DE102004002757A1

DE102004002757A1 - Aluminiumhaltiger Verbundhalbleiter und Verfahren zur Herstellung eines aluminiumhaltigen Verbundhalbleiters

Info

Publication number: DE102004002757A1
Application number: DE200410002757
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Grabherr; Roger Dipl.-Ing. King; Roland Dr. Jäger; Dieter Dr. Wiedenmann
Original assignee: U-L-M PHOTONICS GmbH; ULM-photonics GmbH
Current assignee: U-L-M PHOTONICS GmbH; ULM-photonics GmbH
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Die Erfindung sieht einen Verbundhalbleiter (1) mit verbesserten optischen Eigenschaften vor, welcher DOLLAR A - ein Substrat (3), DOLLAR A - auf einer Seite (5) des Substrats (3) zumindest eine erste Halbleiterschicht (10), zumindest eine zweite Halbleiterschicht (30) und eine Isolationsschicht (20) umfaßt, wobei die Isolationsschicht (20) Aluminiumnitrid-haltig ist.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein aluminiumhaltige Verbundhalbleiter, insbesondere betrifft die Erfindung dertige Halbleiter, welche eine Stromblende aufweisen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Aluminiumhaltige Verbundhalbleiter werden insbesondere im Bereich der Optoelektronik eingesetzt. Dort finden diese Halbleitermaterialien bei der Herstellung von Photo- und Leuchtdioden, sowie speziell für Halbleiterlaser Verwendung. Besonders bevorzugt werden diese Materialien zur Herstellung von oberflächenemittierenden Lasern mit vertikaler Kavität (VCSEL, „vertival cavity surface emitting laser") eingesetzt.

VCSEL-Vorrichtungen umfassen im allgemeinen einen Schichtstapel mit Bragg-Reflektoren aus halbleitenden Schichten. Um den Feldverlauf innerhalb des Schichtstapels zu kontrollieren, ist es bekannt, in den Schichtstapel eine Isolationsschicht einzubringen, welche eine Blende aufweist. Durch die Blende kann Strom zwischen den beiderseitig der Isolationsschicht angeordneten Nachbarschichten fließen. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der DE 198 07 783 A1 offenbart.

Die Isolationsschicht wird vielfach aus Aluminiumoxid hergestellt, was sich insbesondere bei der Verwendung von aluminiumhaltigen Verbundhalbleiter-Schichten anbietet. Hier kann eine Aluminiumoxid-Schicht in einfacher Weise durch Oxidation einer Halbleiterschicht hergestellt werden. Allerdings weisen die meisten Halbleiter im Sichtbaren und Infraroten vergleichsweise hohe Brechungsindizes auf, wohingegen Aluminiumoxid in diesem Bereich einen vergleichsweise niedrigen Brechungsindex hat. Beispielsweise hat Galliumarsenid bei 1 μm Wellenlänge einen Brechungsindex von n = 3,9, während Aluminiumoxid bei dieser Wellenlänge einen Brechungsindex von nur n = 1,6 aufweist. Dies führt zu großen Brechungsindex-Sprüngen an den Grenzflächen des oder der aktiven Schichten. Insbesondere ergeben sich dementsprechend auch hohe Brechungsindexsprünge an den Rändern der Blende. Durch den großen Brechungsindex-Unterschied wird das optische Feld innerhalb der Kavität stark geführt. Um so stärker das optische Feld geführt wird, um so mehr mögliche Moden können auftreten und/oder koexistieren. Wünschenswert für die optischen Eigenschaften des Lasers, wie beispielsweise die erreichbare minimale Strahldivergenz ist es aber, die Anzahl möglicher Moden so weit als möglich einzuschränken. Ideal ist es, wenn ein VCSEL mit nur einer einzelnen Mode emittiert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterverbund mit einer Isolationsschicht bereitzustellen, der verbesserte optische Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demgemäß sieht die Erfindung einen Verbundhalbleiter vor, welcher

– ein Substrat,
– auf einer Seite des Substrats zumindest eine erste, zumindest eine zweite Halbleiterschicht und eine mit zumindest einer der beiden Halbleiterschichten in Kontakt stehende Isolationsschicht

aufweist, wobei die Isolationsschicht Aluminiumnitridhaltig ist.

Gegenüber dem herkömmlich verwendeten Aluminiumoxid als Isolationsschicht weist Aluminiumnitrid für die insbesondere für das Gebiet der Telekommunikations interessanten Welenlängenbereiche einen wesentlich höheren Brechungsindex auf. So hat Aluminiumnitrid bei 1 μm Wellenlänge einen Brechungsindex von n = 2.0, gegenüber n = 1,6 von Aluminiumoxid. Damit ist der Unterschied zum vergleichsweise hohen Brechungsindex vieler für optoelektronische Anwendungen geeigneter Halbleitermaterialien geringer und das im Halbleiterverbund erzeugte Licht wird schwächer geführt.

Der erfindungsgemäße Verbundhalbleiter ist aufgrund seiner verbesserten optischen Eigenschaften besonders als Bestandteil eines VCSEL geeignet oder kann einen VCSEL umfassen. Jedoch können auch andere elektronische und optoelektronische Komponenten, die Isolationsschichten zur Isolation von Halbleitermaterialien aufweisen können, einen erfindungsgemäßen Halbleiterverbund umfassen oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.

Beispielsweise kommen hier Feldeffekt-Transistoren in Betracht.

Bevorzugt werden die ersten und zweite Halbleiterschicht und die Isolationsschicht aufeinanderfolgend aufgebracht, so daß diese Schichten zusammenhängen, beziehungsweise miteinander in Kontakt stehen. Dementsprechend steht dabei auch die Isolationsschicht mit zumindest einer der beiden Halbleiterschichten in Kontakt.

Insbesondere zur Realisierung eines VCSEL ist es außerdem vorteilhaft, wenn eine der beiden Halbleiterschichten eine aktive Schicht umfaßt. Eine typische aktive Schicht eines VCSELs kann auch insbesondere ein oder mehrere Lagen aufweisen, die als Begrenzungen für einen oder mehrere Quantentöpfe ("quantum wells") dienen. Dementsprechend kann die aktive Schicht auch mehrlagig sein. Geeignet für eine solche Schicht ist beispielsweise eine Galliumarsenid-Schicht mit zusätzlichen Aluminium-Galliumarsenid-Lagen.

