WO2001022495A1 - Light emitting semi-conducting component with high esd rigidity and method for production of said component - Google Patents

Light emitting semi-conducting component with high esd rigidity and method for production of said component Download PDF

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WO2001022495A1
WO2001022495A1 PCT/DE2000/003266 DE0003266W WO0122495A1 WO 2001022495 A1 WO2001022495 A1 WO 2001022495A1 DE 0003266 W DE0003266 W DE 0003266W WO 0122495 A1 WO0122495 A1 WO 0122495A1
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emitting
protective diode
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Torsten Wipiejewski
Wolfgang Huber
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Osram Opto Semiconductors Gmbh & Co. Ohg
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    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation

Definitions

  • the invention relates to a light-emitting semiconductor component according to the preamble of patent claim 1 and a method for its production according to patent claim 10.
  • VCSELs vertical resonator laser diodes
  • ESD Electro Static Discharge
  • customers are demanding ESD-safe components, especially for applications in the commercial and industrial sectors, i.e. as a rule, the components must be able to withstand an ESD voltage of 2000V without damage.
  • human body model is used, in which a certain capacitance is charged with the corresponding voltage and the capacitance is discharged via the component to be tested.
  • VCSELs only have ESD strengths in the range of a few 100V. Loads in the reverse direction of the diode result in significantly lower ESD strengths than in the direction of flow. Therefore, the loads in the blocking direction are decisive for the ESD strength of VCSELs.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a light-emitting semiconductor component with high ESD strength and a method for its production, the other component properties not to be significantly impaired.
  • the invention describes a light-emitting semiconductor component with a semiconductor substrate and a semiconductor layer sequence applied to the semiconductor substrate, characterized in that the semiconductor layer sequence has a light-emitting section containing a light-emitting pn junction and a protective diode section containing a protective diode, which are formed contiguously next to one another, a first contact metallization is applied to the substrate surface and a second contact metallization is applied to the surface of the semiconductor layer sequence opposite the substrate surface, an electrically extending from the second contact metallization to a certain depth of the component, the light-emitting section and the protective diode section mutually insulating section is formed, and the protective diode section and the protective diode are formed such that the protective diode section has a higher forward voltage than the light-emitting section and, when the voltage applied to the component between the contact metallizations, which is higher than the forward voltage of the protective diode section, has a lower electrical resistance than the light-emitting section.
  • the protective diode of the protective diode section is thus connected in parallel to the pn junction of the light-emitting section and has a higher breakdown or kink voltage than the pn junction.
  • Protection diode section with the light-emitting section, the major part of the ESD load current flows through the parallel protection diode. This protects the actual light-emitting semiconductor component.
  • the characteristic curves have a crossover point above the kink or breakdown voltage of the protective diode.
  • the pn junction extends over the entire width of the semiconductor component and the protective diode is formed by the section of the pn junction located in the protective diode section and a further diode.
  • the further diode is preferably formed by a Schottky contact between the second electrical contact connection and the surface of the semiconductor layer structure of the protective diode section.
  • the light-emitting section and the protective diode section can be designed as free-standing or so-called mesa-shaped structures above the pn junction, and the sections adjacent to the side walls of the structures, in particular the insulating section between the light-emitting section and the protective diode section, can be provided with an insulating one Material to be filled.
  • the light-emitting section can be formed by a vertical resonator laser diode (VCSEL), in which the pn junction between a first Bragg reflector layer sequence and a second Bragg reflector layer sequence, each of which has a plurality of mirror pairs, the two Bragg reflector layer sequences are arranged one
  • VCSEL vertical resonator laser diode
  • Form the laser resonator and one of the two Bragg reflector layer sequences is partially transparent to the laser radiation generated in the light-emitting section of the pn junction. It can additionally be provided that in one of the two Bragg reflector layer sequences at least one current aperture to limit the pumped active region of the light-emitting section of the pn junction by bundling the vertical resonator laser diode during operation by the light-emitting section of the pn Transition flowing operating current is provided.
  • the current aperture can be produced in a known manner in the case of a semiconductor component based on the III-V material system by lateral oxidation of layers with a relatively high aluminum content with a VCSEL laser structure etched in the form of a mesa.
  • the present invention is not limited to VCSELs, but can also be applied to other surface-emitting laser diodes, edge-emitting laser diodes, as well as LEDs.
  • the invention also describes a method for producing a light-emitting semiconductor component, with the method steps
  • the Schottky contact in the protective diode section can be produced in particular in that an uppermost, relatively heavily doped semiconductor layer is applied in process step b), in process step f) the top layer in the region of the protective diode section is etched off before the second contact metallization is applied, so that between a Schottky contact is formed in the second contact metallization and the semiconductor layer located under the etched-off layer and an ohmic contact is formed in the region of the light-emitting section.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the present invention in the form of a VCSEL semiconductor laser diode with a protective diode connected in parallel, consisting of the pn junction and a Schottky diode;
  • Fig. 2a is an electrical equivalent circuit diagram of the VCSEL semiconductor laser diode shown in Fig. 1 and
  • Fig. 2b is a schematic representation of the current-voltage characteristics of the VCSEL semiconductor laser diode shown in Fig. 1 and the protection diode.
  • the semiconductor component according to the invention is constructed from a light-emitting section 10 and a protective diode section 20. First, the light-emitting section 10 will be described below.
  • the VCSEL semiconductor laser diode shown in FIG. 1 with a protective diode connected in parallel is constructed on the basis of the III-V material system.
  • a GaAs substrate 6 On a GaAs substrate 6 there is a first, lower Bragg reflector layer sequence 2, which is made up of individual, identical pairs of mirrors. The mirror pairs each consist of two AlGaAs layers of different aluminum concentrations.
  • a second, upper Bragg reflector layer sequence 4 is constructed from corresponding mirror pairs.
  • An active layer sequence 3 forming the pn junction is embedded between the lower and the upper Bragg reflector layer sequence. This can either be from a simple pn junction from bulk material or a single quantum well structure or a multiple quantum well structure.
  • the material of the active layer sequence 3 or the layer thicknesses of quantum well structures can, for example, be chosen such that the emission wavelength of the laser diode is 850 nm.
  • a first metallization layer 7 which is used for the electrical connection of the p-doped side of the laser diode.
  • the first Metallization layer 7 has a central aperture or light exit opening 7a in the light-emitting section for the passage of the laser radiation.
  • the n-doped side of the component is usually electrically connected via a second metallization layer 8 contacted on the substrate 6.
  • the upper Bragg reflector layer sequence 4 contains a pair of mirrors which contains a so-called current aperture 41.
  • the current aperture 41 provides a lateral current limitation and thus defines the actual active pumped area in the light-emitting section of the pn junction 3.
  • the current flow is restricted to the opening area of the current aperture 41.
  • the active pumped area can thus be limited to a very small section 3a of the pn junction.
  • the pumped area is thus essentially directly below this opening area in the pn junction 3.
  • the current aperture 41 can be produced in a known manner by partial oxidation of the AlGaAs layers of the mirror pair in question or by ion or proton implantation. If desired, several current apertures can also be arranged.
  • the light-emitting section 10 of the component is in
  • the at least one current aperture 41 can be formed by oxidation of the AlGaAs layers.
  • the etched areas are then filled up by an insulator, such as a suitable passivation layer 11.
