DE19523181A1 - Verfahren zum P-Dotieren einer Licht emittierenden Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum P-Dotieren einer Licht emittierenden Vorrichtung

Info

Publication number
DE19523181A1
DE19523181A1 DE19523181A DE19523181A DE19523181A1 DE 19523181 A1 DE19523181 A1 DE 19523181A1 DE 19523181 A DE19523181 A DE 19523181A DE 19523181 A DE19523181 A DE 19523181A DE 19523181 A1 DE19523181 A1 DE 19523181A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
controlling
group
deposited
aluminum
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19523181A
Other languages
English (en)
Inventor
Piotr Grodzinski
Hsing-Chung Lee
Chan-Long Shieh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Motorola Inc filed Critical Motorola Inc
Publication of DE19523181A1 publication Critical patent/DE19523181A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf das Dotieren von halbleitendem Material und insbesondere auf das Dotieren von Schichten, die in Licht emittierenden Vorrichtungen verwendet werden.
In jüngster Zeit gab es verstärktes Interesse an einem sogenannten Oberflächen-emittierenden Laser mit vertikalem Hohlraum (vertical cavity surface emitting laser, VCSEL). Die Vorteile der VCSEL-Vorrichtungen sind, daß die Vorrich­ tung Licht senkrecht zur Halbleiterscheibe emittiert, was eine bessere Möglichkeit zur Herstellung eines Feldes von Vorrichtungen, zur Integration und zum Testen auf der Halb­ leiterscheibe bietet. Herkömmlicherweise verwenden VCSEL- Vorrichtungen hoch dotierte Aluminium-Gallium-Arsenid- Schichten (AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs) in ihren verteilten Bragg­ schen Reflektoren (DBRs). Diese VCSEL-Vorrichtungen arbeiten im allgemeinen in einem Wellenlängenbereich, der ungefähr vom Sichtbaren (0,65 Mikrometer) bis zum Infraroten (0,98 Mikrometer) reicht. Somit sind die DBRs so ausgeführt, daß sie Wellenlängen länger als 0,57 Mikrometer reflektieren. Typischerweise sind die DBRs entweder mit einem P-Typ oder N-Typ Dotierstoff dotiert. Das Aufwachsen diese geschichte­ ten Strukturen wird erreicht durch eine epitaxiale Aufwachs­ technik, wie etwa durch MOCVD (metallorganische Abscheidung in der Dampfphase), MBE (Molekularstrahlepitaxie) oder CBE (chemische Strahlepitaxie).
Jedoch ist die Auswahl eines geeigneten P-Typ Dotie­ rungsstoffs für die Herstellung dieser dotierten Schichten ein Problem. Während zum Beispiel Zink (Zn) allgemein als ein P-Typ Dotierstoff in der MOCVD verwendet wird, besitzt es einen sehr hohen Diffusionskoeffizienten, der ihn zum Do­ tieren von DBRs nicht verwendbar macht. Ein weiterer allge­ mein verwendeter P-Typ Dotierstoff ist Kohlenstofftetrachlo­ rid (CCl₄) für Kohlenstoff (C), der ein Dotierstoff des P- Typs ist. Unglücklicherweise ist Kohlenstofftetrachlorid ein Ozon abbauendes Material, das derzeit nicht mehr verwendet wird, weswegen CCl₄ nicht verwendet werden kann. Da diese beiden allgemein verwendeten P-Typ Dotierstoffe nicht ver­ wendbar sind, ist es klar, daß eine alternative Technik oder ein alternatives Verfahren zum P-Dotieren für DBRs notwendig ist.
Es ist erkennbar, daß die Verwendung von herkömmlichen P-Typ Dotierstoffen nicht die Anforderungen zur Herstellung oder die Umweltauflagen erfüllt. Daher ist eine alternative Technik oder ein alternatives Verfahren zur P-Typ Dotierung von DBRs, welches die Leistungen übertrifft oder erreicht und die Umweltgesichtspunkte berücksichtigt und das Herstel­ lungsverfahren vereinfacht, sehr wünschenswert.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das erfindungs­ gemäße Verfahren, wie es in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, gelöst.
