DE69838288T2

DE69838288T2 - Herstellung von einem heterobipolar-transistor und einer laserdiode auf dem selben substrat

Info

Publication number: DE69838288T2
Application number: DE69838288T
Authority: DE
Inventors: Patrik Evaldsson; Urban Eriksson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2018-02-07
Also published as: CN1246962A; EP0972301A1; CN1120522C; US6335255B1; HK1026068A1; SE511314C2; SE9700432D0; KR100386928B1; KR20000070895A; EP0972301B1; AU6010598A; SE9700432L; TW437109B; DE69838288D1; JP2001511948A; CA2280024A1; WO1998035378A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Herstellung eines Heterobipolartransistors und einer Laserdiode auf dem gleichen Träger, und sie bezieht sich auch auf Einrichtungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Forschung auf dem Gebiet von monolithischen (d.h. angeordnet auf oder in dem gleichen Chip oder Schaltungsplatine) optoelektronischen integrierten Schaltungen (OEICs) begann am Ende der 70er Jahre bei CALTECH, USA, siehe den Artikel von C. P. Lee, S. Margalit, I. Ury und A. Yariv, "Integration of an injection laser with a Gunn oscillator an a semi-insulating GaAs substrate", Appl. Phys. Lett., Vol. 32, Nr. 12., S. 806–807, Juni 1978. Der Grund dafür war der gleiche wie bei der Entwicklung elektrischer integrierter Siliziumsschaltungen, d.h. es wird gewünscht, sowohl optische Komponenten, wie etwa Laser, Wellenleiter, Detektoren, auf dem gleichen Träger wie Transistoren herzustellen, sodass es möglich sein könnte, Chips in großen Volumina und bei geringen Kosten herzustellen. Monolithische Integration reduziert auch die Zahl von Chips, was es erlaubt, mehr Funktionalität in eine Schaltungsplatine verpacken zu können, in der unterschiedliche Chips herkömmlich montiert sind. Sie kann auch die Zuverlässigkeit eines Systems erhöhen, da weniger externe Verbindungen erforderlich sind. Es sollte hinzugefügt werden, dass eine Bedingung zum Erreichen dieser Vorteile darin besteht, dass sich das Leistungsverhalten der verschiedenen Komponen ten nicht verschlechtert, wenn sie integriert werden, im Vergleich zu dem Fall, wo sie getrennt hergestellt werden.
Das Interesse am Finden einer guten Lösung für das Problem, wie optische und elektronische Komponenten auf dem gleichen Chip zu kombinieren sind, entspringt heutzutage nicht nur der technischen Seite, sondern auch der Systemseite. Um in der Lage zu sein, die optische Netze von morgen aufzubauen, z.B. sogar in Wohnungen auszuweiten, sind Lösungen mit weniger Kosten erforderlich, was wiederum große Anforderungen an die technische Entwicklung stellt.
STAND DER TECHNIK
Es existiert eine große Zahl von verschiedenen alternativen Wegen zum Erreichen monolithischer Integration. Sie ist abhängig teilweise von der Wahl der Wellenlänge und dadurch des Halbleiterbasismaterials, das zu verwenden ist, wie etwa, ob entweder Galliumarsenid oder Indiumphosphan auszuwählen ist, und der Wahl elektrischer Komponenten, wie etwa, ob ein Heterobipolartransistor (HBT) oder ein Feldeffekttransistor (FET) zu verwenden ist, und ferner von der Wahl einer optischen Komponente, die gewünscht wird, wie etwa ein Fotodetektor, Laser oder Modulator, teilweise auch von dem Weg, auf dem die eigentliche Integration durchgeführt wird. Es ist üblich, die Verfahren, die zur Integration verwendet werden, in drei Klassen zu unterteilen:

1. Vertikale Integration. Es werden zwei oder mehr Strukturen, die jede eine elektrische oder optoelektrische Komponente enthalten, sequenziell übereinander ausgebildet.
2. Horizontale Integration. Es werden zwei oder mehr Strukturen, die jede eine Komponente enthalten, Seite an Seite ausgebildet. Zuerst werden die unterschiedlichen Schichten zum Herstellen einer Komponente gebildet und dann werden diese auf ausgewählten Abschnitten des Chips auf der Seite der hergestellten Komponente weg geätzt. Die nächste Komponente wächst dann in Bereichen, in denen das Material weg geätzt wurde.
3. Verwendung der gleichen Basisstruktur für die zwei Komponenten. Es wird eine Basisschichtstruktur ausgebildet, welche durch weitere Verarbeitung einschließlich z.B. Ätzen zum Definieren einzelner Komponenten und nur Einbeziehen einer Anwendung von Schichten für elektrische Kontakte, aber keine andere Schichten, zu Komponenten verschiedener Arten führt, die voneinander isoliert sind.