Aluminiumnitrid findet bereits als Material zur Herstellung von VCSELs und anderen optoelektronischen Komponenten Verwendung. Allerdings wird Aluminiumnitrid hier nicht als Isolator eingesetzt, sondern als Halbleiter, beispielsweise für blaue Laser oder Leuchtdioden. Dabei wird dieses Material durch Molekularstrahlepitaxie abgeschieden. Dieses Abscheidungsverfahren führt zu quasi einkristallinen Schichten, welche aufgrund dieser Morphologie eine hinreichende Leitfähigkeit zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen aufweisen. Derartige Aluminiumnitrid-Schichten wären jedoch als Isolationsschichten nur schlecht geeignet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist daher der Verbundhalbleiter keine einkristalline, sondern vielmehr eine pseudomorphe Struktur auf. Im Sinne der Erfindung wird pseudomorph dabei als polykristallin und/oder amorph verstanden.

Es hat sich gezeigt, daß eine zumindest teilweise nitridierte aluminiumhaltige Schicht, insbesondere eine zumindest teilweise nitridierte Halbleiterschicht besonders geeignet ist, um als Isolationsschicht dienen zu können. Dementsprechend sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundhalbleiters vor, bei welchem auf einem Substrat zumindest eine erste Halbleiterschicht, eine Isolationsschicht und zumindest eine zweite Halbleiterschicht erzeugt werden, wobei das Herstellen der Isolationsschicht das Aufbringen einer aluminiumhaltigen Schicht und das zumindest teilweise Nitridieren der Schicht umfasst. Die Isolationsschicht ist dabei mit zumindest einer der beiden Halbleiterschichten in Kontakt.

Dabei wird das Nitridieren bevorzugt unter Bildung von Aluminiumnitrid durchgeführt, um einen hohen Brechungsindex der Schicht zu erreichen.

Im Unterschied zu sonst üblicherweise in der Optoelektronik verwendeten Aluminiumnitrid-Schichten wird die Aluminiumnitrid-haltige Schicht des erfindungsgemäßen Halbleiterverbunds nicht durch Molekularstrahlepitaxie aufgetragen, sondern durch eine chemische Umwandlung in der Schicht selbst erzeugt. Dadurch wird keine epitaktisch gewachsene, im wesentliche einkristalline und halbleitende Schicht, sondern eine polykristalline und/oder amorphe, isolierende Schicht erzeugt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird für die Erzeugung der Isolationsschicht eine aluminiumhaltige Halbleiterschicht nitridiert.

Insbesondere kann die Isolationsschicht eine nitridierte Al_xGa_1–xAs-Schicht umfassen, beziehungsweise durch Nitridierung einer Al_xGa_1–xAs-Schicht hergestellt werden. Besonders geeignet, um die erforderlichen Isolationseigenschaften zu erreichen sind dabei hoch aluminiumhaltige Schichten mit x > 0,95.

Al_xGa_1–xAs-Schichten bieten sich insbesondere bei der Verwendung von Galliumarsenid als Halbleitermaterial für die hableitenden Schichten des erfindungsgemäßen Verbundhalbleiters an.

Zumindest eine der zwei Halbleiterschichten des erfindungsgemäßen Halbleiterverbunds kann außerdem Galliumarsenid aufweisen. Dieses Material ist insbesondere für optoelektronische Bauelemente gut geeignet und kann mit hoher Reinheit hergestellt werden. Auch sind nitridierte Al_xGa_1–xAs-Schichten in Verbindung mit Galliumarsenid als Halbleitermaterial für den erfindungsgemäßen Halbleiterverbund leicht auf dem Substrat herstellbar.

Auch kann zumindest eine der zwei Halbleiterschichten Aluminium aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der zwei Halbleiterschichten Al_xGa_1–xAs mit x < 0,95 als Halbleitermaterial umfassen.

Außer den oben genannten Materialien kommen aber auch andere Materialien in Betracht. Beispielsweise können eine oder beide Halbleiterschichten Indiumphosphid aufweisen.

Sowohl für die Halbleiterschichten, als auch als Ausgangsmaterial für die Isolationsschicht ist auch Indium-Aluminium-Gallium-Phosphid geeignet. Prinzipiell können als Ausgangsmaterial für die Isolationsschicht und auch für die beiden Halbleiterschichten alle gängigen III-V-Halbleiter verwendet werden, die mit Aluminium verknüpfbar sind, beziehungsweise, die Aluminium enthalten.

Eine besonders wichtige Anwendung einer Isolationsschicht in einem optoelektronischen Bauelement, wie insbesondere einem VCSEL ist die Funktion als Stromblende. Dazu wird die Isolationsschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung so hergestellt, daß sie zumindest einen die Isolationsschicht durchbrechenden halbleitenden oder leitenden Bereich aufweist. Durch diesen Bereich kann Strom zwischen den an die Isolationsschicht angrenzenden Schichten fließen, wobei der Stromfluß örtlich begrenzt wird.

Eine solche Isolationsschicht kann hergestellt werden, indem zunächst eine aluminiumhaltige, leitende oder halbleitende Schicht aufgebracht wird, welche anschließend geeignet maskiert wird. Insbesondere kann die Schicht an einem für einen die Schicht durchbrechenden leitenden oder halbleitenden Bereich vorgesehenen Oberflächenbereich maskiert werden. Die Schicht wird daraufhin zumindest teilweise nitridiert. Durch die Maskierung des Oberflächenbereiches wird dieser nicht der Nitridierungsathmosphäre ausgesetzt und dementsprechend bei der Nitridierung ausgespart. Nach Abschluß der Nitridierung kann die Maskierung dann entfernt werden. Der Bereich der Schicht unter dem vorher maskierten Oberflächenbereich bleibt so in seiner ursprünglichen leitenden oder halbleitenden Zusammensetzung und bildet daher einen die Isolationsschicht durchbrechenden halbleitenden oder leitenden Bereich.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, daß die Nitridierung mit einer entlang der Oberfläche der aluminiumhaltigen Schicht variierenden Aluminiumnitrid-Konzentration erfolgt. Diese Variation kann auch insbesondere graduell oder wenigstens teilweise kontinuierlich sein.

