(57)【要約】【課題】空間的にコンパクトでかつビーム発光及び受光素子が可及的に良好に相互調整のできる半導体構成素子を提供すること。【解決手段】電磁ビームを生成する領域が、電磁ビームを吸収する領域のものとは異なる組成部を有するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に離間されて共通の基板（３）上に集積化されて配設されている、少なくとも１つの第１の半導体層構造部（１）と第２の半導体層構造部（２）を有し、
前記第１の半導体層構造部（１）は、電磁ビームを生成する領域（５）を有しており、該領域（５）は、第１の半導体層構造部（１）のｐ導電型半導体層（６）とｎ導電型半導体層（７）の間に配設されており、
前記第２の半導体層構造部（２）は、電磁ビームを吸収する領域（９）を有している、ビーム発光及び受光型半導体構成素子において、
前記電磁ビームを生成する領域（５）が、電磁ビームを吸収する領域（９）のものとは異なる組成部を有するように構成されていることを特徴とする半導体構成素子。
【請求項２】
前記ビームを吸収する領域（９）は、ビームを生成する領域（５）からのビームに対して調整されている、請求項１記載の半導体構成素子。
【請求項３】
前記第１の半導体層構造部（１）と第２の半導体層構造部（２）は、基板（３）上で隣接する予に配設されている、請求項１または２記載の半導体構成素子。
【請求項４】
前記第１の半導体層構造部（１）と第２の半導体層構造部（２）は、電気的に絶縁された領域若しくは切欠部（１０）によって相互に離間されている、請求項１から３いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項５】
前記切欠部（１０）は、基板（３）まで形成されている、請求項４記載の半導体構成素子。
【請求項６】
前記第１の半導体層構造部（１）は、第１の半導体層列（１５）を有し、該第１の半導体層列（１５）はビームを生成する領域（５）を含み、
前記第２の半導体層構造部（２）は、第１の半導体層列（１５）と第２の半導体層列（１６）を有し、該第２の半導体層列（１６）はビームを吸収する領域（９）を含み、
前記第１の半導体層構造部（１）の第１の半導体層列（１５）は、第２の半導体層構造（２）の第１の半導体層列（１５）に相応し有利には同じ組成部を有しており、
前記第１の半導体層列（１５）は、それぞれ基板（３）上に配設されており、
前記第２の半導体層列（１６）は、第１の半導体層列（１５）上に配設されている、請求項１から５いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項７】
前記基板（３）は、導電的に構成されている、請求項１から６いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項８】
第１の半導体層構造部（１）と第２の半導体層構造部（２）の間に導電層（１１）が少なくとも基板（３）上に配設されており、該導電層（１１）は、基板（３）を介して第１のコンタクト層（４）と電気的に接続されており、該第１のコンタクト層（４）は基板（３）の側方で第１の半導体層列（１５）と電気的に接続されている、請求項７記載の半導体構成素子。
【請求項９】
前記導電層（１１）は、層列として構成されている、請求項８記載の半導体構成素子。
【請求項１０】
前記導電層（１１）は、第２の半導体層構造部（２）の第１の半導体層列（１５）と電気的に接続されている、請求項８または９記載の半導体構成素子。
【請求項１１】
前記ビームを生成する領域（５）および/またはビームを吸収する領域（９）は、量子井戸構造を有している、請求項１から１０いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１２】
前記ビームを吸収する領域（９）は、２つのミラー層（１３ａ，１３ｂ）の間に配設されている、請求項１から１０いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１３】
第１の半導体層構造部（１）のｐ導電型半導体層（６）とｎ導電型半導体層（７）がミラー層として構成されている、請求項１から１２いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１４】
前記ミラー層（６，７，１３ａ，１３ｂ）は、ブラッグミラー層として構成されている、請求項１２または１３記載の半導体構成素子。
【請求項１５】
第１の半導体層構造部（１）の第１の半導体層列（１５）は、電流制限層（１４）を有しており、該電流制限層は、ビームを生成する領域（５）の基板（３）から離れた側の半導体層内に設けられている、請求項１から１４いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１６】
前記第１の半導体層列（１５）は、ビームを生成する領域（５）と基板（３）の間にｎ導電型半導体層（７）を有し、またビームを生成する領域（５）の基板（３）から離れた側にはｐ導電型半導体層（６）を有しており、
前記第２の半導体層列（１６）は、ｐ導電型半導体層（１３ａ）からなる積層部を含んでおり、この場合ビームを吸収する領域（９）はｎ導電型であり、前記ｐ導電型半導体層（１３ａ）の積層部と第１の半導体層列のｐ導電型半導体層（６，１３ｂ）の間に配設されている、請求項１から１５いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１７】
