DE2458745A1 - Aus einer lichtemittierenden diode und aus einem mit dieser optisch gekoppelten photodetektor bestehende halbleitervorrichtung - Google Patents

Aus einer lichtemittierenden diode und aus einem mit dieser optisch gekoppelten photodetektor bestehende halbleitervorrichtung

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DE2458745A1
DE2458745A1 DE19742458745 DE2458745A DE2458745A1 DE 2458745 A1 DE2458745 A1 DE 2458745A1 DE 19742458745 DE19742458745 DE 19742458745 DE 2458745 A DE2458745 A DE 2458745A DE 2458745 A1 DE2458745 A1 DE 2458745A1
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Vincent Leo Rideout
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Description

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 973 006
Aus einer lichtemittierenden Diode und aus einem mit dieser optisch gekoppelten Photodetektor bestehende Halbleitervorrichtung ~ ' -
Stand der Technik
Bis vor kurzem wurden aus einer lichtemittierenderi Diode und aus einem mit dieser optisch gekoppelten Photodektor bestehende, beispielsweise als optische Isolatoren dienende Halbleitervorrichtungen dadurch hergestellt, daß lichtemittierende Dioden und Photodetektoren an gegenüberliegende Seiten eines Glasträgers geklebt wurden, wobei der Glasträger sowohl als elektrischer Isolator als auch als für das von der lichtemittierenden Diode zum Photodetektor zu übertragende Licht transparentes Medium diente. Wegen den zwischen der lichtemittierenden Diode und dem Photodetektor auftretenden Übertragungsverlusten mußten bei diesen auch im Handel erhältlichen Vorrichtungen als Photodetektoren Phototransistoren verwendet werden. Es wurde auch schon vorgeschlagen, monolithische Koppelvorrichtungen herzustellen, die aus lichtemittierenden Dioden und Photodetektoren bestehen, die gegeneinander durch eine Schicht aus einem isolierenden Halbleitermaterial getrennt sind, das aber stets verschieden von den bei der Herstellung des Photodetektors verwendeten Halbleitermaterialii-*ist. Obwohl es bekannt war, aus lichtemittierenden Dioden und Photodetektoren bestehende monolithische Vorrichtungen aus einem Halbleitermaterial herzustellen , waren bei allen bisher bekannt gewordenen, aus einer
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lichtemittierenden Diode, einem mit dieser optisch gekoppelten Photodetektor und aus einer beide elektrisch gegeneinander isolierenden Schicht bestehenden Halbleitervorrichtungen die die lichtemittierende Diode und den Photodetektor bildenden Halbleitermaterialien stets voneinander verschieden, wenn die die beiden Elemente isolierende Schicht aus einem halbisolierenden Halbleitermaterial bestand. Deshalb war es nicht zu vermeiden, daß wegen der mangelnden Anpassung der Gitterkonstanten und der Brechzahlen der einzelnen Halbleitersubstanzen Verluste auftraten, durch die der Gesamtwirkungsgrad der optisch miteinander gekoppelten, aus je einer lichtemittierenden Diode und einem Photodetektor bestehenden integrierten Halbleitervorrichtungen herabgesetzt wurde. In der US-Patentschrift 3 748 480 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der bei Verwendung eines halbisolierenden Halbleitermaterials die lichtemittierende Diode und der Photodetektor aus verschiedenen Halbleitermaterialien hergestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird bei Verwendung eines halbisolierenden Halbleitermaterials Galliumarsenid zur Herstellung der lichtemittierenden Diode und Germanium· zur Herstellung der Photodetektors verwendet. In anderen Ausführungsbeispielen, bei denen halbisolierende halbleitende Isolierbereiche verwendet werden, wird die lichtemittierende Diode aus Galliumarsenid und der Photodetektor aus Bleisulfid hergestellt. Bei Verwendung von Galliumarsenid und Galliumphosphid zur Herstellung der lichtemittierenden Dioden, wird vorgeschlagen, den Photdetektor aus Silizium herzustellen. Wie schon oben erwähnt, führen die Unterschiede der Brechzahlen und/oder der Gitterkonstanten der verwendeten Materialien zu Fehlanpassungen innerhalb der Halbleitervorrichtungen, durch die der Wirkungsgrad herabgesetzt und die Herstellungsverfahren kompliziert werden.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus gegeneinander elektrisch isolierten, jedoch optisch miteinander gekoppelten lichtemittierenden Dioden und Photodetektoren bestehende HaIbleitervorrichtung anzugeben, die bei einfachster Herstellung
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geringsten Verlusten, d.h. mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet. Darüberhinaus soll die Anordnung bei einfachster Herstellung und optimalem Wirkungsgrad als integrierte Halbleitervorrichtung hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch angegebene Erfindung gelöst.