Beispielsweise kann dazu die Oberfläche der aluminiumhaltigen Schicht zumindest teilweise maskiert werden, wobei die Nitridierung der Schicht von den unbedeckten Bereichen her entlang der Oberfläche des maskierten Bereichs erfolgt. Der Stickstoff dringt dabei dementsprechend von den unbedeckten Bereichen der Schicht her in die von der Maskierung oder Abdeckung bedeckten Bereiche der Schicht ein. Anders ausgedrückt erfolgt hier eine zumindest teilweise Nitridierung der Schicht auch unterhalb der Maskierung. Beispielsweise kann dazu die Oberfläche der Schicht vollständig, aber unter Ausschluß der Kantenbereiche oder Kantenflächen maskiert werden. Die Nitridierung erfolgt dann von Rand der Schicht her zu deren Mittelpunkt hin.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, eine oder mehrere der aufgebrachten Halbleiterschichten zu strukturieren, wobei Bereiche der Schichten entfernt werden, um eine Mesa-Struktur des Verbundhalbleiters herzustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Nitridierung vorgenommen, nachdem die aluminiumhaltige Schicht von zumindest einer weiteren Schicht des Verbundhalbleiters bedeckt worden ist. Eine Maskierung wird dementsprechend dabei von einer oder mehreren Schichten des Verbundhalbleiters selbst gebildet. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Nitridierung der Schicht dann vom unbedeckten Kantenbereich her entlang der bedeckten Oberfläche der Schicht.

Insbesondere können die aluminiumhaltige Schicht und eine oder mehrere, die aluminiumhaltige Schicht bedeckende Schichten vor der Nitridierung strukturiert werden, um eine Mesa-Struktur zu erhalten. Dazu werden Bereiche dieser Schichten entfernt und eine freie Kantenfläche der aluminiumhaltigen Schicht erzeugt. Das Strukturieren kann photolithographisch mit reaktivem Ionenätzen, Trocken- und/oder Nassätzen erfolgen. Durch geeignete Auswahl von Aluminiumgehalt und Schichtdicke der aluminiumhaltigen Schicht kann dann der anschließende Nitridierungsprozeß so eingestellt werden, daß eine Nitridierung im wesentlichen nur in dieser Schicht erfolgt und diese in eine Isolationsschicht umgewandelt wird.

Eine Isolationsschicht mit variierender Aluminiumnitrid-Konzentration kann hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften für optoelektronische Bauelemente von Vorteil sein. Die variierende Aluminiumnitrid-Konzentration führt zu einer entsprechenden Variation des Brechungsindex. Unter anderem auf diese Weise kann die Isolationsschicht so durch graduelle, beziehungsweise kontinuierliche Variation beispielsweise eine Linse bilden. Diese ist dann dementsprechend in den Verbundhalbleiter integriert.

Selbstverständlich kann dieser Effekt auch teilweise bei einer Maskierung nur eines Bereiches der Oberfläche auftreten, so daß beispielsweise im Randbereich der Maskierung eine nach innen zu dessen Zentrum hin abnehmende Aluminiumnitridkonzentration in der Isolationsschicht erzeugt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Isolationsschicht auch zumindest eine Öffnung als Stromblende aufweisen. Die Schicht kann dazu beispielsweise entsprechend photolithographisch strukturiert werden.

Insbesondere, um ein VCSEL mit dem erfindungsgemäßen Verbundhalbleiter zu realisieren, kann der Verbundhalbleiter außerdem zumindest zwei Bragg-Reflektor-Schichtstapel aufweisen, zwischen welchen die erste und zweite Halbleiterschicht und die Isolationsschicht angeordnet sind. Die Bragg-Reflektoren können dann zusammen mit einer erfindungsgemäßen Isolationsschicht mit Stromblende die räumliche Anordnung und Ausdehnung der Kavität des VCSEL definieren.

Neben Aluminiumnitrid kann eine Isolationsschicht eines erfindungsgemäßen Halbleiterverbunds auch andere Aluminium-Verbindungen aufweisen. Insbesondere kann die Schicht neben Aluminiumnitrid auch Aluminiumoxid enthalten.

Eine solche Schicht kann in einfacher Weise hergestellt werden, indem die aluminiumhaltige Schicht teilweise unter Bildung von Aluminiumoxid oxidiert wird. Nitridieren und Oxidieren kann nacheinander oder auch parallel, beispielsweise in einer Stickstoff- und Sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt werden. Um die optischen Eigenschaften der Isolationsschicht zu beeinflussen, kann die Isolationsschicht auch mit einem variierenden Aluminiumoxid-Gehalt hergestellt werden.

Für die Nitridierung ist unter anderem eine NH₃-haltige Atmosphäre geeignet. Insbesondere kann zur Nitridierung vorteilhaft auch eine Atmosphäre mit einem NH₃- und H₂-Gemisch eingesetzt werden.

Lateral und vertikal variierende Schichtzusammensetzungen der Isolationsschicht können außerdem vorteilhaft erzeugt werden, indem das Nitridieren in einer Atmosphäre erfolgt, deren Zusammensetzung während der Nitridierung geändert wird. Insbesondere kann das Verhältnis von Sauerstoff zu Stickstoff in der Atmosphäre während der Nitridierung geändert werden, um vertikal und oder lateral entlang der Isolationsschicht zueinander zumindest bereichsweise graduell variierende Aluminiumoxid- und Aluminiumnitridgehalte zu erhalten.

Für die Nitridierung werden gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung außerdem Temperaturen in einem Bereich von 500°C bis 1000°C eingesetzt. Bei der Nitridierung sollte es unter dem Temperatureinfluß nicht zur Degradation einer oder mehrerer der Schichten des Halbleiterverbundes kommen. Dazu darf die Temperatur des Verbundes nicht zu hoch werden. Andererseits steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur. Pozeßtemperaturen im Bereich von 500°C bis 1000°C erweisen sich dabei als besonders günstig.

Außerdem ist es zur Vermeidung einer Degradation günstig, wenn die Schichten schnell auf die erforderliche Prozesstemperatur gebracht werden, um die Dauer des Nitridierungsprozesses so kurz wie wie möglich zu halten. Dazu werden gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens steile Temperaturrampen gefahren. Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß die Prozesstemperatur der Nitridierung mit einer Temperaturrampe von zumindest 5°C pro Sekunde angefahren wird.

Die optischen und elektrischen Eigenschaften der Isolationsschicht können auch vorteilhaft dadurch beeinflusst werden, indem die aluminiumhaltige Schicht strukturiert hergestellt wird. Eine Strukturierung kann beispielsweise photolithographisch oder mittels Abscheiden durch eine Maske erfolgen.