前記第１の半導体層列（１５）は、ビームを生成する領域（５）と基板（３）の間にｐ導電型半導体層を有し、またビームを生成する領域（５）の基板（３）から離れた側にはｎ導電型半導体層を有しており、
前記第２の半導体層列（１６）は、ｎ導電型半導体層からなる積層部を含んでおり、この場合ビームを吸収する領域（９）はｐ導電型であり、前記ｎ導電型半導体層の積層部と第１の半導体層列のｎ導電型半導体層の間に配設されている、請求項１から１４いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１８】
前記第２の半導体層構造部（２）は、基板（３）から離れた側にフィルタ層（１７）を有している、請求項１から１７いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１９】
前記フィルタ層（１７）は、半導体層として形成されている、請求項１８記載の半導体構成素子。
【請求項２０】
前記ビームは、λ１とλ２の間の波長範囲で受信されており、この場合
前記λ１とλ２は、λ２＞λ１の関係にあり、
ビームを吸収する領域（９）は、λ２よりも小さい波長の電磁ビームを検出し、
前記フィルタ層（１７）は、λ１よりも小さい波長の電磁ビームは吸収し、λ１よりも大きい波長の電磁ビームは通過させる、請求項１８または１９記載の半導体構成素子。
【請求項２１】
前記フィルタ層（１７）は、少なくとも１つの量子井戸構造を有している、請求項１８から２０いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２２】
前記フィルタ層（１７）は、当該フィルタ層（１７）によって吸収されたビームをλ２よりも大きい波長の光に変換する、請求項１８から２１いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２３】
少なくとも基板（３）から離れている側の第１の半導体層構造部（１）の表面及び/又は、基板（３）から離れている側の第２の半導体層構造部（２）の表面は、電気的に絶縁されたパッシベーション層（１２）によって部分的に覆われており、この場合当該パッシベーション層（１２）によって覆われていない表面の部分は、第２のコンタクト層（８）によって覆われている、請求項１から２２いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２４】
第１の半導体層構造部（１）が１つまたは複数のレーザーダイオードを形成している、請求項１から２３いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２５】
前記レーザーダイオードは、ＶＣＳＥＬとして構成されている、請求項２４記載の半導体構成素子。
【請求項２６】
前記第２の半導体層構造部（２）は、１つまたは複数のホトトランジスタを形成している、請求項１から２５いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２７】
前記ホトトランジスタは、共振空胴形ホトトランジスタとして構成されている、請求項２６記載の半導体構成素子。
【請求項２８】
前記第２の半導体層構造部（２）１つ又は複数のホトダイオードを形成している、請求項１から２５いずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２９】
前記ホトダイオードは、共振空胴形ホトダイオードとして構成されている、請求項２８記載の半導体構成素子。
【請求項３０】
ビームを発光するための第１の半導体層構造部（１）とビームを受光するための第２の半導体層構造部（２）を含んでいる、集積化された半導体構成素子を製造するための方法において、
ａ）基板（３）を設け、
ｂ）前記基板（３）上に、ビームを生成する領域（５）を含んだ第１の半導体層列（１５）をエピタキシャルに析出し、該第１の半導体層列（１５）上にビームを吸収する領域（９）を含んだ第２の半導体層列（１６）をエピタキシャルに析出し、
ｃ）基板（３）から離れている側の第１の半導体層列（１５）の表面で電気的なコンタクトのために少なくとも１つの第１の箇所を露出させ、基板（３）から離れている側の第２の半導体層列（１６）の表面で電気的なコンタクトのための少なくとも１つの第２の箇所を露出させるために、第２の半導体層列（１６）若しくは２つの半導体層列（１５、１６）を構造化し、
ｄ）第１の半導体層列（１５）を有しかつ基板（３）と第１のコンタクト箇所の間に配設されている第１の半導体層構造部（１）を、第１及び第２の半導体層列（１５、１６）を有しかつ基板（３）と第２のコンタクト箇所の間に配設されている第２の半導体層構造部（２）から電気的に絶縁させ、
ｅ）第１のコンタクト層（４）を基板（３）の自由表面上に被着させ、第２のコンタクト層（８）を少なくとも第１及び第２のコンタクト箇所に被着させるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記方法ステップ（ｅ）の前に、電気的に絶縁されているパッシベーション層（１２）を、少なくとも部分的に、第１及び第２の半導体層構造部（１、２）の基板（３）から離れている側の自由表面に被着させ、この場合第１及び第２のコンタクト箇所は、露出され、
前記方法ステップ（ｅ）において、第２のコンタクト層（８）を第１及び第２のコンタクト箇所上と、少なくとも部分的にパッシベーション層（１２）に被着させる、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記方法ステップ（ｄ）における絶縁を、第１及び第２の半導体層構造部（１，２）の間に存在する、少なくとも基板（３）に接している第１の半導体層列（１５）若しくは第１及び第２の半導体層列（１５，１６）の領域の打ち込みまたは除去を用いて行う、請求項３０または３１記載の方法。
