen der verschieden dotierten Halbleiterschichten seitlich des aktiven Streifens erfordert das genaue Einhalten von Struktur- und Prozeßparametern. Die Strombegrenzung durch im Betrieb der Laserdiode sperrende p-n-Übergänge hat generell den Nachteil, daß sperrende p-n-Übergänge zusätzliche Kapazitäten in die Laserstruktur einführen, die das Modulationsverhalten der Laserdiode beein trächtigen.It is known to limit the current in BH laser diodes used in an epitaxial step are produced, thereby realize that p-n transitions to the side of the laser strip will create the reverse operation of the laser diode are poled. (See, e.g., M. Sugimoto et al, Journal of lightwave technology, Vol.LT-2, No. 4, August 1984, page 496 ff.) The p-n junctions are produced by sub strat surface is locally doped or that since Lich the active stripe the differently doped halves conductor layers are grown selectively epitaxially. The laser diode is placed on a semi-insulating substrate builds, d. H. on a substrate made of a semiconductor material high resistivity, is making p-n-over not possible by redoping the substrate surface. The selective epitaxial growth of the differently endowed Semiconductor layers on the side of the active strip required the exact observance of structure and process parameters. The Current limitation by blocking during operation of the laser diode p-n transitions generally have the disadvantage that blocking p-n junctions additional capacities in the laser structure introduce that affect the modulation behavior of the laser diode pregnant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode mit vergrabener aktiver Schicht und seitlicher Strombegrenzung und eine Laser diode mit vergrabener aktiver Schicht und seitlicher Strombe grenzung, die geeignet ist, beide Kontakte auf der dem Substrat abgewandten Seite des Schichtaufbaus zu tragen, anzugeben.The invention has for its object an improved Process for producing a buried laser diode active layer and lateral current limit and a laser diode with buried active layer and lateral Strombe boundary that is suitable for both contacts on the substrate to bear opposite side of the layer structure.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben ist. Der zweite Teil der Aufgabe wird mit einer Laserdiode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 26 erfindungsgemäß gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 26 angegeben ist.The task is carried out using a method based on the generic term of Claim 1 solved according to the invention, as in the characterizing Part of claim 1 is specified. The second part of the task is with a laser diode according to the preamble of claim 26 solved according to the invention, as in the characterizing part of Claim 26 is specified.
In dem Verfahren wird die Laserdiode in nur einem Epitaxie schritt hergestellt, was von Vorteil im Hinblick auf die Lebensdauer der Laserdiode ist. Die seitliche Strombegrenzung wird durch laterale Kanäle seitlich von der aktiven Schicht realisiert, was den Vorteil hat, daß dadurch keine zusätz lichen parasitären Kapazitäten in die Laserstruktur eingeführt werden.In the procedure, the laser diode is in only one epitaxy step, which is beneficial in terms of Life of the laser diode is. The side current limit is through lateral channels laterally from the active layer realized, which has the advantage that no additional Lichen parasitic capacities introduced into the laser structure will.
Das Verfahren nach Anspruch 10, bietet den Vorteil, daß die lateralen Kanäle eine durch die Strukturierung des Substrats definierte Form haben und daß deshalb die Laserdiode in repro duzierbarer Form hergestellt werden kann.The method of claim 10 offers the advantage that the lateral channels one by structuring the substrate have a defined shape and that is why the laser diode in repro inducible shape can be produced.
Der Aufbau der Laserdiode auf semiisolierendem Halbleiter material nach Anspruch 15 erlaubt, beide Metallkontakte der Laserdiode auf der dem Substrat abgewandten Seite des Schicht aufbaus aufzubringen, was die Integration der Laserdiode in größere Bausteine erleichtert.The structure of the laser diode on semi-insulating semiconductor Material according to claim 15 allows both metal contacts Laser diode on the side of the layer facing away from the substrate to build up what the integration of the laser diode in larger building blocks easier.
Das Aufbringen einer streifenförmigen hochdotierten Schicht oberhalb des Streifens der aktiven Schicht nach Anspruch 18 sowie einer Isolatorschicht außerhalb des Streifens der aktiven Schicht nach Anspruch 19 verbessert die seitliche Strombegren zung. The application of a stripe-shaped, highly doped layer above the strip of active layer according to claim 18 and an insulator layer outside the strip of the active Layer according to claim 19 improves the lateral current limits tongue.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.Further refinements of the invention result from the rest Claims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Fig. 1 bis Fig. 5 dar gestellt und werden im folgenden näher erläutert.Embodiments of the invention 1 are shown in FIG. To FIG. 5 is provided and will be explained in more detail below.
Fig. 1 zeigt eine Doppelheteroschichtstruktur auf einem Substrat mit konvexer Struktur vor dem Ätzen der lateralen Kanäle. Fig. 1 shows a double heterostructure on a substrate with a convex structure before etching of the lateral channels.
Fig. 2 zeigt eine Doppelheteroschichtstruktur auf einem Substrat mit konkaver Struktur vor dem Ätzen der lateralen Kanäle. FIG. 2 shows a double heterolayer structure on a substrate with a concave structure before the etching of the lateral channels.
Fig. 3 zeigt eine Laserdiode mit lateralen Kanälen auf einem Substrat aus hochleitendem Material mit konvexer Struktur. Fig. 3 shows a laser diode having lateral channels on a substrate of highly conductive material with a convex structure.