Hier sind eine Vielzahl möglicher Schichtstrukturen denkbar. Zum Beispiel kann die aluminiumhaltige Schicht eine lateral stufenförmig und/oder stetig variierende Schichtdicke und/oder eine oder mehrere Öffnungen aufweisen. Durch die Nitridierung wird dann eine entsprechend ausgebildete Isolationsschicht erhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand beispielhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahmen auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Teile.
Es zeigen:
1 Teile einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2A bis 2C anhand schematischer Querschnittansichten Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundhalbleiters,
3A bis 3C anhand von schematischen Querschittansichten Verfahrensschritte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 eine Variante der anhand von 3C gezeigten Verfahrensschritte,
5A und 5B Verfahrensschritte zur Herstellung eines Verbundhalbleiters gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
6 schematische Verläufe der Feldintensität entlang einer als Stromblende ausgebildeten Isolationsschicht,
7 eine als VCSEL ausgebildete Ausführungsform der Erfindung, und
8 einen Temperaturverlauf während der Nitridierung.
In 1 sind Teile einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Verbundhalbleiters in schematischer Schnittansicht dargestellt.
Der Verbundhalbleiter 1 umfaßt ein Substrat 3 mit einer ersten Seite 5 und einer der Seite 5 gegenüberliegenden zweiten Seite 7. Auf der ersten Seite 5 des Verbundhalbleiters 1 befinden sich aufeinander abfolgend, beziehungsweise miteinander zusammenhängend eine erste Halbleiterschicht 10, eine zweite Halbleiterschicht 30 und eine zwischen den beiden Schichten 10, 30 angeordnete Isolationsschicht 20. Erfindungsgemäß ist die Isolationsschicht 20 dabei Aluminiumnitrid-haltig.
Der Verbundhalbleiter 1 ist bevorzugt Bestandteil eines VCSEL, wobei zwischen den Schichten 10, 20, 30 und dem Substrat 3 auch weitere Schichten angeordnet sein können.
Die Isolationsschicht 20 umfaßt bevorzugt eine zumindest teilweise nitridierte aluminiumhaltige Schicht, wobei insbesondere eine Halbleiterschicht als Ausgangsschicht für die Herstellung der Isolationsschicht 20 durch Nitridierung geeignet ist.
Durch die Nitridierung von in der Ausgangsschicht vorhandenem Aluminium wird erreicht, daß anders als bei der sonst in der Optoelektronik üblichen Herstellung von Aluminiumnitrid-haltigen Schichten mittels Molekularstrahlepitaxie eine pseudomorphe Struktur der nitridierten Schicht 20 entsteht.
Die Ausgangsschicht für die nachfolgende Nitridierung umfaßt bevorzugt eine Al_xGa_1–xAs-Schicht. Besonders geeignet zur Erzielung einer Isolationsschicht 20 mit den gewünschten optischen und elektrischen Eigenschaften ist insbesondere eine hoch aluminiumhaltige Al_xGa_1–xAs-Schicht mit x > 0,95.
Für die Halbleiterschichten 10 und 30 ist beispielsweise GaAs geeignet, wobei die Halbleiterschichten 10, 30 entsprechend der Funktion des Halbleiterverbunds dotiert sein können.
Zumindest eine der zwei Halbleiterschichten 10, 30 kann auch Aluminium enthalten. Beispielsweise können die Schichten 10, 30 Al_xGa_1–xAs-Schichten mit x < 0,95 sein.
Außer Al_xGa_1–xAs-Schichten können auch beispielsweise Indium-Aluminium-Gallium-Phosphid-Schichten für die Halbleiterschichten 10, 30 und/oder die in nitridierter Form für die Isolationsschicht 20 verwendet werden.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Isolationsschicht außerdem zur Bildung einer Stromblende von einem halbleitenden Bereich 23 durchbrochen. Die Isolationsschicht 20 weist dementsprechend einen isolierenden Bereich 21 auf, welcher den halbleitenden Bereich 23 umgibt. Der halbleitende Bereich 23 stellt damit eine elektrische Verbindung zwischen den an die Isolationsschicht 20 angrenzenden Halbleiterschichten 10 und 30 her. Wird eine Spannung zwischen den beiden Halbleiterschichten 10, 30 angelegt, so wird der Stromfluß in Richtung senkrecht zur Seite 5 des Substrats 3 durch die mit der als Stomblende ausgebildeten Isolationsschicht 20 räumlich auf den Bereich des die Isolationsschicht 20 durchbrechenden halbleitenden Bereichs 23 begrenzt.
Der Verbundhalbleiter 1 kann Bestandteil verschiedener optoelektronischer Bauelemente sein. Insbesondere ist der Verbundhalbleiter 1 als Bestandteil eines VCSEL geeignet. Ebenso kann der Verbundhalbleiter aber auch Bestandteil eines Streifenlasers oder einer Leuchtdiode sein oder als Wellenleiter einer optoelektronischen Komponente dienen.
Ist das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterverbunds 1 Bestandteil eines VCSELs, so wird dementsprechend durch die räumliche Begrenzung des Stromflusses auch die seitliche Begrenzung der Kavität, beziehungsweise des lichterzeugenden Bereichs des VCSELs festgelegt.
Ein Verbundhalbleiter 1 kann auch weitere Isolationsschichten mit oder ohne Stromblenden aufweisen, die Halbleiterschichten voneinander isolieren, um komplexere Strukturen aufzubauen.
Die 2A bis 2C zeigen anhand schematischer Querschnittansichten Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundhalbleiters. Zunächst wird auf dem Substrat 3 eine erste Halbleiterschicht 10, beispielsweise eine Galliumarsenid-Schicht abgeschieden. Das Abscheiden erfolgt bevorzugt mittels Molekularstrahlepitaxie. Vor dem Abscheiden dieser Schicht 10 können auch weitere, in 2A nicht dargestellte Schichten, wie insbesondere weitere Halbleiter-Schichten aufgebracht sein, so daß in diesem Fall entsprechend zwischen der Schicht 10 und der Seite 5 des Substrats 3 weitere Schichten angeordnet sind. Auf die Schicht 10 wird eine Ausgangsschicht 19 für die Erzeugung einer Isolationsschicht aufgebracht. Die Ausgangsschicht ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine hoch aluminiumhaltige Al_xGa_1–xAs-Halbleiterschicht mit x > 0,95 und wird ebenfalls mittels Molekularstrahlepitaxie abgeschieden. Für die Funktion des späteren Verbundhalbleiters kann die Ausgangsschicht 19 außerdem dotiert sein. Diese Ausgangsschicht 19 wird auf ihrer Außenseite dann, wie in 2B dargestellt mit einer Maskierung 40 versehen. Die Maskierung deckt einen Oberflächenbereich der Ausgangsschicht 19 ab, der einen vorgesehenen, die fertige Isolationsschicht durchbrechenden, halbleitenden Bereich der Isolationsschicht festlegt. Das Maskieren kann in einfacher Weise durch Aufbringen einer Deckschicht und photolithographisches Strukturieren der Deckschicht, beispielsweise durch Auftrag von Photolack, Belichtung und Entwicklung der Photolackschicht und Freilegen der Ausgangsschicht durch reaktives Ionenätzen (RIE, "reactive ion etching") erfolgen. Als Deckschicht ist beispielsweise eine Galliumarsenid-Schicht geeignet. Unmittelbar vor der Nitridierung kann natürliches Oxid auf der Ausgangsschicht beispielsweise durch Ätzen mit Flussäure entfernt werden.