Vorteile
Während, bei den zum Stande der Technik gehörenden Vorrichtungen der oben genannten Art, bedingt durch die Verwendung unterschiedlicher Halbleitersubstanzen zur Herstellung der lichteiaittierenden Diode, des Photodetektors und der beide gegeneinander elektrisch isolierenden Schicht,nicht nur eine starke Herabsetzung des Wirkungsgrade eintratt, sondern auch zahlreiche zusätzliche Verfahrensschritte bei der Herstellung erforderlich warenf wird bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer stark herabgesetzten Zahl der Verfahrensschritte ein optimaler Wirkungsgrad erreicht. Der verbesserte Wirkungsgrad ergibt sich aus der optimalen Anpassung der Gitterkonstanten und der Brechzahlen der Halbleitersubstanzen im Isolierbereich und in den Bereichen der lichtemittierenden Dioden und der Photodetektoren, die durch die Verwendung eines einzigen Halbleitermaterials erreicht wird. Neben einem außerordentlichen günstigen Quantenwirkungsgrad werden Licht Verluste, die durch mangelnde Ausrichtung der lichtemittierenden Dioden in bezug auf die Photodetektoren auftreten oder durch deren gegenseitigen Abstand bedingt sind fast vollständig vermieden Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung besteht darin, daß sie in relativ wenigen Verfahrensschritten durch an sich bekannte epitaxiale Verfahren mittels Gas- oder Flüssigkeitstransport und unter Verwendung von relativ einfach zu handhabenden Substanzen, beispielsweise Gallium-Aluminium-Arsenid hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die aus einer lichtemittierenden Diode und einem gegen diese durch einen isolierenden Bereich getrennten Photodetektor bestehende Halbleitervorrichtung im- Bedarfsfall bidirektional betrieben werden kann, d.h., daß die Anschlüsse der
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lichtemittierenden Dioden und der Photodetektoren gegeneinander austauschbar sind. Der isolierende Bereich der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung ist für das von der lichtemittierenden Diode erzeugte Licht optimal durchlässig, da die Substanzen so gewählt sind, daß der Bandabstand des isolierenden Bereichs mindestens 0,1 eV größer als der Bandabstand des lichtemittierendei Bereiches ist.
Erläuterung der Erfindung
Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1A die schematische Darstellung einer über einen
isolierenden Bereich mit einem Photodetektor optisch gekoppelten lichtemittierenden Diode,
Fig. 1B die schematische Darstellung eines idealisierten,
bidirektionalen, integrierten, optisch gekoppelten Isolators in dem die beiden Schichten einer lichtemittierenden Diode (LED) und die beiden Schichten eines Photodetektors (PD) einander vollständig gleich sind und gemeinsamen mit dem isolierenden Bereich aus demselben Halbleitermaterial bestehen,
Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine Vorrichtung
nach Art der in Fig. 1A dargestellten idealisierten Vorrichtung,
Fig. 3 die schematische Darstellung des Bandverlaufs
bei der in Fig. 2 dargestellten bidirektionalen, integrierten Vorrichtung.
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In den Figuren 1A und 1B wird eine Halbleitervorrichtung schematisch dargestellt, die aus einer im folgenden mit LED bezeichneten lichtemittierenden Diode und einem im folgenden mit IPD bezeichneten Photodetektor besteht, der mit der lichtemittierenden Diode über einen isolierenden Bereich (3) optisch gekoppelt ist. Bei bekannten derartigen Vorrichtungen besteht der isolierende Bereich aus Luft, Glas oder halbisolierenden Halbleitermaterialien, die zumindestens teilweise für das von der lichtempfindlichen Diode LED erzeugte Licht durchlässig sind. Bei derartigen Vorrichtungen gehört es zum Stande der Technik, daß die lichtemittierende Diode und der Photodetektor möglichst nahe in be zug aufeinander angeordnet sind, wobei die lichtemittierende Diode eine Eingangsstufe darstellt, von der Licht zu dem als Ausgangsstufe dienenden Photodetektor übertragen wird. Die in Fig. 1A dargestellte lichtend.t£ierende Diode LED kann somit zur Erzeugung von Ausgangsinformation in Form von Licht dienen, das zu einem Photodetektor PD übertragen wird, der als Sensor dient, wobei die an seinem Ausgang auftretenden elektrischen Signale zu einem Computer oder zu einer anderen Daten verarbeitenden Vorrichtung übertragen werden. Bei manchen Anwendungen kann der Photodetektor PD entweder als Photodiode oder als Phototransistor ausgebildet sein. In Vorrichtungen, bei denen durch die Verwendung unterschiedlicher Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Brechzahlen und unterschiedlichen Gitterkonstanten Fehlanpassungen auftreten, werden in der Regel Phototransistoren erforderlich sein, um die zu den Photodetektoren gelangenden relativ schwachen Lichtimpulse zu verstärken. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades von optisch gekoppelten Isolatoren hat man bisher versucht, teilisolierende Bereiche zu verwenden oder die lichtemittierenden Dioden von den Photdetektoren durch Polung der p-n-übergänge in Sperrichtung elektrisch zu isolieren. In diesem Fall wurden gleiche Halbleitermaterialien verwendet, während bei Anwendung von Halbleiter-Isolationsbereichen die lichtemittierenden Dioden und die Photodetektoren aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien hergestellt wurden.
