DE3881996T2

DE3881996T2 - Lichtemittierende Diode und Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE3881996T2
Application number: DE88115965T
Authority: DE
Inventors: Yasumasa Oki Electric Kashima; Masao Oki Electric I Kobayashi; Takashi Oki Electric I Tsubota
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1987-09-29
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2008-09-29
Also published as: EP0310019A3; JPH0797661B2; EP0310019B1; EP0310019A2; JPH01164077A; US4975752A; DE3881996D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Diode (LED) und auf deren Herstellungsverfahren, insbesondere auf eine kantenemittierende LED (englisch: "edge-emitting LED", abgekürzt EELED) mit einem in einem V-förmigen Kanal eines Halbleitersubstrates angeordneten streifenförmigen lichtemittierenden Bereich, welcher Licht von einem Rand des lichtemittierenden Bereiches emittiert.
Obwohl sich LEDs durch eine kleine optische Ausgangsleistung auszeichnen, sind sie Halbleiterlasern in der Temperaturstabilität, der Betriebszuverlassigkeit über einen weiten Temperaturbereich überlegen und verfügen über andere ausgezeichnete Eigenschaften.
Eine EELED mit einem streifenförmigen lichtemittierenden Bereich ist besonders als Lichtquelle für optische Verbindungen geeignet, weil sie eine Steuerung der transversalen Eigenschwingung parallel zur Trennebene erlaubt und an eine optische Monomodefaser mit hoher Wirksamkeit koppelt.
Eine Schrägansicht der Struktur einer typischen streifenförmigen EELED nach dem Stand der Technik ist in Figur 1 gezeigt. Die Bezugszeichen in Figur 1 werden in den Beschreibungen der anderen Zeichnungen, die identische Elemente zeigen, verwendet und eine erneute Erklärung dieser Elemente wird vermieden.
In diesem Beispiel ist eine erste Elektrode 1 auf der unteren Fläche eines p-InP-Halbleitersubstrates 2 vorgesehen. Auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrates 2 ist eine Zwischenschicht, bestehend aus einer p-InP-Schicht 2a, gebildet und auf der Schicht 2a ist eine erste aus einer n-Inp-Schicht 3 bestehende erste Sperrschicht aufgewachsen, auf die weiter eine aus einer p-InP-Schicht 4 bestehende zweite Sperrschicht aufgewachsen ist.
Auf diesem Halbleitersubstrat 2 mit seinen aufgewachsenen Schichten ist ein V-Kanal 5 ausgebildet, der ausgehend von der zweiten Sperrschicht 4 durch die erste Sperrschicht 3 und die Trennschicht 2a dringt und das Halbleitersubstrat 2 erreicht.
Eine p-InP-Schicht 6 ist auf der inneren Fläche des V-Kanales 5 als eine erste Überzugsschicht und eine p-InGaAsp- Schicht 7 als eine aktive Schicht auf der ersten Überzugsschicht 6 ausgebildet.
Auf dem Teil der oberen Fläche der zweiten Sperrschicht 4, indem der V-Kanal 5 nicht geätzt worden ist, und auf der innerhalb des V-Kanales 5 aufgewachsenen aktiven Schicht 7 ist eine n-Inp-Schicht 8 als zweite Überzugsschicht ausgebildet. Eine n-InGaAsp-Schicht 9 ist darüber hinaus als eine Deckschicht auf dieser zweiten Überzugsschicht 8 und eine zweite Elektrode 10 ist auf dieser Deckschicht 9 ausgebildet.
Auf diese Weise wird ein streifenförmiger lichtemittierender Bereich innerhalb des V-Kanales 5 geformt, indem zwischen der ersten Überzugsschicht 6 und der zweiten Überzugsschicht 8 die aktive Schicht 7 angeordnet ist.
Bei der oben beschriebenen Struktur wird der Steuerstrom der EELED von der ersten Elektrode 1 zum Halbleitersubstrat 2 gefuhrt, durch den durch die erste Sperrschicht 3 und zweite Sperrschicht 4 gebildeten p-n-Übergang auf die aktive Schicht 7, die zwischen den ersten und zweiten Überzugsschichten 5 und 8 angeordnet ist, eingeengt und erreicht über die Deckschicht 9 die zweite Elektrode 10. Dabei findet eine Selbstemission von Licht von der aktiven Schicht 7 (der schraffierte Bereich in der Zeichnung), die den lichtemittierenden Bereich bildet, statt.
Eine EELED mit einem in einen V-Kanal gebildeten streifenförmigen lichtemittierenden Bereich, der selbstemittierendes Licht liefert, unterscheidet sich im Prinzip nicht von einem Halbleiterlaser mit einem V-Kanal in Streifenform. Ein konsequenter Mangel einer oben beschriebenen EELED ist, daß bei niedrigen Betriebstemperaturen oder wenn der Ansteuerstrom zur Verstärkung der Lichtausgangsleistung erhöht wird, häufig eine erzwungene Emission im lichtemittierenden Bereich auftritt, so daß die EELED, welche selbstemittiertes Licht produzieren sollte, Laserlicht emittiert.