Anschließend wird die maskierte aluminiumhaltige Schicht 19 unter Bildung von Aluminiumnitrid nitridiert. Das Nitridieren erfolgt bevorzugt in einer NH₃- und H₂-haltigen Atmosphäre bei Normaldruck und Temperaturen im Bereich von 500°C bis 1000°C. Besonders günstig hat sich dabei ein NH₃ zu H₂-Verhältnis von 1:1 und eine Temperatur von mindestens 750°C erwiesen. Außerdem kann die Atmosphäre zur Nitridierung auch Sauerstoff enthalten, so daß neben einer Nitridierung auch eine teilweise Oxidation erfolgt und die fertige Isolationsschicht neben Aluminiumnitrid auch Aluminiumoxid aufweist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Schicht zunächst in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre zumindest teilweise zu oxidieren und anschließend das entstandene Aluminiumoxid in Aluminiumnitrid umzuwandeln. Der Brechzahlverlauf läßt sich so beispielsweise auch durch Einstellung der Zusammensetzung der Atmosphäre prozeßgesteuert einstellen.
2C zeigt die Fertigungsstufe nach Abschluß der Nitridierung, wobei die Ausgangsschicht 19 in eine Isolationsschicht 20 umgewandelt wurde, welche einen nitridierten Bereich 21 mit pseudomorpher Struktur und einen diesen Bereich 21 durchbrechenden halbleitenden Bereich 23 aufweist, welcher im wesentlichen noch die ursprüngliche Schichtzusammensetzung, beispielsweise in Form von dotiertem Al_xGa_1–xAs-Halbleitermaterial hat.
Nach Abschluß der Nitridierung wird die Maskierung 40 entfernt und eine zweite Halbleiterschicht 30 aufgebracht. Der Schichtverbund auf dem Substrat 3 wird anschließend photolithographisch beispielsweise unter Verwendung von reaktivem Ionenstrahlätzen strukturiert, wobei Bereiche der Schichten entfernt werden, so daß ein Verbundhalbleiter 1, wie er in 1 dargestellt ist, erhalten wird.
Nachfolgend wird auf die 3A bis 3C bezug genommen, die anhand schematischer Querschnittansichten die Verfahrensschritte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen. Zunächst werden, wie 3A zeigt, die Schichten 10, 20, 30 aufgebracht. Vor dem Aufbringen dieser Schichten können auf dem Substrat auch noch weitere, in 3A nicht dargestellte Schichten auf dem Substrat 3 hergestellt worden sein. Außerdem können auf der zweiten Halbleiterschicht 30 weitere Schichten abgeschieden werden. Insbesondere können die Schichten 10, 20, 30 dabei zwischen zwei Bragg-Reflektor-Schichtstapel eingebettet werden.
Anschließend wird der so hergestellte Schichtverbund photolithographisch strukturiert, wobei Bereiche der Schichten entfernt und damit eine Mesa-Struktur 12 hergestellt. Damit wird auch die äußere Form der späteren Stromblende festgelegt. Diesen Fertigungsschritt zeigt 3B. Das Entfernen der Bereiche erfolgt beispielsweise durch reaktives Ionenätzen.
Nachdem die Mesa-Struktur hergestellt worden ist, kann die Nitridierung der aluminiumhaltigen Halbleiterschicht 19 durchgeführt werden. Die Nitridierung der Schicht 19 erfolgt dann von den unbedeckten Bereichen der Schicht 19 her, also den Kanten 18 entlang der Oberfläche der Schicht 19. Dies führt zu einer Isolationsschicht 20 mit einer entlang der Schicht 20 variierenden Aluminiumnitrid-Konzentration. Der Verlauf der Aluminiumnitrid-Konzentration wird dabei auch von der durch das Ätzen der Mesa-Struktur bestimmten äußeren Form und der Schichtdicke der aluminiumhaltigen Halbleiterschicht 19 bestimmt.
Eine Nitridierung kann selektiv im wesentlichen in der aluminiumhaltigen Halbleiterschicht 19 erreicht werden, wenn der Aluminiumgehalt dieser Schicht höher als der Aluminiumgehalt der anderen Schichten ist, und/oder wenn die Schichtdicke der Schicht 19 größer als die Schichtdicke anderer aluminiumhaltiger Schichten des Schichtstapels ist.
Die Aluminiumnitrid-Konzentration nimmt dabei außerdem entlang der Schicht zum Mittelpunkt des bedeckten Bereiches hin kontinuierlich ab. Damit einhergehend weist die Schicht auch einen von der unbedeckten Kante zur Mitte der Schicht hin kontinuierlich variierenden Brechungsindex auf, wobei die Mitte der Schicht aufgrund des dort niedrigen oder nicht vorhandenen Aluminiumnitrid-Gehalts außerdem halbleitend bleibt und eine Stromblende bildet. Durch den variierenden Brechungsindex der Isolationsschicht 20 kann diese Schicht zumindest bereichsweise eine Linse bilden oder Bestandteil einer in den Verbundhalbleiter 1 integrierten Linse sein.
Das Verfahren kann außerdem vorteilhaft weitergebildet werden, indem zusätzlich eine Oxidation der Schicht vorgenommen wird. Beispielsweise kann die maskierte Ausgangsschicht 19 zuerst teilweise unter Bildung von Aluminiumoxid von der Kante 18 her oxidiert und anschließend unter Einsatz einer stickstoffhaltigen Atmosphäre ebenfalls von den Kante 18 her nitridiert werden. Eine derartig hergestellte Isolationsschicht 20 weist dementsprechend sowohl einen entlang der Schicht 20 variierenden Aluminiumoxidgehalt, als auch einen entlang der Schicht 20 variierenden Aluminiumnitridgehalt auf.
In 4 ist eine Variante der anhand der 3A bis 3C dargestellten Verfahrensschritte gezeigt. Bei der anhand von 4 gezeigten Variante erfolgt die Nitridierung ebenfalls mit einer entlang der Oberfläche der aluminiumhaltigen Schicht 19 variierenden Aluminiumnitrid-Konzentration. Die Nitridierung erfolgt aber, bevor weitere Schichten des Verbundhalbleiters auf die Schicht 19 aufgebracht werden.
Dazu wird die Oberfläche der aluminiumhaltigen Schicht 19, beispielsweise eine Aluminiumarsenid-Schicht mit einer Schicht 40 maskiert, wobei die Kanten 18 der Schicht 19 frei bleiben. Die Nitridierung der Schicht 19 erfolgt dann wie bei dem Verfahren der 2A bis 2C von den unbedeckten Bereichen der Schicht 19 her, also den Kanten 18 entlang der Oberfläche des maskierten Bereichs der Schicht.