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Bei dem in den Pign. 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Schichten 1 und 2 aus Gallium-Aluminium-Arsenid von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp und bilden einen p-nübergang von dem Licht emittiert wird, wenn geeignete Potentiale über die mit den Schichten 1 und 2 verbundenen Zuleitungen 5 und angelegt werden. Das von dem p-n-übergang zwischen den Schichten 1 und 2 ausgehende Licht durchsetzt einen Isolationsbereich 3, äty einen relativ größeren Bandabstand aufweist und aus Gallium-Aluminium-Arsenid hergestellt wird, der durch Dotierung mit Kohlenstoff, Chrom oder Sauerstoff halbisolierend gemacht wird. Es ist auch möglich, den Bereich 3 mit einem anderen geeigneten Dotierungsmittel, beispielsweise mit Schwefel oder.Selen zu dotieren, um ihn η-leitend zu machen, d.h. ihm einen hohen Widerstand zu verleihen. Da der Isolierbereich 3 für das von der lichtemittierenden Diode LED erzeugte Licht in hohem Grade durchlässig ist, fällt Licht auf eine aus Schichten 1', 2" bestehende Photodiode, die in der gleichen Weise ausgebildet ist, wie die aus den Schichten 1, 2 bestehende lichtemittierende Diode LED. Wird Licht in dem aus den Schichten 1', 21 bestehenden Photodetektor PD absorbiert, so entsteht in an sich bekannter Weise an den mit diesen Schichten verbundenen Leitungen 7, 8 ein elektrisches Ausgangssignal.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines kreisförmigen optisch gekoppelten Isolators gemäß der vorliegenden Erfindung. Für einander entsprechende Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die lichtempfindliche Diode LED der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird durch die Schichten 1 und 2 gebildet, die aus GaQ 7A1Q 3As bzw. GaQ gAl0 .jAs bestehen und die vom Leitfähigkeitstyp η bzw. ρ sind. Die Grenzschicht der Schichten 1 und 2 bildet einen p-n-übergang 9. Die in Fig. 2 dargestellte, lichtemittierende Diode LED weist eine aus Gan 7A1 »As bestehende Schicht 4 auf, die p-leitend ist und als Kontaktbereich für die als Kathode der LED wirkenden Schicht 2 dient. Mit Hilfe der Schicht 4 wird die ohmische Kontaktierung der sehr dünnen Schicht 2 erleichtert.
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Der aus schwachdotierten,, η-leitenden Ga- .Al« ,As bestehende
U,4 U,D
Isolierbereich 3 liegt zwischen den Schichten 4 und 4' und dient zur übertragung des Lichtes vom lichtemittierenden p-n-übergang zum Photodetektor PD. Durch Diffusion wird ferner ein die Schichten 1 und 2 durchsetzender Bereich 10 hergestellt, d,er über die Schicht 4 als Kontakt für die Schicht 2 dient. Es ist auch möglich, die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung auf einer aus Galliumarsenid oder einer anderen geeigneten Substanz bestehenden Träger anzuordnen. Diese Maßnahme hat jedoch keinen Einfluß auf die Funktion der Halbleitervorrichtung.
Bei Anlegen eines geeigneten Potentials an die Leiter 5 und 6 wird am p-n-übergang 9 Licht emittiert und durch die Schicht 4, den Isolierbereich 3 und die Schicht 41 zur Schicht 2' übertragen, bei der in ansich von der Funktion von Photodetektoren bekannten Weise ein Ausgangspotential entsteht und über die Leiter 7 und 8 übertragen wird. Das an diesen Leitern auftretende elektrische Signal ist eine Folge des Auftreffens von Licht auf den als Photodetektor PD wirkenden Bereich der in Fig. 2 dargestellten Halbleitervorrichtung.
