DE10206750A1 - Verfahren zum Herstellen von III-V-Laserbauelementen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von III-V-Laserbauelementen

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von III-V-Laserbauelementen, wobei in einer Prozesskammer eines Reaktors aus gasförmigen Ausgangsstoffen auf einem Siliziumsubstrat eine III-V-Halbleiterschicht abgeschieden wird. Um ein preisgünstiges Verfahren zur Herstellung qualitativ hochwertiger Laser anzugeben, schlägt die Erfindung vor, dass auf das Si-Substrat, insbesondere Si(111)-Substrat, zunächst eine Al-haltige Pufferschicht abgeschieden wird, auf welche dann die III-V-Halbleiterschicht, insbesondere GaN-Schicht, derart abgeschieden wird, dass ihre Gitterebene parallel zur Spaltrichtung des Substrats verläuft, so dass sich beim Spalten des Substrats planparallele Schichtbruchflächen ausbilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von III-V- Laserbauelementen, wobei in einer Prozesskammer eines Reaktors aus gasförmigen Ausgangsstoffen, bspw. Trimethylgallium, Trimethylindium, Trimethylaluminium, Phosphin oder Arsin auf einem Siliziumsubstrat eine III-V- Halbleiterschicht, bspw. Galliumnitrid abgeschieden wird.
  • Die Abscheidung von III-Nitridhalbleitern auf Fremdsubstraten wie z. B. Saphir, Siliziumcarbit oder Silizium ist kostengünstig, da dieses Substratmaterial preisgünstiger ist, als III-V-Substratmaterial. Problematisch ist dabei allerdings die Gitterfehlanpassung der Schicht auf dem Substrat. Durch geeignete Wahl des Substratmaterials zum Schichtmaterial kann hier eine Anpassung stattfinden, so wächst bspw. Galliumnitrid um 30° verdreht zum Saphir und baut so einen Teil der Gitterfehlanpassung ab. Durch dieses verdrehte Wachstum fehlt aber eine gemeinsame Bruch- bzw. Spaltrichtung der Schicht zum Substrat. Die Bruchlinie verläuft in der Regel entlang der Bruchlinie bzw. Spaltlinie des Substrates, weil dieses erheblich dicker ist, als die darauf abgeschiedene Schicht. Im zuvor beschriebenen Fall führt dies zu einer rauen Laserfacette, die nachgearbeitet werden muss. Auch bei einer bspw. nass-chemischen Nachbehandlung entstehen bei derartig gefertigten Laserspiegeln ungewünschte Verluste. Die Rauigkeit der Laserspiegel oder nicht exakt ausgerichtete Facetten, führen zu Verlusten und bedingen dadurch einen hohen Schwellstrom verbunden mit einer erhöhten thermischen Belastung beim späteren Bauelement.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preisgünstiges Verfahren anzugeben, um qualitativ hochwertige Laser herzustellen.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei im Wesentlichen darauf abgestellt wird, dass auf ein Si-Substrat, insbesondere ein Si(111)-Substrat zunächst eine aluminiumhaltige Pufferschicht abgeschieden wird. Dies erfolgt mittels MOCVD. Diese Pufferschicht kann aus Aluminiumnitrid bestehen und 20 bis 100 nm dick sein. Auf diese Pufferschicht wird sodann im selben Reaktor, bevorzugt ohne weitere Zwischenschritte die aktive III-V-Schicht, bevorzugt eine III-Nitrid-Schicht und besonders bevorzugt eine Galliumnitrid-Schicht bzw. eine Folge derartiger Schichten für Bauelementeschichten derart abgeschieden, dass die Gitterebene der Schicht parallel verläuft zur Spaltrichtung des Substrates. Beim Brechen des Substrates erfolgt der Bruch dann entlang einer kristallographisch geeigneten Fläche. Der Bruch erfolgt im Wesentlichen entlang einer Ebene. Es lassen sich dann die Bruch- bzw. Spaltlinien des Si(111)-Substrates so wählen, dass planparallele Schichtbruchflächen entstehen. Diese Schichtbruchflächen bilden dann die Laserfacetten aus. Die Laserfacetten entstehen somit durch ledigliches Brechen bzw. Spalten. Dies ist dadurch möglich, dass die kristallographische Bruchrichtung des Siliziumsubstrates und der galliumnitridbasierten Struktur zusammenfallen.
  • Wesentlich ist die aluminiumhaltige Keimschicht. Mit einer derartigen Keimschicht lässt sich sogar bruchrichtungsangepasstes Galliumnitrid auf Si(001) abscheiden. Problematisch ist hier lediglich das Fehlen einer gemeinsamen Kristallsymmetrie.
  • Auf die zuvor beschriebene Schichtenfolge können bedarfsweise weitere, insbesondere elektrisch aktive Schichten abgeschieden werden. Wesentlich ist aber, dass auf das kubische Kristallgitter des Siliziums bei einer entsprechenden Kristallorientierung das hexagonale Kristall von Galliumnitrid derart abgeschieden wird, dass die natürlichen Bruchrichtungen der beiden Kristalle in der Ebene derart zusammenfallen, dass durch ledigliches Brechen des Substrates entlang der natürlichen Bruchlinien planparallele Laserfacetten entstehen.
  • Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen von III-V-Laserbauelementen, wobei in einer Prozesskammer eines Reaktors aus gasförmigen Ausgangsstoffen auf einem Siliziumsubstrat eine III-V-Halbleiterschicht abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Si-Substrat, insbesondere Si(111)-Substrat zunächst eine Al-haltige Pufferschicht abgeschieden wird, auf welche dann die III-V-Halbleiterschicht, insbesondere GaN-Schicht derart abgeschieden wird, dass ihre Gitterebene parallel zur Spaltrichtung des Substrates verläuft, so dass sich beim Spalten des Substrates planparallele Schichtbruchflächen ausbilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht aus AlN oder AlN unter Zusatz eines oder mehreren weiteren Elemente der Gruppe III oder V besteht.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht eine III-V-Halbleiterschicht und zwischen 20 und 100 nm dick ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass auf die, insbesondere Galliumnitrid-Schicht, weitere, insbesondere aktive Schichten abgeschieden werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten im MOCVD-Verfahren, im VPE-Verfahren oder im MBE-Verfahren abgeschieden werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesonder danach, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Pufferschicht Bauelementeschichtenfolgen abgeschieden werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Bauelementeschichtenfolgen Bauelemente gefertigt werden.
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