Nach erfolgter Nitridierung wird die Maskierung 40 entfernt und eine zweite halbleitende Schicht auf die Isolationsschicht 20 aufgebracht, so daß eine Konfiguration ähnlich wie in 1 dargestellt, erhalten wird.
Diese Variante des anhand der 3A bis 3C gezeigten Verfahrens ist beispielsweise von Vorteil, wenn die Zusammensetzung und/oder Schichtdicke von auf der aluminiumhaltigen Halbleiterschicht 19 aufgebrachten Schichten auch zu einer unerwünschten Nitridierung dieser Schichten führen würde.
Der Effekt, daß sich bei der Nitridierung Aluminiumnitrid auch unter dem maskierten Bereich bildet, kann auch bei einer nur teilweisen Maskierung der Oberfläche, wie sie in den 2B und 2C gezeigt ist, ausgenutzt werden, um eine ähnlich wie in 4 dargestellte Isolationsschicht 20 mit entlang der Schicht zumindest bereichsweise kontinuierlich variierendem Aluminiumnitrid-Gehalt zu erhalten.
Die 5A und 5B zeigen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Verbundhalbleiters gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aluminiumhaltige Schicht 19 strukturiert hergestellt. Dies kann beispielsweise durch Abscheiden der Schicht 19 durch eine Maske hindurch und/oder durch photolithographisches Strukturieren der Schicht 19 erfolgen. Eine derart hergestellte Schicht zeigt 5A. Bei dem in 5A gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Schicht 19 als laterale Strukturierung eine Öffnung 25 auf. Als weitere Strukturierung sind die Kanten 27 der Öffnung 25 außerdem abgeschrägt, so daß die Schicht 19 dementsprechend eine lateral variierende Schichtdicke aufweist. Diese aluminiumhaltige halbleitende und einkristalline oder quasi-einkristalline Schicht 19 wird anschließend nitridiert, um eine entsprechend geformte Isolationsschicht mit Aluminiumnitrid und pseudomorpher Struktur zu erhalten. Eine Maskierung vor dem Nitridieren ist bei dem in 5A gezeigten Ausführungsbeispiel nicht notwendig, kann aber zusätzlich vorgenommen werden, um etwa einen lateral variierenden Aluminiumnitrid-Gehalt zu erhalten.
Auf die aus der Schicht 19 erhaltene nitridierte Isolationsschicht 20 wird dann die zweite Halbleiterschicht 30 auf der Isolationsschicht abgeschieden. 5B zeigt den Verbundhalbleiter 1 nach diesem Schritt. Je nach Funktion des Verbundhalbleiters 1 können noch weitere Schichten, wie beispielsweise Schichten eines Bragg-Reflektor-Schichtstapels auf der Schicht 30 aufbebracht werden. Die Strukturierung der Isolationsschicht 20 wird auch der zweiten Halbleiterschicht 30 und eventuellen in 5B nicht dargestellten weiteren Schichten aufgeprägt. Diese Strukturierung kann vorteilhaft auch die Lichtführung entlang des Verbundhalbleiters beeinflussen. Beispielsweise können die Schichten mit geeigneter Strukturierung eine fokussierende oder defokussierende Wirkung auf Licht, welches im Verbundhalbleiter erzeugt oder in diesen eintritt, ausüben.
Die Anhebung des Brechungsindex in der Isolationsschicht 20 durch den Aluminiumnitrid-Gehalt und der damit verbundenen schwächeren Führung des optischen Feldes in einem erfindungsgemäßen Verbundhalbleiter ist in 6 verdeutlicht. 6 zeigt eine wie bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen als Stromblende ausgebildete Isolationsschicht 20 mit einem die Schicht durchbrechenden halbleitenden Bereich 23 und einem isolierenden Bereich 21. Darunter sind schematische Verläufe der optischen Feldintensität von in einem mit einer solchen isolierenden Schicht ausgestatteten Verbundhalbleiter erzeugtem Licht entlang der darüber abgebildeten Isolationsschicht 20 dargestellt.
Der mit dem Bezugszeichen 45 gekennzeichnete Intensitätsverlauf wird bei einer Isolationsschicht erzielt, bei welcher der isolierende Bereich aus Aluminiumoxid besteht. Durch den hohen Brechungsindex-Unterschied zu den angrenzenden Halbleiterschichten wird das optische Feld stark geführt und ist entsprechend auf die Mitte des halbleitenden Bereiches konzentriert.
Wird dagegen erfindungsgemäß Aluminiumnitrid als Isolationsmaterial des isolierenden Bereichs 21 eingesetzt, so ist der Brechungsindex-Unterschied geringer und das optische Feld, beziehungsweise dessen Intensität erstreckt sich entsprechend über einen größeren Bereich. Ein solcher Intensitätsverlauf ist in 6 mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnet. Der Intensitätsverlauf 46 schließlich wird in einer Isolationsschicht mit kontinuierlich variierendem Aluminiumnitrid-Gehalt erreicht, wie sie in den Ausführungsbeispielen der 2C und 3 dargestellt ist. Mit dem kontinuierlich zur Mitte hin variierenden Aluminiumnitrid-Gehalt geht ein entsprechend entlang der Schicht 20 kontinuierlicher oder gradueller Brechungsindex-Verlauf einher, der eine Linsenwirkung der Isolationsschicht 20 zur Folge hat. Durch die Linsenwirkung wird ein Plateau oder zumindest eine Abplattung der Feldintensität in der Mitte des halbleitenden Bereichs 23 und damit eine bessere räumliche Begrenzung des optischen Feldes erreicht.
Im folgenden wird auf 7 Bezug genommen, welche eine als VCSEL ausgebildete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundhalbleiters 1 zeigt. Als Material für das Substrat 3 ist beispielsweise Galliumarsenid geeignet. Auf der Seite 5 des Substrats 3 ist ein Bragg-Reflektor-Schichtstapel 50 aufgebracht. Auf dem Bragg-Reflektor-Schichtstapel 50 ist weiterhin die erste halbleitende Schicht 10 aufgebracht, auf welcher eine als Stromblende ausgebildete Aluminiumnitrid-haltige Isolationsschicht 20 erfindungsgemäß durch bereichsweise Nitridierung einer aluminiumhaltigen Halbleiterschicht hergestellt wurde. Auf dieser Isolationsschicht ist die zweite Halbleiterschicht 30, sowie weitere Halbleiterschichten, die einen weiteren Bragg-Reflektor-Schichtstapel 52 bilden. Die zweite Halbleiterschicht 30 kann gleichzeitig Bestandteil des weiteren Bragg-Reflektor-Schichtstapels 52 sein. Ebenso kann auch die erste Halbleiterschicht 10 in den Bragg-Reflektor-Schichtstapel 10 integriert sein. Alle Halbleiterschichten der in 7 dargestellten Ausführungsform können vorteilhaft durch Molekularstrahlepitaxie abgeschieden werden.