Fig. 4 zeigt eine Laserdiode mit lateralen Kanälen auf einem Substrat aus hochleitendem Material mit konvexen Strukturen in der Mitte und an den dazu parallelen Rändern. FIG. 4 shows a laser diode with lateral channels on a substrate made of highly conductive material with convex structures in the middle and on the edges parallel to it.
Fig. 5 zeigt eine Laserdiode mit lateralen Kanälen auf einem Substrat aus semiisolierendem Material mit konvexen Strukturen in der Mitte und an den dazu parallelen Rändern. Fig. 5 shows a laser diode having lateral channels on a substrate of semi-insulating material having convexes in the center and at the edges parallel thereto.
Auf einem Substrat 11 aus einem hochleitendem Halbleiterma terial wie z. B. n-dotiertem InP oder aus einem semiisolieren dem Halbleitermaterial, d. h. einem Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand, wird durch Ätzen eine über dessen Mitte verlaufende streifenförmige, konvexe Struktur erzeugt (Fig. 1). Auf die strukturierte Oberfläche des Substrats 11 wird epitaktisch eine Pufferschicht 12 aufgewachsen, die aus einem ersten Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeits typs, z. B. aus n-dotiertem InP, besteht. Dabei bleibt die Struktur im wesentlichen erhalten. Auf die Pufferschicht 12 wird eine aktive Schicht 13 epitaktisch aufgewachsen. Die aktive Schicht 13 besteht aus einem zweiten Halbleitermaterial mit geringerer Energiebandlücke und größerer Brechzahl als das Material der Pufferschicht 12, z. B. aus InGaAsP. Die Abmes sungen und Form der Substratstruktur sind so gewählt, daß bei entsprechender Wahl der Prozeßparameter die aktive Schicht 13 nur als seitliche Schichten 132 neben der Struktur und als Streifen 131 auf der Struktur des Substrats 11 aufwächst. Auf den Flanken der Struktur gibt es einen Bereich, in dem die Pufferschicht 12 nicht von der aktiven Schicht 13 bedeckt ist. Die seitlichen Schichten 132 der aktiven Schicht 13 hängen mit dem Streifen 131 der aktiven Schicht 13 nicht zusammen. Sowohl bei der Gasphasenepitaxie und der Molekularstrahlepitaxie als auch bei der Flüssigphasenepitaxie ist es möglich, die Wachstums parameter so zu wählen, daß die aktive Schicht 13 so, wie oben dargestellt, aufwächst.On a substrate 11 made of a highly conductive semiconductor material such. B. n-doped InP or from a semi-insulating the semiconductor material, ie a semiconductor material with a high specific resistance, a strip-shaped, convex structure extending over the center thereof is produced by etching ( FIG. 1). On the structured surface of the substrate 11 , a buffer layer 12 is epitaxially grown, the type of a first semiconductor material of a first conductivity, for. B. consists of n-doped InP. The structure remains essentially unchanged. An active layer 13 is epitaxially grown on the buffer layer 12 . The active layer 13 consists of a second semiconductor material with a lower energy band gap and a larger refractive index than the material of the buffer layer 12 , for. B. from InGaAsP. The dimensions and shape of the substrate structure are selected such that, with appropriate selection of the process parameters, the active layer 13 only grows as lateral layers 132 next to the structure and as strips 131 on the structure of the substrate 11 . There is an area on the flanks of the structure in which the buffer layer 12 is not covered by the active layer 13 . The side layers 132 of the active layer 13 are not connected to the strip 131 of the active layer 13 . Both in gas phase epitaxy and molecular beam epitaxy as well as in liquid phase epitaxy, it is possible to choose the growth parameters so that the active layer 13 grows as shown above.
Auf die aktive Schicht 13 wird epitaktisch eine Halbleiter schicht 14 aus dem ersten Halbleitermaterial eines zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. p-dotiertem InP, aufgewachsen. Dabei werden die Oberflächen der aktiven Schicht 13 und der Puffer schicht 12 vollständig bedeckt. Dadurch ist der Streifen 131 der aktiven Schicht 13 im ersten Halbleitermaterial mit größerer Energiebandlücke und kleinerem Brechungsindex als dem zweiten Halbleitermaterial eingebettet. Auf die Halbleiter schicht 14 wird eine weitere Halbleiterschicht 15 aufgebracht und mit Hilfe einer Maske so in Streifenform geätzt, daß sie oberhalb des Streifens 131 der aktiven Schicht 13 verläuft. Die weitere Halbleiterschicht 15 ist so gewählt, daß sie den Über gangswiderstand im Bereich des Streifens 131 der aktiven Schicht 13 verringert.On the active layer 13 , a semiconductor layer 14 is epitaxially made of the first semiconductor material of a second conductivity type, for. B. p-doped InP. The surfaces of the active layer 13 and the buffer layer 12 are completely covered. As a result, the strip 131 of the active layer 13 is embedded in the first semiconductor material with a larger energy band gap and a smaller refractive index than the second semiconductor material. On the semiconductor layer 14 , a further semiconductor layer 15 is applied and etched in a strip shape with the aid of a mask so that it extends above the strip 131 of the active layer 13 . The further semiconductor layer 15 is selected so that it reduces the transition resistance in the region of the strip 131 of the active layer 13 .