Bei den bekannten EELED sind Versuche unternommen worden, das Auftreten einer erzwungenen Emission zu unterdrücken und eine Selbstemission zu erhalten, indem eine nichtreflektierende Beschichtung von Siliziumnitrid mit einem Reflexionskoeffizienten von 1% oder weniger auf die Kristallfläche des Halbleitersubstrates, die die emittierende Kante des lichtemittierenden Bereiches bildet, aufgetragen wurde. Die Versuche sind beispielsweise in "42 km Analog Video Signal Transmission in Single-mode Fibers Using a 1.3um Edge-Emitting LED." M. Matsuura et al, The Transactions of the IECL of Japan, Vol. E 69, No. 4, April 1986, Seiten 349ff und in "1.5um Tai Tammen Hakkogata Daiodo" (Eine 1.5um Edge-Emitting LED), ein Dokument, das bei "Denshi jouhou tushin gakkai soritu 70 syunen kinen sougou zenkokutaikai syowa 62 nen" (1987 General Meeting of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of Japan), No. 882, 4-44, vorgestellt wurde.
Problematisch bei dem oben beschriebenen Stand der Technik ist, daß sie nicht geeignet sind, eine stabile Selbstemission von Licht unter einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen zu erzeugen, weil ein einfaches Auftragen einer nichtreflektierenden Beschichtung auf die emittierende Kante des lichtemittierenden Bereiches in Streifenform nicht die erzwungene Emission von Licht unterdrückt, wenn die EELED bei niedrigen Temperaturen oder einem hohen optischen Ausgangspegel betrieben wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, dieses Problem im Stand der Technik durch Vorsehen einer LED, die eine stabile Selbsterregung des Lichtes in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen erzeugt, und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu lösen.
Eine LED nach dieser Erfindung weist auf ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine auf diesem Halbleitersubstrat ausgebildete erste Sperrschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, eine auf der ersten Sperrschicht ausgebildete zweite Sperrschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, einen sich von der zweiten Sperrschicht über die erste Sperrschicht zum Halbleitersubstrat erstreckenden ersten V-Kanal und einen auf dem Halbleitersubstrat innerhalb des erstens V-Kanals ausgebildeten lichtemittierenden Bereich mit einer Streifenform. Das Licht wird zur Außenseite hin von einem Rand des lichtemittierenden Bereiches aufgrund eines Stromflusses im lichtemittierenden Bereich emittiert, auf den der Strom durch die Sperrschichten beschränkt wird. Die LED ist gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines zweiten V-Kanales, der im optischen Weg des vom anderen Rand emittierten Lichtes in einem bestimmten Abstand vom anderen Rand des lichtemittierenden Bereiches angeordnet ist und durch einen auf dem Halbleitersubstrat im zweiten V-Kanal ausgebildeten Absorptionsbereich, der das vom anderen Rand des lichtemittierenden Bereiches emittierte Licht absorbiert.
Ein Ausgangssignal des selbstemittierten Lichtes wird von einem Rand des durch den ersten V-Kanal gebildeten lichtemittierenden Bereiches, während das vom anderen Rand des lichtemittierenden Bereiches erzeugte Licht durch den streifenförmigen Absorptionsbereich, der in dessen optischen Weg des zweiten V-Kanales gebildet ist, aborbiert wird. Auf diese Weise wird eine erzwungene Emission im lichtemittierenden Bereich unterdrückt und ein Ausgangssignal des selbstemittierten Lichtes von der Kristallfläche der LED erhalten, die den emittierenden Rand des lichtemittierenden Bereiches bildet.
Ein Verfahren zum Herstellen einer LED weist die Schritte auf: Bilden einer ersten Sperrschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, Bilden einer zweiten Sperrschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Sperrschicht, Bilden eines ersten V-Kanals und eines zweiten V-Kanals auf dem Halbleitersubstrat mit den ersten und zweiten Sperrschichten, wobei diese so tief sind, daß sie sich von der zweiten Sperrschicht über die erste Sperrschicht zum Halbleitersubstrat erstrecken, wobei die zwei V-Kanäle kolliniear und mit ihren gegenüberliegenden Enden durch einen bestimmten Abstand getrennt sind, nacheinander Abscheiden einer ersten Überzugsschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Überzugsschicht des zweiten Leitfähigkeittyps in die ersten und zweiten V-Kanäle, um einen ersten und zweiten aktiven Bereich zu bilden, Bilden einer Isolierschicht auf der zweiten Überzugsschicht über dem zweiten aktiven Bereich und Bilden einer Elektrodenschicht auf der zweiten Überzugsschicht über dem ersten aktiven Bereich.
