DE3919462C2

DE3919462C2 -

Info

Publication number: DE3919462C2
Application number: DE3919462A
Authority: DE
Inventors: Ryo Itami Hyogo Jp Hattori
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1989-06-14
Publication date: 1992-10-01
Also published as: DE3919462A1; US5047364A; GB2220523A; US4916710A; JPH027588A; GB8912204D0; GB2220523B; JP2780981B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfach-Halbleiterlaser, d. h. einen Halbleiterlaser mit mehreren Bereichen mit jeweils einem lichtemittierenden Punkt. Bei derartigen Mehrfach-Halbleiter lasern kommt es darauf an, daß benachbarte Bereiche thermisch und elektrisch so gut wie möglich voneinander getrennt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lasers.

Ein Mehrfach-Halbleiterlaser mit dem Aufbau gemäß dem Oberbe griff von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4 zum Herstellen eines solchen Lasers sind aus der DE 27 35 318 A1 bekannt.

Da der Wärmeübergangswiderstand zwischen den Gebieten der Licht emissionspunkte und der Wärmesenke gering ist und gute Abstrahl eigenschaften vorliegen, tritt erheblich geringere Wärmeinter ferenz auf, als sie in demjenigen Fall vorliegt, bei dem eine Halbleiteranordnung mit der Übergangsseite abgewandt vom Träger gebondet ist.

Bei der bekannten Halbleiteranordnung ist zwar auf einer Seite die elektrische Trennung optimal, jedoch ist die Tren nung auf der Seite des Substrates unvollkommen. Damit hängt die Lichtemission von den beiden Lichtemissionspunkten von Ein/Aus-Bedingungen am jeweils anderen Lichtemissionspunkt ab, was für praktische Anwendungen ein großes Hindernis dar stellt. Darüber hinaus fließt beim Bonden nach unten Lötmittel aus, wodurch häufig Elektroden kurzgeschlossen werden, was ein großes Problem beim Herstellen eines solchen Lasers darstellt. Es können zwar Gegenmaßnahmen am Träger ergriffen werden, je doch nur bei Laseranordnungen bis zu maximal drei lichtemittie renden Punkten.

Das Einsenken von Trenngräben durch aktive Schichten hindurch bis in ein Substrat hinein ist nicht nur von Lasern her bekannt, also Halbleiterelementen mit einem einkristallinen Substrat, sondern auch von Diodenaufbauten mit polykristallinem halbisolierendem Substrat. In der GB 11 90 829 ist eine Leuchtdiodenmatrix mit einem polykristallinen halbisolierenden Siliziumsubstrat beschrieben. Trenngräben reichen durch alle auf dem Substrat aufgebrachten Schichten hindurch bis in das Substrat hinein. Dadurch werden Leuchtdioden reihenweise voneinander getrennt.

Bei Bauteilen mit einkristallinem Substrat, wie bei Halbleiterlasern, ist es nicht möglich, Bauelemente durch Gräben voneinander zu trennen, die bis in das Substrat hineinreichen, da das Substrat selbst leitfähig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrfach- Halbleiterlaser anzugeben, der so aufgebaut ist, daß licht emittierende Punkte optimal elektrisch voneinander entkoppelt sind, und zwar auch beim Bonden mit den aktiven Bereichen benachbart zum Träger. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lasers anzugeben.

Die Erfindung ist für den Laser durch die Merkmale von Anspruch 1 und für das Herstellverfahren durch die Merkmale von Anspruch 4 gegeben.

Der erfindungsgemäße Laser zeichnet sich dadurch aus, daß die einzelnen Bereiche mit den lichtemittierenden Punkten nicht nur durch jeweils einen Graben, sondern auch noch durch einen elek trisch isolierenden Bereich voneinander getrennt sind, bis in den hinein ein jeweiliger Graben reicht. Der isolierende Strei fen reicht bis zu derjenigen Fläche, die der Fläche gegenüber liegt, von der die Gräben aus eingesenkt sind. Dies führt zu einer optimalen Isolierung benachbarter Bereiche voneinander.

Darüber hinaus besteht der Vorteil, daß nicht nur die Oberflä che, von der aus die Gräben eingesenkt sind, in Bereiche unter teilt ist, sondern daß dies auch für die Gegenseite gilt. Es ist nun nicht mehr erforderlich, die Einzelkontaktierung von der Bondierungsseite her vorzunehmen, sondern die Einzelkontak tierung kann auf der nach oben liegenden Seite vorgenommen wer den. Es werden alle zum Träger zeigenden Bereiche gemeinsam kon taktiert. Daher ist nicht mehr darauf zu achten, daß beim Bon den Kurzschlüsse durch austretendes Lötmittel vermieden werden; hier ist eine durchgehende Kontaktierung gerade das Erwünschte. Damit ist das größte Problem bei der Herstellung herkömmlicher Mehrfach-Halbleiterlaser beseitigt.