Die Verfahren 1 und 2 haben den Vorteil, dass im Prinzip die einzelnen hergestellten Komponenten optimiert werden können. Der Nachteil besteht darin, dass die Verfahren zur Herstellung häufig sehr komplex sind, einschließlich einer sehr großen Zahl von Verarbeitungsschritten. Das Verfahren 3 führt zu einem einfacheren Herstellungsprozess, häufig muss aber auch einen Kompromiss bezüglich Leistungsverhalten der unterschiedlichen Komponenten, die herzustellen sind, gemacht werden.
Ein Verfahren, welches in der Literatur häufig erwähnt wurde, ist, für den Laser, von vertikaler Injektion zu seitlicher Injektion überzugehen, und ein derartiger Laser wird ein LCI-Laser ("Lateral Current Injection Laser") genannt. Die unterschiedlichen n- und p-dotierten Schichten werden mittels Diffusion oder Implantation definiert, was in unterschiedlichen Abschnitten einer Trägerfläche selektiv durchgeführt wird, und dadurch können sowohl Laser als auch Transistoren von dem gleichen Träger oder Chip hergestellt werden. Dieses Verfahren wurde zum Integrieren eines Lasers und eines FET verwendet, siehe den oben angegebenen Artikel von C. P. Lee et al, und eines Lasers und eines HBT, siehe N. Bar-Chaim, Ch. Harder, J. Katz, S. Margalit, A. Yariv, I. Ury, "Monolithic integration of a GaAlAs buried-heterostructure laser and a bipolar phototransistor", Appl. Phys. Lett., 40(7), 556, (1982). Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass das Ergebnis ein neuer Typ eines Lasers und/oder Transistors ist. Ein anderes Konzept, das verwendet wurde, siehe T. Fukuzawa, M. Nakamura, M. Hirao, T. Kuroda und J. Umeda, "Monolithic integration of a GaAlAs injection laser with a Schottky-gate field effect transistor", Appl. Phys. Lett., 36(3), 181, (1980), besteht darin, zuerst die Laserstruktur wachsen zu lassen und obenauf eine nicht-dotierte Schicht, aus der ein FET erzeugt werden kann. Um elektrischen Kontakt mit der oberen p-Schicht des Lasers zu erhalten, wird dann eine p-Dotierung (in diesem Fall Zink) durch die nicht-dotierte Schicht diffundiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, mittels dessen es möglich ist, auf eine einfache Weise Transistoren und Laser auf dem gleichen Träger oder Chip ohne Verschlechterung des Leistungsverhaltens von Transistoren und Lasern dank dem gemeinsamen Verfahren der Herstellung herzustellen.
Somit ist das Problem, das durch die Erfindung gelöst wird, wie Transistoren und Laser auf dem gleichen Träger oder Chip herzustellen sind, sodass das Leistungsverhalten der Transistoren und Laser, die so hergestellt werden, im wesentlichen gleich dem von getrennt hergestellten entsprechenden Komponenten ist.
Wenn Transistoren und Laser auf dem gleichen Träger hergestellt werden, wird zuerst eine Basisstruktur erzeugt, die eine geeignet ausgewählte Sequenz von Halbleiterschichten hat, die übereinander angeordnet sind, und insbesondere ist der Start im wesentlichen eine "herkömmliche" HBT-Struktur. Die Basisstruktur wird dann zu einem Laser in einigen Bereichen des Chips gewandelt. Der Laser wird dadurch der Typ vertikaler Injektion sein und wird dadurch zum Erhalten des gleichen Leistungsverhaltens wie diskrete Laser fähig sein. Die Wandlung zu einer Laserstruktur wird durch Diffundieren von Zink in das Material durchgeführt. Der Vorteile darin ist, dass man im wesentlichen die gleiche Struktur des Lasers und HBT erhält, als ob sie einzeln optimiert wurden. Ähnliche Strukturen wurden in GaAs/GaAlAs hergestellt, siehe J. Katz, N. Bar-Chaim, P. C. Chen, S. Margalit, I. Ury, D. Wilt, M. Yust, A. Yariv, "A monolithic integration of GaAs/GaAlAs bipolar transistor and heterostructure laser", Appl. Phys. Lett., 37(2), 211, 1980. Das in diesem Artikel vorgeschlagene Verfahren enthält, dass sich der aktive Bereich des Lasers in dem Boden des HBT befindet, was der Unterschied im Vergleich zu dem hierin vorgeschlagenen Verfahren ist. In dem Artikel A. K. Goyal, M. S. Miller, S. I. Long und D. Leonard, "A single epitaxial structure for the integration of lasers with HBTs", SPIE, Vol. 2148, S. 359–366, 1994, wird auch monolithische Integration in dem System GaAs/GaAlAs verwendet, die aktive Region befindet sich aber stattdessen in dem Kollektor auf die gleiche Weise wie in der hierin beschriebenen Gestaltung, was einen größeren Freiheitsgrad gibt, wenn die Komponenten gestaltet werden, und was erlaubt, eine einzelne Optimierung der zwei Komponenten durchzuführen.