Entsprechend dem oben beschriebenen Aufbau sind bei der in 7 beschriebenen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundhalbleiters 1 die erste und zweite Halbleiterschicht 10, 30 und die Isolationsschicht 20 zwischen den zwei Bragg-Reflektor-Schichtstapeln 50, 52 angeordnet. Die Schichtstapel 50, 52 bilden dabei die vertikale Begrenzung und der halbleitende Bereich 23 der Isolationsschicht die laterale Begrenzung der Kavität des VCSELs. Die Begriffe lateral und vertikal sind dabei selbstverständlich nicht absolut, sondern vielmehr als relativ und in Bezug zur Seite 5 des Substrats 3 zu verstehen.
Beide Bragg-Reflektor-Schichtstapel 50, 52 sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus Al_xGa_1–xAs-Schichten mit von Schicht zu Schicht alternierender Zusammensetzung aufgebaut. Insbesondere ist vorteilhaft, den Schichtstapel aus Al_xGa_1–xAs-Schichten mit zwei von Schicht zu Schicht abwechselnden Werten für x aufzubauen. Dadurch wird von Schicht zu Schicht dementsprechend das Verhältnis von Aluminium- zu Galliumgehalt zwischen zwei Werten alterniert, wodurch auch der Brechungsindex von Schicht zu Schicht abwechselt. Beispielsweise können sich die Schichtstapel 50, 52 aus einander abwechselnden Al_xGa_1–xAs-Schichten mit x = 0,3 und x > 0,9 zusammensetzen. Auch die zweite Halbleiterschicht 30 wird bevorzugt aus einer solchen Al_xGa_1–xAs-Schicht aufgebaut und kann so bei entsprechender Wahl des x-Wertes auch Bestandteil des Reflektor-Schichtstapels 52 sein.
Um den als VCSEL ausgebildeten Verbundhalbleiter für die Spannungszuführung zu kontaktieren, ist auf der zweiten Seite 7 des Substrats 3 eine Substrat-Kontaktschicht 55 und auf dem Bragg-Reflektor-Schichtstapel 55 eine Ringkontaktschicht 57 aufgebracht. Die Ringkontaktschicht 57 weist eine oberhalb des halbleitenden, Bereichs 23 der Isolationsschicht 20 angeordnete Aussparung auf, welche den Lichtaustrittsbereich 59 des VCSEL umgibt. Als Material für die beiden Kontaktschichten 55, 57 sind beispielsweise verschiedene Goldlegierungen geeignet.
Die erste Halbleiterschicht 10 des Verbundhalbleiters 1 umfaßt bei der in 7 dargestellten Ausführungsform die aktive Schicht des VCSEL. Diese umfaßt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine undotierte Galliumarsenid-Schicht. Die aktive Schicht kann auch mehrlagig sein, wobei Zwischenlagen als Begrenzung für einen oder mehrere Quantentöpfe dienen. Beispielsweise können in der aktiven Schicht Aluminium-Galliumarsenid-Lagen als Begrenzungen dienen und sich in der aktiven Schicht mit Galliumarsenid-Lagen abwechseln. Bevorzugt umfasst eine derartige Schicht drei Quantentöpfe.
Um Elektronen und Löcher in die aktive Schicht injizieren zu können, sind die Schichten der Bragg-Reflektor-Schichtstapel 50, 52 einschließlich der zweiten Halbleiterschicht 30 unterschiedlich dotiert. Beispielsweise können die Schichten des Bragg-Reflektor-Schichtstapels 50 n-dotiert und die Schichten des weiteren Schichtstapels, sowie die zweite Halbleiterschicht 30 p-dotiert sein. Auch der die Isolationsschicht 20 durchbrechende halbleitende Bereich 23 kann vorteilhaft entsprechend den darüberliegenden Schichten dotiert sein. Beispielsweise kann die Isolationsschicht 20 dazu mittels bereichsweiser Nitridation einer p-dotierten Aluminiumarsenid-Schicht gemäß dem anhand der 2A bis 2C, 3A bis 3C oder 4 erläuterten Verfahren hergestellt werden.
Bevorzugt wird der Verbundhalbleiter entsprechend dem anhand der 3A bis 3C hergestellt. Dazu werden auf den ersten Bragg-Reflektor-Schichtstapel 50 zunächst alle weiteren Schichten 10, 20, 30 und der zweite Bragg-Reflektor-Schichtstapel 52 aufgebracht und dann die Mesa-Struktur 12 durch photolithographische Strukturierung und reaktivem Ionenätzen hergestellt. Daraufhin erfolgt die Nitridierung der aluminiumhaltigen Halbleiterschicht, so daß die Isolationsschicht 20 erhalten wird. Anschließend können dann die Substrat-Kontaktschicht 55 und die Ringkontaktschicht 57 aufgebracht werden.
8 zeigt einen Temperaturverlauf für die Nitridierung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Isolationsschicht aus einer aluminiumhaltigen Halbleiterschicht 19. Zunächst wird der Halbleiterverbund mit der maskierten oder durch eine oder mehrere Halbleiterschichten abgedeckten aluminiumhaltigen Halbleiterschicht für eine kurze Zeit auf etwa 700°C gebracht, wobei der Verbund bei dem in 8 gezeigten Beispiel etwa 60 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten wird. Dieses Vorheizen hat sich als günstig zur Formierung und Reinigung der aluminiumhaltigen Halbleiterschicht 19 erwiesen.
Nachdem die Halbleiterschicht auf etwa 400°C abgekühlt ist, wird sie zur Nitridierung in einer NH₃- und H₂-haltigen Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 700°C aufgeheizt und auf dieser Temperatur gehalten. Die Dauer dieser Phase richtet sich selbstverständlich nach dem gewünschten Grad der Nitridierung, dem Aluminiumgehalt und der Dicke der aluminiumhaltigen Schicht 19. Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde der Halbleiterverbund dabei etwa 4½ Minuten auf der Prozeßtemperatur von etwa 700°C gehalten und danach abgekühlt.
Um eine Degradierung der Schichten des Halbleiterverbundes zu vermeiden, wird dabei die Prozeßtemperatur für die Nitridierung mit einer steilen Temperaturrampe angefahren. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, eine Temperaturrampe von mindestens 5°C pro Sekunde zu fahren. Bei dem anhand von 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Prozeßtemperatur sogar ausgehend von der Basistemperatur von 400°C nach der ersten Temperaturbehandlung mit einer Temperaturrampe von 13°C pro Sekunde angefahren. Diese steilen Temperaturrampen können beispielsweise in einer Graphitkammer mit Lampenheizung erreicht werden. Um die Zusammensetzung der Gasatmospäre bei der Nitridierung zu kontrollieren oder zu steuern kann außerdem die Intensität der optischen Linien der Gasbestandteile gemessen werden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können auch die Merkmale der einzelnen beispielhaften Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden.