Ein lichtemittierender Bereich und ein Absorptionsbereich werden durch sequentielles epitaktisches Aufwachsen einer ersten Überzugsschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Überzugsschicht auf die inneren Oberflächen der ersten und zweiten V-Kanäle erzeugt. Ein Ausrichten der ersten und zweiten V-Kanäle wird erleichtert, indem sie im gleichen Schritt gebildet werden, womit dieses Verfahren eine sehr genaue optische Kopplung zwischen dem lichtemittierenden Bereich und dem Absorptionsbereich erzeugt.
Figur 1 ist eine Schrägansicht einer LED nach dem Stand der Technik.
Figur 2A und 2B sind eine Schrägansicht und eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer LED nach der vorliegenden Erfindung.
Figur 3A und 3B sind eine Schrägansicht und eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform einer LED gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 ist ein Kurvenverlauf des Steuerstromes in Bezug auf die optische Ausgangssignaleigenschaft der Ausführungsform von Figur 2.
Figur 5 ist ein Kurvenverlauf des Emissionsspektrums der Ausführungsform von Figur 2.
Figur 6 ist ein Kurvenverlauf der Temperatur in Bezug auf die Charakteristik der relativen optischen Ausgangssignalintensität der Ausführungsform vom Figur 2.
Figuren 7A bis 7H beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer LED gemäß dieser Erfindung und illustrieren den Herstellungsprozeß der Ausführungsform von Figur 2.
Figur 8A und 8B illustrieren eine andere Ausführung des Verfahrens zur Herstellung einer LED.
Die Figuren 2A und 2B zeigen den Aufbau einer Ausführungsform einer InGaAsP/InP-EELED gemäß dieser Erfindung. Figur 2A zeigt eine allgemeine Schrägansicht; Figur 2B zeigt eine Draufsicht, bei der die zweite Elektrode weggelassen ist.
Ein Halbleitersubstrat 2 in der obigen Struktur ist eine (100)-Flächen p-InP-Substrat (mit einer Trägerdichte p = 4 x 10¹&sup8;cm&supmin;³ und einer Ätzgrubendichte EPD < 5 x 10³cm&supmin;²).
Auf der unteren Fläche des Halbleitersubstrates 2 befindet sich eine Au-AuZn-Elektrode 1a und eine Ti-Pt-Au-Elektrode 1b, die eine erste Elektrode 1 bilden.
Eine aus einer Zn-dotierten p-InP-Schicht (1 um dick mit einer Trägerkonzentration p = 7 x 10¹&sup7;cm&supmin;³) bestehende Zwischenschicht 2a ist über dem Substrat 2 gebildet. Eine erste Sperrschicht 3, die aus einer Sn-dotierten n-InP- Schicht (0,5 um dick mit einer Trägerkonzentration n = 5 x 10¹&sup7;cm&supmin;³) besteht, und eine zweite Sperrschicht 4, die aus einer Zn-dotierten p-Inp-Schicht (1,5 um dick mit einer Trägerdichte p = 5 x 10¹&sup7;cm&supmin;³) besteht, sind auf der p- InP-Zwischenschicht 2a aufgewachsen.
Auf dem Substrat 2 mit den ersten und zweiten Sperrschichten 3 und 4 ist ein Paar von kollinearen V-Kanälen (ein erster V-Kanal 5a und ein zweiter V-Kanal 5b) ausgebildet, die durch einen bestimmten Abstand zwischen ihren Enden getrennt und so tief sind, daß sie sich von der zweiten Sperrschicht 4 über die erste Sperrschicht 3 zum Halbleitersubstrat 2 hin erstrecken. Die Kristallflächen der V- Kanäle 5a und 5b sind (111)-Flächen.
Die ersten aus einer Zn-dotierten p-InP-Schicht (mit einer Trägerkonzentration p = 6 x 10¹&sup7;cm&supmin;³) bestehenden ersten Überzugsschichten 6a und 6b sind auf den inneren Oberflächen der V-Kanäle 5a und 5b ausgebildet und aus einer Zndotierten p-InGaAsP-Schicht ( g = 1,3 um aktive Schicht 3 um breit und 0,3 um dick) bestehende aktive Schichten 7a und 7b sind auf den ersten Überzugsschichten 6a und 6b aufgewachsen.
Eine zweite aus einer Sn-dotierten n-InP-Schicht (0,7 um dick mit einer Trägerkonzentration n = 6 x 10¹&sup7;cm&supmin;³) bestehende zweite Überzugsschicht 8 ist auf den aktiven Schichten 7a und 7b in den V-Kanälen 5a und 5b und auf der zweiten Sperrschicht 4 ausgebildet. Eine aus einer Sn-dotierten n-InGaAsP-Schicht ( g = 1,2 um 0,5 um dick) bestehende Deckschicht 9 ist auf der zweiten Überzugsschicht 8 ausgebildet.