  • An insulating section 15 of this passivation layer 11 separates the light-emitting section 10 from the protective diode section 20 of the semiconductor component. This emerges from the same semiconductor layer structure as the light-emitting section 10.
  • the mesa structure of the protective diode section 20 has a significantly greater lateral extent than the mesa structure of the light-emitting section 10.
  • the protective diode section 20 also contains the pn junction 3, which extends over the entire width of the semiconductor component , However, this does not have the function of light emission in the protective diode section 20, but only an electrical function.
  • the protective diode section 20 also has a Schottky diode 71, which is produced by the contact between the upper metallization layer 7 and the uppermost semiconductor layer of the protective diode section 20.
  • the Schottky diode 71 is manufactured as follows. In which
  • the process of growing the semiconductor layer structure is the last layer to deposit a heavily p-doped GaAs layer so that the subsequent deposition of the upper metallization layer 7 in the light-emitting section 10 causes ohmic contact between the metallization and the semiconductor.
  • the highly doped GaAs layer is etched off in the protective diode section 20, so that in this region the metallization layer 7 forms a Schottky contact on the weakly doped semiconductor layers.
  • the Schottky contact has a diode-like characteristic. Only at a certain forward voltage does a significant current flow through this transition.
  • the insulating one Section can also be produced by an ion or proton implantation.
  • the protective diode section 20 can also be provided with a current aperture.
  • FIG. 2a shows an electrical equivalent circuit diagram of the semiconductor component in FIG. 1.
  • the Schottky diode 71 is connected in series with the section of the pn junction 3 located in the protective diode section 20, and both components mentioned are connected in parallel with the light-emitting section 10. The entire arrangement is connected to a voltage source 30.
  • the series connection of the pn junction 3 and the Schottky diode 71 in the protective diode section 20 should, if possible, result in an electrical current-voltage characteristic as shown in FIG. 2b as a protective diode characteristic.
  • the characteristic curve of the VCSEL semiconductor laser is also shown.
  • an operating point i.e.
  • a voltage of the voltage source 30 is set, which is below the breakdown voltage of the protective diode characteristic.
  • the protection diode section 20 only a very small current flows through the protection diode section 20 and the vast majority of the current flows through the VCSEL semiconductor laser diode and leads to the desired light emission.
  • the voltage can be increased beyond the normal operating point up to the breakdown voltage of the protective diode characteristic. If a voltage spike or an ESD voltage load now takes place which is far above the normal operating point, this leads to the fact that a large part of the electrical current flows through the protective diode section 20 and not via the VCSEL semiconductor laser diode.
  • the laser diode is thus effectively protected against high ESD voltage loads without having to accept losses in normal operation.
  • the semiconductor layer structure of the component shown can be varied in different ways.
  • the doping sequence of the semiconductor layers can be changed in order to produce a diode with an n-doped upper Bragg reflector.
  • the Schottky transition can also be designed differently.
  • the uppermost semiconductor layer can, for example, also be undoped or n-doped. In the area of the large-area protective diode, this results in an at least partially blocking transition with a diode characteristic, so that etching away of the uppermost semiconductor layer is not necessary.
  • an ohmic resistance is then either generated by etching off the uppermost semiconductor layers down to the p-doped layers, or a diffusion of a p-dopant, such as Zn, is carried out in order to bring the metal contact to the p- connect doped Bragg reflector layers.

Abstract

The invention relates to a light-emitting semi-conducting component of a light-emitting segment (10), especially a VCSEL-semi-conducting laser diode and a protective diode segment (20) connected in parallel. Said protective diode (3b, 71) is a series circuit of a Schottky-contact (71) and a part of a (3b) pn-junction (3). At larger ESD-voltage loads, the protective diode (3b, 71) is triggered, so that a majority of said electrical current flows through said protective diode (3b, 71) and said laser diode is thereby protected.

Description

Beschreibungdescription
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement hoher ESD-Festigkeit und Verfahren zu seiner HerstellungLight-emitting semiconductor component with high ESD strength and method for its production
Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung nach Patentanspruch 10.The invention relates to a light-emitting semiconductor component according to the preamble of patent claim 1 and a method for its production according to patent claim 10.
Halbleiter-Laserdioden, insbesondere sogenannte Vertikalresonator-Laserdioden (VCSELs) , finden ein zunehmendes Interesse in der optischen Datenübertragung und in der Sensorik. Den vielen positiven Eigenschaften von VCSELs steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß diese Bauelemente eine relativ ge- ringe Festigkeit gegen ESD- (Electro Static Discharge) Schäden aufweisen. Gerade für Anwendungen im kommerziellen und industriellen Bereich werden von den Kunden jedoch ESD-sichere Bauelemente gefordert, d.h. in der Regel müssen die Bauelemente eine ESD-Spannung von 2000V unbeschadet überstehen kön- nen. Dabei wird das sogenannte Human-Body-Modell zugrundegelegt, bei dem eine bestimmte Kapazität mit der entsprechenden Spannung aufgeladen wird und die Entladung der Kapazität über das zu testende Bauelement erfolgt.Semiconductor laser diodes, in particular so-called vertical resonator laser diodes (VCSELs), are finding increasing interest in optical data transmission and in sensor technology. However, the many positive properties of VCSELs are offset by the disadvantage that these components have a relatively low strength against ESD (Electro Static Discharge) damage. However, customers are demanding ESD-safe components, especially for applications in the commercial and industrial sectors, i.e. as a rule, the components must be able to withstand an ESD voltage of 2000V without damage. The so-called human body model is used, in which a certain capacitance is charged with the corresponding voltage and the capacitance is discharged via the component to be tested.
Die Bauelementeigenschaften dürfen sich trotz der kurzzeitigen hohen Strom-Spannung-Belastung nicht verändern. VCSELs besitzen je nach Bauform jedoch nur ESD-Festigkeiten im Bereich einiger 100V. Belastungen in Sperrrichtung der Diode ergeben dabei wesentlich kleinere ESD-Festigkeiten als in Flußrichtung. Daher sind für die ESD-Festigkeit von VCSELs die Belastungen in Sperrrichtung entscheidend.The component properties must not change despite the short-term high current-voltage load. Depending on the design, VCSELs only have ESD strengths in the range of a few 100V. Loads in the reverse direction of the diode result in significantly lower ESD strengths than in the direction of flow. Therefore, the loads in the blocking direction are decisive for the ESD strength of VCSELs.
Um Bauelemente mit geringen ESD-Festigkeiten zu verarbeiten, müssen spezielle ESD-Sicherheitsvorkehrungen getroffen wer- den, was in den meisten Anwendungsfällen von der Anwenderseite her nicht akzeptabel ist. Messungen an VCSEL-Bauelemen- ten mit unterschiedlichem Durchmesser haben ergeben, daß die ESD-Festigkeit von VCSELs abhängig von der Größe der aktiven Fläche ist. Dabei zeigte sich, daß eine größere aktive Fläche auch eine größere ESD-Festigkeit bewirkt. Da aber die aktive Fläche von VCSELs auch entscheidend andere Bauelemente-Eigen- Schäften, wie Schwellstrom, Widerstand, Strahlqualität, usw. bestimmt, kann nicht einfach eine größere Bauelementfläche gewählt werden, um die ESD-Festigkeit zu verbessern. Diese Schwierigkeit tritt nicht nur bei VCSEL-Dioden, sondern auch bei anderen lichtemittierenden Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise kantenemittierenden Laserdioden und LED's, auf .In order to process components with low ESD strengths, special ESD safety precautions have to be taken, which is not acceptable from the user side in most applications. Measurements on VCSEL components with different diameters have shown that the ESD strength of VCSELs depends on the size of the active area. It was shown that a larger active area also results in a higher ESD resistance. However, since the active area of VCSELs also decisively determines other component properties, such as threshold current, resistance, beam quality, etc., it is not easy to choose a larger component area in order to improve the ESD strength. This difficulty arises not only with VCSEL diodes, but also with other light-emitting semiconductor components, such as, for example, edge-emitting laser diodes and LEDs.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement hoher ESD-Festig- keit und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, wobei die übrigen Bauelemente-Eigenschaften nicht wesentlich beeinträchtigt werden sollen.The present invention is therefore based on the object of specifying a light-emitting semiconductor component with high ESD strength and a method for its production, the other component properties not to be significantly impaired.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the characterizing features of patent claim 1.