Ein Heterobipolartransistor HBT und eine Laserdiode LD werden aus einer üblichen epitaxialen Struktur hergestellt. Der Transistor wird dann aus dieser epitaxialen Struktur nur durch ihr Einschränken, Trennen, Isolieren und/oder Definieren durch Ätzen und Anwenden von elektrischen Kontaktschichten direkt hergestellt. Die unterschiedlichen aktiven Schich ten des Transistors sind somit die epitaxialen Schichten, die in der Struktur ausgebildet sind. Um die Laserdiode herzustellen, wird die Struktur durch Diffundieren von Zink hinein geändert, sodass die obersten Materialschichten ihre Typen von Dotierung von dem n-Typ zu dem p-Typ ändern. Dies wird in ausgewählten Bereichen eines Wafers durchgeführt, sodass Transistoren und Laserdioden auf diese Weise monolithisch integriert sind. Allgemein könnte auch die entgegengesetzte Änderung, d.h. von p-Dotierung zu n-Dotierung in den obersten Schichten verwendet werden.
Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt, und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich sein, oder können durch Ausübung der Erfindung erlernt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können mittels der Verfahren, Prozesse, Instrumentarien und Kombinationen realisiert und erhalten werden, die in den angefügten Ansprüchen besonders ausgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein vollständiges Verständnis der Erfindung und der obigen und anderen Merkmalen von ihr kann aus einer Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung von nicht-begrenzenden Ausführungsformen erlangt werden, die hierin nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen präsentiert werden, in denen:
1 eine schematische Schnittansicht einer Basissequenz von Schichten ist, die übereinander angeordnet sind und zum Herstellen eines Transistors fähig sind,
2 eine Schnittansicht der Sequenz in 1 ist, die Diffusion irgend einer Substanz in sie veranschaulicht, um eine Struktur zu erzeugen, die für einen Laser geeignet ist,
3 eine schematische Schnittansicht eines Transistors ist, der aus der Sequenz von Schichten in 1 hergestellt wird,
4 eine schematische Schnittansicht eines Lasers ist, der aus der Basissequenz von Schichten in 1 hergestellt ist, modifiziert gemäß 2,
5 ein Diagramm von Zn-Konzentration als eine Funktion der Tiefe unter der Oberfläche der Diffusion gemäß 2 ist,
6 ein Banddiagramm des Transistors gemäß 3 ist, wenn in einem Ausgleich,
7 ein Banddiagramm eines vorwärts vorgespannten Lasers gemäß 4 ist,
8 ein Diagramm des gemessenen Spannungsstroms I_CE zwischen Kollektor und Emitter des Transistors gemäß 3 ist, der mit einer üblichen Emitter-Kopplerschaltung verbunden ist, als eine Funktion der Spannung V_CE zwischen dem Kollektor und dem Emitter, und
9 ein Diagramm der Lichtleistung ist, die durch den Laser gemäß 4 bereitgestellt wird, als eine Funktion des elektrischen Stroms.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In dem folgenden wird eine Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform gegeben, die spezifische Materialien verwendet. Es ist zu verstehen, dass andere Materialien mit entsprechenden Eigenschaften auch verwendet werden könnten, und insbesondere die spezifischen Dotierungstypen zu den entgegengesetzten Dotierungstypen geändert werden könnten, d.h. n- und p-Dotierungen könnten jeweils durch p- und n-Dotierungen ersetzt werden.
In 1 wird eine schematische Schnittansicht einer üblichen epitaxialen Sequenz von Schichten gezeigt, die zum Herstellen von HBTs und Laserdioden auf dem gleichen Träger geeignet ist und die in einem Materialsystem basierend auf Indiumphosphan InP implementiert ist. Der Einfachheit halber werden alle Schichten dargestellt, die gleiche Stärke aufzuweisen, wohingegen wenn die Struktur tatsächlich erzeugt wird, die Schichten abhängig von ihrer beabsichtigten Operation, Material, Dotierung etc. natürlich unterschiedliche Stärken haben. Die epitaxiale Struktur wird mittels metalloorganischer Dampfphasenepitaxie MOVPE oder mittels irgend eines ähnlichen Verfahrens wachsen gelassen, mittels dessen eine gute Steuerung von sowohl Schichtenstärken als auch Graden von Dotierung erhalten werden kann. Der Träger kann n-InP sein, es kann aber vorteilhafter sein, semi-isolierendes, wie etwa Eisen-dotiertes, InP zu verwenden, um monolithische Integration einer Vielzahl von Transistoren und Laserdioden zu unterstützen, d.h. eine Vielzahl von Strukturen, die als Transistoren oder Laserdioden arbeitet, kann auf dem gleichen Chip hergestellt werden. Die epitaxiale Struktur besteht aus einer Zahl von Schichten von variierenden Materialien, Stärken und Dotierungen, die p-Typ oder n-Typ sind. Allgemein ist ein Material mit einer relativ breiten Bandlücke, hier Inp, ein Material mit einer engeren Bandlücke und einem höheren Brechungsindex, hier InGaAsP, mit einer Fotoluminiszenzwellenlänge λ_PL = 1,3 μm und kurz Q(1,3) genannt, und ein optisch aktives Material, hier InGaAsP mit einer Fotoluminiszenzwellenlänge λ_PL = 1,55 μm und kurz Q(1,55) genannt, erforderlich. Außerdem kann ein Material mit einer relativ kleinen Bandlücke zum Reduzieren von Kontaktwiderständen verwendet werden, hier InGaAs.
Die Struktur besteht aus, siehe 1:

– einer Pufferschicht 1 aus n-InP
– einer hoch dotierten n-InP-Schicht 2
– einer schwach dotierten n-InP-Schicht 3
– einer schwach dotierten n-Q(1,3)-Schicht 4
– einem nicht-dotierten Vielfach-Quantenschacht 5, umfassend einen oder mehr gespannte oder nicht-gespannte Quantenschächte, die durch gespannte oder nicht-gespannte Barrieren umgeben sind. Der Vielfach-Quantenschacht 5 umfasst somit in dem bevorzugten Fall eine Vielzahl von relativ dünnen Schichten, die abwechselnd von zwei unterschiedlichen Typen sind. Der ganze Vielfach-Quantenschacht ist gestaltet, eine Nettospannung gleich Null zu haben, d.h. er ist in der Spannung kompensiert
– einer hoch dotierten p-Q(1,3)-Schicht 6
– einer schwach dotierten n-InP-Schicht 7
– einer hoch dotierten n-InP-Schicht 8 und
– oben einer hoch dotierten n-InGaAs-Schicht 9.

Die Schichten 3, 4 und 5 bilden den Kollektor und die Schicht 6 die Basis in dem HBT, der herzustellen ist. Die Heteroübergänge existieren zwischen den Schichten 3 und 4 und zwischen den Schichten 6 und 7. In dem Laser, der herzustellen ist, bildet die Schicht 5 die aktive Region und die Schichten 4 und 6 den Wellenleiterabschnitt.
Nach Erzeugung der epitaxialen Struktur wird ein Diffusionsverarbeitungsschritt zum Herstellen einer Laserdiode durchgeführt, siehe 2, worin Zink, das aus Diethylzink (DEZn) in einer Gasform, oder aus einer beliebigen anderen geeigneten Zinkquelle erhalten wird, in das Material diffundiert wird, vgl. den Pfeil 3, bei einer Temperatur, einem Druck und während einer Zeitperiode, die zu einer Diffusionstiefe entsprechend mindestens den Schichten 7, 8 und 9 in 1 führen. In jenen Stellen, wo Zink in das Material eingedrungen ist, wird es in die Struktur des Materials einbezogen und arbeitet als ein Abnehmer von Elektronen. Für eine geeignete Konzentration wird es die n-Dotierung in den oberen Schichten kompensieren, und eine noch höhere Konzentration von Zink führt dazu, dass das Material in diesen Schichten p-dotiert sein wird. Um Bereiche in dem Wafer auszuwählen, in denen die Diffusion durchzuführen ist, wird der ganze Wafer mit Siliziumnitrid SiN bedeckt, siehe die Schicht 22, und Bereiche in dieser Schicht werden mit den beabsichtigten Regionen mittels Lithografie geöffnet, in denen somit SiN entfernt wird. Die Bereiche, die durch SiN bedeckt sind, bleiben dann durch die Diffusion von Zink unbeeinflusst, siehe 2.
Dann wird durch eine Kombination von Trockenätzen und Nassätzen von Bereichen, die mittels Lithografie ausgewählt sind, eine Trennung oder Einschränkung der Strukturen, die als HBTs arbeiten sollen, und jenen, die Laserdioden bilden sollen, durch Erzeugen von Nuten herab zu dem Träger erzeugt.
Wie oben erschienen, wird der HBT durch seitliches Definieren der Sequenz von Schichten gemäß 1 direkt erhalten. Der HBT hat eine vertikale Gestaltung und hat Kontakte zu dem Kollektor, der Basis und dem Emitter in der jeweiligen Schicht, siehe 3. Er ist seitlich durch eine Nut mit zwei Zwischenstufen eingeschränkt, eine Stufe in der oberen Fläche der Schicht 2 und eine Stufe in der oberen Fläche der Schicht 6. In diesen Stufen sind der Kollektorkontakt 12 bzw. der Basiskontakt 11 abgelagert. Die Nut, die sich außerhalb des Kollektorkontaktes 12 befindet, wird sich, wie oben angezeigt wurde, als auf eine Einschränkung seitlich von Strukturen verwiesen wurde, in den Träger erstrecken. Der Kollektor kontakt 12 könnte sich für einen n-InP-Träger auch möglicherweise auf der untere Seite des Trägers befinden. Der Emitterkontakt 13 befindet sich auf der äußeren Fläche der obersten Schicht. Die Funktionen der unterschiedlichen Schichten sind