In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer Doppelheterostruktur auf einem zweiten Substrat 21 mit konkaver Struktur dargestellt. Das zweite Substrat 21 ent spricht dem Substrat 11 und besteht aus demselben Material. Auf dem zweiten Substrat 21 wird über dessen Mitte durch Ätzen eine streifenförmige konkave Struktur, z. B. eine V-Nut, erzeugt. Auf die strukturierte Oberfläche des zweiten Substrats 21 wird epitaktisch eine zweite Pufferschicht 22 aufgewachsen, die aus demselben Material wie die Pufferschicht 12 besteht. Beim Auf wachsen der zweiten Pufferschicht 22 wird das Profil der kon kaven Struktur ausgeschmiert, die Struktur bleibt aber auch in abgeschwächter Form konkav. Auf die zweite Pufferschicht 22 wird eine zweite aktive Schicht 23 aus demselben Material wie die aktive Schicht 13 epitaktisch aufgewachsen. Dabei werden die Wachstumsparameter so gewählt, daß die zweite aktive Schicht 23 als zweite seitliche Schichten 232 außerhalb der konkaven Struktur und als zweiter Streifen 231 in der konkaven Struktur aufwächst. Die zweiten seitlichen Schichten 232 und der zweite Streifen 231 stehen nicht miteinander in Verbindung. Auf die zweite aktive Schicht 23 wird eine zweite Halbleiter schicht 24 aufgewachsen, die der Halbleiterschicht 14 ent spricht. Nach diesem Aufwachsen ist der zweite Streifen 231 der zweiten aktiven Schicht 23 vollständig in das erste Halbleiter material mit der größeren Energiebandlücke und dem geringeren Brechungsindex als dem zweiten Halbleitermaterial eingebettet. Zur Verbesserung der Kontaktierungseigenschaften wird auf die zweite Halbleiterschicht 24 eine zweite weitere Halbleiter schicht 25 aufgebracht, die der weiteren Halbleiterschicht 15 entspricht. Durch seitliches Abätzen wird sie so in Streifen form gebracht, daß sie oberhalb des zweiten Streifens 231 der zweiten aktiven Schicht 23 verläuft und daß sie den Übergangs widerstand in diesem Bereich verbessert. FIG. 2 shows another exemplary embodiment for the construction of a double heterostructure on a second substrate 21 with a concave structure. The second substrate 21 speaks to the substrate 11 and is made of the same material. On the second substrate 21 is a strip-shaped concave structure, z. B. creates a V-groove. A second buffer layer 22 , which consists of the same material as the buffer layer 12 , is epitaxially grown on the structured surface of the second substrate 21 . When the second buffer layer 22 grows, the profile of the concave structure is lubricated, but the structure also remains concave in a weakened form. A second active layer 23 made of the same material as the active layer 13 is epitaxially grown on the second buffer layer 22 . The growth parameters are selected such that the second active layer 23 grows as the second lateral layers 232 outside the concave structure and as the second stripe 231 in the concave structure. The second side layers 232 and the second strip 231 are not in communication with each other. On the second active layer 23 , a second semiconductor layer 24 is grown, which speaks to the semiconductor layer 14 ent. After this growth, the second strip 231 of the second active layer 23 is completely embedded in the first semiconductor material with the larger energy band gap and the lower refractive index than the second semiconductor material. To improve the contacting properties, a second further semiconductor layer 25 , which corresponds to the further semiconductor layer 15, is applied to the second semiconductor layer 24 . By side etching it is shaped into strips so that it runs above the second strip 231 of the second active layer 23 and that it improves the transition resistance in this area.
Anhand von Fig. 3 werden die weiteren Verfahrensschritte in der Herstellung einer Laserdiode erläutert. Ausgangspunkt ist eine Doppelheterostruktur auf einem dritten Substrat 31 mit konvexer Struktur. Die Doppelheterostruktur enthält auf dem dritten Sub strat 31, das aus einem hochleitendem Halbleitermaterial, wie z. B. n-dotiertem InP, besteht, eine dritte Pufferschicht 32, die der Pufferschicht 12 entspricht, eine dritte aktive Schicht 33, die der aktiven Schicht 13 entspricht, eine dritte Halb leiterschicht 34, die der Halbleiterschicht 14 entspricht, und eine dritte weitere Halbleiterschicht 35, die der weiteren Halb leiterschicht 15 entspricht und die, wie die weitere Halbleiter schicht 15, streifenförmig ist. Die Doppelheterostruktur wird nach dem Verfahren hergestellt, das anhand der Fig. 1 oben er läutert wurde. Insbesondere wächst die dritte aktive Schicht 33 unterteilt in einen dritten Streifen 331 und in dritte seit liche Schichten 332 auf. The further process steps in the manufacture of a laser diode are explained with reference to FIG. 3. The starting point is a double heterostructure on a third substrate 31 with a convex structure. The double heterostructure contains on the third sub strate 31 , which is made of a highly conductive semiconductor material, such as. B. n-doped InP, there is a third buffer layer 32 , which corresponds to the buffer layer 12 , a third active layer 33 , which corresponds to the active layer 13 , a third semiconductor layer 34 , which corresponds to the semiconductor layer 14 , and a third further semiconductor layer 35, the conductor layer of the other half corresponds to 15 and which, as the further semiconductor layer 15 is stripe-shaped. The double heterostructure is produced by the method that he explained above with reference to FIG. 1. In particular, the third active layer 33 grows subdivided into a third strip 331 and into third layers 332 .