Zusammengefaßt wird ein Verfahren zum Steuern des Koh­ lenstoff-Dotierniveaus in einem abgeschiedenen Material für eine Licht emittierende Vorrichtung zur Verfügung bereitge­ stellt. Ein Substrat mit einer Oberfläche wird bereitge­ stellt. Ein erster Stapel von Spiegeln wird auf der Oberflä­ che des Substrats abgeschieden. Ein erster Deckbereich wird auf dem ersten Stapel von Spiegeln abgeschieden. Eine aktive Schicht wird auf der ersten Deckschicht abgeschieden. Eine zweite Deckschicht wird auf der aktiven Schicht abgeschie­ den. Ein zweiter Stapel von Spiegeln wird auf der zweiten Deckschicht abgeschieden, wobei wenigstens die erste Schicht des zweiten Stapels von Spiegeln einen Kohlenstoff-Dotierpe­ gel besitzt, der durch das Verhältnis eines metallorgani­ schen tertiären Butylarsin (TBAs) der Gruppe V zu Gallium und Aluminium enthaltenden metallorganischen Verbindungen der Gruppe III gesteuert wird.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines vergrößerten und verein­ fachten Querschnitts einer VCSEL-Vorrichtung, die auf einem Halbleitersubstrat hergestellt worden ist.
Fig. 2 ist ein Graph der Löcherkonzentration, die die Kohlenstoffkonzentration in AlxGa1-xAs (x=0,15 beziehungs­ weise x=0,80) als Funktion eines Verhältnisses von tertiärem Butylarsin zu Trimethylgallium und Trimethylaluminium (V/III-Verhältnis) zeigt.
Fig. 3 ist ein Graph einer SIMS (sekundären Ionenmassen- Spektrometrie), die das Tiefenprofil der Kohlenstoffkonzen­ tration durch zwei Schichten von Aluminium-Gallium-Arsenid zeigt, wobei die erste Schicht 15% Aluminium und die zweite Schicht 80% Aluminium enthält, wobei es aufgrund der Auswahl des V/III-Verhältnisses eine lokale Erhöhung der Kohlen­ stoffkonzentration an der Grenzfläche gibt.
In Fig. 1 ist ein Beispiel eines vereinfachten, vergrö­ ßerten Querschnitts einer VCSEL-Struktur 100 gezeigt. Im allgemeinen besteht eine solche VCSEL-Struktur 100 aus meh­ reren Hauptteilen, wie etwa den DBRs 105, einem Deckbereich 106, einem aktiven Bereich 108, einem Deckbereich 109 und DBRs 111. Es sollte klar sein, daß die VCSEL-Struktur 100 in einer Mehrzahl von Konfigurationen erzeugt werden kann, wie etwa als planare VCSEL-Vorrichtung, als Mesa-geätzte VCSEL- Vorrichtung, als VCSEL-Vorrichtung mit stegförmigen Wellen­ leiter, als Licht emittierende Diode, und dergleichen. Wäh­ rend nur eine VCSEL-Struktur 100 auf der Oberfläche 101 ei­ nes Substrats 102 gezeigt ist, sollte klar sein, daß eine Vielzahl von VCSEL-Vorrichtungen oder Strukturen auf dem Substrat 102 geformt werden können, um ein Feld von Vorrich­ tungen zu erzeugen.
Im allgemeinen besteht das Substrat 102 aus einem ge­ eigneten Halbleitermaterial, wie etwa aus Gallium-Arsenid, das n-dotiert, p-dotiert oder semi-isolierend ist. In diesem speziellen Beispiel besteht das Substrat 102 aus Gallium-Ar­ senid. Gallium-Arsenid wird als Substrat 102 verwendet, um das epitaxiale Aufwachsen von Mehrfachschichten als Alumini­ umarsenid mit jeweils unterschiedlichem Aluminiumgehalt zu erleichtern.
Das epitaxiale Aufwachsen von DBRs 105 mit sich abwech­ selnden Schichten 103 und 104 mit unterschiedlichem Alumini­ umgehalt in AlxGa1-xAs wird mit Epitaxietechniken nach dem Stand der Technik, wie etwa MOCVD, MBE, CBE und dergleichen, erreicht. Diese Techniken ermöglichen die epitaxiale Ab­ scheidung von Halbleiterschichten von verschiedenen Materia­ lien, wie etwa von Gallium-Arsenid, Aluminium-Gallium-Ar­ senid, Aluminium-Arsenid, Indium-Gallium-Arsenid und der­ gleichen.