– die Schicht 2 arbeitet als eine Kollektorkontaktschicht
– der Kollektor wird durch die Schichten 3–5 gebildet
– die Schicht 6 ist die Basis des Transistors
– der Emitter wird durch die Schicht 7 gebildet
– die Schichten 8 und 9 sind Kontaktschichten.

Das Merkmal, das diese Struktur von einem herkömmlichen HBT unterscheidet, ist, dass die Bandlücke des Materials in der Basis ausreichend groß sein muss, um nicht das Licht zu absorbieren, das von den Quantenschächten des Lasers emittiert wird, in dem Fall, wo die Struktur zu einem Laser modifiziert ist. Dies führt dazu, dass die Bandlückendiskontinuität in dem Valenzband zwischen der Basis und dem Emitter reduziert wird. Es sollte jedoch hinzugefügt werden, dass man dennoch eine ausreichend hohe Diskontinuität hat, um die Stromverstärkung des Transistors nicht merklich zu beeinflussen. Ein weiterer Unterschied ist das Vorhandensein eines Vielfach-Quantenschachtes, der sich in dem Kollektor befindet. Diese Tatsache beeinflusst jedoch nicht merklich die Charakteristika (nicht-DC) des Transistors. Es existieren keine offensichtlichen Unterschiede in der Operation einer Komponente, die auf die oben beschriebene Weise gestaltet ist, und einem herkömmlichen HBT eines Typs hohen Leistungsverhaltens.
Die Struktur, die mittels des Diffusionsprozesses erzeugt wird, der mit Bezug auf 2 beschrieben wird, führt nach seitlicher Definition und Erzeugung von Kontaktmitteln zu einer Laserdiode. Eine Laserdiode hat einen n-Kontakt, der in dem Fall, wo der Träger semi-isolierend ist, identisch ist zu und sich befindet in der gleichen Oberfläche wie der Kollek torkontakt 12. Falls der Träger n-InP ist, kann der Kontakt auf der unteren Seite des Trägers abgelagert werden, wie in 14 in 4 dargestellt. Der Laser hat einen p-Kontakt 15 oben auf der obersten Schicht 9 in der Sequenz von Schichten. Die Operation der unterschiedlichen Schichten ist dann, siehe 4:

– die Schichten 1–3 bilden die Mantel- und Kontaktschichten
– eine untere getrennte Einschränkungsheterostruktur ("getrennte Einschränkungsstruktur") SCH in der Schicht 4
– die Schicht 5 ist die aktive Region
– eine oberen getrennte Einschränkungsstruktur SCH in der Schicht 6
– die Schichten 7 und 8 bilden einen Mantel
– die Schicht 9 ist eine Kontaktschicht.

