DE19518947A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zusam­ mengesetzte Halbleitervorrichtung, die eine mit Zink do­ tierte p-Schicht und eine benachbarte Schicht aufweist und die die Diffusion von Zink in die benachbarte Schicht ver­ hindert. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Ver­ fahren zur Herstellung der Struktur, die die Zink-dotierte Schicht aufweist und die Diffusion von Zink verhindert. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Halbleiterla­ ser, der eine aktive Schicht und eine p-Plattierschicht aufweist, die zur aktiven Schicht benachbart liegt und die Zink als Dotierverunreinigung aufweist. Die Erfindung be­ zieht sich ferner auf einen Halbleiterlaser und ein Verfah­ ren zur Herstellung des Halbleiterlasers, bei dem die Dif­ fusion von Zink aus der Plattierschicht in die aktive Schicht verhindert ist.

Die Fig. 5(a) bis 5(c) stellen ein Verfahren zur Herstellung eines herkömmlichen Halbleiterlasers mit großen Wellenlängen dar. Wie es in Fig. 5(a) dargestellt ist, werden durch ein Verfahren wie z. B. das MOCVD-Verfahren (metallo organisches, chemisches Aufdampfen bzw. metal or­ ganic chemical vapor deposition), auf ein InP-Substrat 1 vom p-Typ eine InP-Plattierschicht 2 vom p-Typ, eine undo­ tierte aktive InGaAsP-Schicht 3 und eine InP-Plattier­ schicht 4 vom n-Typ aufeinanderfolgend durch Wachstum aus­ gebildet. Die drei durch Wachstum ausgebildeten Schichten bilden eine herkömmliche Doppelheteroübergangsstruktur.

Wie es in Fig. 5(b) gezeigt ist, wird eine Maske eines elektrisch isolierenden Filmes, wie zum Beispiel Silizi­ umdioxid, auf einem Teil der InP-Plattierschicht 4 vom n- Typ ausgebildet. Die Maske 5 wird als Ätzmaske verwendet; die Schichten 2, 3 und 4 werden geätzt, um eine Mesa oder einen Steg auszubilden. Nach der Ausbildung des Steges, wo­ bei sich die Maske 5 noch am Platz befindet, werden eine InP-Schicht 6 vom p-Typ, eine InP-Schicht 7 vom n-Typ und eine InP-Schicht 8 vom p-Typ durch das MOCVD-Verfahren auf­ einanderfolgend durch Wachstum ausgebildet. Diese Schichten wachsen nicht auf der Maske 5; die sich ergebende Struktur ist in Fig. 5(b) dargestellt. Die p-n-p-Schichten 6, 7 und 8 sind eine Stromblockierstruktur, die die Begrenzung des Stromflusses zwischen der n-Plattierschicht 4 und der p- Plattierschicht 2 zum Steg, der die undotierte aktive Schicht 3 aufweist, unterstützt. Die p-Schicht 6 berührt die Seitenflächen der n-Plattierschicht 4, wodurch ein pn- Übergang ausgebildet wird, der allen nicht durch die aktive Schicht 3 gehenden Stromfluß sperrt.

Ein fertiggestellter Halbleiterlaser ist in Fig. 5(c) dargestellt. Die Maske 5 wird entfernt und im Anschluß hieran eine InP-Kontaktschicht 9 vom n-Typ durch das MOCVD- Verfahren auf der InP-Plattierschicht 4 vom n-Typ und der InP-Schicht 8 vom p-Typ durch Wachstum ausgebildet, wobei mit der InP-Schicht 8 vom p-Typ ein Gleichrichterübergang gebildet wird. Die Struktur wird fertiggestellt, indem auf dem Substrat 1 bzw. der InP-Kontaktschicht 9 vom n-Typ Elektroden 10 und 11 ausgebildet werden.

Beim Stand der Technik liegt beim Herstellen des Halb­ leiterlasers, der in Fig. 5(c) dargestellt ist, eine Quel­ le von Zink als Dotierverunreinigung, wenn die InP-Schicht vom p-Typ durch Wachstum ausgebildet wird, und eine Quelle von Schwefel als n-Dotierverunreinigung vor, wenn n-Schich­ ten durch Wachstum ausgebildet werden. Obwohl die Gasquelle von Zink nicht anliegt, wenn die aktive InGaAsP-Schicht 3 durch Wachstum ausgebildet wird, kann das in die p-Plat­ tierschicht 2 eingebrachte Zink während des Aufwachsens der aktiven Schicht 3, der n-Plattierschicht 4 und der Schich­ ten 6 bis 9 in die aktive Schicht 3 diffundieren, da das MOCVD-Verfahren bei erhöhter Temperatur ausgeführt wird.