Beispielsweise wird eine epitaxiale Abscheidung von DBRs 105 mit sich abwechselnden Schichten 103 und 104 aus Alumi­ nium-Gallium-Arsenid, die mit einem geeigneten N-Typ Dotier­ stoff, wie etwa Silizium (Si), Selen (Se) oder dergleichen, dotiert sind, auf der Oberfläche 101 des Substrats 102 durchgeführt. Die Abscheidung von sich abwechselnden Schich­ ten 103 und 104 bildet einen ersten Satz von DBRs oder Spie­ geln 105 für die VCSEL-Struktur 100. Die Dicken der sich ab­ wechselnden Schichten 103 und 104 aus Aluminium-Gallium-Ar­ senid sind im allgemeinen auf ein Viertel der Wellenlänge, bei der die VCSEL-Struktur 100 arbeiten soll, festgelegt. Weiterhin sollte klar sein, daß eine bestimmte Anzahl von Schichten 103 und 104 eine bestimmte Reflektivität des VCSEL 100 erzeugt.
Der Deckbereich 106 wird epitaktisch auf den DBRs 105 mit den sich abwechselnden Schichten 103 und 104 abgeschie­ den. Der Deckbereich 106 besitzt typischerweise zwei Teile, die nicht gezeigt sind, um eine Überfrachtung der Fig. 1 zu vermeiden. Zunächst wird eine n-dotierte Aluminium-Gallium- Arsenidschicht mit einer Dicke von 600 bis 100 Angström auf der Oberseite der DBRs 105 abgeschieden. Die Dotierung des Aluminium-Gallium-Arsenid wird typischerweise im Bereich von 10¹⁸ cm-3 gehalten. Als zweites wird eine undotierte Alumi­ nium-Gallium-Arsenidschicht mit einem geringeren Aluminium­ gehalt mit einer Dicke von 300 bis 700 Angström auf der n- dotierten Aluminium-Gallium-Arsenidschicht abgeschieden.
Der aktive Bereich 108 wird epitaktisch auf dem Deckbe­ reich 106 abgeschieden. Der aktive Bereich 108 besteht im allgemeinen aus einer oder mehreren Schichten Gallium-Ar­ senid oder Indium-Gallium-Arsenid und bildet Quantentöpfe, die durch Aluminium-Gallium-Arsenid- oder Gallium-Arsenid­ barrieren getrennt sind. Die nominelle Dicke der Quanten­ töpfe und -barrieren wird bei 100 Angström gehalten.
Der Abdeckbereich 109 wird epitaktisch auf dem aktiven Bereich 108 abgeschieden. Der Deckbereich 108 besitzt typi­ scherweise zwei Teile, die nicht gezeigt sind, um eine Über­ frachtung der Fig. 1 zu vermeiden. Zunächst wird eine undo­ tierte Aluminium-Gallium-Arsenidschicht mit einer Dicke von 300 bis 700 Angström auf der Oberseite des aktiven Bereichs 108 abgeschieden. Als zweites wird eine p-dotierte Alumi­ nium-Gallium-Arsenidschicht auf der undotierten Aluminium- Gallium-Arsenidschicht abgeschieden. Die Dotierung des Alu­ minium-Gallium-Arsenids wird typischerweise im Bereich von 10¹⁸ cm-3 gehalten. Die Dicke der p-dotierten Aluminium-Gal­ lium-Arsenidschicht liegt im Bereich von 600 bis 1000 Angström. Die Dicken der Deckschichten 106, 109 und des ak­ tiven Bereichs 108 sind so ausgewählt, daß die gesamte opti­ sche Dicke dieser Bereiche gleich einer Wellenlänge oder ei­ nem vielfachen der Wellenlänge, mit der die VCSEL-Vorrich­ tung betrieben wird, ist.
DBRs oder Spiegel 11 werden epitaktisch auf dem zweiten Deckbereich 109 abgeschieden. Spiegel oder DBRs 111 bestehen typischerweise aus sich abwechselnden Schichten 114 und 116 aus p-dotiertem Aluminium-Gallium-Arsenid mit sich abwech­ selnder Aluminiumkonzentration von 15% beziehungsweise 80% mit einem nominellen Bereich von ± 5%. Die entsprechende P- Typ Konzentrationen für die sich abwechselnden Aluminiumkon­ zentrationen liegen im Bereich von 10¹⁷ cm-3 bis 5·10¹⁸ cm -3. Die Dicken der sich abwechselnden Schichten 114 und 116 sind auf ein Viertel der Wellenlänge eingestellt, mit der der VCSEL 100 arbeiten soll. Weiterhin ist die Dicke der Aluminium-Gallium-Arsenidschicht 117, die einen Aluminiumge­ halt von 15% besitzt und die die letzte Aluminium-Gallium- Arsenidschicht auf den DBRs 111 ist, auf eine Dicke von ent­ weder drei Vierteln der Wellenlänge oder der Hälfte der Wel­ lenlänge statt auf ein Viertel der Wellenlänge eingestellt, die in den anderen, sich abwechselnden Schichten 114 und 116 verwendet wird.
