DE69200216T2 - Herstellungsverfahren für eine optoelektronische Vorrichtung. - Google Patents
Herstellungsverfahren für eine optoelektronische Vorrichtung.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung, wie z.B. einer Laserdiode oder einen Photodetektor, und insbesondere auf eine bandförmige Anordnung (im englischen "ridge").
- Die im allgemeinen verwendeten Verfahren für die Herstellung von Dioden und Laserdiodennetzen leiden unter einer schwerfälligen Technologie mit einer großen Zahl von Elementarschritten. Beispielsweise erfordert die "ridge"-Struktur, die im allgemeinen verwendet wird und in Figur 1 angedeutet ist:
- - zwei Verfahrensschritte des epitaxialen Wachstums,
- - einen Lithographie- und Ätzverfahrensschritt,
- - einen Verfahrensschritt der Ionen- oder Protonenimplantierung.
- Die Epitaxialtechniken im Hochvakuum, die mit Molekularstrahlen (molecular beam epitaxy - MBE) oder chemischen Strahlen (chemical beam epitaxy - CBE) arbeiten, öffnen neue Möglichkeiten des selektiven epitaxialen Wachstums. Die molekulare Natur der Flüsse im MBE- und CBE-Verfahren bietet die Möglichkeit eines selektiven Wachstums durch eine auf dem Substrat angeordnete mechanische Maske. Außerdem erlauben nur diese Techniken ein Aufwachsen von halbisolierenden Materialien der Gruppe III-V, wie beispielsweise GaAlAs, InP oder GaInP.
- Beispielsweise beschreibt der Aufsatz von W.T. Tsang et al "Selective area growth of GaAs/AlxGa1-xAs multilayer structures with molecular beam epitaxy using Si shadow masks", der in Applied Physics Letters, Vol 31, nº 4, 15. August 1977, veröffentlicht wurde, eine Epitaxialmethode durch eine mechanische Maske hindurch. Freilich verwendet kein Herstellungsverfahren für optoelektronische Vorrichtungen diese an sich bekannte Technik.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung vom "ridge-"Typ mit einer verringerten Anzahl von Herstellungsschritten. Insbesondere besitzt dieses Verfahren den Vorteil, nur einen Verfahrensschritt epitaxialen Wachstums zum Aufwachsen des Bandes zu erfordern.
- Die Erfindung betrifft also ein Herstellungsverfahren für eine optoelektronische Vorrichtung mit folgenden Verfahrensschritten:
- - einem Verfahrensschritt, bei dem in einem Epitaxialgehäuse eine Maske oberhalb eines Substrats angebracht wird, auf dem das epitaxiale Wachstum erfolgen soll,
- - einem ersten Verfahrensschritt des epitaxialen Wachstums, bei dem auf dem Substrat durch die Maske hindurch verschiedene die optoelektronische Vorrichtung bildende Schichten aufgebracht werden, nämlich
- eine erste optische Einschließungsschicht,
- aktive Schichten,
- eine zweite optische Einschließungsschicht,
- eine Kontaktschicht,
- eine Maskenschicht,
- - einem Verfahrensschritt, bei dem die Maske ohne Öffnen des Epitaxiegehäuses entfernt wird,
- - einem zweiten Verfahrensschritt des epitaxialen Wachstums einer optischen und elektrischen Einschließungsschicht,
- - einen Verfahrensschritt, bei dem die Maskenschicht mit dem Material der optischen und elektrischen Einschließungsschicht entfernt wird und die Kontaktschicht zu Tage tritt.
- Die verschiedenen Gegenstände und Merkmale der Erfindung gehen klarer aus der nachfolgenden nur als Beispiel zu verstehenden Beschreibung anhand der beiliegenden Figuren hervor.
- Figur 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung mit "ridge"- Struktur, die oben erläutert wurde.
- Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Schritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
- Anhand der Figuren 2 bis 4 wird nun ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren beschrieben.
- Ein Substrat S wird in einem Epitaxialgehäuse angeordnet, und oberhalb der Seite des Substrats S, auf der das epitaxiale Wachstum stattfinden soll, wird eine Maske M angebracht. Diese Maske befindet sich in der Nähe oder unmittelbar auf dem Substrat. Dann erfolgt das epitaxiale Wachstum der verschiedenen aufeinanderfolgenden Schichten des herzustellenden Bauteils durch stets die gleiche Maske M (Figur 2). Beispielsweise ergibt sich ein optoelektronisches Bauteil vom Lasertyp durch folgende epitaxial aufgebrachte Schichten:
- - eine erste Einschließungsschicht 1,
- - mindestens eine aktiven Laserschicht 2,
- - eine zweite Einschließungsschicht 3,
- - eine Kontaktschicht 4,
- - eine Maskenschicht 5.