Demgemäß beschreibt die Erfindung ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement, mit einem Halbleitersubstrat und einer auf dem Halbleitersubstrat aufgebrachten Halbleiterschichten- folge, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichtenfolge einen einen lichtemittierenden pn-Übergang enthaltenden lichtemittierenden Abschnitt und einen eine Schutzdiode enthaltenden Schutzdiodenabschnitt aufweist, die zusammenhängend nebeneinander ausgebildet sind, eine erste Kontakt etallisie- rung auf der Substratoberfläche aufgebracht ist und eine zweite Kontaktmetallisierung auf der der Substratoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, ein sich von der zweiten Kontaktmetallisierung bis in eine bestimmte Tiefe des Bauelements erstrecken- der, den lichtemittierenden Abschnitt und den Schutzdiodenabschnitt elektrisch voneinander isolierender Abschnitt ausgebildet ist, und der Schutzdiodenabschnitt und die Schutzdiode derart ausgebildet sind, daß der Schutzdiodenabschnitt eine höhere Flußspannung als der lichtemittierende Abschnitt aufweist, und bei einer zwischen den Kontaktmetallisierungen an das Bauelement angelegten Spannung, die höher als die Fluß- Spannung des Schutzdiodenabschnitts ist, einen geringeren elektrischen Widerstand als der lichtemittierende Abschnitt aufweist .Accordingly, the invention describes a light-emitting semiconductor component with a semiconductor substrate and a semiconductor layer sequence applied to the semiconductor substrate, characterized in that the semiconductor layer sequence has a light-emitting section containing a light-emitting pn junction and a protective diode section containing a protective diode, which are formed contiguously next to one another, a first contact metallization is applied to the substrate surface and a second contact metallization is applied to the surface of the semiconductor layer sequence opposite the substrate surface, an electrically extending from the second contact metallization to a certain depth of the component, the light-emitting section and the protective diode section mutually insulating section is formed, and the protective diode section and the protective diode are formed such that the protective diode section has a higher forward voltage than the light-emitting section and, when the voltage applied to the component between the contact metallizations, which is higher than the forward voltage of the protective diode section, has a lower electrical resistance than the light-emitting section.
Die Schutzdiode des Schutzdiodenabschnitts ist somit dem pn- Übergang des lichtemittierenden Abschnitts parallel geschaltet und weist eine höhere Durchbruchs- oder Knickspannung als der pn-Übergang auf. Im normalen Arbeitsbetrieb des Halbleiterbauelements fließt praktisch der gesamte Strom über das Halbleiterbauelement, da die an das Halbleiterbauelement und die Schutzdiode parallel angelegte Spannung unterhalb derThe protective diode of the protective diode section is thus connected in parallel to the pn junction of the light-emitting section and has a higher breakdown or kink voltage than the pn junction. During normal operation of the semiconductor component, practically all of the current flows through the semiconductor component, since the voltage applied in parallel to the semiconductor component and the protective diode is below the
DurchbruchsSpannung der Schutzdiode liegt. Während also bei normalem Betrieb praktisch kein Strom über die parallel geschaltete Schutzdiode fließt, bewirkt eine hohe Spannung während einer ESD-Belastung eine Durchschaltung der Schutzdiode. Aufgrund des dann sehr niedrigen elektrischen Widerstands desBreakdown voltage of the protective diode is. So while during normal operation practically no current flows through the protective diode connected in parallel, a high voltage during an ESD load causes the protective diode to switch through. Because of the very low electrical resistance of the
Schutzdiodenabschnitts mit dem lichtemittierenden Abschnitt fließt der überwiegende Teil des ESD-Belastungsstromes über die parallele Schutzdiode. Dadurch wird das eigentliche lichtemittierende Halbleiterbauelement geschützt.Protection diode section with the light-emitting section, the major part of the ESD load current flows through the parallel protection diode. This protects the actual light-emitting semiconductor component.
Insbesondere ist vorgesehen, daß die Kennlinien einen Überkreuzungspunkt oberhalb der Knick- oder DurchbruchsSpannung der Schutzdiode aufweisen.In particular, it is provided that the characteristic curves have a crossover point above the kink or breakdown voltage of the protective diode.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß der pn- Übergang sich über die gesamte Breite des Halbleiterbauelements erstreckt und die Schutzdiode durch den in dem Schutzdiodenabschnitt befindlichen Abschnitt des pn-Übergangs und eine weitere Diode gebildet ist. Die weitere Diode ist dabei vorzugsweise durch einen Schottky-Kontakt zwischen dem zweiten elektrischen Kontaktanschluß und der Oberfläche der Halbleiterschichtstruktur des Schutzdiodenabschnitts gebildet. Dabei können ferner der lichtemittierende Abschnitt und der Schutzdiodenabschnitt als freistehende oder sogenannte me- saförmige Strukturen oberhalb des pn-Übergangs ausgebildet sein und die den Seitenwänden der Strukturen benachbarten Ab- schnitte, insbesondere der isolierende Abschnitt zwischen dem lichtemittierenden Abschnitt und dem Schutzdiodenabschnitt können mit einem isolierenden Material aufgefüllt sein.In a preferred embodiment it is provided that the pn junction extends over the entire width of the semiconductor component and the protective diode is formed by the section of the pn junction located in the protective diode section and a further diode. The further diode is preferably formed by a Schottky contact between the second electrical contact connection and the surface of the semiconductor layer structure of the protective diode section. Furthermore, the light-emitting section and the protective diode section can be designed as free-standing or so-called mesa-shaped structures above the pn junction, and the sections adjacent to the side walls of the structures, in particular the insulating section between the light-emitting section and the protective diode section, can be provided with an insulating one Material to be filled.