Die Reflexion in den DBRs 105 und 111 aus AlxGa1-x As/AlyGa1-yAs mit zum Beispiel x=0,15 und y=0,80 für den VCSEL 100, der bei 0,85 Mikrometern arbeitet, tritt wegen der Differenz in den Brechungsindizes auf. Die Differenz in den Brechungsindizes wird durch die unterschiedliche Alumi­ niumkonzentration in den sich abwechselnden Schichten 103, 104 und 114, 116 der DBRs 105 beziehungsweise 111 bewirkt. Außerdem ändert sich die Bandlücke des AlxGa1-xxAs/AyGa1-yAs mit dem Aluminiumgehalt, wodurch eine Heterobarriere zwi­ schen benachbarten AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs-Schichten in den DBRs 105 und 111 erzeugt wird. Die Heterobarriere legt den Reihenwiderstand der DBRs 105 und 111 mit einer höheren He­ terobarrierenhöhe auf einen höheren Wert fest. Um den Rei­ henwiderstand zu minimieren, wird die Aluminiumkonzentration an der Schnittstelle zwischen den sich abwechselnden Schich­ ten 103, 104 und 114, 116 abgestuft. Eine weitere Verringe­ rung der Heterobarriere und des Reihenwiderstands kann durch eine lokale Erhöhung der Dotierung an der Grenzfläche er­ reicht werden.
In der vorliegenden Erfindung wird die P-Typ Dotierung der DBRs oder Spiegel 111 durch intrinsischen Kohlenstoff (C) erreicht, der während der Aufspaltung von metallorgani­ schen Quellen von Aluminium und Gallium, typischerweise Tri­ methylaluminium (TMAl) und Trimethylgallium (TMGa), freige­ geben wird. Die Steuerung des P-Dotierungsniveaus in den Aluminium-Gallium-Arsenidschichten 114 und 116 wird durch Ändern des Verhältnisses (V/III-Verhältnis) einer metallor­ ganischen Verbindung der Gruppe V, z. B. tertiäres Butylarsin (TBAs), zu einer metallorganischen Verbindung der Gruppe III, z. B. Trimethylaluminium (TMAl) und Trimethylgallium (TMGa), erreicht. Das P-Dotierniveau kann durch Ändern des V/III-Verhältnisses ausgewählt werden, da der während der Aufspaltung von tertiärem Butylarsin freigegebene, atomare Wasserstoff den Kohlenstoffeinbau verringert.
Während das hiernach beschriebene Verfahren für ein Aix­ tron-MOCVD-Epitaxiesystem gilt, sollte klar sein, daß jedes andere Epitaxiesystem mit entsprechenden Änderungen in den Prozeßparametern verwendet werden könnte, um Systemänderun­ gen und charakteristische Unterschiede zu berücksichtigen. Zusammengefaßt wird das Substrat 102 in einer Reaktionskam­ mer des MOCVD-Systems mit einer Temperatur von 700 bis 900°C mit einem Druck von 15 bis 25 mbar angeordnet. Jedoch wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Temperatur der Reaktionskammer auf ungefähr 720°C und der Druck auf ungefähr 20 mbar eingestellt. Die Gasflüsse von Reaktanden, die Wasserstoffgas als Träger verwenden, sind TMAl im Bereich von 10 bis 60 sccm, TMGa im Bereich von 7 bis 30 sccm und TBAs im Bereich von 70 bis 110 sccm. Es sollte klar sein, daß ähnliche Ergebnisse bei MOCVD-Verfah­ ren mit einem weiten Bereich von Temperaturen und Drücken erreicht werden können. Daher dienen die hier gegebenen Bei­ spiele nur für Illustrationszwecke, um die vorliegende Er­ findung deutlich zu machen.