Nachdem alle Schichten des Schichtaufbaus in einem Epitaxie schritt in Flüssigphasen-, Gasphasen- oder Molekularstrahl epitaxie aufgewachsen wurden, werden im nächsten Schritt mit Hilfe einer Maske transversale Kanäle 341 in die dritte Halb leiterschicht 34 geätzt. Die transversalen Kanäle 341 werden so in die dritte Halbleiterschicht 34 geätzt, daß sie außerhalb der dritten weiteren Halbleiterschicht 35 und des dritten Streifens 331 der dritten aktiven Schicht 33 senkrecht zum Schichtaufbau mindestens bis auf die dritten seitlichen Schichten 332 der aktiven Schicht 33 verlaufen. Die transver salen Kanäle 341 können auch bis in die dritte Pufferschicht 32 geätzt werden. Das Ätzen der transversalen Kanäle 341 kann naß chemisch oder durch Ionenätzen erfolgen. Durch die transversa len Kanäle 341 werden durch teilweises Herausätzen der dritten aktiven Schicht 33 mit einer selektiv wirksamen Säure, die nur das Material der dritten aktiven Schicht 33 anlöst und die das Material der dritten Pufferschicht 32 und der dritten Halbleiter schicht 34 nicht angreift, seitlich des dritten Streifens 331 der dritten aktiven Schicht 33 laterale Kanäle 3322 erzeugt. Die dritten seitlichen Schichten 332 der dritten aktiven Schicht 33 werden so weit herausgeätzt, daß die dritte Puffer schicht 32 an den Flanken der konvexen Struktur vollständig und außerhalb des Bereichs der Struktur teilweise freigelegt wird. An den Rändern der Doppelheterostruktur, die vom dritten Strei fen 331 der dritten aktiven Schicht 33 weiter entfernt sind, bleibt die ursprünglich gewachsene Schichtenfolge stabil erhal ten. Die dort verbleibenden Reste der dritten seitlichen Schich ten 332 der dritten aktiven Schicht 33 bilden Stege 3321. Die Breite der Stege 3321 wird von der Ätzdauer bestimmt.After all layers of the layer structure have been grown in an epitaxy step in liquid phase, gas phase or molecular beam epitaxy, in the next step transverse channels 341 are etched into the third semiconductor layer 34 with the aid of a mask. The transverse channels 341 are etched into the third semiconductor layer 34 such that they run outside the third further semiconductor layer 35 and the third strip 331 of the third active layer 33 perpendicular to the layer structure, at least as far as the third lateral layers 332 of the active layer 33 . The transversal channels 341 can also be etched into the third buffer layer 32 . The transverse channels 341 can be etched wet chemically or by ion etching. Through the transverse channels 341 by partially etching out the third active layer 33 with a selectively active acid which only dissolves the material of the third active layer 33 and which does not attack the material of the third buffer layer 32 and the third semiconductor layer 34 , to the side of the third strip 331 of the third active layer 33 produces lateral channels 3322 . The third lateral layers 332 of the third active layer 33 are etched out to such an extent that the third buffer layer 32 is completely exposed on the flanks of the convex structure and partially outside the region of the structure. At the edges of the double heterostructure, which are further away from the third strip 331 of the third active layer 33 , the originally grown layer sequence remains stable. The residues of the third lateral layers 332 of the third active layer 33 remaining there form webs 3321 . The width of the webs 3321 is determined by the etching time.
Zur Vermeidung von Oberflächenströmen und zum Schutz der Halb leiteroberflächen vor mechanischen Beschädigungen ist es günstig, die Wände der lateralen Kanäle 3322 und die Wände der transversalen Kanäle 341 mit einem elektrisch isolierenden Material, z. B. mit SiO₂, Al₂O₃ o. ä., zu beschichten. Es ist möglich, die lateralen Kanäle 3322 und die transversalen Kanäle 341 mit dem elektrisch isolierenden Material aufzufüllen. To avoid surface currents and to protect the semiconductor surfaces from mechanical damage, it is advantageous to cover the walls of the lateral channels 3322 and the walls of the transverse channels 341 with an electrically insulating material, e.g. B. with SiO₂, Al₂O₃ o. Ä. To coat. It is possible to fill the lateral channels 3322 and the transverse channels 341 with the electrically insulating material.
Schließlich wird auf die dem Schichtaufbau abgewandte Seite des dritten Substrats 31 ein großflächiger Metallkontakt 36 aufge bracht. Auf die dem dritten Substrat 31 abgewandte Seite des Schichtaufbaus wird ein strukturierter Metallkontakt 37 aufge bracht. Der strukturierte Metallkontakt 37 hat Aussparungen für die transversalen Kanäle 341 und ist so gestaltet, daß eine Kontaktierung der Laserdiode seitlich des Bereichs des dritten Streifens 331 der dritten aktiven Schicht 33 möglich ist. Es hat sich herausgestellt, daß es sich auf das Betriebsverhalten der Laserdiode ungünstig auswirkt, wenn die Laserdiode ober halb des dritten Streifens 331 der dritten aktiven Schicht 33 kontaktiert wird.Finally, a large-area metal contact 36 is brought up on the side of the third substrate 31 facing away from the layer structure. On the side facing away from the third substrate 31 of the layer structure, a structured metal contact 37 is brought up. The structured metal contact 37 has cutouts for the transverse channels 341 and is designed in such a way that the laser diode can be contacted at the side of the region of the third strip 331 of the third active layer 33 . It has been found that it has an unfavorable effect on the operating behavior of the laser diode if the laser diode is contacted above half of the third strip 331 of the third active layer 33 .