Um den Reihenwiderstand des Halbleiterlasers zu verrin­ gern, ist es wünschenswert, soviel Zink wie möglich in die InP-Plattierschicht 2 vom p-Typ einzubringen. Bei der Erhö­ hung der Menge an Zink-Dotierverunreinigungen in dieser Schicht erhöht sich jedoch wesentlich die Menge an Zink, die in die undotierte aktive InGaAsP-Schicht 3 diffundiert. Das Vorhandensein von Zink im undotierten InGaAsP-Halblei­ termaterial verschlechtert deutlich die optischen Eigen­ schaften des Materials und hat auf die Eigenschaften des Halbleiterlasers negative Auswirkungen. Somit war es bis­ lang unmöglich, den Widerstand des Lasers zu verringern, indem der spezifische Widerstand der InP-Plattierschicht 2 vom p-Typ verringert wird, ohne daß deutlich schlechtere Auswirkungen auf das optische Verhalten des Halbleiterla­ sers zu verzeichnen sind.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervor­ richtungsstruktur, die eine p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters, die Zink als Dotierverunreinigung aufweist, und eine benachbarte Schicht des zusammengesetzten Halblei­ ters aufweist und bei der die Diffusion von Zink in die be­ nachbarte Schicht verhindert ist, und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtungsstruktur vorzuse­ hen, die eine p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters, die Zink als Dotierverunreinigung aufweist, und eine be­ nachbarte Schicht des zusammengesetzten Halbleiters auf­ weist und bei der die Diffusion von Zink in die benachbarte Schicht verhindert ist.

Ferner soll ein Halbleiterlaser vorgesehen werden, bei dem eine InP-Plattierschicht vom p-Typ, die Zink als Do­ tierverunreinigung enthält, und eine benachbarte undotierte aktive InGaAsP-Schicht Verwendung finden und bei dem die Diffusion von Zink in die undotierte aktive InGaAsP-Schicht verhindert ist.

Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vorgesehen werden, der eine InP-Plattier­ schicht vom p-Typ, die Zink als Dotierverunreinigung auf­ weist, und eine undotierte aktive InGaAsP-Schicht aufweist und bei dem die Diffusion von Zink in die undotierte aktive InGaAsP-Schicht verhindert ist.

In einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtungsstruk­ tur weist eine p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters Zink als Dotierverunreinigung auf und eine zweite Halblei­ terschicht berührt die p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters, wobei die p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters zumindest ein Übergangsmetallelement enthält, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von Zink in die zweite Halbleiter­ schicht zu verhindern.

Bei einem Halbleiterlaser entsprechend der Erfindung weist eine p-Plattierschicht des zusammengesetzten Halblei­ ters Zink als Dotierverunreinigung auf und steht eine akti­ ve Schicht des zusammengesetzten Halbleiters mit der p- Plattierschicht in Berührung, wobei die p-Plattierschicht zumindest ein Übergangsmetallelement enthält, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co, und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von Zink in die aktive Schicht zu verhindern.

Ein erfindungsgemäßer Halbleiterlaser weist auf: ein Substrat des zusammengesetzten Halbleiters, eine Doppelhe­ teroübergangsstruktur, die sich auf dem Substrat befindet und aufweist: eine p-Plattierschicht des zusammengesetzten Halbleiters, eine undotierte aktive Schicht des zusammenge­ setzten Halbleiters, die sich auf der p-Plattierschicht be­ findet, und eine n-Plattierschicht des zusammengesetzten Halbleiters, die sich auf der aktiven Schicht befindet, wo­ bei die Doppelheteroübergangsstruktur eine stegartige Struktur mit entgegengesetzten Seiten und Längsausdehnung in Resonatorrichtung des Halbleiterlasers hat und die p- Plattierschicht Zink als Dotierverunreinigung und zumindest ein Übergangsmetallelement aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von Zink aus der p-Plattierschicht in die aktive Schicht zu verhindern, eine Stromsperrstruktur, die sich auf einer der Plattierschichten befindet und beide Seiten der stegartigen Struktur berührt, eine Kontaktschicht des zusammengesetzten Halbleiters, die sich auf der Plattierschicht entgegenge­ setzt zum Substrat und auf der Stromsperrstruktur befindet, und eine erste Elektrode, die mit der p-Plattierschicht in elektrischem Kontakt steht, und eine zweite Elektrode, die mit der n-Plattierschicht in elektrischem Kontakt steht.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung entsprechend der Erfindung beinhaltet: das Aufwachsen einer p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters, die Zink als Dotierverunreinigung enthält und zumindest ein Über­ gangsmetallelement aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn Co, und Ni ausgewählt wurde, und das Kontaktieren einer zweiten Halbleiterschicht, wobei das zumindest eine Halbleitermetallelement verhindert, daß Zink in die zweite Halbleiterschicht diffundiert.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Halblei­ terlasers, entsprechend der Erfindung beinhaltet: das Auf­ wachsen einer p-Halbleiterplattierschicht, die Zink als Do­ tierverunreinigung enthält und zumindest ein Übergangsme­ tallelement aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co, und Ni ausgewählt wurde, und das Kontaktieren einer un­ dotierten aktiven Schicht des zusammengesetzten Halblei­ ters, wobei das zumindest eine Übergangsmetallelement ver­ hindert, daß Zink aus der p-Plattierschicht in die aktive Schicht diffundiert.