Durch Bereitstellen eines geeigneten Verhältnisses von metallorganischen Verbindungen der Gruppe V zu metallorgani­ schen Verbindungen der Gruppe III werden Filme von Alumi­ nium-Gallium-Arsenid mit Aluminiumkonzentrationen von 15% und 80% mit Kohlenstoffkonzentrationen von 10¹⁶ cm-3 bis 10¹⁷ cm-3 beziehungsweise von 3·10¹⁷ cm-3 bis 3·10¹⁸ cm-3 er­ zeugt, wodurch geeignete P-Dotierwerte für DBRs oder Spiegel 111 für die VCSEL-Struktur 100 erreicht werden. Weiterhin wird durch die Verwendung des geeigneten Verhältnisses von metallorganischen Gasen oder Dämpfen der Gruppe V und der Gruppe III, wie es in der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, die P-Typ Dotierung von Schichten für Licht emittie­ rende Vorrichtungen, wie etwa für VCSELs, Licht emittierende Dioden und dergleichen, aufgrund der Beseitigung des CCL₄ aus dem Verfahren vereinfacht. Somit reduzieren geeignete P- Typ Dotierstoffkonzentrationen in den sich abwechselnden Aluminium-Gallium-Arsenidschichten der DBRs 111 weiter den Reihenwiderstand der Reflektorbereiche 111 und ermöglichen den Injektionsstromfluß durch die DBRs oder Spiegel 111.
Fig. 2 ist ein Graph, der die Kohlenstoffkonzentration als Funktion des Verhältnisses des metallorganischen Gases oder Dampfes, der Gruppe-V-Elemente enthält, zu metallorga­ nischen Quellgasen oder -dämpfen, die Gruppe-III-Elemente enthalten, zeigt. In dem vorliegenden Graph war das Gruppe- V-Elemente enthaltende, metallorganische Quellgas tertiäres Butylarsin, und das Gruppe-III-Elemente enthaltende, metall­ organische Quellgas war Trimethylgallium und Trimethylalumi­ nium. Die Kurve 201 zeigt die P-Typ Dotierstoffkonzentra­ tion, also den Kohlenstoff in einer Aluminium-Gallium-Ar­ senidschicht mit einer Aluminiumkonzentration von 15%, die entsprechend der vorliegenden Erfindung abgeschieden worden ist. Die Konzentration des P-Typ Dotierstoffes (die Kohlen­ stoffkonzentration) reicht von 10¹⁶ cm-3 bis 10¹⁷ cm-3, wo­ durch eine variable Konzentration der Kohlenstoffdotierung in einem Aluminium-Gallium-Arsenidfilm durch eine Änderung des V/III-Verhältnisses gezeigt wird. Die Kurve 202 zeigt die P-Typ Dotierstoffkonzentration, also den Kohlenstoff in einer Aluminium-Gallium-Arsenidschicht mit einer Aluminium­ konzentration von 80%. Die Konzentration des P-Typ Dotier­ stoffes (die Kohlenstoffkonzentration) reicht von 3·10¹⁷ cm-3 bis 3·10¹⁸ cm-3. Somit können durch Auswahl eines geeigne­ ten Verhältnisses von Gruppe-V zu Gruppe-III metallorgani­ schen Quellgasen Aluminium-Gallium-Arsenidfilme mit geeigne­ ten Dotierstoffkonzentrationen erzeugt werden. Weiterhin werden die P-Typ Dotierstoffkonzentrationen ohne die Notwen­ digkeit für Kohlenstofftetrachlorid erzeugt, welches ein Ozon abbauendes Gas ist, wodurch ein sicheres und ein wir­ kungsvolles Verfahren zum Herstellen von Aluminium-Gallium- Arsenidfilmen für Licht emittierende Vorrichtungen, wie etwa für VCSELs, Licht emittierende Dioden (LEDs), und derglei­ chen, zur Verfügung gestellt wird.
Fig. 3 zeigt ein SIMS- (Sekundärionen-Massenspektrosko­ pie-) Profil, das die Kohlenstoffkonzentration in Atomen pro Kubikzentimeter als Funktion der Tiefe in Angström in einer Aluminium-Gallium-Arsenidschicht mit 15% Aluminiumgehalt auf einer Aluminium-Gallium-Arsenidschicht mit 80% Aluminiumge­ halt zeigt.