Somit sind im ersten V-Kanal 5a und zweiten V-Kanal 5b auf dem Substrat ein Paar von streifenförmigen aktiven Schichten 7a und 7b ausgebildet, die zwischen den ersten Überzugsschichten 6a und 6b und der zweiten Überzugsschicht 8 angeordnet sind.
In dieser Ausführungsform ist darüber hinaus eine einen SiO&sub2;-Film aufweisende Isolierschicht 20 direkt über dem zweiten V-Kanal 5b ausgebildet, d.h. auf der Seite der oberen Fläche der Deckschicht 9, wo der zweite V-Kanal 5b angeordnet ist (die linke Hälfte der oberen Fläche der Deckschicht 9 in der Zeichnung). Eine Au-Ge-Ni-Schicht 10 ist als eine gemeinsame zweite Elektrode über der Isolierschicht 20 und dem Teil der Deckschicht 9, der über dem ersten V-Kanal 5a plaziert ist und nicht von der Isolierschicht bedeckt ist, ausgebildet.
In der oben beschriebenen Struktur wirkt die erste auf dem ersten V-Kanal 5a ausgebildete aktive Schicht 7a als lichtemittierender Bereich, der die Form eines zwischen den Überzugsschichten 6a und 8 (auf der Seite A in der Zeichnung) eingeschlossenen Streifen aufweist. Der an der ersten Elektrode 1 eintretende Steuerstrom wird durch die erste Sperrschicht 3 und die zweite Sperrschicht 4 eingegrenzt und an dem lichtemittierenden Bereich zugeführt, fließt dann über die zweite Überzugsschicht 8, die an die erste aktive Schicht 7a gekoppelt ist, und die Deckschicht 9 zur zweiten Elektrode 10. Der lichtemittierende Bereich erzeugt als Folge auf den Steuerstrom eine Selbstemission des Lichtes, das von einem Rand (der schattierte Rand auf der rechten Seite in Figur 2A) zur Außenseite hin und vom anderen Rand 7aa zur Innenseite hin emittiert wird.
Die auf dem zweiten V-Kanal 5b ausgebildete zweite aktive Schicht 7b wirkt als Absorptionsschicht, die die Form eines zwischen den Überzugsschichten 6b und 8 (auf der Seite B in der Zeichnung) eingeschlossenen Streifens aufweist. Der an der ersten Elektrode 1 eintretende Steuerstrom wird durch die Isolierschicht 20 gesperrt und tritt nicht in die zweite aktive Schicht 7b ein, wodurch dieser Absorptionsbereich kein Licht emittiert. Die Funktion dieses Absorptionsbereiches, der im optischen Weg des vom anderen Rand 7aa des lichtemittierenden Bereiches emittierten Lichtes plaziert ist, liegt darin, das vom lichtemittierenden Bereich emittierte Licht zu absorbieren und es nicht zum lichtemittierenden Bereich zurückzuleiten. Somit tritt keine erzwungene Emission im lichtemittierenden Bereich auf, da der lichtemittierende Bereich kein reflektiertes Licht am linken Rand des Absorptionsbereiches in Figur 2A empfängt, wobei es dem lichtemittierenden Bereich ermöglicht wird, eine stabile Selbstemission aufrechtzuerhalten und weiterhin ein stabiles Ausgangssignal des selbstemittierten Lichtes zur Außenseite hin zu liefern.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung wird im Zusammenhang mit den Figuren 3A und 3B beschrieben. Figur 3A ist eine Schrägansicht, die die LED entlang der Basis des V-Kanales aufgeschnitten zeigt, während Figur 3B eine Draufsicht ist. Zum bessereren Verständnis sind die Elemente dieser Ausführungsform, die identisch zu denjenigen der Ausführungsform der Figuren 2A und 2B sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Form der Isolierschicht 21 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figuren 2A und 2B. In der Ausführungsform der Figuren 2A und 2B war die Isolierschicht im wesentlichen über die Hälfte der oberen Fläche der Deckschicht 9 ausgebildet, während in der Ausführungsform von Figur 3 die Isolierschicht 21 über die gesamte Fläche ausgebildet ist, mit Ausnahme des Teiles, der der Oberseite des ersten V-Kanales 5a gegenüberliegt. In dieser Struktur, bei der die Isolierschicht 21 auf dem überwiegenden Teil der oberen Fläche der Deckschicht 9 ausgebildet ist, wird der in die erste aktive Schicht 7a injezierte Strom (in der Zeichnung nicht gezeigt) über den Teil oberhalb des ersten V-Kanals 5a', wo die Isolierschicht 21 nicht vorhanden ist zur zweiten Elektrode kanalisiert, womit die Wahrscheinlichkeit, daß der Strom in die zweite aktive Schicht 7b eintritt, kleiner ist als in der Ausführungsform der Figuren 2A und 2B, weswegen die lichtabsorbierende Arbeitsweise des Absorptionsbereiches äußerst gut ist. Die erzwungene Emission des Lichts, die aufgrund des Empfangs des reflektierten Lichts vom linken Rand des Absorptionsbereiches in Figur 3 durch den lichtemittierenden Bereich auftritt, kann somit auf einem äußerst niedrigen Niveau gehalten werden, wobei ein stabiles, kontinuierliches äußeres Ausgangssignal des selbstemittierten Lichtes ermöglicht wird.
