DE3876287T2 - Halbleiterlaser-vorrichtung und verfahren zu deren herstellung. - Google Patents
Halbleiterlaser-vorrichtung und verfahren zu deren herstellung.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaseranordnung mit einer Deckschicht auf den Oberflächen eines Halbleiterkörpers zum Heraustreten eines Laserstrahls, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Halbleiterlaseranordnung.
- Eine Halbleiterlaseranordnung der eingangs erwähnten Art ist beispielsweise aus J.Appl. Phys. 50 (5), 3122-3132 (Mai 1979) bekannt. In dieser Veröffentlichung wird eine Aluminiumoxidschicht als Deckschicht verwendet. Die Aufgabe der Aluminiumoxidschicht ist u.a. einen Schutz zu bieten im Bereich des Austritts des Laserstrahls gegen Angriff der Austrittsoberflächen unter dem Einfluß vorhandenen Wasserdampfes.
- In der US-PS 4,317,086 ist eine Halbleiterlaseranordnung beschrieben, bei der die Licht ausstrahlende Oberfläche mit einer aus drei Schichten bestehenden dielektrischen Struktur versehen ist zum Schaffen eines hohen Brechungsvermögenspegels, so daß ein größerer Teil der optischen Strahlung in den optischen Strahlungsraum zurückgeworfen wird. Die primäre Funktion der Außenschicht ist das Schützen der mittleren Schicht vor Wasserdampf und Oxydation. Die Außenschicht kann aus Aluminiumoxid oder aus dem organischen Material Perylen hergestellt werden.
- Wahrscheinlich ist Wasserdampf jedoch nicht die einzige Ursache von Problemen an der Austrittsoberfläche und kann auch bei den jeweiligen Bearbeitungen vorhandenes Öl bei einer Aluminiumoxidschicht als Verkleidung eine Rolle spielen, beispielsweise dadurch, daß das Öl an der Oberfläche der Aluminiumoxidschicht sich zerlegt und den heraustretenden Laserstrahl zerstreut.
- Die vorliegende Erfindung hat u.a. zur Aufgabe, die beschriebenen Probleme wenigstens im wesentlichen zu vermeiden.
- Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, daß mit einem anderen Schutztyp Probleme an den Austrittsoberflächen über einen großen Bereich von Verunreinigungen vermieden werden können.
- Nach der Erfindung wird die eingangs erwähnte Halbleiterlaseranordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht eine Alkylverbindung umfaßt, die erhalten wird durch Reaktion von Hydroxylgruppen an den Oberflächen mit einer Verbindung, die gewählt worden ist aus der Gruppe, die aus a) Silanen besteht, die durch mindestens eine durch mindestens ein Fluoratom substituierte Alkylgruppe substituiert worden sind, und b) Carbonsäuren mit mindestens sieben Kohlenstoffatomen. Derartige Deckschichten schaffen einen äußerst befriedigenden Schutz der Austrittsoberfläche gegen Verunreinigung durch Wasser und Öl.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung werden nacheinander mit einer Schicht aus einem transparenten dielektrischen Material mit einer Brechzahl von 1,3 bis 2,5 und mit der Alkylverbindungsschicht versehen. Die genannten dielektrischen Materialien weisen die gewünschten optischen Eigenschaften für die Austrittsoberfläche auf. Vorzugsweise ist das transparente Material Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid.
- Vorzugsweise ist das Silan 1-(Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)- dimethylchlorsilan oder 1-(Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)-triäthoxysilan und die Alkylcarbonsäure Stearinsäure.
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung mit einer Deckschicht auf Oberflächen eines Halbleiterkörpers zum Heraustreten eines Laserstrahls. Nach der Erfindung werden die Oberflächen gereinigt und danach mit einer Deckschicht versehen, die erhalten wird durch eine Reaktion von Hydroxylgruppen an den Oberflächen mit einer Verbindung, die gewählt worden ist aus der Gruppe, die aus a) Silanen besteht, die durch mindestens eine durch mindestens ein Fluoratom substituierte Alkylgruppe substituiert worden sind, und b) Carbonsäuren mit mindestens sieben Kohlenstoffatomen.