Anhand von Fig. 4 wird ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschrieben, das eine gut reproduzierbare Herstellung der Laserdiode erlaubt.An embodiment of the method will be described with reference to FIG. 4, which allows a highly reproducible production of the laser diode.
Ein viertes Substrat 41 wird durch Ätzen mit Hilfe entspre chender Masken so strukturiert, daß über dessen Mitte eine streifenförmige, konvexe Struktur verläuft und daß an den dazu parallelen Rändern des vierten Substrats 41 streifenförmige Erhöhungen vorhanden sind. Das vierte Substrat 41 besteht aus einem hochleitenden Halbleitermaterial wie z. B. n-dotiertem InP. Auf das vierte Substrat 41 wird epitaktisch eine vierte Pufferschicht 42 aufgewachsen, die der Pufferschicht 12 ent spricht. Auf die vierte Pufferschicht 42 wird epitaktisch eine vierte aktive Schicht 43, die der aktiven Schicht 13 ent spricht, aufgewachsen. Dabei werden die Wachstumsparameter so gewählt, daß die vierte aktive Schicht 43 unterbrochen auf der vierten Pufferschicht 42 aufwächst. Die vierte aktive Schicht 43 wächst nur auf der konvexen Struktur als vierter Streifen 431 und auf den seitlichen Erhöhungen als seitliche Stege 433 und zwischen den Strukturen als vierte seitliche Schichten 432 auf. Die vierten seitlichen Schichten 432 stehen weder mit dem vierten Streifen 431 noch mit den seitlichen Stegen 433 in Ver bindung. Die vierte aktive Schicht 43 und die freiliegenden Teile der vierten Pufferschicht 42 werden mit einer vierten Halbleiterschicht 44 überwachsen, die der Halbleiterschicht 14 entspricht. Nach diesem Schritt ist der vierte Streifen 431 ganz in das erste Halbleitermaterial mit niedrigerem Brechungs index und größerer Energiebandlücke als dem zweiten Halbleiter material eingebettet. Oberhalb des vierten Streifens 431 wird eine weitere Halbleiterschicht 45 aufgebracht, die streifen förmig ist und die der weiteren Halbleiterschicht 15 ent spricht. Sie wird zur Verbesserung der Kontakteigenschaften im Bereich des vierten Streifens 431 aufgebracht.A fourth substrate 41 is structured by etching using appropriate masks in such a way that a strip-shaped, convex structure extends over the center thereof and that strip-shaped elevations are present on the edges of the fourth substrate 41 parallel to it. The fourth substrate 41 consists of a highly conductive semiconductor material such as. B. n-doped InP. On the fourth substrate 41 , a fourth buffer layer 42 is grown epitaxially, which speaks to the buffer layer 12 ent. On the fourth buffer layer 42 , a fourth active layer 43 , which speaks to the active layer 13 , is grown epitaxially. The growth parameters are selected so that the fourth active layer 43 grows intermittently on the fourth buffer layer 42 . The fourth active layer 43 only grows on the convex structure as the fourth strip 431 and on the side elevations as the lateral webs 433 and between the structures as the fourth lateral layers 432 . The fourth side layers 432 are neither connected to the fourth strip 431 nor to the side webs 433 . The fourth active layer 43 and the exposed parts of the fourth buffer layer 42 are overgrown with a fourth semiconductor layer 44 , which corresponds to the semiconductor layer 14 . After this step, the fourth strip 431 is completely embedded in the first semiconductor material with a lower refractive index and a larger energy band gap than the second semiconductor material. A further semiconductor layer 45 is applied above the fourth strip 431 , which is strip-shaped and which speaks to the further semiconductor layer 15 . It is applied to improve the contact properties in the area of the fourth strip 431 .
Mit Hilfe einer Maske werden analog den transversalen Kanälen 341 in die vierte Halbleiterschicht 44 oberhalb der seitlichen Schichten 432 senkrecht zum Schichtaufbau verlaufende zweite transversale Kanäle 441 mindestens bis auf die vierten seit lichen Schichten 432 und höchstens bis in die vierte Puffer schicht 42 geätzt. Die zweiten transversalen Kanäle 441 werden durch naßchemisches Ätzen oder durch Ionenätzen erzeugt. Durch die zweiten transversalen Kanäle 441 werden mit einer selektiv wirksamen Säure, die nur das zweite Halbleitermaterial der vierten aktiven Schicht 43 anlöst und die die vierte Puffer schicht 42 und die vierte Halbleiterschicht 44 unversehrt läßt, die vierten seitlichen Schichten 432 herausgeätzt. Es entstehen anstelle der seitlichen Schichten 432 analog den lateralen Kanälen 3322 seitliche Kanäle.Using a mask, analogous to the transverse channels 341 in the fourth semiconductor layer 44 above the lateral layers 432 perpendicular to the layer structure, second transverse channels 441 are etched at least as far as the fourth lateral layers 432 and at most into the fourth buffer layer 42 . The second transverse channels 441 are produced by wet chemical etching or by ion etching. Through the second transverse channels 441 , the fourth lateral layers 432 are etched out with a selectively active acid which only dissolves the second semiconductor material of the fourth active layer 43 and which leaves the fourth buffer layer 42 and the fourth semiconductor layer 44 intact. Instead of the lateral layers 432, lateral channels are created analogously to the lateral channels 3322 .