In Fig. 3 ist der Bandverlauf des bidirektionalen integrierten und optisch gekoppelten Isolators nach Fig. 2 wiedergegeben, wobei die Energiebänder für jede Schicht des Isolators dargestellt sind. Die einzelnen Teile der Bandverläufe sind mit den den einzelnen Schichten entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Es wird daraufhingewiesen, daß die Bandverläufe der Schichten 1, 2 und 4 identisch mit den Bandverläufen der Schichten 1·, 2' bzw. 41 sind. Daraus ergibt sich mit besonderer Deutlichkeit die Symmetrieeigenschaft der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung sowie die Tatsache, daß diese Vorrichtung bidirektional betrieben werden kann.
Da die in Fig. 3 dargestellten Bandverläufe eine Funktion der Zusammensetzung χ jeder Schicht sind, müssen die Bandabstände ~ der verschiedenen Schichten so angeordnet sein, daß das von
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dem p-n-übergang zwischen zwei Schichten emittierte Licht - wenn diese als lichtemittierende Diode wirken - durch die Kathode der lichtemittierenden Diode LED, den Kontaktbereich 4 für die Kathode der lichtemittierenden Diode und den Isolierbereicl: 3 mit wenigen oder gar keinen Verlusten übertragen wird. Ebenso muß der Bandabstand des PD-Bereichs der Vorrichtung so sein, daß zu ihm von dem lichtemittierenden Bereich der Vorrichtung übertragenes Licht optimal absorbiert wird. Die zur Sicherstellung der gewünschten Funktion der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung erforderlichen Parameter sind aus Tabelle I zu entnehmen.
s wird daraufhingewiesen, daß der Bandabstand des übertragungsbereiches 3 und der Kontaktbereiche 4 und 41 um mindestens 0,1 eV größer sein muß als der Bandabstand der lichtemittierenden Schicht 2, so daß das Licht den Isolierbereich und die Kontaktbereiche mit geringen oder gar keinen Verlusten durchsetzen kann.
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Tabelle I
2 Vorrichtung LED
-LED
LED
Isolierbereich
PD
PD
PD
3 Schicht
oder
4 Bereich
cn ο co co
10.
Breite
Funktion
Zusammensetzung
(ciri )
4 ν
Anode der
Gal-xA1xÄS
0.3
11 E (eV) 1.79 ,
12 Bandabstand-
Erfordernis		 E gi^Eg2
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1-2 μ
Kathode der LED
Gal-xA1xAs
0.1
20 U
20-100 μ
1.55
Kontakt Isolierder led bereich
Gal-xA1xAs
0.3
1.79
Gal-xA1xAs
0.6
halbisolierend
(C,Cr,O) =106 oder Halbleiter
η- ΰ !O14 2.05
y
Kontakt
der pd
Gal-xA1xAs
0.3
1.79
1-2 μ
kathode der pd
0.1
1.55
Eg2·
4 μ
Anode der pd
Gal-xA1xAs Gal-xA1xAS
0.3
1.79
Aus der Tabelle ergibt sich, daß die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung in bezug auf die charakteristischen Eigenschaften der verschiedenen Schichten symmetrisch ist. So ist die Schicht 1 gleich der Schicht 1·, die Schicht 2 gleich der Schicht 2' und die Schicht 4 gleich der Schicht 41. Alle Schichten bestehen aus Gallium-Aluminium-Arsenid, dessen Zusammensetzung, wie durch die Änderung des Wertes χ wiedergegeben, sich von Schicht zu Schicht ändert. Es wird daraufhingewiesen, daß der Bereich 3 halbisolierend .oder schwach dotiert η-leitend sein kann, um einen halbisolierenden oder einen hohen Widerstand aufweisenden Bereich zu erhalten, der die Bereiche 4 und 4' elektrisch voneinander isoliert. Aufgrund der Symmetrie der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist es offensichtlich, daß die in den Figuren 1A und 2 als LED bezeichnete Vorrichtung als PD Vorrichtung und umgekehrt versendet werden kann.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung kann mit Hilfe an sich bekannter Verfahren hergestellt werden. Ein zu ihrer Herstellung geeignetes Verfahren wird in der US-Patentanmeldung Sr. No.360 (angemeldet am 15. Mai 1973) beschrieben. In dieser Literaturstelle wird das Aufdampfen von Gallium-Aluminium-Arsenid-Schichten von verschiedener Zusammensetzung auf ein Gallium-Arsenid-Substrat beschrieben. Obwohl in dieser Literaturstelle nur das Aufdampfen von zwei Schichten auf ein Substrat beschrieben wird, ist es jedoch klar, iaStirere Schmelzen von Galliumarsenid mit verschiedenen Zusammensetzung verwendet werden können um vier verschiedene Zusammensetzungen zu erhalten, wie sie bei der in Fig. 2 dargestellten Halbleitervorrichtung benötigt werden. Es ist möglich, ähnlich wie in der oben genannten Anmeldung beschrieben, einen ringförmigen mit Zwischenwänden versehenen und vier Kammern aufweisenden Tiegel zur Herstellung der mehrere Schichten aufweisenden Vorrichtung zu verwenden. Wegen der Symmetrie der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Herstellungsverfahren und die Herstellungsvorrichtung wesentlich einfacher ausgestaltet sein als bei Vorrichtungen, bei denen die einzelnen Schichten verschiedene Zusammensetzungen aufweisen
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oder aus verschiedenen Halbleitermaterialien bestehen.