【請求項３３】
前記方法ステップ（ｅ）において、第１のコンタクト層（４）と第２のコンタクト層（８）/第３のコンタクト層の間で電気的な接続を形成するために、領域の除去によって露出した基板（３）の表面と、領域の除去によって露出した半導体層列表面の少なくとも一部を、第２のコンタクト層（８）若しくは第３のコンタクト層で覆うようにした、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記第１のコンタクト層（４）、第２のコンタクト層（８）および/または場合によって第３のコンタクト層は、層列として形成されている、請求項３０から３３いずれか１項記載の方法。
【請求項３５】
前記第１のコンタクト層（４）、第２のコンタクト層（８）および/または場合によって第３のコンタクト層は、同じ組成部、それぞれ相互に異なる組成部、又は部分的に異なる組成部を有している、請求項３０から３４いずれか１項記載の方法。
【請求項３６】
前記方法ステップ（ｅ）の前、及び場合によってはパッシベーション層（１２）の被着前に、電流制限層（１４）が第１の半導体層構造部（１）の第１の半導体層列（１５）内でビームを生成する領域（５）と第１のコンタクト箇所の間に設けられる、請求項３０から３５いずれか１項記載の方法。
【請求項３７】
方法ステップ（ｃ）において、第２の半導体層構造部（２）が次のように構造化される、すなわちメサ形構造部（１８ｂ）が形成され、その側面（１９ｂ）は第２の半導体層列（１６）から第１の半導体層列（１５）まで延在するように構造化される、請求項３０から３６いずれか１項記載の方法。
【請求項３８】
前記方法ステップ（ｂ）において、フィルタ層（１７）が付加的にエピタキシャルに第２の半導体層列（１６）上に析出される、請求項３０から３７いずれか１項記載の方法。
【請求項３９】
前記方法ステップ（ｃ）において、構造化がエッチングによって行われる、請求項３０から３８いずれか１項記載の方法。
【請求項４０】
前記方法ステップ（ｃ）において、第１の半導体層構造部（１）が次のように構造化される、すなわちメサ型構造部（１８ａ）が形成され、その側面（１９ａ）は第１の半導体層列（１５）から、基板（３）とビーム生成領域（５）の間に存在する半導体層まで延在するように構造化される、請求項３０から３９いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に離間されて共通の基板上に集積化されて配設されている、少なくとも１つの第１の半導体層構造部と第２の半導体層構造部を有し、前記第１の半導体層構造部は、電磁ビームを生成する領域を有しており、該領域は、第１の半導体層構造部のｐ導電型半導体層とｎ導電型半導体層の間に配設されており、前記第２の半導体層構造部は、電磁ビームを吸収する領域を有している、ビーム発光及び受光型半導体構成素子並びに、ビームを発光するための第１の半導体層構造部とビームを受光するための第２の半導体層構造部を含んでいる、集積化された半導体構成素子を製造するための方法に関している。
【背景技術】
【０００２】
この出願は、独国特許出願DE 10345555.8-33の優先権を主張するものであり、その開示内容はここでは引用されている。
【０００３】
冒頭に述べたような形式の半導体素子は、例えば米国特許出願US 5,978,40明細書及び公知文献“kosaka et al, pixels Consisting of a Single Vertical-Cavity Laser Thyristor and a Double Vertical-Cavity Phototransistor, 1993 IEEE 1409-1411”から公知である。そこでは、半導体構成素子のビーム発光及び受光部分の半導体層構造が実質的に同じである。
【０００４】
周辺光が入れ替わったり異なる光源を備えた光学センサ系の適用分野では、通常は発光部と受光部が空間的に近接して存在している。そのような適用ケースで望まれることは、できるだけ狭い空間に発光素子と受光素子の他に種々異なる構成要素（例えば光学系、レンズフィルタ、増幅器など）が取付けられることである。頻繁には、発光素子、受光素子及びその他の構成要素は、それぞれ別個の構成素子として個々の構造形態で隣接して組込まれ、相互に調整され別々に駆動される。
【特許文献１】米国特許出願US 5,978,40明細書
【特許文献２】独国特許出願DE 10341086.4の明細書
【非特許文献１】“kosaka et al, pixels Consisting of a Single Vertical-Cavity Laser Thyristor and a Double Vertical-Cavity Phototransistor, 1993 IEEE 1409-1411”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べたような形式のビーム発光及び受光型の構成素子において、空間的にコンパクトでかつビーム発光及び受光素子が可及的に良好に相互調整のできる半導体構成素子を提供することである。さらに本発明の課題は、そのような半導体構成素子をできるだけ技術的コストの負担をかけずに製造できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は本発明により、電磁ビームを生成する領域が、電磁ビームを吸収する領域のものとは異なる組成部を有するように構成されて解決される。