- Es werden sehr gute Ergebnisse erzielt, wenn als Reinigungsbehandlung eine Ozon-Behandlung unter UV-Bestrahlung durchgeführt wird.
- Das Anbringen der Verbindung ist durchaus gut möglich, wenn die gereinigte Oberfläche mit einer Lösung der Verbindung, beispielsweise der Carbonsäure, benetzt wird. Wenn die Dampfspannung der verbindung hoch genug ist, beispielsweise des Silans, kann die Alkylverbindung gebildet werden wenn der Halbleiterkörper sich in dem Dampf des Silans oder einer unter Rückflußkühlung kochenden Lösung des Silans befindet.
- In der Zeichnung zeigt:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ansicht eines Teils der betreffenden Halbleiterlaseranordnung,
- Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1 durch eine Halbleiterlaseranordnung nach dem Stand der Technik,
- Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1 durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung,
- Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1 durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung.
- Die betreffende Halbleiterlaseranordnung (siehe Fig. 1 und 2) weist eine Deckschicht 21 auf zum Austreten eines Laserstrahls gemeinten Oberflächen 22 eines Halbleiterkörpers 1. Der Halbleiterkörper 1 ist auf einem Kupferkörper 2 festgelötet, der zum Abführen von Wärme gemeint ist, die im Betrieb der Halbleiterlaseranordnung erzeugt wird. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen zweiten Anschluß der Halbleiterlaseranordnung.
- Zur Vermeidung von Problemen mit üblichen Verkleidung 21, beispielsweise aus Aluminiumoxid, durch das Vorhandensein beispielsweise von Öl, wobei dieses sich auf der Oberfläche der Deckschicht zerlegt und den Laserstrahl in Form und Richtung ändern läßt, weist nach der Erfindung die Deckschicht 31 (siehe Fig. 3 und 4) eine Alkylverbindung auf, die erhalten wird durch Reaktion von Hydroxylgruppen an den Oberflächen 22 mit einer Verbindung, die gewählt worden ist aus der Gruppe, die aus a) Silanen besteht, die durch mindestens eine durch mindestens ein Fluoratom substituierte Alkylgruppe substituiert worden sind, und b) Carbonsäuren mit mindestens sieben Kohlenstoffatomen.
- Zum Erhalten von sehr günstigen optischen Eigenschaften werden die Oberflächen nacheinander mit einer Schicht aus transparentem dielektrischem Material mit einer Brechzahl von 1,3 bis 2,5 sowie mit der Deckschicht 31 mit der Alkylverbindung versehen.
- Als transparentes dielektrisches Material wird vorzugsweise Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid verwendet.
- Die erfindungsgemäße Halbleiterlaseranordnung umfaßt auf übliche Weise beispielsweise ein n-leitendes Substrat 23 GaAs, eine n-leitende Schicht 24 aus G0,5Al0,5As, eine aktive Schicht 25 aus Ga0,85Al0.15As, eine p-leitende Schicht 26 aus Ga0,5Al0,5As, eine p-leitende Schicht 27 aus GaAs und Metallkontaktschichten 28 und 29.
- Die vorzugsweise vorhandene dielektrische Schicht 42 aus Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid kann auch auf übliche Weise vorgesehen werden.
- Zum Bilden der Deckschicht 31 ist eine Skala von Verbindungen möglich.
- Vorzugsweise werden substituierte Silane, wie 1-(Heptadecccluor-1,1,2,2- tetrahydrodecyl)-dimethylchlorsilan oder 1-(Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)- triäthoxysilan verwendet.
- Alkylcarbonsäuren, wie Stearinsäure können durchaus als Verbindung verwendet werden.