Die Kurven 401 und 402 zeigen die Kohlenstoff- bezie­ hungsweise Aluminiumkonzentrationen als Funktion der Tiefe. Die Bereiche 403 und 404 der Linien 401 und 402 zeigen die Konzentrationswerte von Kohlenstoff und Aluminium an oder in der Nähe der Oberfläche der Aluminium-Gallium-Arsenidschicht mit einer Aluminiumkonzentration von 15% beziehungsweise von 80%. Die Bereiche 406 und 407 zeigen die Konzentrationswerte von Kohlenstoff und Aluminium im Inneren der Aluminium-Gal­ lium-Arsenidschichten. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Volumenkonzentration von Kohlenstoff und Aluminium gleichmä­ ßig und konsistent. Jedoch wurde an den Grenzflächenberei­ chen 408 und 409 zwischen den Aluminium-Gallium-Arsenid­ schichten mit 15% und 80% Aluminiumgehalt die Kohlenstoff­ konzentration lokal erhöht, indem das V/III-Verhältnis ver­ ringert wurde, während die Aluminiumkonzentration auf ge­ wünschte Werte eingestellt wurde. Nachdem die Kohlenstoff­ konzentration auf einen Spitzenwert an der Grenzfläche er­ höht wurde, wird die Kohlenstoffkonzentration, also der Be­ reich 415 der Linie 401, auf einen gewünschten Wert einge­ stellt, was die Veränderbarkeit der Kohlenstoffkonzentration an der Grenzfläche zwischen zwei Aluminium-Gallium-Arsenid­ schichten zeigt. Weiterhin führt die Modifikation der Koh­ lenstoffkonzentration der DBRs 111 (in Fig. 2 gezeigt) zur einer zusätzlichen Verringerung des Reihenwiderstands, wo­ durch die Leistung der DBRs 111 erhöht wird. Diese Lei­ stungserhöhung wird durch die Modulation des V/III-Verhält­ nisses an der Grenzfläche der Aluminium-Gallium-Arsenid­ schichten zum Erzeugen einer Spitze in der Kohlenstoffkon­ zentration bewirkt. Somit sorgt das Erzeugen eines höheren P-Typ Dotierstoffniveaus an der Grenzfläche für eine Verrin­ gerung der Barrierenhöhe für Ladungsträger, die aus einer Bandlückendiskontinuität zwischen sich abwechselnden Schich­ ten unterschiedlicher Aluminiumkonzentration resultiert.
Es wurde ein neues Verfahren zum Aufwachsen und Dotieren von p-dotierten Schichten, wie etwa von DBRs, für VCSELs, LEDs und dergleichen, die sich abwechselnde Schichten aus Aluminium-Gallium-Arsenid enthalten, zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren stellt einen im Hinblick auf die Umwelt si­ cheren und effizienten Weg zu Herstellen von p-dotierten Schichten auf eine steuerbare und vorhersagbare Weise dar. Weiterhin wird durch Auswahl eines geeigneten Verhältnisses von metallorganischen Gasquellen der Gruppe V zur Gruppe III die P-Dotierung ohne CCl₄ erreicht, wodurch der Dotierungs­ vorgang vereinfacht wird.

Claims (14)

1. Verfahren zum Steuern einer ausgewählten Kohlenstoff­ konzentration zur P-Typ Dotierung einer abgeschiedenen Schicht in einem DBR-Reflektor, gekennzeichnet durch fol­ gende Verfahrensschritte:
Anordnen eines Halbleitersubstrats (102) in einer Reak­ tionskammer eines epitaktischen Abscheidungssystems;
Einströmen eines metallorganischen Dampfes der Gruppe V und eines metallorganischen Dampfes der Gruppe III mit einem vorgegebenen Verhältnis in die Reaktionskammer des epitakti­ schen Abscheidungssystems, um epitaktisch eine Schicht (114, 116) aus Aluminium-Gallium-Arsenid mit einer ausgewählten Kohlenstoffkonzentration in der Aluminium-Gallium-Arsenid­ schicht, die auf dem Halbleitersubstrat abgeschieden wird, abzuscheiden; und
den DBR-Reflektor durch zusätzliche Schichten zu ver­ vollständigen, wodurch die P-Typ Kohlenstoffkonzentration in den abgeschiedenen Schichten des DBR-Reflektors gesteuert wird.
2. Verfahren zum Steuern einer ausgewählten Kohlenstoff­ konzentration zur P-Typ Dotierung einer abgeschiedenen Schicht in einem DBR-Reflektor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Schritt des Anordnens des Halblei­ tersubstrats in der Reaktionskammer des epitaktischen Ab­ scheidungssystems das Halbleitersubstrat ein Gallium-Ar­ senidsubstrat ist.