Wie in dem anhand von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es zur Vermeidung von Oberflächenströmen und zum Schutz der Halbleiteroberflächen günstig, die Wände der durch Herausätzen der vierten seitlichen Schichten 432 entstandenen seitlichen Kanäle und die Wände der zweiten transversalen Kanäle mit dem elektrisch isolierenden Material, z. B. SiO₂, Al₂O₃ o. ä., zu beschichten oder die Kanäle mit dem elektrisch isolierenden Material aufzufüllen.As in the exemplary embodiment described with reference to FIG. 3, in order to avoid surface currents and to protect the semiconductor surfaces, it is advantageous to cover the walls of the side channels formed by etching out the fourth side layers 432 and the walls of the second transverse channels with the electrically insulating material, for . B. SiO₂, Al₂O₃ or the like, to coat or fill the channels with the electrically insulating material.
Schließlich wird die Laserdiode auf der dem Schichtaufbau abge wandten Seite des vierten Substrats 41 mit einem zweiten groß flächigen Metallkontakt 46 entsprechend dem großflächigen Me tallkontakt 36 und auf der dem vierten Substrat 41 abgewandten Seite des Schichtaufbaus mit einem zweiten strukturierten Me tallkontakt 47 entsprechend dem strukturierten Metallkontakt 37 versehen.Finally, the laser diode on the side facing away from the layer structure of the fourth substrate 41 with a second large-area metal contact 46 corresponding to the large-area metal contact 36 and on the side of the layer structure facing away from the fourth substrate 41 with a second structured metal contact 47 corresponding to the structured metal contact 37 provided.
Anhand von Fig. 5 wird eine weitere Variante des Herstellver fahrens beschrieben.Another variant of the manufacturing method is described with reference to FIG. 5.
Ein fünftes Substrat 51 bestehend aus einem semiisolierenden Halbleitermaterial, d. h. aus einem Halbleitermaterial mit einem hohen spezifischen Widerstand, wird durch Ätzen ent sprechend dem vierten Substrat 41 so strukturiert, daß über dessen Mitte ein konvexer Streifen verläuft und daß an den dazu parallelen Rändern des fünften Substrats 51 streifenförmige Erhöhungen vorhanden sind. Auf das fünfte Substrat 51 wird eine fünfte Pufferschicht 52 aufgewachsen, die aus dem Material der Pufferschicht 12 besteht. Auf die fünfte Pufferschicht 52 wird eine fünfte aktive Schicht 53 analog der vierten aktiven Schicht 43 unterbrochen aufgewachsen. Die Wachstumsparameter der Flüssigphasen- oder Gasphasenepitaxie werden so gewählt, daß die fünfte aktive Schicht 53 als fünfter Streifen 531 auf den konvexen Streifen des fünften Substrats 51, als zweite seitliche Stege 533 auf die streifenförmigen Erhöhungen des fünften Substrats 51 und als fünfte seitliche Schichten 532 zwischen den Strukturen des fünften Substrats 51 aufwächst. Die fünften seitlichen Schichten 532 stehen weder mit dem fünften Streifen 531 noch mit dem zweiten seitlichen Stegen 533 in Verbindung. Das Material der fünften aktiven Schicht 53 ist das der aktiven Schicht 13. Auf die fünfte aktive Schicht 53 wird eine fünfte Halbleiterschicht 54 aufgebracht, die der Halbleiterschicht 14 entspricht. Damit ist der fünfte Streifen 531 ganz in das erste Halbleitermaterial mit größerer Energiebandlücke und geringerem Brechungsindex als dem zweiten Halbleitermaterial eingebettet. Entsprechend der weiteren Halb leiterschicht 15 wird oberhalb des fünften Streifens 531 eine streifenförmige fünfte weitere Halbleiterschicht 55 zur Ver besserung der Kontakteigenschaften aufgebracht. Im nächsten Schritt werden mit Hilfe einer Maske auf einer Seite des fünften Streifens 531 oberhalb der fünften rechten seitlichen Schicht 5321 senkrecht zum Schichtaufbau verlaufende dritte transversale Kanäle 541, entsprechend den zweiten transver salen Kanälen 441, in die fünfte Halbleiterschicht 54 min destens bis auf die fünfte rechte seitliche Schicht 5321 und höchstens bis in die fünfte Pufferschicht 52 geätzt. Die Maske ist so gestaltet, daß auf der anderen Seite des fünften Streifens 531 oberhalb der fünften linken seitlichen Schicht 5322 entlang einer Linie, die parallel zum fünften Streifen 531 verläuft, die fünfte Halbleiterschicht 54 weggeätzt wird. Das Wegätzen der fünften Halbleiterschicht 54 wird mindestens bis auf die fünfte aktive Schicht 53 und höchstens bis in die fünfte Pufferschicht 52 fortgesetzt. Mit einer selektiv wirk samen Säure, die das erste Halbleitermaterial der fünften Pufferschicht 52 und der fünften Halbleiterschicht 54 unver sehrt läßt, während sie das zweite Halbleitermaterial der fünften aktiven Schicht 53 anlöst, wird durch die dritten transversalen Kanäle 54 die fünfte rechte seitliche Schicht 5321 weggeätzt. Auf der anderen Seite des fünften Streifens 531 wird mit der selektiv wirksamen Säure die fünfte linke seit liche Schicht 5322 und, falls noch vorhanden, der zweite seit liche Steg 533 weggeätzt, so daß die fünfte Pufferschicht 52 auf dieser Seite bis zum Rand freigelegt