In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfin- düng kann der lichtemittierende Abschnitt durch eine Vertikalresonator-Laserdiode (VCSEL) gebildet sein, bei der der pn-Übergang zwischen einer ersten Bragg-Reflektorschichten- folge und einer zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge, von denen jede eine Mehrzahl von Spiegelpaaren aufweist, angeord- net ist, die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen einenIn a special embodiment of the present invention, the light-emitting section can be formed by a vertical resonator laser diode (VCSEL), in which the pn junction between a first Bragg reflector layer sequence and a second Bragg reflector layer sequence, each of which has a plurality of mirror pairs, the two Bragg reflector layer sequences are arranged one
Laser-Resonator bilden und eine der beiden Bragg-Reflektor- Schichtenfolgen für die in dem lichtemittierenden Abschnitt des pn-Übergangs erzeugte Laserstrahlung teildurchlässig ist. Dabei kann zusätzlich vorgesehen sein, daß in einer der bei- den Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen mindestens eine Strom apertur zur Begrenzung des gepumpten aktiven Bereichs des lichtemittierenden Abschnitts des pn-Übergangs durch Bündelung des im Betrieb der Vertikalresonator-Laserdiode durch den lichtemittierenden Abschnitt des pn-Übergangs fließenden Betriebsstroms vorgesehen ist. Die Stromapertur kann in bekannter Weise bei einem Halbleiterbauelement auf der Basis des III-V-Materialsystems durch seitliche Oxidation von Schichten mit relativ hohem Aluminiumgehalt bei einer me- saförmig geätzten VCSEL-Laserstruktur hergestellt werden.Form the laser resonator and one of the two Bragg reflector layer sequences is partially transparent to the laser radiation generated in the light-emitting section of the pn junction. It can additionally be provided that in one of the two Bragg reflector layer sequences at least one current aperture to limit the pumped active region of the light-emitting section of the pn junction by bundling the vertical resonator laser diode during operation by the light-emitting section of the pn Transition flowing operating current is provided. The current aperture can be produced in a known manner in the case of a semiconductor component based on the III-V material system by lateral oxidation of layers with a relatively high aluminum content with a VCSEL laser structure etched in the form of a mesa.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf VCSELs beschränkt, sondern kann ebenso auf andere oberflächenemittierende Laserdioden, kantenemittierende Laserdioden, wie auch auf LEDs , angewendet werden . Die Erfindung beschreibt außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements, mit den VerfahrensschrittenHowever, the present invention is not limited to VCSELs, but can also be applied to other surface-emitting laser diodes, edge-emitting laser diodes, as well as LEDs. The invention also describes a method for producing a light-emitting semiconductor component, with the method steps
a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats ; b) Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge enthaltend einen pn-Übergang; c) Durchführung von Ätzschritten zur Erzeugung eines mesaförmigen, lichtemittierenden Abschnitts und eines mesaförmigen Schutzdiodenabschnitts, welche oberhalb des pn-Übergangs ausgebildet sind; d) Auffüllen der den mesaförmigen Strukturen benachbarten Abschnitte, insbesondere des zwischen den mesaförmigen Strukturen liegenden Abschnitts mit einem isolierenden Material; e) Aufbringen einer ersten Kontaktmetallisierung auf der Substratoberflache ; f) Aufbringen einer zweiten Kontaktmetallisierung auf den der Substratoberfläche gegenüberliegenden Oberflächen der mesaförmigen Strukturen, wobei im Bereich des lichtemittierenden Abschnitts ein ohmscher Kontakt und im Bereich des Schutzdiodenabschnitts ein Schottky-Kontakt erzeugt wird.a) providing a semiconductor substrate; b) growing a semiconductor layer sequence containing a pn junction; c) carrying out etching steps for producing a mesa-shaped, light-emitting section and a mesa-shaped protective diode section, which are formed above the pn junction; d) filling the sections adjacent to the mesa-shaped structures, in particular the section lying between the mesa-shaped structures, with an insulating material; e) applying a first contact metallization to the substrate surface; f) applying a second contact metallization to the surfaces of the mesa-shaped structures opposite the substrate surface, an ohmic contact being produced in the region of the light-emitting section and a Schottky contact being produced in the region of the protective diode section.
Der Schottky-Kontakt in dem Schutzdiodenabschnitt kann insbesondere dadurch erzeugt werden, daß im Verfahrensschritt b) eine oberste relativ stark dotierte Halbleiterschicht aufgebracht wird, im Verfahrensschritt f ) vor dem Aufbringen der zweiten Kontaktmetallisierung die oberste Schicht im Bereich des Schutzdiodenabschnitts abgeätzt wird, so daß zwischen der zweiten Kontaktmetallisierung und der unter der abgeätzten Schicht befindlichen Halbleiterschicht ein Schottky-Kontakt und im Bereich des lichtemittierenden Abschnitts ein ohmscher Kontakt gebildet wird.The Schottky contact in the protective diode section can be produced in particular in that an uppermost, relatively heavily doped semiconductor layer is applied in process step b), in process step f) the top layer in the region of the protective diode section is etched off before the second contact metallization is applied, so that between a Schottky contact is formed in the second contact metallization and the semiconductor layer located under the etched-off layer and an ohmic contact is formed in the region of the light-emitting section.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form einer VCSEL-Halbleiterlaserdiode mit parallel geschalteter Schutzdiode, bestehend aus dem pn-Übergang und einer Schottky-Diode;Exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it: 1 shows an embodiment of the present invention in the form of a VCSEL semiconductor laser diode with a protective diode connected in parallel, consisting of the pn junction and a Schottky diode;
Fig. 2a ein elektrisches Ersatzschaltbild der in Fig. 1 dargestellten VCSEL-Halbleiterlaserdiode undFig. 2a is an electrical equivalent circuit diagram of the VCSEL semiconductor laser diode shown in Fig. 1 and
Fig. 2b eine schematische Darstellung der Strom-Spannungs- Kennlinien der in Fig. 1 dargestellten VCSEL-Halbleiterlaserdiode und der Schutzdiode.Fig. 2b is a schematic representation of the current-voltage characteristics of the VCSEL semiconductor laser diode shown in Fig. 1 and the protection diode.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ist aus einem lichtemittierenden Abschnitt 10 und einem Schutzdiodenab- schnitt 20 aufgebaut. Im folgenden wird zuerst der lichtemittierende Abschnitt 10 beschrieben.The semiconductor component according to the invention is constructed from a light-emitting section 10 and a protective diode section 20. First, the light-emitting section 10 will be described below.
Die in Fig. 1 dargestellte VCSEL-Halbleiterlaserdiode mit parallel geschalteter Schutzdiode ist auf der Basis des III- V-Materialsystems aufgebaut. Auf einem GaAs-Substrat 6 befindet sich eine erste, untere Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 2, die aus einzelnen identischen Spiegelpaaren aufgebaut ist. Die Spiegelpaare bestehen jeweils aus zwei AlGaAs-Schichten unterschiedlicher Aluminiumkonzentration. In gleicher Weise ist eine zweite, obere Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 4 aus entsprechenden Spiegelpaaren aufgebaut. Zwischen der unteren und der oberen Bragg-Reflektor-Schichtenfolge ist eine den pn-Übergang bildende aktive Schichtenfolge 3 eingebettet. Diese kann entweder aus einem einfachen pn-Übergang aus Volu- menmaterial oder eine Einfach-Quantentrogstruktur oder eine Mehrfach-Quantentrogstruktur sein. Das Material der aktiven Schichtenfolge 3 bzw. die Schichtdicken von Quantentrogstruk- turen können beispielsweise derart gewählt sein, daß die Emissionswellenlänge der Laserdiode 850 nm beträgt. Auf der oberen Oberfläche der Laserdiode befindet sich eine erste Metallisierungsschicht 7, die für den elektrischen Anschluß der p-dotierten Seite der Laserdiode verwendet wird. Die erste Metallisierungsschicht 7 weist in dem lichtemittierenden Abschnitt eine zentrale Apertur- oder Lichtaustrittsöffnung 7a für den Durchtritt der Laserstrahlung auf . Die n-dotierte Seite des Bauelements wird üblicherweise über eine am Sub- strat 6 kontaktierte zweite Metallisierungsschicht 8 elektrisch angeschlossen.The VCSEL semiconductor laser diode shown in FIG. 1 with a protective diode connected in parallel is constructed on the basis of the III-V material system. On a GaAs substrate 6 there is a first, lower Bragg reflector layer sequence 2, which is made up of individual, identical pairs of mirrors. The mirror pairs each consist of two AlGaAs layers of different aluminum concentrations. In the same way, a second, upper Bragg reflector layer sequence 4 is constructed from corresponding mirror pairs. An active layer sequence 3 forming the pn junction is embedded between the lower and the upper Bragg reflector layer sequence. This can either be from a simple pn junction from bulk material or a single quantum well structure or a multiple quantum well structure. The material of the active layer sequence 3 or the layer thicknesses of quantum well structures can, for example, be chosen such that the emission wavelength of the laser diode is 850 nm. On the upper surface of the laser diode is a first metallization layer 7, which is used for the electrical connection of the p-doped side of the laser diode. The first Metallization layer 7 has a central aperture or light exit opening 7a in the light-emitting section for the passage of the laser radiation. The n-doped side of the component is usually electrically connected via a second metallization layer 8 contacted on the substrate 6.