Gemäß der oben gannten Patentanmeldung wird ein unterteilter Tiegel verwendet, der beispielsweise zwei Schmelzen M_ und Mg enthalten kann. Der unterteilte Tiegel weist eine ringförmige Gestalt auf und kann einen zylinderförmigen, aus hochreinem und hochdichtem pyrolithischem Graphit hergestellten Substrathalter in seiner Zentralausnehmung aufnehmen. Ein auf diesem Graphithalter angeordnetes Substrat wird durch Drehung des Halters mit jeder der Schmelzen in den Ausnehmungen der inneren Wand des ringförmigen Tiegels in Berührung gebracht, so daß das Substrat mit einer der Ausnehmungen oder Fenster in der inneren Wand des Tiegels ausgerichtet ist. Diese Vorrichtung kann entweder beim üblichen Flüssigk-etfesphase^Epitaxial-Aufwachsen oder isothermen Lösungsmischungsaufwachsen bzw. bei beiden verwendet werden. Für die isotherme Art des Aufwachsens wird eine vorgegebene Menge einer Schmelze im Halter festgehalten, während dieser in die andere Schmelze gedreht wird. Diese festgehaltene Schmelze wird bei ihrer Vermischung mit der anderen Schmelze übersättigt, so daß ein Kristallwachstum ausgelöst wird.
Um die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zu erzeugen wird ein Gallium-Arsenid-Substrat auf dem Graphithalter befestigt und in die mittlere öffnung des unterteilten ringförmigen Tiegels so untergebracht daß es der inneren Wand des Tiegels gegenüberliegt. Daraufhin werden die verschiedenen Schmelzen, die die in Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen aufweisen, in den unterteilten Tiegel eingeführt. Im vorliegenden Falle benötigt der Tiegel drei unterteilte Kammern, um die Schmelzen der verschiedenen Gallium-Aluminium-Arsenid-Zusammensetzungen aufzunehmen, die zur Herstellung der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung erforderlich sind. Nach Einführung der gewünschten Schmelzen in den unterteilten Tiegel wird der Apparat zum epitaxialen Aufwachsen evakuiert, bei niedriger Temperatur getrocknet. ..bzw*., gebrannte und dann mit Wasserstoff gefüllt. Die Apparatur wird anschließend während einer vorgeschriebenen Zeit
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auf eine geeignete Temperatur erhitzt, um die verschiedenen Schmelzen in ihre Gleichgewichtszustände zu überführen. Danach wird der Substrathalter in eine der Ausnehmungen oder Fenster gedreht um das Gallium-Arsenid-Substrat mit der Gallium-Aluminium-Arsenid-Schmelze innerhalb eines unterteilten Bereichs des Tiegels zu verbinden. Dabei fließt die Schmelze in die Substratkammer und durch Abkühlen des Ofens mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die im einzelnen aus der oben genannten Patentanmeldung zu entnehmen ist, wird ein Aufwachsvorgang eingeleitet. Wurde ein gewünschtes erstes Aufwachsen erreicht, so kann der Abkühlvorgang nach Drehung des Tiegelhalters in das nächstfolgende Fenster fortgesetzt werden. Es ist aber auch möglich, daß die Kühlung unterbrochen wird und ein isothermisches Wachsen durch aufeinanderfolgende Drehungen vom ersten Fenster zu den folgenden Fenstern fortgesetzt wird. Nach. Erreichen des gewünschten AufWachsens wird der Substrathalter so gedreht, daß er nicht mehr auf die Schmelze ausgerichtet ist und die ganze Apparatur auf Raumtemperatur abgekühlt. Es ist selbstverständlich auch möglich die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung oder ähnliche Vorrichtungen gemäß der Erfindung mit anderen an sich bekannten Verfahren herzustellen. Nähere Einzelheiten eines von mehreren möglichen Herstellungsverfahren sind der oben genannten Patentanmeldung zu entnehmen. Nach der Herstellung der in Fig. 2 dargestellten, mehrschichtigen Halbleitervorrichtung unter Beachtung der in Tabelle 1 wiedergegebenen Paramter kann ein diffundierter Bereich 10 durch Diffusion von Zink in die lichtemittierende Diode LED erzeugt werden, der die Schichten 1 und 2 durchsetzt und den Bereich 4 kontaktiert. Die Diffusion des Bereichs 10 kann mit Hilfe von an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden. So kann beispielsweise die lichtemittierende Diode LED mit einer Maske versehen werden und Zink durch die öffnung dieser Maske in einem Ofen während einer Zeit eindiffundiert werden, die zur Erreichung der gewünschten Diffusionstiefe geeignet ist.