wird.A fifth substrate 51 consisting of a semi-insulating semiconductor material, ie of a semiconductor material with a high specific resistance, is structured by etching accordingly the fourth substrate 41 so that a convex strip runs across the center thereof and that on the parallel edges of the fifth substrate 51 strip-like elevations are present. A fifth buffer layer 52 , which consists of the material of the buffer layer 12, is grown on the fifth substrate 51 . A fifth active layer 53, analogous to the fourth active layer 43 , is grown intermittently on the fifth buffer layer 52 . The growth parameters of the liquid phase or gas phase epitaxy are chosen such that the fifth active layer 53 acts as the fifth stripe 531 on the convex stripe of the fifth substrate 51 , as the second lateral webs 533 on the stripe-shaped elevations of the fifth substrate 51 and as the fifth lateral layers 532 between the structures of the fifth substrate 51 grows. The fifth side layers 532 are not connected to either the fifth strip 531 or the second side web 533 . The material of the fifth active layer 53 is that of the active layer 13 . A fifth semiconductor layer 54 , which corresponds to the semiconductor layer 14, is applied to the fifth active layer 53 . The fifth strip 531 is thus completely embedded in the first semiconductor material with a larger energy band gap and a lower refractive index than the second semiconductor material. Corresponding to the further semiconductor layer 15 , a strip-shaped fifth further semiconductor layer 55 is applied above the fifth strip 531 to improve the contact properties. In the next step, with the help of a mask on one side of the fifth strip 531 above the fifth right lateral layer 5321 , third transverse channels 541 running perpendicular to the layer structure, corresponding to the second transverse channels 441 , into the fifth semiconductor layer 54 at least except for the fifth right side layer 5321 and etched at most into the fifth buffer layer 52 . The mask is designed such that on the other side of the fifth strip 531 above the fifth left side layer 5322 along a line that runs parallel to the fifth strip 531 , the fifth semiconductor layer 54 is etched away. The etching away of the fifth semiconductor layer 54 is continued at least up to the fifth active layer 53 and at most up to the fifth buffer layer 52 . With a selectively effective acid that leaves the first semiconductor material of the fifth buffer layer 52 and the fifth semiconductor layer 54 intact while dissolving the second semiconductor material of the fifth active layer 53 , the fifth right lateral layer 5321 is etched away by the third transverse channels 54 . On the other side of the fifth strip 531 , the fifth left-hand side layer 5322 and, if still present, the second side-side web 533 are etched away with the selectively active acid, so that the fifth buffer layer 52 on this side is exposed to the edge.
Schließlich wird die Laserdiode mit Metallkontakten versehen. Ein erster Metallkontakt 56 wird direkt auf der fünften Puffer schicht 52 aufgebracht auf der Seite des fünften Streifens 531, auf der die fünfte Halbleiterschicht 54 entfernt wurde. Ein zweiter Metallkontakt 57 wird auf der verbleibenden fünften Halbleiterschicht 54 und auf der fünften weiteren Halbleiter schicht 55 aufgebracht. Der zweite Metallkontakt 57 ist so strukturiert, daß die dritten transversalen Kanäle 541 offen bleiben und daß eine Kontaktierung der Laserdiode außerhalb des Bereichs des fünften Streifens 531 möglich ist.Finally, the laser diode is provided with metal contacts. A first metal contact 56 is applied directly to the fifth buffer layer 52 on the side of the fifth strip 531 on which the fifth semiconductor layer 54 has been removed. A second metal contact 57 is applied to the remaining fifth semiconductor layer 54 and to the fifth further semiconductor layer 55 . The second metal contact 57 is structured in such a way that the third transverse channels 541 remain open and that the laser diode can be contacted outside the region of the fifth strip 531 .
Analog dem oben Beschriebenen ist es zur Vermeidung von Ober flächenströmen und zum Schutz der Halbleiteroberflächen günstig, freiliegende Halbleiteroberflächen, wie sie an den dritten transversalen Kanälen 541 und an den durch Heraus ätzen der fünften seitlichen Schichten 532 entstandenen Kanäle auftreten, mit dem elektrisch isolierenden Material, z. B. SiO₂, Al₂O₃ o. ä., zu beschichten oder die Kanäle mit dem elektrisch isolierenden Material aufzufüllen.Analogous to what has been described above, in order to avoid surface currents and to protect the semiconductor surfaces, it is expedient to use the electrically insulating material to expose exposed semiconductor surfaces, as occur on the third transverse channels 541 and on the channels formed by etching out the fifth lateral layers 532 , e.g. B. SiO₂, Al₂O₃ or the like, to coat or fill the channels with the electrically insulating material.