Diese Struktur enthält alle jene Teile, die ein herkömmlicher Quantenschachtlaser eines Doppelheterostrukturtyps haben muss, und ist im wesentlichen identisch zu den standardmäßigen Strukturen, die für hoch entwickelte Laser für die Wellenlänge 1,55 μm verwendet werden. Ein Unterschied ist die hohe p-Dotierung, die in der oberen Schicht der oberen Heterostruktur existiert und für den HBT notwendig ist, und die zu einem verschlechterten Leistungsverhalten des Lasers führen könnte. Für moderate Dotierungsgrade wurden jedoch ausreichend gute Ergebnisse erhalten, und Simulationen zeigen an, dass für eine verbesserte Gestaltung der Struktur der Grad noch weiter erhöht werden kann. In den getrennten Heterostrukturen in den Schichten 4 und 6 befinden sich die Heteroübergänge des entsprechenden Transistors. Sowohl die aktive Region des Lasers in der Region 5 als auch die untere n-SCH in der Schicht 4 befinden sich in der Kollektorregion des entsprechenden Transistors. Die Schicht 6, die die obere A-SCH bildet, bildet die Basis in dem entsprechenden Transistor.
In einem praktischen Experiment wurde die in 1 dargestellte epitaxiale Basisstruktur mittels metalloorganischer Dampfphasenepitaxie MOVPE eines Typs geringen Drucks bei 680°C in einem n-InP-Träger erzeugt. Zink wurde in das Material unter Verwendung von DEZn als eine Quelle und für einen überatmosphärischen Druck von Phosphan PH₃ und unter Verwendung von Wasserstoffgas als ein Trägergas diffundiert. Die Temperatur wurde auf 475°C gehalten und der überatmosphärische Druck war 100 mbar während 1h 20 min. Es wurde eine Zinkkonzentration in den InP-Schichten erhalten, die 1·10¹⁸ überschreitet, siehe das Diagramm in 5. Die Konfiguration der erzeugten Strukturen erscheint aus den nachstehenden Tabellen.
Zum Herstellen eines HBT wurde ein Emitterkontakt aus Ti/Pt/Au durch Verdampfung und Abheben einer Fotoresistschicht und der Metallschicht, die oben davon auf die konventionelle Weise abgelagert wurde, abgelagert, und das verbleibende Metall wurde dann als eine Maske verwendet beim Abätzen zu der Basisschicht 6 mittels reaktiven Ionenätzens (RIE) in einem Plasma einschließlich Wasserstoffgas und Methan, gefolgt durch selektives Nassätzen basierend auf HCl:H₂O. Dann wurde ein Basiskontakt aus Pt/Ti/Pt/Au auf die gleiche Weise wie der Emitterkontakt angelegt. Es wurde eine Siliziumnitridmaske definiert und hat die Basis- und Emitterkontakte abgedeckt. Mittels Trockenätzen wurden Abschnitte von Basis- und Kollektorschichten um die zentrale Struktur herum zum Bilden der wesentlichen Strukturen gemäß 3 entfernt. Der Kollektorkontakt wurde auf der Unterseite des Trägers durch Verdampfung von Ni/AuGe abgelagert. In 8 wird der gemessene Strom I_CE von Kollektor zu Emitter für den erhaltenen Transistor, der mit einer üblichen Emitterschaltung verbunden ist, als eine Funktion der Spannung V_CE zwischen dem Kollek tor und der Emitter für die Basisströme I_B = 0, 20, 40, ..., 100 μA dargestellt.