Ein noch weiteres Verfahren zur Herstellung eines Halb­ leiterlasers entsprechend der Erfindung beinhaltet: das Aufwachsen einer Doppelheteroübergangsstruktur auf ein Substrat des zusammengesetzten Halbleiters, die eine p- Plattierschicht des zusammengesetzten Halbleiters, die Zink als Dotierverunreinigung enthält und zumindest ein Über­ gangsmetallelement aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von die Diffusion von Zink aus der p-Plattierschicht zu verhin­ dern, eine undotierte aktive Schicht des zusammengesetzten Halbleiters und eine n-Plattierschicht aufweist, das Mas­ kieren eines Abschnitts der zweiten durch Wachstum ausge­ bildeten Plattierschicht und das Ätzen von Abschnitten der Plattierschichten und der aktiven Schicht, um eine stegar­ tige Struktur zu erzeugen, das Aufwachsen von Stromsperr­ schichten auf die Plattierschicht an entgegengesetzten Sei­ ten der stegartigen Struktur näher am Substrat, um den Stromfluß zwischen den p- und n-Plattierschichten über die aktive Schicht zu konzentrieren, das Entfernen der Ätzmaske und das Aufwachsen einer Kontaktschicht, die die Plattier­ schicht kontaktiert, entgegengesetzt zum Substrat und auf den Stromsperrschichten und das Ausbilden von ersten bzw. zweiten Elektroden, die mit der p-Plattierschicht bzw. n- Plattierschicht in elektrischem Kontakt stehen.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung, die nachstehend angeführt ist, ersichtlich. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die detaillierte Beschreibung und spezifische Ausführungsbei­ spiele nur illustrativen Charakter haben, da zahlreiche Än­ derungen und Abwandlungen im Geltungsbereich der Erfindung aus der detaillierten Beschreibung für den Fachmann er­ sichtlich sind.

Die Fig. 1(a) bis 1(e) sind Schnittansichten, die Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halblei­ terlasers entsprechend der Erfindung darstellen, wobei Fig. 1(e) ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers entsprechend der Erfindung ist.

Die Fig. 2(a) und 2(b) sind graphische Darstellungen von Messungen unter Verwendung der Sekundärionen-Massen­ spektrometrie (SIMS), die die Konzentration von zahlreichen Atomen in den Schichten eines Halbleiterlasers entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bzw. dem Stand der Technik darstellen.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterlasers entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterlasers entsprechend einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 5(a) bis 5(c) stellen Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers nach dem Stand der Technik dar.

In allen Figuren sind die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Fig. 1(a) bis 1(e) stellen ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers entsprechend einem Aus­ führungsbeispiel der Erfindung dar. In Fig. 1(e) ist ein Halbleiterlaser entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt dargestellt.

Wie es in Fig. 1(a) gezeigt ist, werden zu Beginn auf ein InP-Substrat 21, das Eisen als Dotierverunreinigung enthält, eine InP-Plattierschicht 22 vom p-Typ, eine aktive undotierte InGaAsP-Schicht 23 und eine InP-Plattierschicht 24 vom n-Typ aufeinanderfolgend durch Wachstum ausgebildet, um eine Doppelheteroübergangsstruktur zu bilden. Diese Schichten werden unter Verwendung der gleichen Bedingung wie bei Herstellung von entsprechenden Schichten beim be­ reits beschriebenen, herkömmlichen Halbleiterlaser vorzugs­ weise durch das MOCVD-Verfahren durch Wachstum ausgebildet. Die Dotierverunreinigungen, die die p-Leitfähigkeit in Schicht 22 und die n-Leitfähigkeit in Schicht 24 erzeugen, sind Zink bzw. Schwefel. Obwohl die aktive Schicht 23 als eine homogene InGaAsP-Schicht beschrieben ist, kann diese Schicht ebenfalls einer "multi-quantum well"-Struktur sein.

Wie es in Fig. 1(b) dargestellt ist, ist eine Ätzmaske 25, zum Beispiel ein Siliziumdioxidfilm, auf einem Ab­ schnitt der Plattierschicht 24 vom n-Typ ausgebildet und wird als Ätzmaske verwendet. Gemäß Vorbeschreibung wird, um die Kontaktierung der Plattierschicht 22 vom p-Typ zu un­ terstützen, die Maske 25 in bezug auf den Mittelpunkt der in Fig. 1(a) dargestellten Struktur versetzt. Wie bei dem Verfahren zur Herstellung des herkömmlichen Halbleiterla­ sers, wird die Maske 25 in einem Schritt, in denen Teile der Plattierschicht 22 vom p-Typ, der aktiven Schicht 23, und der Plattierschicht 24 vom n-Typ geätzt und entfernt werden, als eine Ätzmaske verwendet, wobei eine stegartige Struktur hinterlassen wird. Im Anschluß werden in einem zweiten MOCVD-Aufwachsschritt, wobei sich die Maske 25 noch am Ort befindet, an entgegengesetzten Seiten der stegarti­ gen Struktur und diese vergrabend eine InP-Schicht 26 vom p-Typ, eine InP-Schicht 27 vom n-Typ und eine InP-Schicht 28 vom p-Typ aufeinanderfolgend durch Wachstum ausgebildet. Wie beim herkömmlichen Halbleiterlaser sehen diese p-n-p- Schichten eine Stromsperrstruktur vor, um den Stromfluß in der stegartigen Struktur zwischen der Plattierschicht 22 vom p-Typ und der Plattierschicht 24 vom n-Typ zur aktiven Schicht 23 zu begrenzen. Die Schichten 26, 27 und 28 werden durch das gleiche MOCVD-Verfahren durch Wachstum ausgebil­ det, das beim Verfahren zur Herstellung des Halbleiterla­ sers nach dem Stand der Technik verwendet wird.