Die obere Bragg-Reflektor-Schichtenfolge 4 enthält in dem Ausführungsbeispiel ein Spiegelpaar, welches eine sogenannte Stromapertur 41 enthält. Der Stromapertur 41 sorgt für eine laterale Strombegrenzung und definiert damit den eigentlichen aktiven gepumpten Bereich in dem lichtemittierenden Abschnitt des pn-Übergangs 3. Der Stromfluß wird auf den Öffnungsbereich der Stromapertur 41 beschränkt. Wie durch das Strompro- fil 9 angedeutet ist, kann somit der aktive gepumpte Bereich auf einen sehr kleinen Abschnitt 3a des pn-Übergangs begrenzt werden. Somit liegt der gepumpte Bereich im wesentlichen direkt unterhalb dieses Öffnungsbereichs in dem pn-Übergang 3. Die Stromapertur 41 kann in bekannter Weise durch partielle Oxidation der AlGaAs-Schichten des betreffenden Spiegelpaares oder durch Ionen- oder Protonenimplantation hergestellt werden. Es können auch gewünschtenfalls mehrere Stromaperturen angeordnet werden.In the exemplary embodiment, the upper Bragg reflector layer sequence 4 contains a pair of mirrors which contains a so-called current aperture 41. The current aperture 41 provides a lateral current limitation and thus defines the actual active pumped area in the light-emitting section of the pn junction 3. The current flow is restricted to the opening area of the current aperture 41. As indicated by the current profile 9, the active pumped area can thus be limited to a very small section 3a of the pn junction. The pumped area is thus essentially directly below this opening area in the pn junction 3. The current aperture 41 can be produced in a known manner by partial oxidation of the AlGaAs layers of the mirror pair in question or by ion or proton implantation. If desired, several current apertures can also be arranged.
Der lichtemittierende Abschnitt 10 des Bauelements ist inThe light-emitting section 10 of the component is in
Form einer Mesa-Struktur oberhalb des pn-Übergangs 3 strukturiert. Das bedeutet, daß durch vertikale Ätzprozesse bis zu einer Tiefe knapp oberhalb des pn-Übergangs 3 eine bestimmte Größe und Struktur des lichtemittierenden Abschnitts 10 auf der darunterliegenden Halbleiterschichtstruktur erzeugt wird. Nach diesen Ätzprozessen kann die mindestens eine Stromapertur 41 durch Oxidation der AlGaAs-Schichten gebildet werden. Im Anschluß daran werden die geätzten Bereiche durch einen Isolator, wie eine geeignete Passivierungsschicht 11, aufge- füllt. Ein isolierender Abschnitt 15 dieser Passivierungsschicht 11 trennt den lichtemittierenden Abschnitt 10 von dem Schutzdiodenabschnitt 20 des Halbleiterbauelements . Dieser geht aus derselben Halbleiterschichtstruktur hervor wie der lichtemit- tierende Abschnitt 10. Er besteht ebenfalls aus einer mesaförmigen Struktur, die zugleich mit der Herstellung der mesaförmigen Struktur des lichtemittierenden Abschnitts 10 hergestellt wird. Die Mesa-Struktur des Schutzdiodenabschnitts 20 weist eine bedeutend größere laterale Ausdehnung auf als die Mesa-Struktur des lichtemittierenden Abschnitts 10. Ebenso wie der lichtemittierende Abschnitt 10 enthält auch der Schutzdiodenabschnitt 20 den pn-Übergang 3, der sich über die gesamte Breite des Halbleiterbauelements erstreckt. Dieser hat jedoch in dem Schutzdiodenabschnitt 20 nicht die Funktion einer Lichtemission, sondern nur eine elektrische Funktion. Zusätzlich weist der Schutzdiodenabschnitt 20 noch eine Schottky-Diode 71 auf, die durch den Kontakt zwischen der oberen Metallisierungsschicht 7 mit der obersten Halbleiterschicht des Schutzdiodenabschnitts 20 erzeugt wird. Die Schottky-Diode 71 wird folgendermaßen hergestellt. Bei demStructured a mesa structure above the pn junction 3 structured. This means that a certain size and structure of the light-emitting section 10 is produced on the underlying semiconductor layer structure by vertical etching processes to a depth just above the pn junction 3. After these etching processes, the at least one current aperture 41 can be formed by oxidation of the AlGaAs layers. The etched areas are then filled up by an insulator, such as a suitable passivation layer 11. An insulating section 15 of this passivation layer 11 separates the light-emitting section 10 from the protective diode section 20 of the semiconductor component. This emerges from the same semiconductor layer structure as the light-emitting section 10. It also consists of a mesa-shaped structure which is produced at the same time as the mesa-shaped structure of the light-emitting section 10 is produced. The mesa structure of the protective diode section 20 has a significantly greater lateral extent than the mesa structure of the light-emitting section 10. Like the light-emitting section 10, the protective diode section 20 also contains the pn junction 3, which extends over the entire width of the semiconductor component , However, this does not have the function of light emission in the protective diode section 20, but only an electrical function. In addition, the protective diode section 20 also has a Schottky diode 71, which is produced by the contact between the upper metallization layer 7 and the uppermost semiconductor layer of the protective diode section 20. The Schottky diode 71 is manufactured as follows. In which
Wachstumsprozeß der Halbleiterschichtstruktur wird als letzte Schicht eine stark p-dotierte GaAs-Schicht abgeschieden, damit die nachfolgende Abscheidung der oberen Metallisierungsschicht 7 in dem lichtemittierenden Abschnitt 10 einen ohm- sehen Kontakt zwischen der Metallisierung und dem Halbleiter hervorruft. Vor der Abscheidung der oberen Metallisierungs- schicht 7 wird jedoch in dem Schutzdiodenabschnitt 20 die hochdotierte GaAs-Schicht abgeätzt, so daß in diesem Bereich die Metallisierungsschicht 7 auf den schwachdotierten Halb- leiterschichten einen Schottky-Kontakt bildet. Der Schottky- Kontakt besitzt eine diodenartige Kennlinie. Erst ab einer gewissen Flußspannung fließt ein nennenswerter Strom über diesen Übergang.The process of growing the semiconductor layer structure is the last layer to deposit a heavily p-doped GaAs layer so that the subsequent deposition of the upper metallization layer 7 in the light-emitting section 10 causes ohmic contact between the metallization and the semiconductor. Before the deposition of the upper metallization layer 7, however, the highly doped GaAs layer is etched off in the protective diode section 20, so that in this region the metallization layer 7 forms a Schottky contact on the weakly doped semiconductor layers. The Schottky contact has a diode-like characteristic. Only at a certain forward voltage does a significant current flow through this transition.