Die Herstellung einer Laserdiode vom Keiltyp aus der Basisstruktur wurde durch Mustern von Streifen mit einer Breite von 3 μm auf der oberen Fläche begonnen, um die Laserstruktur einzuschränken, und dann wurde ein oberer Kontakt auf der oberen Fläche auf die gleiche Weise wie der obige Emitterkontakt angebracht. Der Metallkontakt wurde dann als eine Maske beim Trockenätzen herab zu dem p-Mantel des Lasers verwendet. Selektives Nassätzen wurde herab zu der Ätzstoppschicht verwendet, um die Keilstruktur des Lasers abzuschließen. Für Zwecke zum Passivieren und Ebnen wurde dann eine 1,5 μm starke Siliziumnitridschicht mittels PEVCD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, vgl. die Passivierungsregionen 16 in 4) abgelagert. Der Wafer wurde herab zu einer Stärke von ungefähr 120 μm poliert, und ein Bodenkontakt aus AuGe/Ni/Ti/Pt/Au wurde durch Verdampfung angelegt. Der Laser wurde dann durch sein Splitten unterteilt und wurde an einem Siliziumträger montiert, der als eine Wärmesenke gedient hat. In 9 wird ein Diagramm der Lichtleistung, die durch den hergestellten Laser bereitgestellt wird, als eine Funktion eines injizierten Stroms dargestellt. Tabelle 1. HBT-Struktur

Schicht	Material	Stärke [nm]	Dotierung [cm^-3]
Kontakt	InGaAs	50	n:5·10¹⁸
	InP	1300	n:1·10¹⁸
	InGaASP (λ = 1,3 μm)	2	n:1·10¹⁸
Emitter	InP	200	n:5·10¹⁷
Abstandsschicht	InGaASP (λ = 1,3 μm)	5	undotiert
Basis	InGaASP (λ = 1,3 μm)	80	p:4·10¹⁸
Kollektor	9xInGaAsP-(λ = 1,3 μm)-Barrierenschicht, 8 Zugbelastung 0,9%,	undotiert
	8xInGaAsP-(λ = 1,55 μm)-Quantenschachtschicht, Druckbelastung 1%	7	undotiert
Kollektor	InGaAsP (λ = 1,3 μm)	40	17n:1·10¹⁷
Kollektor	InP	200	n:1·10¹⁷
Teilkollektor	InP	500	n:1·10¹⁸

Tabelle 2. Laserdiodenstruktur

Schicht	Material	Stärke [nm]	Dotierung [cm^-3]
Kontakt	InGaAs	50	p-diff.
Mantel	InP	1300	p-diff.
Ätzstopp	1 InGaAsP (λ = 1,3 μm)	2	p-diff.
Mantel	InP	200	p-diff.
5 p-SCH	InGaAsP (λ = 1,3 μm)	5	p-diff.
p-SCH	InGaAsP (λ = 1,3 μm)	80	p:4·10¹⁸
Aktive Schicht	9xInGaAsP-(λ = 1,3 μm)-Barrierenschicht, Zugbelastung 0,9%,	8	undotiert
	8xInGaAsP-(λ = 1,55 μm)-Quantenschacht-schicht, Druckbelastung 1%	7	undotiert
n-SCH	InGaAsP (λ = 1,3 μm)	40	n:1·10¹⁷
Mantel	InP	200	n:1·10¹⁷
Mantel	InP	500	n:1·10¹⁸

Kalkulierte Banddiagramme von Elektronen/Löchern sind in 6 und 7 dargestellt, wobei 6 ein Banddiagramm der HBT-Struktur in einem ausgeglichenen Zustand zeigt, und 7 ein Banddiagramm einer Laserdiodenstruktur zeigt, die vorwärts vorgespannt ist.
Oben wurde eine Laserstruktur des Kantenemissionstyps beschrieben. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, einen Oberflächenemissionslaser herzustellen, dies erfordert nur geringe Modifikationen einiger Verarbeitungsschritte.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden einem Fachmann leicht einfallen. Deshalb ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details, repräsentativen Einrichtungen und dargestellten Beispiele begrenzt, die hierin gezeigt und beschrieben werden.