Nach dem Entfernen der Ätzmaske 25 wird, wie es in Fig. 1(c) dargestellt ist, durch das MOCVD-Verfahren eine InP- Kontaktschicht 29 vom n-Typ auf der InP-Plattierschicht 24 vom n-Typ und der InP-Schicht 28 vom p-Typ durch Wachstum ausgebildet.

Eine zweite Ätzmaske 30 aus Siliziumdioxid oder einem ähnlichen Material, das zum auswählenden Ätzen vorgesehen ist, wird auf einem Abschnitt der InP-Kontaktschicht 29 vom n-Typ entgegengesetzt zur stegartigen Struktur und in Be­ reichen an beiden Seiten der stegartigen Struktur ausgebil­ det. Diese Ätzmaske 30 wird verwendet, um die stegartige Struktur und benachbarte Bereiche zu schützen, wenn Teile der Kontaktschicht 29 und der Stromsperrschichten 28, 27 und 26 durch Ätzen entfernt werden, um zum Herstellen von elektrischen Kontakt mit der Schicht 22 Zugang zur Plat­ tierschicht 22 vom p-Typ vorzusehen. Ein Teil der Schicht 22 kann im Ätzprozeß entfernt werden. Die sich ergebende Struktur ist in 1(d) gezeigt. Da das Eisen-dotierte InP- Substrat 21 einen relativen großen spezifischen Widerstand hat, der in der Eisendotierung begründet liegt, kann wie beim herkömmlichen Halbleiterlaser, der in Fig. 5(c) dar­ gestellt ist, ein elektrischer Kontakt mit geringem spezi­ fischen Widerstand durch das Substrat 21 zur Plattier­ schicht 22 vom p-Typ nicht hergestellt werden.

Nach dem Entfernen der Ätzmaske 30 werden auf der Plat­ tierschicht 22 vom p-Typ bzw. der Kontaktschicht 29 vom n- Typ eine erste Elektrode 31 und eine zweite Elektrode 32 ausgebildet, wie es in Fig. 1(e) dargestellt ist. Somit ist ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterlasers entspre­ chend der Erfindung fertiggestellt. Obwohl Zink als Dotier­ verunreinigung in der Plattierschicht 22 vom p-Typ vor­ liegt, liegt bei dieser Struktur Eisen ebenfalls in dieser Schicht vor, da bei den MOCVD-Aufwachsschritten, die in den Fig. 1(a) und 1(b) dargestellt sind, Eisen aus dem Substrat 21 in die Plattierschicht 22 diffundiert. Die Ei­ senatome nehmen, wie die Zink-Dotierungsatome in der Plat­ tierschicht 22 vom p-Typ in dieser Schicht 22 Gitterplätze ein, die in einem ungestörten Kristall durch Indiumatome eingenommen wären. Während Zink als Akzeptor fungiert, der die p-Leitfähigkeit der Plattierschicht erzeugt, fungieren die Eisenatome als Elektronenfallen, die in der verbotenen Zone der Bandlückenstruktur von InP ein tiefes Energieni­ veau erzeugen. Außerdem unterbinden die Eisenatome die Dif­ fusion von Zink aus der InP-Plattierschicht 22 in die akti­ ve InGaAsP-Schicht 23.

Die Wirksamkeit von Eisen bei der Verhinderung der Dif­ fusion von Zink aus der Plattierschicht 22 in die aktive Schicht 23 wurde durch die Verwendung von SIMS-Messungen der Laserstrukturen entsprechend der Erfindung und dem Stand der Technik unter Beweis gestellt. Fig. 2(a) ist eine graphische Darstellung von Ergebnissen der SIMS-Mes­ sung für eine Laserstruktur entsprechend der Erfindung; Fig. 2 (b) ist eine graphische Darstellung von Ergebnissen der SIMS-Messung für eine Laserstruktur nach dem Stand der Technik. Bei jeder dieser Messungen werden in einem Trockenätzverfahren sehr dünne Material schichten von den jeweiligen Laserstrukturen aufeinanderfolgend entfernt; der jeweilige Indium-, Zink-, Eisen-, und Arsengehalt der Ober­ fläche, die durch den jeweiligen Ätzschritt freigelegt ist, wird unter Verwendung des SIMS-Verfahrens gemessen. Diese Messungen der atomaren Konzentration liefern ein Zusammen­ setzungsprofil der Struktur. Sowohl in der Fig. 2(a) als auch in der Fig. 2(b) zeigt die Abszisse den Ätzzyklus und dadurch die Relativposition in der Laserstruktur an, wenn der jeweilige Ätzzyklus allmählich die Oberflächen frei­ legt, wobei bei der Plattierschicht vom n-Typ begonnen wird und durch diese Plattierschicht, die aktive Schicht zur Plattierschicht vom p-Typ die Fortsetzung erfolgt. Die Or­ dinate in den Fig. 2(a) und 2(b) zeigt die Konzentration der jeweiligen Atome an.