Als nächstes werden die Eigenschaften der Ausführungsform der Figuren 3A und 3B unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 6 beschrieben.
Figur 4 ist ein Kurvenverlauf, der den Steuerstrom in Bezug auf eine optische Ausgangssignalkennkurve Po und den Steuerstrom in Bezug auf eine Faserausgangskennkurve Pf zeigt. Die Kennkurve Po wurde durch Messung des optischen Ausgangssignales der LED nach der Stabilisierung des Steuerstroms der LED gemessen. Die Kennkurve Pf wurde durch Kopplung der LED an eine Monomode-Faser mit einem Kerndurchmesser von 10 um und Messen des optischen Ausgangssignales der Faser nach der Stabilisierung des Steuerstroms der LED erhalten. Wenn der Steuerstrom If in Figur 4 100 mA war, war Pf im wesentlichen 60 uW und Po im wesentlichen 350 uW, womit der Kopplungsgrad Pf/Po bei ungefähr 17 % lag, ein viel größerer Wert als die vorher erhaltenen Werte von 5 bis 10 %.
Figur 5 ist ein Kurvenverlauf, der die Eigenschaft des Emissionsspektrums bei einer Umgebungstemperatur Ta von 25 ºC zeigt. Figur 5 zeigt eine stabile Selbstemissionseigenschaft an, bei der keine Fabry-Perot-Moden in der Nähe des Maximalwertes der Wellenlänge beobachtet wurden. Das emittierte Licht besteht somit nur aus selbstemittierten Anteilen.
Figur 6 ist ein Kurvenverlauf, der die Temperaturabhängigkeit des optischen Ausgangssignales zeigt, als der Steuerstrom If 100 mA war. Die Skala dieses Kurvenverlaufes zeigt eine optische Ausgangsintensität in Bezug auf die optische Ausgangsintensität (1) bei 25 ºC. Aus diesem Kurvenverlauf wurde beobachtet, daß die optische Ausgangsintensität in Bezug auf die Temperatur stabil war mit einem Temperaturkoeffizienten (ΔP/ΔT P&sub2;&sub5;) von -1,3 %/ºC im Bereich von 20 bis 25 ºC und -0,9 %/ºC im Bereich von 25 bis 80 ºC, wobei ΔP die Änderung der optischen Ausgangsintensität, AT die Änderung der Temperatur und P&sub2;&sub5; die optische Ausgangsintensität bei 25 ºC ist.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren der Erfindung beschrieben.
Die Figuren 7A bis 7H sind den Herstellprozeß der LED der Ausführung von Figur 2 illustrierende grafische Darstellungen. Im ersten Schritt (in Figur 7A gezeigt) werden eine eine n-InP-Schicht aufweisende erste Sperrschicht 3 und eine eine p-InP-Schicht aufweisende zweite Sperrschicht 4 durch eine Flüssigphasenepitaxie auf einem p-InP-Substrat 2 ausgebildet, das von einer eine p-InP-Schicht aufweisenden Zwischenschicht 2a bedeckt ist.
Im nächsten Schritt (in Figur 7B gezeigt) wird ein SiO&sub2;- Film 30 gleichmäßig auf der zweiten Sperrschicht 4 aufgewachsen, dann an ausgewählten Stellen mittels fotolithografischer Technik zum Bilden einer Ätzmaske 30 mit streifenförmigen Fenstern 30a entfernt. Die Fenster 30a sind parallel zur < 011> -Kristallachse ausgerichtet. Der Grund hierfür liegt darin, daß, wenn die Richtung der Kristallachse beim Durchführen des chemischen Ätzens zum Bilden der V-Kanäle nicht beachtet wird, kein V-Kanal erhalten wird oder es schwierig werden wird, Schichten durch Flüssigphasenepitaxie innerhalb der V-Kanäle aufzuwachsen.
Danach wird ein Ätzmittel mit einer 3:1-Volumenmischung von Salzchlorsäure (HCl) und Phosphorsäure (H&sub3;PO&sub4;) verwendet, um einen ersten V-Kanal 5a und einen zweiten V-Kanal 5b, wie in Figur 7C gezeigt, zu ätzen. Man beachte, daß die Figuren 7C bis 7G nur einen Teil von Figur 7B zeigen.