【０００７】
また前記課題は本発明により、
ａ）基板を設け、
ｂ）前記基板上に、ビームを生成する領域を含んだ第１の半導体層列をエピタキシャルに析出し、該第１の半導体層列上にビームを吸収する領域を含んだ第２の半導体層列をエピタキシャル析出し、
ｃ）基板から離れている側の第１の半導体層列の表面で電気的なコンタクトのために少なくとも１つの第１の箇所を露出させ、基板から離れている側の第２の半導体層列の表面で電気的なコンタクトのための少なくとも１つの第２の箇所を露出させるために、第２の半導体層列若しくは２つの半導体層列を構造化し、
ｄ）第１の半導体層列を有しかつ基板と第１のコンタクト箇所の間に配設されている第１の半導体層構造部を、第１及び第２の半導体層列を有しかつ基板と第２のコンタクト箇所の間に配設されている第２の半導体層構造部から電気的に絶縁させ、
ｅ）第１のコンタクト層を基板の自由表面上に被着させ、第２のコンタクト層を少なくとも第１及び第２のコンタクト箇所に被着させるようにして解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明によれば、ビーム発光及び受光半導体素子が少なくとも１つの第１の半導体層構造部と第２の半導体層構造部を有しており、これらの層構造部が相互に離間されて１つの共通の基板上に集積化されており、特に有利にはモノリシックに集積化されて配設されている。第１の半導体層構造部は、電磁ビームを生成する領域を含んでおり、この領域はｐ導電型半導体層からなる積層部とｎ導電型半導体層からなる積層部の間に設けられている。第２の半導体層構造部は、電磁ビームを吸収する領域を含んでいる。
【０００９】
有利には、ビームを生成する領域は、ビームを吸収する領域とは異なる組成部を有している。それにより、ビームを吸収する領域は、ビームを生成する領域から発光されたビームの波長範囲よりも広い波長範囲でビームを吸収することができるようになる。吸収のためのより広幅な波長範囲は、特に狭帯域な受光部の場合に次のような利点をもたらす。すなわちビームを生成する領域からのビームのうち斜め方向から（すなわち垂直方向ではない）受光部に入射するビームも検出することができる。
【００１０】
ビームを吸収する領域を囲む半導体層がブラッグミラーとして構成されているならば、斜め方向から入射したビームが検出すべき吸収範囲内にある波長であっても、ブラッグミラーの干渉作用によってビーム吸収領域に達しないことが生じ得る。その比較としてビームを生成する領域と同じ組成部を有しているビーム吸収領域は、通常は、主に吸収領域に対して垂直方向から入射する、ビーム生成領域からのビームしか吸収しない。それ故にそのような半導体構成素子の受光部では、発光部から照射されたビームのほとんどの部分が吸収されない危険性が生じ得る。そのため受光部と発光部は、最適な相互調整はできない。
【００１１】
受光部が、所定の条件のもとで、発光部からのビームの全てか若しくは少なくとも可及的に大半の部分を検出できるならば、この受光部と発光部は、良好に相互調整できる。
【００１２】
ビームを生成する領域の組成とビームを吸収する領域の組成が異なることによって、受光部の感度の形成に対してより広大な遊び（余裕度）が得られる。この受光部は、より正確に発光部のビームレンジに調整できる。さらに有利には、発光部から照射されたビーム若しくはこのビームの受光部での入力結合に対して悪影響を与えるような不都合な周辺条件に対して（例えば前述したような斜め方向から入射するビームに対して）さらに良好な補償が可能となる。
【００１３】
本発明の有利な実施形態においては、第１の半導体層構造部が第２の半導体層構造部から電気的に絶縁された領域若しくは切欠部によって分離される。この電気的な絶縁領域ないしは切欠部は、少なくともビーム生成領域を通って但し有利には基板まで延在し得る。
【００１４】
別の有利な実施形態によれば、第１の半導体層構造部が第１の半導体層列を有し、該第１の半導体層列は、ビームを生成する領域を含み、基板上に配設される。第２の半導体層構造部もこの第１の半導体層列を有し、但しここではさらに第２の半導体層列も有する。この第２の半導体層列は、ビームを吸収する領域を含み、第１の半導体層列上に配設される。つまり第１の半導体層列は、第１の半導体層構造部にも第２の半導体層構造部にも含まれている。第１の半導体層構造部の第１の半導体層列は、第２の半導体層構造部の第１の半導体層列と実質的に同じ組成部と同じ層構造を有している。通常は、これらの２つの半導体層構造部の第１の半導体層列は、同じ析出ステップにおいて生成されている。
【００１５】
有利には、ビームを生成する領域および/またはビームを吸収する領域は、量子井戸構造を有している。
【００１６】
さらに別の実施形態においては、ビームを吸収する領域を両側から取囲んでいる第２の半導体層構造部の半導体層がミラー層、特に有利には半導体ミラー層として形成される。基板から離れた側のミラー層は、有利には部分透過性であり、検出すべきビームを十分に透過させる。同様に、ビームを生成する領域を両側から取囲んでいる第１の半導体構造部の半導体層をミラー層、有利には半導体ミラー層として形成してもよい。前記両ケースにおいてミラー層は有利にはブラッグミラーとして構成され、十分な共振器を形成する。
【００１７】