Anstelle der Mesaätzung und der Auffüllung der geätzten Bereiche mit einer Passivierungsschicht 11 kann der isolierende Abschnitt auch durch eine Ionen- oder Protonenimplantation hergestellt werden.Instead of the mesa etching and the filling of the etched areas with a passivation layer 11, the insulating one Section can also be produced by an ion or proton implantation.
Wie dargestellt, kann auch der Schutzdiodenabschnitt 20 mit einer Stromapertur versehen sein.As shown, the protective diode section 20 can also be provided with a current aperture.
In Fig. 2a ist ein elektrisches Ersatzschaltbild des Halbleiterbauelements der Fig. 1 dargestellt. Die Schottky-Diode 71 ist mit dem im Schutzdiodenabschnitt 20 befindlichen Ab- schnitt des pn-Übergangs 3 in Reihe geschaltet und beide genannten Bauelemente sind mit dem lichtemittierenden Abschnitt 10 parallel geschaltet. Die gesamte Anordnung wird mit einer Spannungsquelle 30 verbunden. Die Serienschaltung des pn- Übergangs 3 und der Schottky-Diode 71 in dem Schutzdiodenab- schnitt 20 soll nach Möglichkeit eine elektrische Strom-Spannungs-Kennlinie ergeben, wie sie in Fig. 2b als Schutzdioden- Kennlinie dargestellt ist. Die Kennlinie des VCSEL-Halblei- terlasers ist ebenfalls dargestellt. Für den normalen Betrieb des Halbleiterbauelements wird ein Arbeitspunkt, d.h. eine Spannung der Spannungsquelle 30 eingestellt, die unterhalb der DurchbruchsSpannung der Schutzdioden-Kennlinie liegt. In diesem Fall fließt nur ein sehr geringer Strom durch den Schutzdiodenabschnitt 20 und der weitaus größte Anteil des Stroms fließt durch die VCSEL-Halbleiterlaserdiode und führt zu der gewünschten Lichtemission . Die Spannung kann gewünsch- tenfalls über den normalen Arbeitspunkt hinaus bis zur DurchbruchsSpannung der Schutzdioden-Kennlinie erhöht werden. Wenn jetzt eine Spannungspitze oder eine ESD-Spannungsbelastung stattfindet, die weit oberhalb des normalen Arbeitspunktes liegt, so führt dies dazu, daß ein Großteil des elektrischen Stromes über den Schutzdiodenabschnitt 20 fließt und nicht über die VCSEL-Halbleiterlaserdiode.FIG. 2a shows an electrical equivalent circuit diagram of the semiconductor component in FIG. 1. The Schottky diode 71 is connected in series with the section of the pn junction 3 located in the protective diode section 20, and both components mentioned are connected in parallel with the light-emitting section 10. The entire arrangement is connected to a voltage source 30. The series connection of the pn junction 3 and the Schottky diode 71 in the protective diode section 20 should, if possible, result in an electrical current-voltage characteristic as shown in FIG. 2b as a protective diode characteristic. The characteristic curve of the VCSEL semiconductor laser is also shown. For the normal operation of the semiconductor device, an operating point, i.e. a voltage of the voltage source 30 is set, which is below the breakdown voltage of the protective diode characteristic. In this case, only a very small current flows through the protection diode section 20 and the vast majority of the current flows through the VCSEL semiconductor laser diode and leads to the desired light emission. If necessary, the voltage can be increased beyond the normal operating point up to the breakdown voltage of the protective diode characteristic. If a voltage spike or an ESD voltage load now takes place which is far above the normal operating point, this leads to the fact that a large part of the electrical current flows through the protective diode section 20 and not via the VCSEL semiconductor laser diode.
Somit wird die Laserdiode wirksam vor hohen ESD-Spannungsbe- lastungen geschützt, ohne daß Einbußen im normalen Betrieb hingenommen werden müssen. Die gezeigte Halbleiterschichtstruktur des Bauelements kann in verschiedener Weise variiert werden. So kann beispielsweise die Dotierungsfolge der Halbleiterschichten geändert werden, um eine Diode mit einem n-dotierten oberen Bragg-Re- flektor zu erzeugen. Auch der Schottky-Übergang kann anders ausgebildet werden. Die oberste Halbleiterschicht kann z.B. auch undotiert oder n-dotiert sein. Im Bereich der großflächigen Schutzdiode ergibt sich damit ein zumindest teilweise sperrender Übergang mit einer Dioden-Charakteristik, so daß ein Abätzen der obersten Halbleiterschicht nicht erforderlich ist. Im Bereich der VCSEL-Halbleiterlaserdiode wird ein ohm- scher Widerstand dann entweder durch Abätzen der obersten Halbleiterschichten bis auf die p-dotierten Schichten erzeugt, oder es wird eine Diffusion eines p-Dotierstoffes, wie Zn, durchgeführt, um den Metallkontakt an die p-dotierten Bragg-Reflektor-Schichten anzuschließen .The laser diode is thus effectively protected against high ESD voltage loads without having to accept losses in normal operation. The semiconductor layer structure of the component shown can be varied in different ways. For example, the doping sequence of the semiconductor layers can be changed in order to produce a diode with an n-doped upper Bragg reflector. The Schottky transition can also be designed differently. The uppermost semiconductor layer can, for example, also be undoped or n-doped. In the area of the large-area protective diode, this results in an at least partially blocking transition with a diode characteristic, so that etching away of the uppermost semiconductor layer is not necessary. In the area of the VCSEL semiconductor laser diode, an ohmic resistance is then either generated by etching off the uppermost semiconductor layers down to the p-doped layers, or a diffusion of a p-dopant, such as Zn, is carried out in order to bring the metal contact to the p- connect doped Bragg reflector layers.
Anstelle einer VCSEL-Halbleiterlaserdiode kann auch eine andere Halbleiterlaserdiode, wie eine kantenemittierende Laser- diode, oder eine Lumineszenzdiode (LED) verwendet werden.Instead of a VCSEL semiconductor laser diode, another semiconductor laser diode, such as an edge-emitting laser diode, or a luminescence diode (LED) can also be used.
Es kann auch vorgesehen sein, daß der pn-Übergang 3 sich nicht über die gesamte Breite des Halbleiterbauelements erstreckt, somit nicht Teil des Schutzdiodenabschnitts 20 ist. Stattdessen kann vorgesehen sein, den Schutzdiodenabschnitt 20 in einem eigenen Wachstumsverfahren mit einem gesonderten pn-Übergang zu versehen. Dies erlaubt die maßgeschneiderte Herstellung einer Schutzdiode mit einer gewünschten Kennlinie .It can also be provided that the pn junction 3 does not extend over the entire width of the semiconductor component and is therefore not part of the protective diode section 20. Instead, it can be provided to provide the protective diode section 20 with a separate pn junction in a separate growth process. This allows a protective diode with a desired characteristic to be made to measure.