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f Λ--
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Zur Anbringung eines Kontakts auf der Schicht 4 kann die in Pig. 2 dargestellte Vorrichtung nach der Diffusion des Bereichs mit einer Maske versehen und in an sich bekannter Weise zur Entfernung von Teilen der Schichten 1,2, 3 und 4 geätzt werden um einen Teil der Oberfläche der Schicht 4" freizugeben, mit der schließlich ein Leiter 8 verbunden wird. Das Ätzen kann beispielsweise mit Hilfe einer 1 %igen Chromlösung in Methanol erfolgen, wobei jedoch Sorge dafür zu tragen ist, daß die Schicht 41 nicht wesentlich angegriffen wird.
Es kann auch zweckmäßig sein, die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung auf einem stark dotierten η-leitenden Substrat aus Gallium-Arsenid anzuordnen, bzw. sie auf einem solchen Substrat aufzudampfen. In diesem Fall würde der Leiter 7 mit dem Gallium-Arsenid-Substrat verbunden werden, wobei das letztere als Kontaktbereich zur Schicht 11 dient. Die Leiter 5, 6, 7 und 8 können mit den entsprechenden Schichten mit Hilfe bekannter Verfahren und Kontaktmaterialien verbunden werden. Beispielsweise kann Au-Ge zur Kontaktierung von η-leitenden GaAlAs verwendet werden, während Au-Zn zur Kontaktierung von p-leitenden GaAlAs verwendet werden kann. Es ist auch möglich, die in Fig. dargestellte Vorrichtung so auszubilden, daß sie nicht bidirektional ist. Dazu müßte das χ der Bereiche 1, 2 und 4 vom χ der Bereiche 1", 2' und 4' verschieden sein.
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Claims (10)

  1. - 14 PATENTANSPRÜCHE
    Aus einer lichtemittierenden Diode und aus einem mit dieser optisch gekoppelten Photodetektor bestehende Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (LED), der Photodetektor (PD) und der beide gegeneinander isolierende Bereich (3) aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehen.
  2. 2. Aus einer lichtemittierenden Diode und aus einem mit dieser optisch gekoppelten Photodetektor bestehende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Bereich (3) für die von der lichtemittierenden Diode (LED) emittierte Strahlung gut durchlässig ist,
  3. 3. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (LED) und der Photodetektor (PD) in ihrer Funktion gegeneinander austauschbar sind.
  4. 4. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, ' dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Gallium-Aluminium-
    • Arsenid besteht.
  5. 5. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (LED) der Vorrichtung aus
    einer ersten Schicht (1) eines bestimmten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Schicht (2) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besteht, die an ihrer Grenzschicht einen lichtemittierenden p-n-Ubergang (9) bilden.
  6. 6. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht-
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    detektor aus einer ersten Schicht (11) eines bestimmten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Schicht (21) vom entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp besteht, die an ihrer Grenzschicht eine lichtabsolbierenden p-n-übergang (91) bilden.
  7. 7. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Bereich (3) aus einem halbisolierenden Intrisnsic-Halbleitermaterial besteht.
  8. 8. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Kontaktbereich (4) des besagten Halbleitermaterials, der zwischen der lichtemittierenden Diode (LED) und
    dem isolierenden Bereich (3) liegt und durch einen
    zweiten Kontaktbereich (41)·, der zwischen dem Lichtdetektor
    (PD) und dem isolierenden Bereich (3) liegt.