有利な実施形態によれば、本発明による半導体構成素子は、第１のコンタクト層を有し、このコンタクト層は半導体層から離れた側の基板に設けられる。この第１のコンタクト層は、有利には発光部と受光部に対して共通のコンタクトとして設けられる。このケースでは、基板が有利には導電性である。
【００１８】
第２のコンタクト層は、有利には部分的に、基板から離れた側の第１の半導体層構造部の表面と第２の半導体層構造部の表面に設けられる。
【００１９】
第１の半導体層構造部と第２の半導体層構造部を別個に駆動制御するために、有利には導電性の層が第１の半導体層構造部と第２の半導体層構造部の間で少なくとも基板上に設けられる。この導電層は、その後第１のコンタクト層と電気的に接続される。さらに有利には、この導電性の層が第２の半導体層構造部の第１の半導体層列と電気的に接続される。それにより、さもないと第２の半導体層構造内でビーム生成領域を形成しかねない半導体層が短絡され、それ故に非活動化される。
【００２０】
さらに別の実施形態においては、第２の半導体層構造部が有利には、集積化されたフィルタ層を基板とは離れた側に有している。この半導体構成素子が、λ１とλ２の間の波長領域のビームを受光するならば（この場合λ１＞λ２）、フィルタ層はその波長がλ１よりも小さい電磁ビームは吸収し、λ１よりも大きい波長の電磁ビームは透過する。それにより、ビームを吸収する領域は短波なビームも放さない。このケースでは、ビームを吸収する領域はλ２よりも小さな波長を有している電磁ビームを検出する。この場合はλ１よりも大きな波長を有しているビームのみがビーム吸収領域に到達し、λ２よりも大きな波長のビームは検出されない。ここでのフィルタ層は、受信すべき波長範囲の下方の限界を定めるエッジフィルタのように機能する。半導体構成素子の受信すべき範囲の上方の限界は、ビーム吸収領域によって定められる。このフィルタ層は有利には、半導体層から形成され、有利には量子井戸構造を有している。そのようなフィルタ層は、独国特許出願DE 10341086.4の明細書に詳細な説明があり、その開示内容がここでも引用されている。
【００２１】
別の有利な実施形態によれば、半導体構成素子が電気的に絶縁されたパッシベーション層を含んでおり、該パッシベーション層は、少なくとも基板から離れた側の第１の半導体層構造部の表面および/または基板から離れた側の第２の半導体層構造部の表面を部分的に覆っている。パッシベーション層によって覆われていない表面部分は、ここでは第２のコンタクト層によって覆われる。
【００２２】
有利には半導体構成素子の第１の半導体層構造部が１つのレーザーダイオード、特にＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を形成するか複数のレーザーダイオードないしＶＣＳＥＬを形成する。
【００２３】
さらに有利には、第２の半導体層構造部が１つのホトトランジスタ、特に１つの共振空胴型ホトトランジスタ（Resonant Cavity Phototransisutor）かまたは複数の共振空胴型トランジスタである。
【００２４】
別の有利な実施形態によれば、第２の半導体層構造部が１つのホトトランジスタ、特に１つの共振空胴型ホトトランジスタかまたは複数の共振空胴型ホトトランジスタを形成する。
【００２５】
本発明の製造方法によれば、まず基板が設けられ、この基板上に、ビームを生成する領域を含んだ第１の半導体層列がエピタキシャルに析出される。同じようなエピタキシャルステップにおいては引き続き、ビームを吸収する領域を含んだ第２の半導体層列が前記第１の半導体層列上にエピタキシャルに析出される。その後でこの第２の半導体層列は、次のように構造化がなされる。すなわち基板から離れている側の第１の半導体層列の表面で電気的なコンタクトのための第１の箇所が露出され、さらに基板から離れている側の第２の半導体層列の表面でも電気的なコンタクトのための第２の箇所が露出されるように構造化がなされる。そして第１の半導体層列を有しかつ基板と第１のコンタクト箇所の間に配設されている第１の半導体層構造部は、第１及び第２の半導体層列を有しかつ基板と第２のコンタクト箇所の間に配設されている第２の半導体層構造部から電気的に絶縁される。続いて第１のコンタクト層が基板の自由表面に被着され、第２のコンタクト層は少なくとも第１のコンタクト箇所と第２のコンタクト箇所に被着される。
【００２６】
有利な実施形態によれば、コンタクト層の被着の前に、電気的に絶縁されているパッシベーション層を、少なくとも部分的に、基板から離れている側の第１及び第２の半導体層列の表面に被着させ、この場合第１及び第２のコンタクト箇所は、露出される。第２のコンタクト層は付加的に部分的にパッシベーション層に被着される。
【００２７】
さらに別の有利な実施形態によれば、この電気的な絶縁が第１と第２の半導体層構造部の間に存在する領域の打ち込みまたは除去によって実施される。この領域は、第１の半導体層列または第１及び第２の半導体層列を含み、少なくとも基板に接している。領域の除去によって露出された基板と半導体層列の表面は、それぞれ完全か若しくは部分的に第２または第３のコンタクト層によって連続的に被覆される。それにより第１のコンタクト層と第２/第３のコンタクト層の間の電気的な接続が形成され得る。
【００２８】
有利な実施形態によれば、電流制限層が第１の半導体層構造部の第１の半導体層列内でビーム生成領域と第１のコンタクト箇所の間に設けられる。この電流制限層は、ビーム生成領域内の電流密度の上昇とレーザー作用の励起のために用いられる。
【００２９】
特に有利な実施形態によれば、唯一のエピタキシャルステップ期間中にフィルタ層が付加的に第２の半導体層構造部の第２の半導体層列上にエピタキシャルに析出される。フィルタ層は、層列として構成され得る。