1: Verbundhalbleiter
3: Substrat
5: erste Seite von 3
7: zweite Seite von 3
10: erste Halbleiterschicht
12: Mesa-Struktur
18: Kante, Kantenfläche von 19, 20
19: Ausgangsschicht für 20
20: Isolationsschicht
21: isolierender Bereich von 20
23: halbleitender Bereich von 20
25: Öffnung in 19, 20
27: Kanten von 25
30: zweite Halbleiterschicht
40: Maskierung
45, 46, 47: Optische Intensitätsverläufe
50, 52: Bragg-Reflektor-Schichtstapel
55: Substrat-Kontaktschicht
57: Ringkontaktschicht
59: Lichtaustrittsbereich

Claims

Verbundhalbleiter (1) mit – einem Substrat (3), – auf einer Seite (5) des Substrats (3) zumindest einer ersten Halbleiterschicht (10), zumindest einer zweiten Halbleiterschicht (30) und einer Isolationsschicht (20), dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) Aluminiumnitrid-haltig ist.
Verbundhalbleiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht mit zumindest einer der beiden Halbleiterschichten (10, 30) in Kontakt steht.
Verbundhalbleiter gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) zumindest bereichsweise eine pseudomorphe Struktur aufweist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) eine zumindest teilweise nitridierte aluminiumhaltige Schicht, insbesondere eine zumindest teilweise nitridierte Halbleiterschicht umfaßt.
Verbundhalbleiter gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) eine nitridierte Al_xGa_1–xAs-Schicht umfaßt.
Verbundhalbleiter gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) eine nitridierte Al_xGa_1–xAs-Schicht mit x > 0,95 umfaßt.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundhalbleiter ein VCSEL umfasst oder Bestandteil eines VCSEL ist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der zwei Halbleiterschichten (10, 30) GaAs aufweist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der zwei Halbleiterschichten (10, 30) Aluminium aufweist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der zwei Halbleiterschichten (10, 30) Al_xGa_1–xAs mit x < 0,95 aufweist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) von zumindest einem leitenden oder halbleitenden Bereich (23) durchbrochen ist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) zumindest eine Öffnung aufweist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) eine entlang der Schicht (20) variierende Aluminiumnitrid-Konzentration aufweist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) eine Linse bildet.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest zwei Bragg-Reflektor-Schichtstapel (50, 52), zwischen welchen die erste und zweite Halbleiterschicht (10, 30) und die Isolationsschicht (20) angeordnet sind.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (20) Aluminiumoxid aufweist.
Verbundhalbleiter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Halbleiterschichten (10, 30) eine aktive Schicht umfaßt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundhalbleiters (1), insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem auf einem Substrat (3) zumindest eine erste Halbleiterschicht (10), eine Isolationsschicht (20) und zumindest eine zweite Halbleiterschicht (30) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen der Isolationsschicht (20) das Aufbringen einer aluminiumhaltigen Schicht (19) und das zumindest teilweise Nitridieren der Schicht (19) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest teilweise Nitridieren das Bilden von Aluminiumnitrid umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen der Isolationsschicht (20) das zumindest teilweise Nitridieren einer aluminiumhaltigen Halbleiterschicht (19) umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Al_xGa_1–xAs-Schicht (19) nitridiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen der Isolationsschicht (20) das Herstellen einer Isolationsschicht mit zumindest einem die Isolationsschicht durchbrechenden leitenden oder halbleitenden Bereichs (23) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen der Isolationsschicht (20) das Aufbringen einer aluminiumhaltigen, leitenden oder halbleitenden Schicht (19), das Maskieren der Schicht (19) auf einem für einen die Schicht durchbrechenden leitenden oder halbleitenden Bereich (23) vorgesehenen Oberflächenbereich und des zumindest teilweise Nitridierens der maskierten Schicht (19) umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der aufgebrachten Halbleiterschichten strukturiert werden, wobei Bereiche der Schichten entfernt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitridierung vorgenommen wird, nachdem die aluminiumhaltige Schicht (19) von zumindest einer weiteren Schicht des Verbundhalbleiters bedeckt worden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei welchem die aluminiumhaltige Halbleiterschicht und eine oder mehrere, die aluminiumhaltige Schicht (19) bedeckende Schichten vor der Nitridierung strukturiert werden, wobei Bereiche der Schichten entfernt werden und eine freie Kantenfläche der aluminiumhaltigen Schicht erzeugt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aluminiumhaltige Schicht (19) teilweise unter Bildung von Aluminiumoxid oxidiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aluminiumhaltige Schicht (19) in einer NH₃-haltigen Atmosphäre nitridiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitridieren in einer NH₃- und H₂-haltigen Atmosphäre erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitridieren in einer Atmosphäre erfolgt, deren Zusammensetzung während der Nitridierung geändert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitridieren bei Temperaturen im Bereich von 500°C bis 1000°C erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozesstemperatur der Nitridierung mit einer Temperaturrampe von zumindest 5°C pro Sekunde angefahren wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitridierung mit einer entlang der Oberfläche der aluminiumhaltigen Schicht variierenden Aluminiumnitrid-Konzentration erfolgt.
Verfahren gemäß einer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der aluminiumhaltigen Schicht (19) zumindest teilweise maskiert wird, wobei die Nitridierung der Schicht von den unbedeckten Bereichen her entlang der Oberfläche des maskierten Bereichs erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aluminiumhaltige Schicht (19) strukturiert hergestellt wird.