Aus Fig. 2(b) ist ersichtlich, daß die Zink-Dotierver­ unreinigung zur Plattierschicht bzw. Hüllschicht vom p-Typ durch die aktive Schicht in die Plattierschicht bzw. Hüll­ schicht vom n-Typ vollständig diffundiert ist. In der Plat­ tierschicht vom p-Typ ist die Konzentration der Zink-Do­ tierverunreinigung relativ hoch, um den Widerstand der La­ serstruktur zu verringern. Wie es in Fig. 2(b) gezeigt ist, hat sich jedoch in der aktiven Schicht Zink in einer Konzentration angesammelt, die sogar höher ist als die Zinkkonzentration in der Plattierschicht vom p-Typ. In Ge­ gensatz dazu tritt bei der erfindungsgemäßen Halbleiterla­ serstruktur, die in Fig. 2(a) dargestellt ist, während aus der Plattierschicht vom p-Typ in die aktive Schicht Zink­ diffusion stattfindet, das Zink nicht vollständig durch die aktive Schicht; die Konzentration von Zink nimmt in der ak­ tiven Schicht nahe der Grenzfläche mit der Plattierschicht vom p-Typ sehr schnell ab. Das Eisen erreicht nur einen kleinen Abschnitt der aktiven Schicht. Somit verdeutlichen die graphischen Darstellungen der Fig. 2(a) und 2(b), daß die Eisen-Verunreinigung im Substrat in die Plattier­ schicht vom p-Typ diffundiert und daß diese die Verhinde­ rung der Diffusion von Zink aus der Plattierschicht vom p- Typ in die aktive Schicht des Halbleiterlasers bewirkt.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines weiteren Halblei­ terlasers entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung. Bei der Struktur von Fig. 3 entsprechen eine aktive Schicht 43 und eine Plattierschicht 44 vom n-Typ der akti­ ven Schicht 23 bzw. der Plattierschicht 24 vom n-Typ aus Fig. 1(e). In ähnlicher Weise entsprechen die Stromsperr­ schichten 46, 47 und 48 den Stromsperrschichten 26, 27 bzw. 28 der Struktur von Fig. 1(e). Die Kontaktschicht 49 ent­ spricht der Kontaktschicht 29 der Struktur von Fig. 1(e). Die Elektrode 51 kontaktiert die Schicht 49 und entspricht der Elektrode 32 der Struktur von Fig. 1(e). Die Struktur von Fig. 3 weicht von der Struktur von Fig. 1 ab, da in Fig. 3 eine Elektrode 50 statt wie in der Struktur von 1(e) mit der Plattierschicht vom p-Typ in direkten Kontakt zu stehen mit einem InP-Substrat 41 in direkten Kontakt steht, das durch die Plattierschicht 42 vom p-Typ kontak­ tiert ist.

In der Struktur von Fig. 3 weist das InP-Substrat 41 vom p-Typ Eisen oder ein anderes Element auf, mit dem beab­ sichtigt wird, die Diffusion von Zink aus der Plattier­ schicht 42 vom p-Typ zu verhindern. Statt dessen wird Eisen der Plattierschicht 42 vom p-Typ während ihres Wachsens zu­ geführt. Wie bei einem herkömmlichen MOCVD-Prozeß zum Wach­ sen in einer InP-Schicht vom p-Typ wird Zink beim Wachsen der Plattierschicht vom p-Typ in Gasform zugeführt. Zum Beispiel kann die Zinkquelle Diethyl-Zink sein. Eisen wird in die Plattierschicht 42 vom p-Typ von Fig. 3 während ih­ res Wachsens eingebracht, indem Eisen in Gasform wie z. B. Ferrocen Fe(C₅H₅)₂, ebenfalls zugeführt wird. Die verblei­ benden Verfahrensschritte, die bei der Herstellung der Halbleiterlaserstruktur von Fig. 3 verwendet werden, sind die gleichen, wie die, die in bezug auf den herkömmlichen Halbleiterlaser beschrieben wurden. Da jedoch Eisen nicht im InP-Substrat 41 vorliegt, hat das Substrat keinen hohen spezifischen Widerstand; der elektrische Kontakt, die Elek­ trode 50, kann direkt mit dem Substrat 41 hergestellt wer­ den. Da Eisen vorteilhafterweise in der Plattierschicht 42 vom p-Typ vorliegt, ist die Diffusion von Zink aus dieser Schicht 42 in die aktive Schicht 43 unterbunden. Das glei­ che Ergebnis kann erhalten werden, indem statt des Substrats 41 vom p-Typ ein Substrat vom n-Typ verwendet wird.

Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Schnittansicht in Fig. 4 der Anmeldung dargestellt. Die Struktur von Fig. 4 ist mit Ausnahme des Substrates 61 und der Pufferschicht 62 die gleiche wie die Struktur von Fig. 1(e). Da in dieser und in anderen Figuren der Anmel­ dung alle ähnlichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist es daher nur notwendig, Fig. 4 in be­ zug auf das Substrat 61 und die Pufferschicht 62 zu be­ schreiben. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 61 ein InP-Substrat vom n-Typ oder vom p-Typ, auf dem eine InP-Schicht 62 durch das MOCVD-Verfahren durch Wachstum ausgebildet wird, während eine Gasquelle von Eisen, wie zum Beispiel Ferrocen, angelegt ist. Somit enthält die InP- Schicht 62 Eisen, das in die Plattierschicht 22 vom p-Typ während ihres Wachsens diffundiert; somit wird der Typ vor­ gesehen, der unterbindet, daß Zink diffundiert und die Do­ tierungssubstanz vom p-Typ in der Plattierschicht 22 vom p- Typ in die aktive Schicht 23 diffundiert.