【００３０】
さらなる実施形態においては、第１の半導体層構造部の構造化において、次のような構造化がなされる。すなわちメサ型構造部が形成され、その側面が第１の半導体層列内へ突出し、基板とビーム生成領域の間にある半導体層まで延在する。それによってこのメサ型構造部の側面が少なくともビーム生成領域を越えて延在するように構造化される。
【００３１】
さらに別の有利な実施例によれば、第２の半導体層構造部の構造化において、次のような構造化がなされる。すなわちメサ型構造部が形成され、その側面が第２の半導体層列の中を突き抜け第１の半導体層列まで延在する。このケースでは、メサ型構造部の側面がビーム吸収領域を切り離す。
【実施例】
【００３２】
次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。なお図面中同じ素子若しくは同じ機能の素子には、同じ参照番号が付される。理解を深める理由から図面中の層の厚さは、必ずしも縮尺通りに示されているわけではない。
【００３３】
図１に示されている半導体構成素子は、第１の半導体層構造部１と第２の半導体層構造部を有しており、それらの層構造部は共通の基板３上に連続して設けられている。例えば基板３は、ＧａＡｓ基板であり、有利には導電性である。第１のコンタクト層４は、半導体層から離れた側の基板３に配設されており、例えばＡｕＧｅを含んでいる。この第１のコンタクト層４は、ここでは半導体構成素子のｎ型コンタクトを形成し、有利には完全にフラットな形で被着されている。
【００３４】
第１の半導体層構造部１は、発光部（エミッタ）２０を形成し、第２の半導体層構造部２は受光部２１を形成している。この例では発光部２０はＶＣＳＥＬとして形成され、受光部２１は、共振空胴型ホトトランジスタとして形成されている。
【００３５】
第１の半導体層構造部１は、有利には第１の半導体層列１５を有し、該第１の半導体層列１５はビームを生成する領域５を含み、基板３上に配設されている。このビーム生成領域５は、第１の半導体層構造部１のｐ導電型半導体層６とｎ導電型半導体層７の間に配設されている。前記ビーム生成領域５は、量子井戸構造部として構成されてもよい。例えばこのビーム生成領域５は、３つのＧａＡｓ量子井戸を含んでいる。ｐ導電型半導体層６とｎ導電型半導体層７は、ブラッグミラーとして構成されてもよい。このケースでは、ｐ導電型半導体層６とｎ導電型半導体層７は、交互に相応のドーパントを有するＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層とＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層を有する。例えばｎ導電型のブラッグミラー層は３６の周期を有し、ｐ導電型ブラッグミラー層は２５の周期を有する。
【００３６】
任意選択的に第１の半導体層構造部１は、メサ型構造部１８ａを有し（図２参照）、その側面１９ａは、少なくともビームを生成する領域５を横断している。有利には側面１９ａは、ｎ導電型半導体層７内へ延在している。電流密度を高めるために、ｐ導電型半導体層６が電流制限層１４を有している。この電流制限層１４は、有利にはビーム生成量委ｋ５に近接して設けられる。
【００３７】
電気的なコンタクトと場合によってはビーム出力結合のために設けられている個所の他に、基板から離れている側の第１の半導体層構造部の表面は、パッシベーション層１２で覆われる。このパッシベーション層１２は、半導体表面を保護すると同時に不所望な短絡も防いでいる。上側では、第１の半導体層構造部のｐ導電型半導体層６のコンタクトのために第２のコンタクト層８が被着されており、これは部分的にパッシベーション層１２を覆っている。
【００３８】
第２の半導体層構造部２も、同様に第１の半導体層列１５を基板３上に有している。この第２の半導体層構造部２の第１の半導体層列１５の組成（部）も第１の半導体層構造部１の第１の半導体層列１５の組成（部）に相応しており、この場合第２の半導体層構造部２のｐ導電型半導体層は、ＲＣホトトランジスタのｐ導電型ブラッグミラーとして用いられる。この第１の半導体層列１５には第２の半導体層列１６が存在しており、この第２の半導体層列１６は、ビームを吸収する領域９とさらなるｐ導電型ブラッグミラー層１３ａを含んでいる。このさらなるｐ導電型ブラッグミラー層１３ａは、当該実施例では、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ周期を有している。このｐ導電型ブラッグミラー層１３ａは、有利には部分透過性であり、検出すべきビームは実質的に透過する。ビーム吸収領域９は、有利には量子井戸構造部として構成され、例えばＧａＡｓを有している。
【００３９】
第１の半導体層構造部１と第２の半導体層構造部２は、例えば切欠部１０によって相互に分離されている。この切欠部は、有利には基板３まで延在する。代替的に第１の半導体構造部１と第２の半導体構造部２は、電気的に絶縁された領域によって分離させてもよい。
【００４０】
第２の半導体層列１６は、例えばメサ型構造部１８ｂとして構成されており、その側面１９ｂは、ビーム吸収領域９を横断している。有利には、この側面１９ｂは、ｐ導電型ブラッグミラー層１３ｂまで延在している。第１のコンタクト層４との電気的なコンタクトのために設けられている個所２６と、ホトトランジスタのｐ型コンタクトのための個所の他に、基板３から離れている側の第２の半導体層構造部２の表面は、パッシベーション層１２でコーティングされている。トランジスタのｐ型コンタクトのための個所には第２のコンタクト層８が設けられている。この第２のコンタクト層８は、パッシベーション層１２を部分的に覆っていてもよい。