Erfindungsgemäße Halbleiterlaser werden gemäß Anspruch 4 dadurch hergestellt, daß zunächst auf dem üblicherweise verwendeten Sub strat Stege aus isolierendem oder halbisolierendem Halbleiter material, entsprechend dem Material des Substrates, ausgebil det werden. Wird abschließend das Substrat abgetragen, wie üb lich, bleiben die Stege noch stehen. Die Trenngräben werden so tief eingeformt, daß sie bis in die Stege reichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 1-3 näher veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Mehrfach-Halb leiterlasers mit getrennten Einzelbereichen, vor dem Bonden;

Fig. 2a-2e perspektivische Darstellungen von verschiedenen Zwischenprodukten beim Herstellen des Lasers gem. Fig. 1;

Fig. 3 perspektivische Darstellung eines Mehrfach-Halblei terlasers mit fünf lichtemittierenden Punkten, in gebondetem Zustand.

Der Mehrfach-Halbleiterlaser gemäß Fig. 1 weist zwei P-Typ Halb leitersubstratbereiche 1a′ und 1b′ auf, die durch einen strei fenförmigen halbisolierenden GaAs-Bereich 20 und einen Trenn graben 9 elektrisch voneinander getrennt sind. Auf den Substrat bereichen 1a′ und 1b′ sind Schichten in der folgenden Reihen folge aufgebracht: Stromsperrschichten 2a bzw. 2b aus N-Typ GaAs, Deckschichten 3a bzw. 3b aus P-Typ Al_0,5Ga_0,5As, aktive Schichten 4a bzw. 4b aus P-Typ Al_0,15Ga_0,85As, zweite Deck schichten 5a bzw. 5b vom N-Typ, Kontaktschichten 6a bzw. 6b aus N-Typ GaAs und n-seitige Elektroden 10a bzw. 10b. P-seitige Elektroden 11a und 11b sind auf den Substraten 1a bzw. 1b an geordnet. Strominjektionsgräben 7a bzw. 7b sind in den Sperr schichten 2a bzw. 2b angeordnet, um lichtemittierende Punkte 8a bzw. 8b zu erzeugen.

Gemäß Fig. 2a wird auf einem Substrat 20′ aus halbisolierendem GaAs ein Steg durch Ätzen ausgebildet, z. B. durch RIE (Reactive Ion Etching) oder durch RIBE (Reactive Ion Beam Etching). Dieser hochstehende Streifen wird in einem nächsten Schritt, wie in Fig. 2b dargestellt, durch Aufbringen einer GaAs-Schicht 1′′ vom P-Typ eingebettet. Die Schicht wird durch Flüssigphasenepitaxie hergestellt und sie wird eingeebnet, z. B. durch Polieren. An schließend wird eine N-Typ Stromsperrschicht 2 aufgebracht, in die Strominjektionsgräben 7a und 7b eingezogen werden (Fig. 2b). Auf diesen Wafer werden eine erste Deckschicht 3, eine aktive Schicht 4, eine zweite Deckschicht 5 und eine Kontaktschicht 6 durch jeweils geeignete Aufwachstechniken abgeschieden. Eine Anordnung mit der genannten Schichtfolge ist in Fig. 2c darge stellt, die auch n-seitige Elektroden 10a und 10b zeigt, die in Ohmschem Kontakt mit der Kontaktschicht 7 aufgebracht sind. Danach wird, wie in Fig. 2d dargestellt, der Trenngraben 9 ein geformt, und zwar so weit, daß er von der Kontaktschicht 6 aus bis in den erhöhten Bereich des Substrates 20′ reicht. Der Graben wird z. B. durch Ätzen eingeformt. Anschließend wird das Substrat 20′ mit Ausnahme des in der Trägerschicht 1′ einge betteten Steges durch Polieren oder Ätzen entfernt; woraufhin die P-Typ GaAs-Schichten 1a′ und 1b′ freiliegen, auf denen p-seitige Elektroden 11a und 11b mit Ohmschem Kontakt ausgebil det werden. Am Ende wird das in Fig. 2e dargestellte Bauteil erhalten, das mit demjenigen von Fig. 1 übereinstimmt.

Beim Halbleiterlaser gemäß Fig. 1 sind die Bereiche mit den lichtemittierenden Punkten 8a und 8b durch den Trenngraben 9 und den halbisolierenden Steg 20 elektrisch voneinander getrennt, wodurch elektrische Interferenz, hervorgerufen durch unter schiedliches Betreiben der verschiedenen lichtemittierenden Punkte, auf einen vernachlässigbaren Wert verringert ist. Da rüber hinaus besteht der große Vorteil, daß das Bauteil problem los mit der aktiven Seite nach unten auf einen Träger gebondet werden kann, ohne daß Gegenmaßnahmen gegen das Auslaufen des Lötmittels unternommen werden müssen. Dadurch wird der Wirkungs grad in der Herstellung außergewöhnlich stark erhöht.

Beim beschriebenen Herstellverfahren ist die vergrabene P-Typ GaAs-Halbleiterschicht flach, was es ermöglicht, verschiedene Herstellmethoden für die Struktur einzusetzen, was wiederum eine große Einsatzbreite solcher Bauteile zur Folge hat.