Obwohl die Erfindung in bezug auf die Verwendung von Eisen beschrieben wurde, das die Diffusion von Zink aus einer InP-Plattierschicht vom p-Typ in eine aktive undo­ tierte Schicht verhindert, können andere Übergangsmetall­ elemente verwendet werden, die die Gitterplätze der Gruppe 3 in Indiumphosphit einnehmen und durch das Vorsehen eines niedrigen Energieniveaus als Elektronenfallen fungieren. Beispiele für solche Übergangsmetallelemente, die einzeln oder in Kombination miteinander oder in Kombination mit Ei­ sen verwendet werden können, sind Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Kobalt (Co) und Nickel (Ni).

Die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungs­ beispiele von Halbleiterlasern verwenden Indiumphosphit und Indiumgalliumarsenphosphit, um Licht mit relativ großer Wellenlänge zu erzeugen. Das Problem der Zinkdiffusion aus einer Plattierschicht vom p-Typ in eine benachbarte aktive Schicht tritt jedoch in Halbleiterlasern auf, die zahlrei­ che Bereiche von Lichtwellenlängen erzeugen, wobei sichtba­ res Licht eingeschlossen ist. Bei diesen Halbleiterlasern kann ebenso wie bei den beschriebenen Lasern für Licht mit langer Wellenlänge Eisen und/oder eines oder mehrere der vorstehend beschriebenen Übergangsmetallelemente in einer Zink-dotierten Plattierschicht verwendet werden, um zu ver­ hindern, daß Zink in eine benachbarte aktive Schicht dif­ fundiert.

Die Erfindung wurde in bezug auf Halbleiterlaser und Plattierschichten vom p-Typ und undotierte aktive Schichten in diesen Lasern beschrieben. Die Erfindung ist jedoch im allgemeinen auf eine beliebige zusammengesetzte Halbleiter­ vorrichtung anwendbar, in der sich eine Schicht vom p-Typ, die Zink enthält, mit einer anderen Halbleiterschicht in Berührung befindet und bei der es gewünscht wird, die Dif­ fusion von Zink in die andere Schicht zu unterbinden. Wie beschrieben kann der Zink-dotierte, zusammengesetzte Halb­ leiter Eisen und oder eines oder mehrere der weiteren, vor­ stehend genannten Übergangsmetalle enthalten, um die Zink­ diffusion zu verhindern.

Die Erfindung wurde in bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben, in denen eine Zink aufweisende p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters als eine Dotierverunreinigung auf einem Substrat durch Wachstum ausgebildet wird und an­ schließend ein zusammengesetzter Halbleiter, in dem die Zinkdiffusion verhindert werden soll, durch Wachstum ausge­ bildet wird. Die Erfindung kann jedoch unabhängig von der Abfolge oder Position der zinkenthaltenden Schicht vom p- Typ auf ein beliebiges Verfahren oder eine beliebige Vor­ richtungsstruktur angewendet werden. Zum Beispiel befindet sich ein Halbleiterlaser, der ein Substrat vom n-Typ, eine Plattierschicht vom n-Typ, eine aktive Schicht und eine Plattierschicht vom p-Typ aufweist, die Zink enthält und bei dem die Plattierschicht vom p-Typ nach dem Aufwachsen der aktiven Schicht durch Wachstum ausgebildet wird, eben­ falls im Geltungsbereich der Erfindung.

Die Erfindung wurde in bezug auf einige bevorzugte Aus­ führungsbeispiele beschrieben. Zahlreiche Abwandlungen und Ergänzungen bei der Wesensart der Erfindung sind für den Fachmann offensichtlich. Dementsprechend ist der Geltungs­ bereich der Erfindung allein auf die folgenden Ansprüche beschränkt.

Somit weist in einer Halbleitervorrichtungsstruktur eine p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters Zink als Dotierverunreinigung auf und berührt eine zweite Halblei­ terschicht die p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters, wobei die p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters das zumindest eine Übergangsmetallelement enthält, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von Zink in die zweite Halbleiterschicht zu verhindern. Ein Halbleiterlaser weist die p-Schicht des zu­ sammengesetzten Halbleiters als Plattierschicht auf; die zweite Halbleiterschicht ist die aktive Schicht.

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter­ vorrichtung wird eine p-Schicht des zusammengesetzten Halb­ leiters, die Zink als Dotierverunreinigung enthält und zu­ mindest ein Übergangsmetallelement aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, auf eine zweite Halbleiterschicht durch Wachstum ausgebildet, wobei durch das zumindest eine Übergangsmetallelement ver­ hindert wird, das Zink in die zweite Halbleiterschicht dif­ fundiert. Das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterla­ sers weist das Aufwachsen der p-Schicht, die Zink aufweist, des zusammengesetzten Halbleiters als eine Plattierschicht auf; die zweite Schicht ist eine undotierte aktive Schicht des zusammengesetzten Halbleiters.

Claims (26)

1. Halbleitervorrichtungsstruktur, bei der eine p-Schicht (22, 42) des zusammengesetzten Halbleiters Zink als Dotier­ verunreinigung aufweist und eine zweite Halbleiterschicht (23, 43) die p-Schicht des zusammengesetzten Halbleiters be­ rührt und bei der die p-Schicht des zusammengesetzten Halb­ leiters zumindest ein Übergangsmetallelement enthält, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von Zink in die zweite Halbleiter­ schicht zu verhindern.