【００４１】
導電層１１は、第１のコンタクト層４とｐ導電型ブラッグミラー層１３ｂの電気的な接続のために設けられている個所２６に被着されている。この導電層１１は、この個所２６から切欠部１０を超えて少なくとも基板３まで延在し、それによってｐ導電型ブラッグミラー層１３ｂを第１のコンタクト層４に接続させている。
【００４２】
前記導電層１１は、層列構造部として形成されてもよい。例えばそのような層列は、第１と第２のコンタクト層４，８からなっている。しかしながらそれらは、また第３のコンタクト層を含んでいてもよいし、第３のコンタクト層から形成されていてもよい。
【００４３】
前述してきた半導体構成素子はまた、全てのｐ導電型半導体層がｎ導電型で、全てのｎ導電型半導体層が相応にｐ導電型であるように逆に入換えて構成することも可能である。すなわち第１の半導体層構造部１の半導体層７はｐ導電型で半導体層６は相応にｎ導電型であり得る。従ってこのケースでは、第１のコンタクト層４がｐ導電型コンタクトで、第２の半導体層構造部２の半導体ミラー層１３ａ，１３ｂは、相応にｎ導電型である。それにより第２のコンタクト層８もｐ導電型コンタクトを形成する。
【００４４】
図２に示されている半導体構成素子は、図１に示されている半導体構成素子と付加的なフィルタ層１７の点でのみ異なる。このフィルタ層１７は基板３から離れている側のｐ導電型ブラッグミラー層１３ａ上に設けられている。例えばこのフィルタ層１７は、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓを有し、複数のＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ量子井戸を含んでいる。このフィルタ層１７は、短波のビームがビーム吸収領域９に到達する前にそれを吸収するために設けられている。
【００４５】
図３には、受光部２１のフィルタ層１７から共通の基板３までの半導体構成素子の様々な層の帯域間隔が示されている。この帯域間隔は、水平軸線に沿って示されている層順序に対してプロットされている。
【００４６】
フィルタ層１７上に設けられているキャップ“Ｃａｐ”層２２の他に、図３中に示されている半導体構成素子は、その構造において実質的に図２に示されている実施例に相応している。このキャップ層２２は、例えばＧａＡｓからなり、非常に薄く構成される（１０−９のオーダー）。この層はフィルタ層１７を酸化から保護するために用いられている。フィルタ層１７は、通常は比較的高いアルミニウム濃度を有し（図４参照）、周辺の空気によって容易に酸化される。キャップ層２２は、有利には全くか若しくはほとんどアルミニウム成分を含んでおらず、それ故に空気とふれる半導体境界面でのアルミニウムの酸化が避けられる。そのような酸化は、半導体層の電気的な特性に障害をもたらす。
【００４７】
矢印２３は、短波光を象徴的に表している。ここではこの短波光とは、発光部から生成されたビームの波長よりも短い波長の電磁ビームか、ないしは受光部の吸収すべきビームの波長よりも短い波長の電磁ビームと理解されたい。反対に長波光とは、発光部から生成されたビームの波長よりも長い波長の電磁ビームか、ないしは受光部の吸収すべきビームの波長よりも長い波長の電磁ビームと理解されたい。短波光２３は、第２の半導体層構造部のフィルタ層１７内に入射し、ここで十分に吸収され、例えばリラクゼーション処理によってフィルタ層１７内に存在する量子井戸構造部内で長波光に変換される。この量子井戸構造部は、図３においてフィルタ層１７、ビーム吸収領域９及びビーム生成領域５の垂直方向の大きな帯域間隔によって識別される。
【００４８】
長波光は、矢印２４によって象徴的に表されている。この長波光は、フィルタ層１７によって変換された光を含むと共に長波の周辺光を含み、当該半導体構成素子の半導体層を透過する。
【００４９】
発光部から生成された検出すべきビームは、矢印２５によって表されている。このビーム２５は、フィルタ層１７と部分透過性のミラー１３ａを十分に透過する。ミラー層１３ａ，１３ｂを用いて形成される共振器の共振波長は、実質的にビーム２５の波長に相応する。
【００５０】
図４には当該半導体構成素子の種々の層のインジウムとアルミニウムの濃度が図３による帯域間隔の経過と共に示されている。この図４と前記図３の結び合わせによって、比較的高いアルミニウム濃度が比較的高い帯域間隔に相応していることがわかる。反対に比較的高いインジウム濃度は、比較的低い帯域間隔に相応する。
【００５１】
図５Ａ〜図５Ｅには、図２に示されている半導体構成素子を製造するための方法の５つの介在ステップが表されている。
【００５２】
まず図５Ａでは、基板３が設けられる。第１の半導体層列１５と第２の半導体層列１６のエピタキシャル析出は、図５Ｂに示されている。ここではエピタキシャルステップにおいてｐ導電型半導体層７，ビーム生成領域５、ｐ導電型半導体層６ないしｐ導電型ブラッグミラー層１３ｂ、ビーム吸収領域９，ｐ導電型ブラッグミラー層１３ａ及びフィルタ層１７が析出されている。ワンステップエピタキシャルの利点は、エピタキシャルプロセスが中断されないこと、ないしは析出される半導体層列が途中でエピタキシャル装置から取り出されないことである。この取り出しは半導体層内の不浄に結び付く。従って半導体層の高い品質が保証される。
【００５３】