Insbesondere ist es insofern auch nicht zwingend erforderlich, den Schutzdiodenabschnitt 20 - wie im Ausführungsbei- spiel der Fig. 1 vorgesehen - mit erheblich größerer lateraler Ausdehnung im Vergleich mit dem lichtemittierenden Ab- schnitt auszubilden, da der Schutzdiodenabschnitt mit anderen Materialien und/oder Dotierungen versehen sein kann, um den geforderten niedrigen elektrischen Widerstand im durchgeschalteten Zustand zu halten. In particular, it is also not absolutely necessary to design the protective diode section 20 - as provided in the exemplary embodiment in FIG. 1 - with a considerably greater lateral extent in comparison with the light-emitting section, since the protective diode section is provided with other materials and / or doping can be around the to maintain the required low electrical resistance when switched on.

Claims

Patentansprüche claims
1. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement, mit1. Light-emitting semiconductor component, with
- einem Halbleitersubstrat (6) und - einer auf dem Halbleitersubstrat aufgebrachten Halbleiterschichtenfolge, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß- A semiconductor substrate (6) and - A semiconductor layer sequence applied to the semiconductor substrate, that is, that
- die Halbleiterschichtenfolge einen einen lichtemittierenden pn-Übergang (3) enthaltenden lichtemittierenden Abschnitt (10) und einen eine Schutzdiode (3b, 71) enthaltenden- The semiconductor layer sequence has a light-emitting section (10) containing a light-emitting pn junction (3) and a light-emitting section (3b, 71)
Schutzdiodenabschnitt (20) aufweist, die zusammenhängend nebeneinander ausgebildet sind,Protection diode section (20) which are formed contiguously side by side,
- eine erste Kontaktmetallisierung (8) auf der Substratoberfläche aufgebracht ist und eine zweite Kontaktmetallisie- rung (7) auf der der Substratoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist,a first contact metallization (8) is applied to the substrate surface and a second contact metallization (7) is applied to the surface of the semiconductor layer sequence opposite the substrate surface,
- ein sich von der zweiten Kontaktmetallisierung (7) bis in eine bestimmte Tiefe des Bauelements erstreckender, den lichtemittierenden Abschnitt (10) und den Schutzdiodenab- schnitt (20) elektrisch voneinander isolierender Abschnitt (15) ausgebildet ist, und- A section (15) extending from the second contact metallization (7) to a certain depth of the component, the light-emitting section (10) and the protective diode section (20) is formed, and
- der Schutzdiodenabschnitt (20) und die Schutzdiode (3b, 71) derart ausgebildet sind, daß der Schutzdiodenabschnitt (20) eine höhere Flußspannung als der lichtemittierende Ab- schnitt (10) aufweist, und bei einer zwischen den Kontaktmetallisierungen (7, 8) an das Bauelement angelegten Spannung, die höher als die Flußspannung des Schutzdiodenabschnitts (20) ist, einen geringeren elektrischen Widerstand als der lichtemittierende Abschnitt (10) aufweist.- The protective diode section (20) and the protective diode (3b, 71) are designed such that the protective diode section (20) has a higher forward voltage than the light-emitting section (10), and one between the contact metallizations (7, 8) the component applied voltage, which is higher than the forward voltage of the protective diode section (20), has a lower electrical resistance than the light-emitting section (10).
2. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß2. Light-emitting semiconductor component according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- der lichtemittierende pn-Übergang (3a) ein Teil eines sich über den lichtemittierenden Abschnitt (10) und den Schutz- diodenabschnitt (20) erstreckenden pn-Übergangs (3) ist,the light-emitting pn junction (3a) is part of a pn junction (3) which extends over the light-emitting section (10) and the protective diode section (20),
- der isolierende Abschnitt (15) sich bis vor den pn-Übergang (3) erstreckt, und - die Schutzdiode (3b, 71) aus dem anderen Teil des pn-Übergangs (3) und einer weiteren Diode gebildet ist.- The insulating section (15) extends before the pn junction (3), and - The protective diode (3b, 71) is formed from the other part of the pn junction (3) and a further diode.
3. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß3. Light-emitting semiconductor component according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die Schutzdiode (3b, 71) durch eine Reihenschaltung von einem zwischen der zweiten Kontaktmetallisierung (7) und der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge des Schutzdiodenabschnitts (20) gebildeten Schottky-Kontakt (71) und dem sich über den Schutzdiodenabschnitt (20) erstreckenden Teil (3b) des pn-Übergangs (3) gebildet ist.- The protective diode (3b, 71) by a series connection of a Schottky contact (71) formed between the second contact metallization (7) and the surface of the semiconductor layer sequence of the protective diode section (20) and the part (3b) extending over the protective diode section (20) ) of the pn junction (3) is formed.
4. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß4. Light-emitting semiconductor component according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- der Schutzdiodenabschnitt (20) eine erheblich größere laterale Ausdehnung als der lichtemittierende Abschnitt (10) aufweist, so daß insbesondere- The protective diode section (20) has a considerably greater lateral extent than the light-emitting section (10), so that in particular
- der andere Teil (3b) des pn-Übergangs (3) eine erheblich größere Fläche aufweist als der eine Teil (3a) des pn-Übergangs (3 ) .- The other part (3b) of the pn junction (3) has a considerably larger area than the one part (3a) of the pn junction (3).
5. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß5. Light-emitting semiconductor component according to one of claims 2 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- der lichtemittierende Abschnitt (10) und der Schutzdiodenabschnitt (20) als freistehende oder mesaförmige Strukturen oberhalb des pn-Übergangs (3) ausgebildet sind, und- The light-emitting section (10) and the protective diode section (20) are designed as free-standing or mesa-shaped structures above the pn junction (3), and
- die den Seitenwänden der Strukturen benachbarten Ab- schnitte, insbesondere der isolierende Abschnitt (15), mit einem isolierenden Material (11) aufgefüllt sind.- The sections adjacent to the side walls of the structures, in particular the insulating section (15), are filled with an insulating material (11).
6. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß6. Light-emitting semiconductor component according to one of claims 2 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- der isolierende Abschnitt (15) durch Ionen- oder Protonenimplantation hergestellt ist. - The insulating section (15) is made by ion or proton implantation.
7. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß7. Light-emitting semiconductor component according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- der lichtemittierende Abschnitt (10) durch eine Vertikalre- sonator-Laserdiode (VCSEL) gebildet ist, bei der- The light-emitting section (10) is formed by a vertical resonator laser diode (VCSEL), in which
- der pn-Übergang (3a) zwischen einer ersten Bragg-Reflektor- Schichtenfolge (2) und einer zweiten Bragg-Reflektor- Schichtenfolge (4), von denen jede eine Mehrzahl von Spiegelpaaren aufweist, angeordnet ist, - die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) einen Laser-Resonator bilden,- The pn junction (3a) is arranged between a first Bragg reflector layer sequence (2) and a second Bragg reflector layer sequence (4), each of which has a plurality of mirror pairs, - the two Bragg reflectors - Layer sequences (2, 4) form a laser resonator,
- eine (4) der beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) für die in dem pn-Übergang (3a) erzeugte Laserstrahlung teildurchlässig ist.- One (4) of the two Bragg reflector layer sequences (2, 4) is partially transparent to the laser radiation generated in the pn junction (3a).
8. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß8. Light-emitting semiconductor component according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- in einer (4) der beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) mindestens eine Stromapertur (41) zur Begrenzung des ge- pumpten aktiven Bereiches des pn-Übergangs (3) durch Bündelung des im Betrieb der Vertikalresonator-Laserdiode durch den pn-Übergang (3a) fließenden Betriebsstrom vorgesehen ist .- In one (4) of the two Bragg reflector layer sequences (2, 4) at least one current aperture (41) to limit the pumped active area of the pn junction (3) by bundling the laser diode during operation of the vertical resonator pn junction (3a) flowing operating current is provided.
9. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß9. Light-emitting semiconductor component according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die zweite Kontaktmetallisierung (7) die Oberfläche des lichtemittierenden Abschnitts (10) derart teilweise bedeckt, daß ein unbedeckter Bereich als Lichtdurchtrittsöff- nung (7a) verbleibt.- The second contact metallization (7) partially covers the surface of the light-emitting section (10) in such a way that an uncovered area remains as a light passage opening (7a).
10. Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements, mit den Verfahrensschritten a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (6); b) Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge enthaltend einen pn-Übergang (3); c) Durchführung von Ätzschritten zur Erzeugung eines mesaförmigen, lichtemittierenden Abschnitts (10) und eines mesaförmigen Schutzdiodenabschnitts (20), welche oberhalb des pn-Übergangs (3) ausgebildet sind; d) Auffüllen der den mesaförmigen Strukturen benachbarten Abschnitte, insbesondere des zwischen den mesaförmigen Strukturen liegenden Abschnitts (15) mit einem isolierenden Material (11) ; e) Aufbringen einer ersten Kontaktmetallisierung (8) auf der Substratoberfläche; f) Aufbringen einer zweiten Kontaktmetallisierung (7) auf den der Substratoberflache gegenüberliegenden Oberflächen der mesaförmigen Strukturen, wobei im Bereich des lichtemittierenden Abschnitts (10) ein ohmscher Kontakt und im Bereich des Schutzdiodenabschnitts (20) ein Schottky-Kontakt (71) erzeugt wird.10. A method for producing a light-emitting semiconductor component, with the method steps a) providing a semiconductor substrate (6); b) growing a semiconductor layer sequence containing a pn junction (3); c) carrying out etching steps for producing a mesa-shaped, light-emitting section (10) and a mesa-shaped protective diode section (20) which are formed above the pn junction (3); d) filling the sections adjacent to the mesa-shaped structures, in particular the section (15) lying between the mesa-shaped structures, with an insulating material (11); e) applying a first contact metallization (8) to the substrate surface; f) applying a second contact metallization (7) to the surfaces of the mesa-shaped structures opposite the substrate surface, an ohmic contact being produced in the area of the light-emitting section (10) and a Schottky contact (71) in the area of the protective diode section (20).
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß - im Verfahrensschritt (b) eine oberste relativ stark dotierte Halbleiterschicht aufgebracht wird; und11. The method according to claim 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that - in method step (b) an uppermost relatively heavily doped semiconductor layer is applied; and
- im Verfahrensschritt f) vor dem Aufbringen der zweiten Kontaktmetallisierung (7) die oberste Schicht im Bereich des Schutzdiodenabschnitts (20) abgeätzt wird, so daß zwischen der zweiten Kontaktmetallisierung (7) und der unter der abgeätzten Schicht befindlichen Halbleiterschicht ein Schottky-Kontakt (71) und im Bereich des lichtemittierenden Abschnitts (10) zwischen der zweiten Kontaktmetallisierung (7) und der relativ stark dotierten Halbleiterschicht ein ohmscher Kontakt gebildet wird- In step f), before the second contact metallization (7) is applied, the top layer in the region of the protective diode section (20) is etched away, so that a Schottky contact (71) is located between the second contact metallization (7) and the semiconductor layer located under the etched off layer ) and an ohmic contact is formed in the area of the light-emitting section (10) between the second contact metallization (7) and the relatively heavily doped semiconductor layer
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß12. The method of claim 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- die oberste Schicht eine GaAs-Schicht und die nachfolgende Schicht eine AlGaAs-Schicht ist und infolge einer relativ hohen Aluminiumkonzentration als Ätzstoppschicht wirkt. - The top layer is a GaAs layer and the subsequent layer is an AlGaAs layer and acts as an etch stop layer due to a relatively high aluminum concentration.
13. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß13. The method according to claim 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- im Verfahrenssschritt b) die oberste Schicht nominell undotiert ist oder einen zu dem in diesem Bereich des pn-Über- gangs (3) vorgesehenen Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist,in step b) the top layer is nominally undoped or has a doping type opposite to the doping type provided in this area of the pn junction (3),
- und im Verfahrensschritt f) die oberste Schicht im Bereich des lichtemittierenden Abschnitts (10) abgeätzt wird, so daß zwischen der zweiten Kontaktmetallisierung (7) und der unter der abgeätzten Schicht befindlichen Halbleiterschicht ein ohmscher Kontakt und im Bereich des Schutzdiodenabschnitts (20) zwischen der zweiten Kontaktmetallisierung (7) zwischen der zweiten Kontaktmetallisierung (7) und der obersten Schicht ein Schottky-Kontakt (71) gebildet wird.- And in process step f) the top layer in the area of the light-emitting section (10) is etched off, so that an ohmic contact between the second contact metallization (7) and the semiconductor layer located under the etched-off layer and in the area of the protective diode section (20) second contact metallization (7) between the second contact metallization (7) and the top layer, a Schottky contact (71) is formed.
14. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß14. The method according to claim 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- im Verfahrensschritt b) die oberste Schicht nominell undotiert ist oder einen zu dem in diesem Bereich des pn-Über- gangs (3) vorgesehenen Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, und- in method step b) the top layer is nominally undoped or has a doping type opposite to the doping type provided in this area of the pn junction (3), and
- im Verfahrensschritt f) die oberste Schicht im Bereich des lichtemittierenden Abschnitts (10) mit einem Dotierstoff dotiert wird, dessen Dotierungstyp in diesem Bereich des pn-Übergangs (3) vorgesehen ist.- In method step f) the top layer in the area of the light-emitting section (10) is doped with a dopant, the doping type of which is provided in this area of the pn junction (3).
15. Verfahren einem der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß15. The method of any one of claims 10 to 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n t that
- im Verfahrensschritt b) die Halbleiterschichtenfolge im wesentlichen nachfolgend aus einer ersten Bragg-Reflektor- Schichtenfolge (2), dem pn-Übergang (3) und einer zweiten Bragg-Reflektor-Schichtenfolge (4) zusammengesetzt ist, wobei- In step b), the semiconductor layer sequence is essentially composed of a first Bragg reflector layer sequence (2), the pn junction (3) and a second Bragg reflector layer sequence (4), wherein
- die Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) jeweils eine Mehrzahl von Spiegelpaaren aufweisen,the Bragg reflector layer sequences (2, 4) each have a plurality of mirror pairs,
- die beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4) einen Laser-Resonator bilden, und - eine (4) der beiden Bragg-Reflektor-Schichtenfolgen (2, 4] für die in dem pn-Übergang (3) erzeugte Laserstrahlung teildurchlässig ist. - The two Bragg reflector layer sequences (2, 4) form a laser resonator, and - One (4) of the two Bragg reflector layer sequences (2, 4] is partially transparent to the laser radiation generated in the pn junction (3).
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