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors mit Heteroübergang und einer Laserdiode auf dem gleichen Träger mit einer Fläche, die Schritte umfassend zum: – Aufbauen über der Fläche des Trägers einer Sequenz von Halbleiterschichten (1–9) einschließlich eines Heteroübergangs zwischen zwei benachbarten Schichten (6, 7) und einer Menge (5) von benachbarten Schichten, die einen Quantum-Well-Aufbau oder eine aktive Laserregion bilden, – seitliches Einschränken eines ersten Bereiches der Sequenz von Schichten (1–9) herab zu der Fläche des Trägers, um einen hetero-bipolaren Transistoraufbau zu bilden, wobei sich der Heteroübergang zwischen dem Emitter (7) und der Basis (6) des Transistors befindet, – Diffundieren (23) einer Substanz in obere Schichten (7–9) in einem zweiten Bereich der Sequenz von Schichten (1–9), um Dotierungstypen von n-Dotierung zu p-Dotierung oder von p-Dotierung zu n-Dotierung in den oberen Schichten in dem zweiten Bereich zu ändern, wobei der zweite Bereich seitlich getrennt und verschieden von dem ersten Bereich ist, und – seitliches Einschränken des zweiten Bereiches, sodass seitlich eingeschränkte Schichten (1–9) in dem zweiten Bereich einen Laseraufbau basierend auf dem Quantum-Well-Aufbau oder der aktiven Laserregion (5) bilden.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Sequenz von Schichten (1–9) so aufgebaut ist, dass eine der zwei benachbarten Schichten, in dem Laseraufbau in dem zweiten seitlich eingeschränkten Bereich, einen getrennten seitlich eingeschränkten Heteroaufbau (SCH) für die aktive Region (5) des Laseraufbaus bildet.
Ein Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 1–2, gekennzeichnet dadurch, dass eine Schicht (4), die einen Kollektor bildet oder Teil von ihm ist in dem hetero-bipolaren Transistoraufbau in dem ersten lokal eingeschränkten Bereich, in dem Laseraufbau in dem zweiten Bereich einen getrennten Einschränkungsheteroaufbau vom n-Typ (n-SCH) für die aktive Region (5) des Laseraufbaus bildet.
Ein Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 1–3, gekennzeichnet dadurch, dass eine Schicht, die eine Basis (6) bildet oder Teil von ihr ist in dem hetero-bipolaren Transistoraufbau in dem ersten lokal eingeschränkten Bereich, in dem Laseraufbau in dem zweiten lokal eingeschränkten Bereich einen getrennten Einschränkungsheteroaufbau vom p-Typ (p-SCH) für die aktive Region (5) des Laseraufbaus bildet.
Eine Einrichtung, umfassend eine Sequenz von Halbleiterschichten (1–9), die sich auf einer Fläche eines Trägers befinden, wobei die Sequenz von Schichten (1–9) umfasst – zwei benachbarte Schichten (6, 7), zwischen denen ein Heteroübergang ausgebildet ist, und – eine Menge von benachbarten Schichten (5), die einen Quantum-Well-Aufbau oder eine aktive Laserregion bilden, – einen ersten seitlich eingeschränkten Bereich der Sequenz von Schichten (1–9), wobei die Schichten in dem ersten seitlich eingeschränkten Bereich einen hetero-bipolaren Transistoraufbau bilden, die zwei benachbarten Schichten (7, 6) einen Emitter und eine Basis jeweils des Transistoraufbaus bilden, und – einen zweiten seitlich eingeschränkten Bereich der Sequenz (1–9) von Schichten mit einer Region, wo die Dotierung in den oberen Schichten von n-Dotierung zu p-Dotierung oder von p-Dotierung zu n-Dotierung geändert wurde, wobei sich der zweite seitlich eingeschränkte Bereich herab zu der Fläche des Trägers erstreckt, die Schichten in dem zweiten seitlich eingeschränkten Bereich einen Laseraufbau basierend auf dem Quantum-Well-Aufbau oder der aktiven Laserregion (5) bilden.
Eine Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Menge von Schichten (5), die den Quantum-Well-Aufbau oder die aktive Region bilden, einen Kollektor des hetero-bipolaren Transistoraufbaus bilden.
Eine Einrichtung nach beliebigen von Ansprüchen 5–6, gekennzeichnet dadurch, dass eine Schicht, die einen Kollektor bildet oder Teil von ihm ist in dem Transistoraufbau, einen getrennten Einschränkungsheteroaufbau vom n-Typ (n-SCH) für die aktive Region in dem Laseraufbau bildet.
Eine Einrichtung nach beliebigen von Ansprüchen 5–7, gekennzeichnet dadurch, dass eine Schicht, die eine Basis (6) des Transistoraufbaus bildet oder Teil von ihr ist, einen getrennten Einschränkungsheteroaufbau vom p-Typ (p-SCH) für eine aktive Region in dem Laseraufbau bildet.