- Die mechanische Maske M wird dann von der Oberfläche des Substrats entfernt, ohne daß das Epitaxialgerüst geöffnet wird. Dann wird eine Schicht 6 aus einem Einschließungsmaterial epitaxial aufgebracht, wie dies in Figur 3 gezeigt ist.
- Die Schicht 6 bedeckt das Substrat S auf beiden Seiten der Struktur der Schichten 1 bis 5, so daß die aktive Schicht 2 zumindest seitlich optisch und elektrisch eingeschlossen wird. Die Schicht 6 bedeckt auch die Oberseite der Schicht 5.
- Wie Figur 4 zeigt, wird die Schicht 6 dann während des selektiven Abätzens der Schicht 5 entfernt.
- Das epitaxiale Wachstum der Schichten 1 bis 5 durch die Maske M hindurch kann mit jeder Epitaxialmethode erfolgen, die Molekularstrahlen verwendet, wie z.B. MBE (Molekularstrahlepitaxie) oder CBE (Epitaxie durch chemischen Strahl). Das epitaxiale Wachstum der Schicht 6 kann nach demselben Verfahren erfolgen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung durch epitaxiales Wachstum an Ort und Stelle hergestellt werden, d.h. ohne die Vorrichtung während des Verfahrens herausnehmen oder das Epitaxialgehäuse öffnen zu müssen.
- Dieses Verfahren zur Herstellung von Laserstäben erlaubt es, in einem technologischen Verfahrensschritt (MBE- -oder CBE-Epitaxie) den Laser und Laserstäbe auf der Basis von Heterostrukturen der Materialien der Gruppe III-V herzustellen wie z.B. GaAlAs/GaAs (0,7 bis 0,9 um) GaInAsp/InP (1,2 bis 1,5 m) und GaInP/GaInAs (0,9 bis 1,1 um).
- Beispielsweise kann das Verfahren verwirklicht werden, indem man einen Abstand zwischen den Verdampfungszellen und dem Substrat von 12 cm (zwischen 5 und 20 cm) und einen Abstand zwischen Maske und Substrat von 1 mm (zwischen 0 mm und 2 mm) vorsieht. Mit einem Abstand von 1 mm zwischen Maske und Substrat erzeugt man Randeffekte von typisch 40 mm Breite in einer MBE-Konfiguration senkrecht zur Oberfläche der Maske. Dieser Wert ist für eine Vorrichtung einer Breite von beispielsweise 1 um akzeptabel.
- Natürlich erfolgte die obige Beschreibung nur anhand eines Beispiels. Andere Varianten können in Betracht gezogen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zahlenbeispiele und die Materialien wurden nur genannt, um die Beschreibung zu konkretisieren. Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die Struktur vollkommen in der Hochvakuum-Umgebung des Epitaxial-Systems hergestellt wird, ohne die Strukturen der Luft aussetzen und ohne Ätzschritte sowie Schritte der Ionen-Implantierung einfügen zu müssen.
- Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Herstellung eines Lasers vom Typ BRS (Buried Ridge Structure), d.h. eines eingebetteten Lasers mit einer Bandstruktur oder auf die Herstellung von Lasernetzen. Die aktive Schicht 2 kann während desselben Schritts des epitaxialen Wachstums in Form eines Stapels von Schichten gebildet werden, der, wie dies in Figuren 2 bis 4 gezeigt ist, eine Quantensenke bildet.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen
Vorrichtung, die die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- einem Verfahrensschritt, bei dem in einem Epitaxialgehäuse
eine Maske (M) oberhalb eines Substrats (S) angebracht wird,
auf dem das epitaxiale Wachstum erfolgen soll,
- einem ersten Verfahrensschritt des epitaxialen Wachstums,
bei dem auf dem Substrat (S) durch die Maske hindurch
verschiedene die optoelektronische Vorrichtung bildende Schichten
aufgebracht werden, nämlich
eine erste optische Einschließungsschicht (1),
aktive Schichten (2),
eine zweite optische Einschließungsschicht (3),
eine Kontaktschicht (4),
eine Maskenschicht (5),
- einem Verfahrensschritt, bei dem die Maske (M) ohne Öffnen
des Epitaxiegehäuses entfernt wird,
- einem zweiten Verfahrensschritt des epitaxialen Wachstums
einer optischen und elektrischen Einschließungsschicht (6),
- einem Verfahrensschritt, bei dem die Maskenschicht (5) mit
dem Material der optischen und elektrischen
Einschließungsschicht (6) entfernt wird und die Kontaktschicht (4) zu Tage
tritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verfahrensschritte des epitaxialen Wachstums die Technik der
Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder der Chemiestrahlepitaxie
(CBE) verwenden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstand zwischen dem Substrat (S) und der Maske (M) zwischen 0
und 2 mm liegt.
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