Hiernach werden die eine p-InP-Schicht enthaltenen Überzugsschichten 6a und 6b im ersten V-Kanal 5a bzw. zweiten V-Kanal 5b aufgewachsen, eine p-InGaAsP-Schicht enthaltene aktive Schichten 7a und 7b darauf aufgewachsen und über diesen eine zweite Überzugsschicht 8, die eine n-InP- Schicht aufweist, aufgewachsen, die die Oberflächen der V- Kanäle 5a und 5b und die zweite Sperrschicht 4 bedeckt. Auf der oberen Fläche dieser Schicht wird als nächstes eine Deckschicht 9 (in Figur 7D gezeigt) aufgewachsen, die eine n-InGaAsP-Schicht aufweist. Die ersten Überzugsschichten 6a und 6b, die aktiven Schichten 7a und 7b, die zweite Überzugsschicht 8 und die Deckschicht 9 werden durch Flüssigphasenepitaxie gebildet. Da die Geschwindigkeit des Aufwachsens einer Schicht durch Flüssigphasenepitaxie stark von der Oberflächenorientierung der darunter liegenden Schicht abhängt, ist die Wachstumsgeschwindigkeit der Schichten auf den schrägen Seiten der V-Kanäle 5a und 5b hoch und auf der (100)-Fläche des Substrates 2 niedrig. Ergebnis ist, daß das Aufwachsen der oben erwähnten Schichten an den inneren Flächen der V-Kanale 5a und 5b konzentriert wird und zum Bilden der ersten Überzugsschichten 6a und 6b und der aktiven Schichten 7a und 7b führt.
Als nächstes wird eine SiO&sub2;-Isolierschicht 20 (in Figur 7E gezeigt) selektiv auf der Deckschicht 9 abgeschieden, wo sie den zweiten V-Kanal 5b, allerdings nicht den ersten V- Kanal 5a, bedeckt
Darauffolgend wird eine Au-AuZn-Schicht 1a auf der unteren Fläche des Substrates 2 ausgebildet und eine Au-Ge-Ni- Schicht 10a mittels einer ohmschen Wärmeaufdampfung auf den obersten Schichten des Substrates 2 ausgebildet, d.h., auf der Deckschicht 9 über dem ersten V-Kanal 5a und auf der Isolierschicht 20 über dem zweiten V-Kanal Sb. Diese Elektrodenschichten 1a und 10a werden dann zusammen mit dem Substrat zum Bilden von ohmschen Kontakten erhitzt (in Figur 7F gezeigt).
Danach werden Ti-Pt-Au-Schichten 1b und 10b durch eine Elektronenstrahlaufdampfen auf der Au-AuZn-Schicht 1a und der Au-Ge-Ni-Schicht 10a gebildet, wobei Elektrodenbereiche (gezeigt in Figur 7G) zum Draht- oder Stanzbonden.
Letztlich wird das Substrat, auf dem die obigen Schichten ausgebildet worden sind, in Chips entlang der Linien X-X, Y-Y (gezeigt in Figur 7H) gestanzt, um die notwendigen Randkristallflächen zu bilden. Diese werden auf einer SiC- chipartigen Wärmesenke durch herkömmliche Verbindungsverfahren montiert und zum Bilden von EELEDs mit Golddrähten drahtgebondet.
Als nächstes wird eine andere Ausführung eines Herstellungsprozesses erläutert.
Die Figuren 8A bis 8I sind die graf ische Darstellung eines Prozesses, der eine andere Ausführung eines Herstellungsverfahrens nach dieser Erfindung illustriert. Die Figuren 8A bis 8I zeigen einen Teil des Substrates 2, das noch nicht gestanzt wurde.
In dieser Ausführung wird ein Zn-dotiertes p-InP-Substrat (mit einer Trägerkonzentration p = 5 x 10¹&sup8;cm&supmin;³) als Substrat 2 verwendet. Wie in der in Figur 7A gezeigten Ausführung, sind eine eine n-InP-Schicht aufweisende Sperrschicht 3 (ungefähr 0,5 um dick) und eine eine p-InP- Schicht (ungefähr 1,5 um dick) aufweisende zweite Sperrschicht 4 auf dem Substrat 2 ausgebildet mit einer zwischenliegenden Zwischenschicht 2a, die eine p-InP-Schicht (ungefähr 1 um dick) aufweist. Diese Schichten 2a, 3 und 4 werden, während sie auf ungefähr 600 ºC erhitzt, durch Flüssigphasenepitaxie herstellt, sind. Zusätzlich wird eine Ätzmaskenschicht 4a, die einen SiO&sub2;-Film (ungefähr 1500 A dick ist) aufweist, durch eine thermische CVD-Technik auf der zweiten Sperrschicht 4 abgeschieden und dann die Ätzmaskenschicht 4a mit einer positiven Abdeckbeschichtung 4b (in Figur 8A gezeigt) bedeckt.
Als nächstes wird ein fotolithografischer Schritt ausgeführt, um die streifenförmigen Fenster an zwei Stellen pro Bauelement in der positiven Fotoabdeckung 4b zu bilden, wonach die Ätzmaske in einer Salzsäure-(HF)-Lösung geätzt wird, um die streifenförmigen Fenster mit 2 um Breite an zwei Stellen pro Bauelement zu schaffen. Nachdem die nicht länger gebrauchte positive Abdeckung 4b mit Azeton entfernt ist, wird eine Mischung aus Salzsäure und Phosphorsäure verwendet, um die V-Kanale 5a und 5b in das Substrat 2 zu ätzen. Figur 8C ist eine Draufsicht, die die Struktur des Substrates 2 nach den vorangegangenen Schritten zeigt und Figur 8D ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I in Figur 8C. Wie aus Figur 8D hervorgeht, werden die Zwischenschicht 2a, die erste Sperrschicht 3 und die zweite Sperrschicht 4 in dieser Reihenfolge vom Boden zur Oberseite im Raum zwischen dem ersten V-Kanal 5a und dem zweiten V-Kanal 5b aufgewachsen.