Anhand der Fig. 1 und 2 wurde ein Mehrfach-Halbleiterlaser mit zwei Lichtemissionspunkten beschrieben. Mit dem angegebenen Aufbau ist es aber auch auf einfache Art und Weise möglich, Mehrfach-Halbleiterlaser mit mehr als drei lichtemittierenden Punkten herzustellen, was bisher nur schwer erreichbar war.

Der Laser gemäß Fig. 3 verfügt über fünf Lichtemissionspunkte 8a-8e, der mit der aktiven Seite nach unten auf einen Träger 21 mit einer einzelnen Trägerelektrode 22 gebondet ist. Die in Fig. 3 verwendeten Bezugszeichen entsprechen denen von Fig. 1, wobei allerdings nicht nur zwischen mit a und b indizierten Teilschichten, sondern zwischen mit a-e indizierten Teil schichten zu unterscheiden ist. Obwohl beim Laser gemäß Fig. 3 fünf lichtemittierende Punkte vorliegen, ist das Kontaktieren einfach, da an die oben liegenden getrennten p-seitigen Elektro den 11a-11e Drähte gebondet werden können. Den verschiedenen lichtemittierenden Punkten ist nur die einzige Trägerelektrode 22 gemeinsam. Daher sind elektrische Interferenzen im Betrieb der einzelnen Laser sehr stark verringert.

Beim Ausführungsbeispiel besteht die Trägerschicht 1′′ aus N-Typ GaAs. Sie kann jedoch auch aus einem anderen Material, auch einem solchen vom P-Typ gebildet sein. Wichtig ist, daß sie durch einen isolierenden oder halbisolierenden Halbleiterbe reich in einzelne Bereiche aufgeteilt ist, in denen monolithisch ausgebildete Halbleiterlaser vorhanden sind, die unabhängig von einander angesteuert werden können. Die Unabhängigkeit ist da durch gewährleistet, daß eine Bereichseinteilung nicht nur mit den isolierenden oder halbisolierenden Bereichen erfolgt, son dern auch mit Gräben, die bis in diese Bereiche von der anderen Bauteilseite her hineinragen. Elektrische Interferenzen im Be trieb der einzelnen Lichtemissionspunkte werden daher auf einen für die Praxis vernachlässigbaren Wert verringert. Die träger seitige Elektrode kann als gemeinsame Elektrode verwendet wer den, was es erübrigt, Gegenmaßnahmen gegen Kurzschlüsse durch ausfließendes Lötmittel zu ergreifen. Dadurch wird der Wirkungs grad bei der Herstellung außerordentlich erhöht. Mehrfach-Halb leiterlaser mit mehr als drei lichtemittierenden Punkten können einfach hergestellt werden.

Claims

1. Mehrfach-Halbleiterlaser mit

- einer einkristallinen Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e) aus einem Halbleitermaterial vom P-Typ oder N-Typ,
- mindestens zwei monolithischen Halbleiterbereichen, die auf der einkristallinen Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e) gebildet sind mit jeweils einem Lichtemissionspunkt (8a-8e), die unabhängig voneinander ansteuerbar sind, und
- jeweils einem Trenngraben (9) zwischen zwei benachbarten Halbleiterbereichen,

dadurch gekennzeichnet, daß

- ein streifenförmiger, elektrisch isolierender oder halbisolierender Halbleiterbereich (20) in die einkristalline Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e) dringt, und zwar zwischen zwei benachbarten Halbleiterbereichen mit jeweils einem Lichtemissionspunkt (8a-8e), und
- jeder Trenngraben (9) bis in den streifenförmigen,elektrisch isolierenden oder halbisolierenden Halbleiterbereich (20) dringt.

2. Mehrfach-Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einkristalline Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e) GaAs enthält.

3. Mehrfach-Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauteil mit derjenigen Seite, von der aus die Gräben (9) eingebracht sind, auf einen Träger (21) mit einer einzigen Elektrode (22) gebondet ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines Mehrfach-Halbleiterlasers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit folgenden Schritten:

- Herstellen einer einkristallinen Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e) auf einem Substrat (20′);
- Herstellen einer Halbleiter-Laserstruktur mit mindestens zwei monolithischen Halbleiterbereichen mit jeweils einem Lichtemissionspunkt (8a - 8e) auf der einkristallinen Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e);
- teilweises Entfernen des Substrates (20′), so daß die einkristalline Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e) zum Polieren, Ätzen und Kontaktieren frei liegt, und
- Herstellen eines Trennngrabens (9) zwischen benachbarten Halbleiterbereichen mit jeweils einem Lichtemissionspunkt (8a - 8e),

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Herstellen mindestens eines mesaförmigen Streifens auf dem Halbleitersubstrat (20′) vor dem Aufbringen der einkristallinen Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e),
- Abtragen des Halbleitersubstrates (20′) nur so weit, daß der mesaförmige Streifen zumindest teilweise stehenbleibt, und
- Einbringen des Grabens (9) mit solcher Tiefe, daß er bis in den mesaförmigen Streifen reicht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einkristalline Trägerschicht (1′′; 1a′, 1b′; 1a-1e) vor dem Herstellen der Halbleiter-Laserstruktur durch Polieren eingeebnet wird.