  9. 9. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtdetektor als Photodiode ausgebildet ist.
  10. 10. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus Gan -Al. ,As vom n-Leitfähigkeits-
    VJ, / u, j .._
    typ mit einem Dotierungsniveau im Bereich von 10 bis
    1 ß '•i
    10 Atome/cm besteht und einen Bandabstand E von
    1,79 eV aufweist und daß die zweite Schicht aus Ga,.
    0 .j As vom p-Leitsfähigkeitstyp mit einem Dotierungsniveau im Bereich von 10 7 bis 5x1O17 Atome/cm3 besteht und einen Bandabstand E von 1,55 eV aufweist.
    11. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus GaQ 7A1Q 3As vom n-Leitsfähigkeitstyp
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    17 mit einem Dotierungsniveau im. Bereich, von 10
    18 —3 '
    bis 10 Atome/:cm sowie einen Bandabstand E von 1,79 eV besteht und daß die '2weite,.,gchicht aua; -=
    Ga_ QA1_ .As vom p-Leitfähigkeitstyp mit einem u,y υ,Ί , 17 17
    Dotierungsniveäu im Bereich von 10 bis 5x10 Atome/cm
    aufweist.
    g
    Atome/cm besteht und eine Bandbreite E von 1r55 eV
    12. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d%ß- das-.hälb-
    ' isolierende Halbleitermaterial aus Ga^ 4Al0 gAs besteht
    und vom Intrinsik n-Leitfähigkeitstyp ist, wobei die Dotierungsniveaus 10 Atome/cm bzw. 10 Atome/cm" betragen und der Bandabstand E gleich 2,05 eV ist.
    ■ - -.-■■■"■-_
    .1 s Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbereiche aus Ga0 -Al_ 0Al0 3Asrvomp-Leitfähigkeitstyp bestehen und ein Dotierungsniveau im Bereich von
    1 β -ig ·}
    10 bis 10. Atome/cm sowie einen Bandabstand E von 1,79 eV aufweisen.
    14. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ! Bandabstand des isolierenden Bereiches (3) um mindestens 0,1 eV größer ist als der Bandäibstand des lichtemittierenden Bereiches (1,2).
    YO 973 006 ;;: ;M^^
    509828/ÖS1
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3713067A1 (de) * 1986-09-30 1988-03-31 Siemens Ag Optoelektronisches koppelelement und verfahren zu dessen herstellung

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2273371B1 (de) * 1974-05-28 1978-03-31 Thomson Csf
FR2277492A1 (fr) * 1974-07-05 1976-01-30 Thomson Csf Dispositif de commande de diode electroluminescente et systeme de communication optique comportant un tel dispositif
JPS5642148B2 (de) * 1975-01-24 1981-10-02
US3995303A (en) * 1975-06-05 1976-11-30 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Growth and operation of a step-graded ternary III-V heterojunction p-n diode photodetector
US3990101A (en) * 1975-10-20 1976-11-02 Rca Corporation Solar cell device having two heterojunctions
US4021834A (en) * 1975-12-31 1977-05-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Radiation-resistant integrated optical signal communicating device
US4179702A (en) * 1978-03-09 1979-12-18 Research Triangle Institute Cascade solar cells
US4281253A (en) * 1978-08-29 1981-07-28 Optelecom, Inc. Applications of dual function electro-optic transducer in optical signal transmission
US4216485A (en) * 1978-09-15 1980-08-05 Westinghouse Electric Corp. Optical transistor structure
US4323911A (en) * 1978-12-14 1982-04-06 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Demultiplexing photodetectors
US4213138A (en) * 1978-12-14 1980-07-15 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Demultiplexing photodetector
US4216486A (en) * 1979-02-21 1980-08-05 Honeywell Inc. Light emitting and light detecting semiconductor device for interfacing with an optical fiber
USRE31255E (en) * 1979-02-21 1983-05-24 Honeywell Inc. Light emitting and light detecting semiconductor device for interfacing with an optical fiber
US4349906A (en) * 1979-09-18 1982-09-14 Xerox Corporation Optically controlled integrated current diode lasers
GB2078440B (en) * 1980-03-31 1984-04-18 Nippon Telegraph & Telephone An optoelectronic switch