Als nächstes wird die Ätzmaske 4a mit einer Salzsäurelösung entfernt und dann eine erste Überzugsschicht 8, die eine p-Inp-Schicht mit ungefähr 1,5 um Dicke aufweist (6a und 6b in den V-Kanälen, 6c auf der ebenen Oberfläche), eine eine p-InGaAsP-Schicht mit ungefähr 0,15 um Dicke enthaltene aktive Schicht (7a und 7b in den V-Kanälen und 7c auf der ebenen Oberfläche) und eine eine n-InP-Schicht mit ungefähr 3 um Dicke aufweisende zweite Überzugsschicht 8 in dieser Reihenfolge bei einer Erwärmung auf ungefähr 600 ºC abgeschieden. Dann wird eine einen SiO&sub2;-Film aufweisende Atzmaske 8a durch eine CVD-Technik gebildet, die die obere Fläche der zweiten Überzugsschicht 8 bedeckt (in Figur 8E gezeigt).
Als nächstes wird die Ätzmaske 8a mit einer positiven Abdeckung (in der Zeichnung nicht gezeigt) überzogen, wonach ein routinemäßiger Fotolithografieschritt ausgeführt wird, um die positive Abdeckung außer über dem ersten V-Kanal 5a und dem zweiten V-Kanal 5b zu entfernen und die Ätzmaske 8a wird mit Ausnahme über dem ersten V-Kanal 5a und dem zweiten V-Kanal 5b entfernt. Figur 8F ist eine Schnittdarstellung der Struktur des Substrates 2 nach den vorangegangenen Schritten. Die oben beschriebenen Prozesse sind die gleichen, wie diejenigen der Figuren 7A bis 7C.
Hiernach werden die erste Überzugsschicht 6c, die aktive Schicht 7c und die zweite Überzugsschicht 8, die zwischen dem ersten V-Kanal 5a und dem zweiten V-Kanal 5b abgeschieden worden sind, entfernt. Insbesondere wird nach dem Entfernen des n-InP die zweite Überzugsschicht 8 mit Salzsäure (HCl) entfernt und dann die p-InGaAsP-aktive Schicht 7 mit einer Mischung aus Nitridsäure (HNO&sub3;), Salzflursäure (HF) und Wasser (H&sub2;O) im Verhältnis von HNO&sub3;:HF:H&sub2;O=3:1:2 entfernt. Dann wird die erste Überzugsschicht 6c aus p-InP in ähnlicher Weise mit Salzsäure entfernt (in Figur 8G gezeigt).
Als nächstes wird die Ätzmaskenschicht 8a entfernt und dann eine einen SiO&sub2;-Film aufweisende Isolierschicht 20 auf dem Substrat 2 durch eine CVD-Technik gebildet und die über dem ersten V-Graben 5a angeordnete Isolierschicht 20a entfernt (in Figur 8H gezeigt).
Als nächstes wird die positive Abdeckung 20a entfernt und dann eine einen Au-Ce-Ni-Film aufweisende zweite Elektrode 10 durch eine Vakuumabscheidung auf der obersten Fläche des Substrates 2 und eine einen AuZn-Film aufweisende erste Elektrode 1 auf der unteren Fläche des Substrates 2 gebildet. Dann wird das gesamte Substrat 2 auf ungefähr 420 ºC erhitzt, um ohmsche Kontakte an den Elektroden zu schaffen (gezeigt in Figur 8I). Letztlich wird das Substrat 2 mit einigen Schichten auf die gleiche Weise wie in Figur 7H in Chips gestanzt.
In der Ausführung werden die Überzugsschichten 6a und 8 und die aktive Schicht 7c, die zwischen dem ersten V-Kanal 5a und den zweiten V-Kanal 5b angeordnet sind, durch Ätzen entfernt, wodurch die elektrische Isolations des Absorptionsbereiches, der die im zweiten V-Kanal 5b gebildete aktive Schicht 7b aufweist, vervollständigt ist und der Steuerstrom vollständig daran gehindert durch die aktive Schicht 7b in den zweiten V-Kanal 5b zu fließen.
Die oben beschriebenen Ausführungen betrafen eine InGaAsP/InP-LED mit einem InP-Substrat. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt und kann auch auf eine AlGaAs/GaAs-LED mit einem GaAs-Substrat angewendet werden.
Wie oben erläutert, ist die Erfindung dazu geeignet, eine LED mit exellenten Eigenschaften vorzusehen, bei der ein stabiles Ausgangssignal von selbstemittiertem Licht vom lichtemittierenden Bereich zur Außenseite hin erhalten werden kann, sogar bei hohen Stromdichtepegeln oder bei Niedrigtemperaturbetrieb.
Das Herstellungsverfahren bildet den ersten V-Kanal und den zweiten V-Kanal auf dem Substrat im gleichen Schritt, bildet dann aktive Schichten, die durch die Überzugsschichten im V-Kanal eingeschlossen sind, wodurch der lichtemittierende Bereich und der Absorptionsbereich mit sehr hoher Genauigkeit ausgerichtet werden können, wobei eine sehr gute optische Kopplung zwischen dem lichtemittierenden Bereich und dem Absorptionsbereich ermöglicht wird. Ein anderer Effekt des Herstellungsverfahrens ist, daß es leicht auszuführen ist, weil es ohne besondere Änderungen zu den bekannten HerStellungsverfahren durchgeführt werden kann.