- Bevor die Deckschicht angebracht wird, wird eine Reinigungsbehandlung durchgeführt, vorzugsweise eine Reinigungsbehandlung in Ozon. Bei dieser Behandlung wird beispielsweise ein Ozon-Reaktor von UVP Ltd. (Science Park, Milton Road, Cambridge, England) benutzt. Bei einer solchen Behandlung werden ebenfalls Siliziumnitridoberflächen aktiviert zur nachfolgenden Umwandlung.
- Die Deckschicht kann durch Eintauchen des Halbleiterkörpers in eine Lösung einer Alkylcarbonsäure in Toluol oder dadurch, daß der Körper einem Dampf eines Silans ausgesetzt wird, angebracht werden. Die Verbindung wird vorzugsweise dadurch angebracht, daß der Halbleiterkörper in Dampf einer Lösung von beispielsweise 2% des Silans in Toluol gebracht wird, wobei diese Lösung unter Rückfluß zum Kochen gebracht wird.
- Es wurde gefunden, daß die Dicke beispielsweise der Silanschicht auf dem Halbleiterkörper (und der Aluminiumoxid- oder der Siliziumnitridschicht) äußerst gering ist: etwa 1 Molekül je nm² auf der Oberfläche.
- Die Deckschicht 31 kann gebildet werden, nachdem der Halbleiterkörper auf übliche Weise mit einem Kontakt 3 versehen worden ist.
- Als transparentes dielektrisches Material kann auch beispielsweise Siliziumoxid oder Hafniumoxid verwendet werden.
- Als Substrat 23 kann auch InP verwendet werden, während als aktive Schicht 25 InGaAsP oder InGaAs verwendbar ist.
- Auch andere Alkylsilane als die obengenannten perfluorierte Alkylsilane sind verwendbar.
Claims (8)
1. Halbleiterlaseranordnung mit einer Deckschicht (31) auf den
Oberflächen (22) eines Halbleiterkörpers (1) zum Heraustreten eines Laserstrahls,
dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (31) eine Alkylverbindung umfaßt, die
erhalten wird durch Reaktion von Hydroxylgruppen an den Oberflächen (22) mit einer
Verbindung, die gewählt worden ist aus der Gruppe, die aus a) Silanen besteht, die
durch mindestens eine durch mindestens ein Fluoratom substituierte Alkylgruppe
substituiert worden sind, und b) Alkylcarbonsäuren mit mindestens sieben
Kohlenstoffatomen.
2. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberflächen (22) nacheinander mit einer Schicht aus einem transparenten
dielektrischen Material (42) mit einer Brechzahl von 1,3 bis 2,5 und einer die
Alkylverbindung enthaltenden Deckschicht (31) versehen werden.
3. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das transparente dielektrische Material (42) Aluminiumoxid ist.
4. Halbleiterlaseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das transparente dielektrische Material (42 Siliziumnitrid ist.
5. Halbleiterlaseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Silan
1-(Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)-dimethylchlorsilan oder 1-(Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrodecyl)-triäthoxysilan ist.
6. Halbleiterlaseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Alkylcarbonsäure Stearinsäure ist.
7. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaseranordnung mit einer
Deckschicht (31) auf Oberflächen (22) eines Halbleiterkörpers (1) zum Heraustreten
eines Laserstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (22) gereinigt und
danach mit einer Deckschicht (31) versehen werden, die eine Alkylverbindung aufweist,
die erhalten wird durch eine Reaktion von Hydroxylgruppen an den Oberflächen (22)
mit einer Verbindung, die gewählt worden ist aus der Gruppe, die aus a) Silanen
besteht, die durch mindestens eine durch mindestens ein Fluoratom substituierte
Alkylgruppe substituiert worden sind, und b) Carbonsäuren mit mindestens sieben
Kohlenstoffatomen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächen (22) durch eine Behandlung mit Ozon unter Bestrahlung mit UV-Strahlung
gereinigt werden.
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