FR2490014A1 (fr) * 1980-09-11 1982-03-12 Scavennec Andre Phototransistor a heterojonction emetteur-base a couche d'emetteur localement de type inverse
US4477721A (en) * 1982-01-22 1984-10-16 International Business Machines Corporation Electro-optic signal conversion
JPS59103387A (ja) * 1982-12-03 1984-06-14 Sharp Corp ホトカプラ
US4632710A (en) * 1983-05-10 1986-12-30 Raytheon Company Vapor phase epitaxial growth of carbon doped layers of Group III-V materials
US4643589A (en) * 1985-08-09 1987-02-17 Lake Shore Cryotronics, Inc. Thermometry employing gallium aluminum arsenide diode sensor
SE461491B (sv) * 1987-12-02 1990-02-19 Asea Ab Monolitisk optokopplare
JPS63164255U (de) * 1988-03-30 1988-10-26
US4924285A (en) * 1988-10-25 1990-05-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Monolithic multichannel detector amplifier arrays and circuit channels
US5067809A (en) * 1989-06-09 1991-11-26 Oki Electric Industry Co., Ltd. Opto-semiconductor device and method of fabrication of the same
EP0406506A1 (de) * 1989-07-07 1991-01-09 International Business Machines Corporation Optoelektronisches lichtemittierendes Halbleiterbauelement
US5106766A (en) * 1989-07-11 1992-04-21 At&T Bell Laboratories Method of making a semiconductor device that comprises p-type III-V semiconductor material
SE469204B (sv) * 1991-10-01 1993-05-24 Asea Brown Boveri Monolitisk optokopplare
JPH0715030A (ja) * 1993-06-07 1995-01-17 Motorola Inc 線形集積光結合素子およびその製造方法
JP3544573B2 (ja) * 1994-03-15 2004-07-21 オリンパス株式会社 光学式エンコーダ
JPH0883856A (ja) * 1994-09-14 1996-03-26 Rohm Co Ltd 半導体記憶装置
US5604136A (en) * 1995-05-26 1997-02-18 National Science Council Method of manufacturing light converter with amorphous-silicon pin heterojunction diode
US6201239B1 (en) * 1997-01-21 2001-03-13 Olympus Optical Co., Ltd. Optical encoder
US6169295B1 (en) * 1998-05-29 2001-01-02 Maxim Integrated Products, Inc. Infrared transceiver module and method for making same
GB2344455A (en) 1998-12-01 2000-06-07 Mitel Semiconductor Ab Semiconductor device with low parasitic capacitance
DE19962442A1 (de) * 1999-12-22 2001-07-12 Micronas Gmbh Verfahren zum Herstellen einer optischen Sende- und Empfangseinrichtung und danach hergestellte optische Sende- und Empfanseinrichtung
JP3994655B2 (ja) * 2000-11-14 2007-10-24 住友電気工業株式会社 半導体受光素子
JP2003142492A (ja) * 2001-10-30 2003-05-16 Sumitomo Chem Co Ltd ３−５族化合物半導体および半導体装置
US7076124B2 (en) * 2002-12-20 2006-07-11 Avago Technologies, Ltd. Integrated multichannel laser driver and photodetector receiver
US20070194212A1 (en) * 2006-02-23 2007-08-23 National Taiwan University Ambient light photodetector
TW200832687A (en) * 2007-01-30 2008-08-01 Univ Nat Taiwan Ambient light sensor
US9391226B2 (en) * 2011-11-10 2016-07-12 Lei Guo Semiconductor DC transformer
US20190157508A1 (en) * 2016-05-17 2019-05-23 The University Of Hong Kong Light-emitting diodes (leds) with monolithically-integrated photodetectors for in situ real-time intensity monitoring
CN107104169B (zh) * 2017-04-13 2019-01-08 南京邮电大学 基于异质键合的微型水下可见光通信双工器件及制备方法
CN111214209B (zh) * 2018-11-27 2024-01-09 晶元光电股份有限公司 光学感测模块
CN110416250B (zh) * 2019-09-02 2024-04-16 电子科技大学 基于异质结薄膜光源的光耦、其放大集成电路及制作方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3229104A (en) * 1962-12-24 1966-01-11 Ibm Four terminal electro-optical semiconductor device using light coupling
US3675026A (en) * 1969-06-30 1972-07-04 Ibm Converter of electromagnetic radiation to electrical power
US3677836A (en) * 1969-09-23 1972-07-18 Ibm Liquid epitaxy method of fabricating controlled band gap gaal as electroluminescent devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3713067A1 (de) * 1986-09-30 1988-03-31 Siemens Ag Optoelektronisches koppelelement und verfahren zu dessen herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
FR2256544A1 (de) 1975-07-25
US3881113A (en) 1975-04-29
GB1456120A (en) 1976-11-17
JPS5098291A (de) 1975-08-05
FR2256544B1 (de) 1976-10-22

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