2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem die Schicht (22, 42) des zusammengesetzten Halbleiters InP aufweist und die zweite Halbleiterschicht (23, 43) InGaAsP aufweist, wo­ bei das zumindest eine Übergangsmetallelement Fe ist.

3. Halbleiterlaser, bei dem eine p-Plattierschicht (22, 42) des zusammengesetzten Halbleiters Zink als Dotier­ verunreinigung aufweist und eine aktive Schicht (23, 43) des zusammengesetzten Halbleiters die p-Plattierschicht berührt und bei dem die p-Plattierschicht zumindest ein Übergangs­ metallelement enthält, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von Zink in die aktive Schicht zu verhindern.

4. Halbleiterlaser nach Anspruch 3, bei dem die p-Plat­ tierschicht (22, 42) InP aufweist und die aktive Schicht (23, 43) InGaAsP aufweist, wobei das zumindest eine Über­ gangsmetallelement Fe ist.

5. Halbleiterlaser nach Anspruch 3, bei dem ein Substrat (21) des zusammengesetzten Halbleiters das zumindest eine Übergangsmetallelement aufweist und die p-Plattierschicht das Substrat des zusammengesetzten Halbleiters berührt.

6. Halbleiterlaser nach Anspruch 3 mit einem Substrat (61) des zusammengesetzten Halbleiters, wobei sich eine Pufferschicht (62) des zusammengesetzten Halbleiters zwi­ schen dem Substrat und der p-Plattierschicht befindet und in Berührung mit diesen steht, wobei die Pufferschicht das zumindest eine Übergangsmetallelement aufweist.

7. Halbleiterlaser mit
einem Substrat (21, 41, 61) des zusammengesetzten Halblei­ ters, einer Doppelheteroübergangsstruktur, die sich auf dem Substrat befindet und aufweist: eine p-Plattierschicht (22, 42) des zusammengesetzten Halbleiters, eine undotierte aktive Schicht (23, 43) des zusammengesetzten Halbleiters, die sich auf der p-Plattierschicht befindet, und eine n- Plattierschicht (24, 44) des zusammengesetzten Halbleiters, die sich auf der aktiven Schicht befindet, wobei die Dop­ pelheteroübergangsstruktur eine stegartige Struktur mit entgegengesetzten Seiten und Längsausdehnung in Resonator­ richtung des Halbleiterlasers aufweist und die p-Plattier­ schicht Zink als Dotierverunreinigung und zumindest ein Übergangsmetallelement aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von Zink aus der p-Plattierschicht in die aktive Schicht zu verhindern,
einer Stromsperrstruktur (26, 27, 28; 46, 47, 48), die sich auf einer der Plattierschichten befindet und mit beiden Seiten der stegartigen Struktur in Berührung steht,
einer Kontaktschicht (29, 49) des zusammengesetzten Halblei­ ters, die sich auf der Plattierschicht entgegengesetzt zum Substrat und auf der Stromsperrstruktur befindet, und
einer ersten Elektrode (31, 50), die mit der p-Plattier­ schicht in elektrischem Kontakt steht, und einer zweiten Elektrode (32, 51), die mit der n-Plattierschicht in elek­ trischem Kontakt steht.

8. Halbleiterlaser nach Anspruch 7, wobei das Substrat (21) das zumindest eine Übergangsmetallelement aufweist und die erste Elektrode (31) mit der p-Plattierschicht in di­ rekten Kontakt steht.

9. Halbleiterlaser nach Anspruch 8, wobei die erste Elek­ trode (31) mit dem Substrat in direktem Kontakt steht.

10. Halbleiterlaser nach Anspruch 7, der eine Puffer­ schicht (62) aufweist, die sich zwischen dem Substrat und der p-Plattierschicht befindet und mit diesen in Berührung steht und die das zumindest eine Übergangsmetallelement aufweist.

11. Halbleiterlaser nach Anspruch 7, wobei die p- und n- Plattierschichten aus InP (22, 42; 24, 44) sind, die aktive Schicht aus InGaAsP (23, 43) ist und wobei die p-Plattier­ schicht als das zumindest eine Übergangsmetallelement Fe aufweist.

12. Halbleiterlaser nach Anspruch 7, wobei die Strom­ sperrstruktur (26, 27, 28; 46, 47, 48) p-, n- und p-Schichten des zusammengesetzten Halbleiters aufweist, die aufeinan­ derfolgend aufgebracht sind.

13. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, das beinhaltet: das Aufwachsen einer p-Schicht (22, 24) des zusammengesetzten Halbleiters, die Zink als Dotierverunrei­ nigung enthält und zumindest ein Übergangsmetallelement aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, und das Kontaktieren einer zweiten Halb­ leiterschicht (23, 43) auf der p-Schicht des zusammengesetz­ ten Halbleiters, wobei das zumindest eine Übergangsmetall­ element verhindert, daß Zink in die zweite Halbleiter­ schicht diffundiert.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Zinkquelle und eine Quelle des zumindest einen Übergangsmetallelements während des Aufwachsens der p-Schicht gleichzeitig angelegt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13, das das Aufwachsen der p- Schicht auf ein Substrat (21, 62) des zusammengesetzten Halbleiters beinhaltet, das das zumindest eine Übergangsme­ tallelement enthält, wodurch das zumindest eine Übergangs­ metallelement in die wachsende p-Schicht durch Diffusion eingebracht wird.

16. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers, das beinhaltet: das Aufwachsen einer p-Plattierschicht (22, 24) des zusammengesetzten Halbleiters, die Zink als Dotierver­ unreinigung enthält und zumindest ein Übergangsmetallele­ ment aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, und das Kontaktieren einer undotierten aktiven Schicht (23, 24) des zusammengesetzten Halbleiters, wobei das zumindest eine Übergangsmetallelement verhindert, daß Zink aus der p-Plattierschicht in die aktive Schicht diffundiert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem eine Zinkquelle und eine Quelle des zumindest einen Übergangsmetallelements während des Aufwachsens der p-Plattierschicht gleichzeitig angelegt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, das das Aufwachsen der p- Plattierschicht auf ein Substrat (21, 62) des zusammenge­ setzten Halbleiters beinhaltet, das das zumindest eine Übergangsmetallelement enthält, wodurch das zumindest eine Übergangsmetallelement in die wachsende p-Plattierschicht durch Diffusion eingebracht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, das das Aufwachsen von InP (22, 24) als Plattierschicht und von InGaAsP (23, 43) als ak­ tive Schicht beinhaltet, wobei das zumindest eine Über­ gangsmetallelement Fe ist.

20. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers, das beinhaltet:
das Aufwachsen einer Doppelheteroübergangsstruktur auf ein Substrat (21, 41, 61) des zusammengesetzten Halbleiters, die aufweist: eine p-Plattierschicht (22, 42) des zusammenge­ setzten Halbleiters, die Zink als Dotierverunreinigung ent­ hält und zumindest ein Übergangsmetallelement aufweist, das aus der Gruppe aus Fe, V, Cr, Mn, Co und Ni ausgewählt wurde, um die Diffusion von Zink aus der p-Plattierschicht zu verhindern, eine undotierte aktive Schicht (23, 43) des zusammengesetzten Halbleiters und eine n-Plattierschicht (24, 44),
das Maskieren eines Abschnitts der zweiten durch Wachstum ausgebildeten Plattierschicht und das Ätzen von Abschnitten der Plattierschichten und der aktiven Schicht, um eine stegartige Struktur zu erzeugen,
das Aufwachsen von Stromsperrschichten (26, 27, 28; 46, 47, 48) auf die Plattierschicht an den entgegengesetzten Seiten der stegartigen Struktur näher am Substrat, um den Stromfluß zwischen den p- und n-Plattierschichten durch die aktive Schicht zu konzentrieren,
das Entfernen der Ätzmaske (25) und das Aufwachsen einer n- Kontaktschicht (29; 49), die die Plattierschicht berührt, entgegengesetzt zum Substrat und auf den Stromsperrschich­ ten und
das Ausbilden einer ersten Elektrode (31, 50) und einer zweiten Elektrode (32, 51), die mit der p-Plattierschicht bzw. der n-Plattierschicht in elektrischem Kontakt stehen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Substrat (21) das zumindest eine Übergangsmetallelement aufweist, und das Verfahren das Aufwachsen der p-Plattierschicht direkt auf das Substrat beinhaltet, wodurch durch Diffusion aus dem Substrat das zumindest eine Übergangsmetallelement in die p-Plattierschicht eingebracht wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die p-Plattier­ schicht das Substrat berührt, wobei das Verfahren beinhal­ tet: nach dem Aufwachsen der Kontaktschicht das Ausbilden einer zweiten Ätzmaske (30) auf der Kontaktschicht entge­ gengesetzt zur stegartigen Struktur und das Entfernen von Abschnitten der Stromsperrschichten, um die p-Plattier­ schicht freizulegen, und das Ausbilden der ersten Elektrode in direktem Kontakt mit der p-Plattierschicht.

23. Verfahren nach Anspruch 20, das das Einbringen des zu­ mindest einen Übergangsmetallelements in die p-Plattier­ schicht beinhaltet, indem beim Aufwachsen der p-Plattier­ schicht eine Quelle des zumindest einen Übergangsmetallele­ ments angelegt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die p-Plattier­ schicht aus InP (22, 42) ist, und wobei das Verfahren das Anlegen von Ferrocen an die InP-Plattierschicht vom p-Typ während des Aufwachsen beinhaltet.

25. Verfahren nach Anspruch 20, das beinhaltet: das Auf­ wachsen einer Pufferschicht (62), die das zumindest eine Übergangsmetallelement enthält, direkt auf das Substrat, und das nachfolgende Aufwachsen der p-Plattierschicht di­ rekt auf die Pufferschicht, wodurch das zumindest eine Übergangsmetallelement durch Diffusion aus der Puffer­ schicht in die p-Plattierschicht eingebracht wird.

26. Verfahren nach Anspruch 20, das beinhaltet: das Auf­ wachsen von InP (22, 42; 24, 44) als die p- und n-Plattier­ schichten, das Aufwachsen von InGaAsP (23, 43) als die akti­ ve Schicht und das Einbringen von Fe in die p-Plattier­ schicht als das zumindest eine Übergangsmetallelement.