Claims

1. Lichtemittierende Diode mit:

einem Halbleitersubstrat (2) eines ersten Leitfähigkeitstyps;

einer auf dem Halbleitersubstrat (2) ausgebildeten ersten Sperrschicht (3) eines zweiten Leitfähigkeitstyps;

einer auf der ersten Sperrschicht (3) ausgebildeten zweiten Sperrschicht (4) des ersten Leitfähigkeitstyps;

einem sich von der zweiten Sperrschicht (4) über die erste Sperrschicht (3) zum Halbleitersubstrat (2) erstreckenden ersten V-Kanal (5a);

einem auf dem Halbleitersubstrat (2) im ersten V-Kanal (5a) ausgebildeten lichtemittierenden Bereich mit einer Streifenform;

einem von den Sperrschichten (3,4) eingegrenzten und in den lichtemittierenden Bereich fließenden elektrischen Strom, der eine Lichtemission von einem Rand des lichtemittierenden Bereiches zur Außenseite hin und von dem anderen Rand zur Innenseite hin verursacht;

einem sich von der zweiten Sperrschicht (4) über die erste Sperrschicht (3) zum Halbleitersubstrat (2) erstreckenden zweiten V-Kanal (5b), der im optischen Weg des vom anderen Rand des lichtemittierenden Bereiches emittierten Lichtes in einem bestimmten Abstand vom ersten V-Kanal (5a) angeordnet ist; und

einem auf dem Halbleitersubstrat (2) im zweiten V-Kanal (5b) ausgebildeten Absorptionsbereich zum Absorbieren des vom anderen Rand des lichtemittierenden Bereiches emittierten Lichtes.

2. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, bei der der erste Leitfähigkeitstyp p-leitend und der zweite Leitfähigkeitstyp n-leitend ist.

3. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, bei der der erste Leitfähigkeitstyp n-leitend und der zweite Leitfähigkeitstyp p-leitend ist.

4. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, bei welcher der lichtemittierende Bereich aus einer zwischen Überzugsschichten (6b,8) angeordneten aktiven Schicht (7a) des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist.

5. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 4, bei der die aktive Schicht (7a) aus dem Halbleiter InGaAsP besteht.

6. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, bei der der Absorptionsbereich aus einer zwischen den Überzugsschichten (6b, 8) angeordneten aktiven Schicht (7b) des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist.

7. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 6, bei der die aktive Schicht (7b) aus dem Halbleiter InGaAsP besteht.

8. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1 mit einer über der Absorptionsschicht im zweiten V-Kanal (5b) angeordneten Isolierschicht (20,21).

9. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 8 mit einer Deckschicht (9) über der zweiten Sperrschicht (4), in der die Isolierschicht (20) über im wesentlichen die Hälfte der oberen Oberfläche der Deckschicht (9) angeordnet ist.

10. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 8 mit einer Deckschicht (9) über der zweiten Sperrschicht (4), in der die Isolierschicht (21) über die gesamte Oberfläche der Deckschicht (9) angeordnet ist, mit Ausnahme des Teils, der der Oberseite des ersten V-Kanals (5a) gegenüberliegt.

11. Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Diode mit den Schritten:

Bilden einer ersten Sperrschicht (3) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf dem Halbleitersubstrat (2) eines ersten Leitfähigkeitstyps;

Bilden einer zweiten Sperrschicht (4) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Sperrschicht (3);

Bilden eines ersten V-Kanals (5a) und eines zweiten V- Kanals (5b) auf dem Halbleitersubstrat (2) mit den ersten (3) und zweiten (4) Sperrschichten, wobei dieser so tief ist, daß er sich von der zweiten Sperrschicht (4) über die erste Sperrschicht (3) zum Halbleitersubstrat (2) zu erstreckt;

die V-Kanäle sind kollinear und mit ihren gegenüberliegenden Rändern durch einen bestimmten Abstand getrennt; und

nacheinander Abscheiden einer ersten Überzugsschicht (6a,6b) des ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht (7a,7b) des ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Überzugsschicht (8) des zweiten Leitfähigkeitstyps nacheinander in die ersten (5a) und zweiten (5b) V-Kanäle, um einen lichtemittierenden Bereich und einen absorbierenden Bereich zu bilden.

12. Verfahren nach Anspruch 11 mit den weiteren Schritten des Bildens einer Deckschicht (9) über der zweiten Überzugsschicht (8); Bilden einer Isolierschicht (20) über der Deckschicht (9) über dem zweiten V-Kanal (5b); und Bilden einer Elektrodenschicht (10) auf der Deckschicht (9) über dem ersten V-Kanal (5a).

13. Verfahren nach Anspruch 12 mit den weiteren Schritten des Entfernens der ersten Deckschicht (6c), der aktiven Schicht (7c) und der zweiten Überzugsschicht (8), die vor dem Bilden der Elektrodenschicht (10) auf dem Halbleitersubstrat (2) außerhalb der ersten (5a) und zweiten (5b) Kanäle abgeschieden wurden.