続いて半導体層が構造化される。基板３から離れている側の第１の半導体層列１５の表面上の電気的なコンタクトのための少なくとも１つの第１個所の露出と、基板３から離れている側の第２の半導体層列１６の表面上の電気的なコンタクトのための少なくとも１つの側方個所の露出は、フォトリソグラフィ、ウエットエッチング、ドライエッチングなどを用いて実施され得る。
【００５４】
任意選択的に、露出された第１の半導体層列１５および/またはその他に形成される第２の半導体層列１６は、次のように構造化されてもよい。すなわちメサ型構造部１８が形成されるようにして構造化されてもよい。そのようなメサ型構造部１８は、有利には側面１９を有し、この側面は第１の半導体層列１５のもとでは少なくともｎ導電型半導体層７まで達している。第２の半導体層列１６のもとでは、側面１９は有利には少なくとも半導体ミラー層１３ｂまで延在している。
【００５５】
第１の半導体層列１５のメサ型構造部１８は特に有利には、横方向の酸化を用いた電流制限層１４の形成のためにある。なぜならｐ導電型半導体層内への横方向の酸化は、露出されたメサ型構造部１８の側面１９によって容易になるからである。この電流制限層１４は、打ち込み/注入、酸化、若しくはその他の公知の処理手法によって生成され得る。
【００５６】
例えば第１の半導体層構造部１は第２の半導体層構造部２から切欠部１０のエッチング処理によって（これは半導体層を通って有利には基板３まで達する）電気的に絶縁される。この電気的な絶縁は、代替的に電気的な絶縁領域の形成によって実施されてもよい。例えばそのような電気的絶縁領域は打ち込み/注入を用いて形成し得る。
【００５７】
半導体層構造部の電気的な絶縁は、代替的にコンタクト個所の露出のための半導体層の構造化の前に実施されてもよい。この構造化と電気的な絶縁個所の形成による半導体層の状態は、図５Ｃに示されている。
【００５８】
図５Ｄでは、まず電気的に絶縁されているパッシベーション層１２が少なくとも部分的に、基板３から離れている側の第１及び第２の半導体層構造部１，２の露出表面に被着される。その際第１及び第２のコンタクト個所並びに第３のコンタクト個所（これは第２の半導体層構造部２の半導体ミラー層１３ｂを第１のコンタクト層４に電気的に接続させる）は、フリーに維持される。パッシベーション層１２は、１つまたは複数のマスク層とエッチング処理を用いて被着され得る。
【００５９】
最後にコンタクト層８，４，１１が相応に被着される。第１のコンタクト層４は有利には完全なフラットで、基板から離れている側の基板３表面に被着される。第２のコンタクト層８は、少なくとも第１及び第２のコンタクト個所に被着される。通常は第２のコンタクト層８も部分的にパッシベーション層１２の上に被着される。導電層１１は、第２のコンタクト層８の被着の間に同時に形成されてもよい。このケースでは、導電層１１は第２のコンタクト層８と同じ材料からなる。導電層１１は少なくとも、半導体ミラー層１３ｂとのコンタクト個所を通って基板３まで延在している平面を覆っている。メサ型構造部１８の形成によって残された第１の半導体層構造部１の部分の短絡のために、メサ型構造部に所属しないビーム生成領域５の部分とｐ導電型ブラッグミラー層６の側面が導電層１１によって覆われるようにしてもよい。図１に示されている構成のもとでは、有利には切欠部１０の全面が覆われている。
【００６０】
本発明は、前述してきた実施例の説明に基づく構成にのみ限定されるものではない。それどころか本発明は、たとえそれらが請求の範囲に述べられていないものであったとしても、当該発明の趣旨から考えられるあらゆる新たな特徴ならびにそれらのあらゆる組合わせも含有されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による半導体構成素子の第１実施例の概略的な断面図
【図２】本発明による半導体構成素子の第２実施例の概略的な断面図
【図３】ビーム入力結合面から基板までの半導体構成素子の種々の層における帯域間隔のダイヤグラム
【図４】ビーム入力結合面から基板までの半導体構成素子の種々の層におけるインジウム−アルミニウム濃度のダイヤグラム
【図５Ａ】本発明の方法に該当する実施例による方法ステップの概略図
【図５Ｂ】本発明の方法に該当する実施例による方法ステップの概略図
【図５Ｃ】本発明の方法に該当する実施例による方法ステップの概略図
【図５Ｄ】本発明の方法に該当する実施例による方法ステップの概略図
【図５Ｅ】本発明の方法に該当する実施例による方法ステップの概略図
【符号の説明】
【００６２】
１      第１の半導体層構造部
２      第２の半導体層構造部
３      基板
４      第１のコンタクト層
５      ビーム生成領域
８      第２のコンタクト層
１０    切欠部
１１    導電層
１２    パッシベーション層
１３ａ，ｂ  ミラー層
１５    第１の半導体層列
１６    第２の半導体層列
２０    発光部
２１    受光部
【図１】
2005109494.tif 000003
【図２】
2005109494.tif 000004
【図３】
2005109494.tif 000005
【図４】
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【図５Ａ】
2005109494.tif 000007
【図５Ｂ】
2005109494.tif 000008
【図５Ｃ】
2005109494.tif 000009
【図５Ｄ】
2005109494.tif 000010
【図５Ｅ】
2005109494.tif 000011