Die in diesem Verfahren hergestellte Laserdiode wird von nur einer Seite, von oben, kontaktiert, da das fünfte Substrat 51 einen hohen spezifischen Widerstand hat.The laser diode produced in this method is contacted from only one side, from above, since the fifth substrate 51 has a high specific resistance.
Claims (27)
- a. auf das strukturierte Substrat (11, 21, 31, 41, 51) werden nacheinander epitaktisch die Pufferschicht (12, 22, 32, 42, 52), die aktive Schicht (13, 23, 33, 43, 53) und die Halbleiter schicht (14, 24, 34, 44, 54) aufgebracht,
- b. die Prozeßparameter beim Aufwachsen der aktiven Schicht (13, 23, 33, 43, 53) werden so gewählt, daß die aktive Schicht (13, 23, 33, 43, 53) nur auf der Struktur und neben der Struktur aufwächst und daß die aktive Schicht (13, 23, 33, 43, 53) nicht auf den Flanken der Struktur aufwächst,
- c. mit Hilfe einer Maske werden in die Halbleiterschicht (14, 24, 34, 44, 54) senkrecht zum Schichtaufbau außerhalb des mittleren Streifens (131, 231, 331, 431, 531) der aktiven Schicht (13, 23, 33, 43, 53) die transversalen Kanäle (341, 441, 541) mindestens bis auf die seitlichen Schichten (132, 232, 332, 432, 532) der aktiven Schicht (13, 23, 33, 43, 53) geätzt,
- d. mit einer selektiv wirksamen Säure, die nur das Material der aktiven Schicht (13, 23, 33, 43, 53) angreift und das Material der Halbleiterschicht (14, 24, 34, 44, 54) und der Puffer schicht (12, 22, 32, 42, 52) nicht angreift, werden die seit lichen Schichten (132, 232, 332, 432, 532) der aktiven Schicht (13, 23, 33, 43, 53) weggeätzt und dadurch die lateralen Kanäle (3322) erzeugt.
- a. on the structured substrate ( 11 , 21 , 31 , 41 , 51 ) are successively epitaxially the buffer layer ( 12 , 22 , 32 , 42 , 52 ), the active layer ( 13 , 23 , 33 , 43 , 53 ) and the semiconductor layer ( 14 , 24 , 34 , 44 , 54 ) applied,
- b. the process parameters when growing the active layer ( 13 , 23 , 33 , 43 , 53 ) are chosen so that the active layer ( 13 , 23 , 33 , 43 , 53 ) only grows on the structure and next to the structure and that the active Layer ( 13 , 23 , 33 , 43 , 53 ) does not grow on the flanks of the structure,
- c. With the aid of a mask, the active layer ( 13 , 23 , 33 , 43 , 53 ) is inserted into the semiconductor layer ( 14 , 24 , 34 , 44 , 54 ) perpendicular to the layer structure outside the middle strip ( 131 , 231 , 331 , 431 , 531 ) ) the transverse channels ( 341 , 441 , 541 ) are etched at least down to the lateral layers ( 132 , 232 , 332 , 432 , 532 ) of the active layer ( 13 , 23 , 33 , 43 , 53 ),
- d. with a selectively active acid, which only attacks the material of the active layer ( 13 , 23 , 33 , 43 , 53 ) and the material of the semiconductor layer ( 14 , 24 , 34 , 44 , 54 ) and the buffer layer ( 12 , 22 , 32 , 42 , 52 ) does not attack, the lateral layers ( 132 , 232 , 332 , 432 , 532 ) of the active layer ( 13 , 23 , 33 , 43 , 53 ) are etched away, thereby creating the lateral channels ( 3322 ).
- a. die Pufferschicht (52) aus hochleitendem Halbleitermaterial ist auf einem Substrat (51) aus semiisolierendem Halbleiterma terial d. h. Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Wider stand, aufgewachsen,
- b. die Halbleiterschicht (54), die aktive Schicht (53) und die Pufferschicht (52) sind in einem Epitaxieschritt auf das Sub strat (51) aufgewachsen,
- c. zur seitlichen Strombegrenzung sind zwischen der Puffer schicht (52) und der Halbleiterschicht (54) seitlich der aktiven Schicht (53) laterale Kanäle vorhanden,
- d. ein erster Metallkontakt (56) ist außerhalb des Bereichs der aktiven Schicht (53) und der lateralen Kanäle direkt auf der Pufferschicht (52) aufgebracht,
- e. ein zweiter Metallkontakt (57) ist auf der Halbleiter schicht (54) aufgebracht.
- a. the buffer layer ( 52 ) made of highly conductive semiconductor material was grown on a substrate ( 51 ) made of semi-insulating semiconductor material, ie semiconductor material with a high specific resistance,
- b. the semiconductor layer ( 54 ), the active layer ( 53 ) and the buffer layer ( 52 ) are grown in an epitaxial step on the substrate ( 51 ),
- c. Lateral channels are provided between the buffer layer ( 52 ) and the semiconductor layer ( 54 ) to the side of the active layer ( 53 ) to limit the current.
- d. a first metal contact ( 56 ) is applied directly on the buffer layer ( 52 ) outside the region of the active layer ( 53 ) and the lateral channels,
- e. a second metal contact ( 57 ) is applied to the semiconductor layer ( 54 ).
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