3. Verfahren zum Steuern einer ausgewählten Kohlenstoff­ konzentration zur P-Typ Dotierung einer abgeschiedenen Schicht in einem DBR-Reflektor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Schritt des Einströmens eines me­ tallorganischen Dampfes der Gruppe V und eines metallorgani­ schen Dampfes der Gruppe III, der metallorganische Dampf der Gruppe V und der metallorganischen Dampf der Gruppe III einen tertiären Butylarsindampf beziehungsweise einen Trime­ thylaluminium- und einen Trimethylgalliumdampf umfaßt.
4. Verfahren zum Steuern einer ausgewählten Kohlenstoff­ konzentration zur P-Typ Dotierung einer abgeschiedenen Schicht in einem DBR-Reflektor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Schritt des Einströmens eines me­ tallorganischen Dampfes der Gruppe V und eines metallorgani­ schen Dampfes der Gruppe III unter einem bestimmten Verhält­ nis, dieses Verhältnis sich von 5 bis 23 ändert.
5. Verfahren zum Steuern einer ausgewählten Kohlenstoff­ konzentration zur P-Typ Dotierung einer abgeschiedenen Schicht in einem DBR-Reflektor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Schritt des Einströmens eines me­ tallorganischen Dampfes der Gruppe V und eines metallorgani­ schen Dampfes der Gruppe III in die Reaktionskammer des epi­ taktischen Abscheidungssystems das epitaktische Abschei­ dungssystem eine epitaktische MOCVD-Abscheidekammer ist.
6. Verfahren zum Steuern des Kohlenstoffdotierniveaus in abgeschiedenem Material in einer Licht emittierenden Vor­ richtung, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bereitstellen eines Substrats (102) mit einer Oberfläche (101);
Abscheiden eines ersten Stapels (103, 104; 105) von Spiegeln auf der Oberfläche des Substrats;
Abscheiden eines ersten Deckbereichs (106) auf dem er­ sten Stapel von Spiegeln;
Abscheiden einer aktiven Schicht (108) auf dem ersten Deckbereich;
Abscheiden einer zweiten Deckschicht (109) auf der akti­ ven Schicht; und
Abscheiden eines zweiten Stapels (114, 116; 111) von Spiegeln mit Schichten, die eine Kohlenstoff-Dotierstoffkon­ zentration besitzen, die durch das Verhältnis eines eine Verbindung der Gruppe V enthaltenden, metallorganischen Dampfes zu einem eine Verbindung der Gruppe III enthalten­ den, metallorganischen Dampf gesteuert wird.
7. Verfahren zum Steuern des Kohlenstoffdotierniveaus in abgeschiedenem Material in einer Licht emittierenden Vor­ richtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Abscheidens des zweiten Stapels von Spiegeln das Verhältnis des ein Element der Gruppe V enthaltenden, me­ tallorganischen Dampfes zu dem ein Element der Gruppe III enthaltenden Dampf zwischen 5,0 und 23,0 liegt.
8. Verfahren zum Steuern des Kohlenstoffdotierniveaus in abgeschiedenem Material in einer Licht emittierenden Vor­ richtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Abscheidens des zweiten Stapels von Spiegeln der ein Element der Gruppe V enthaltende, metallorganische Dampf tertiäres Butylarsin ist.
9. Verfahren zum Steuern des Kohlenstoffdotierniveaus in abgeschiedenem Material in einer Licht emittierenden Vor­ richtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Abscheidens des zweiten Stapels von Spiegeln der ein Element der Gruppe 3 enthaltende, metallorganische Dampf Trimethylgallium ist.
10. Verfahren zum Steuern des Kohlenstoffdotierniveaus in abgeschiedenem Material in einer Licht emittierenden Vor­ richtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Abscheidens des zweiten Stapels von Spiegeln der ein Element der Gruppe 3 enthaltende, metallorganische Dampf Trimethylaluminium ist.
11. Verfahren zum Steuern eines ausgewählten Kohlen­ stoffdotierniveaus zur P-Typ Dotierung in einer abgeschie­ denen Schicht in einem DBR-Reflektor, gekennzeichnet durch die Schritte:
Anordnen eines Halbleitersubstrats (102) in einer Reak­ tionskammer eines epitaktischen Abscheidesystems;
Einströmen eines metallorganischen Dampfes der Gruppe V und eines metallorganischen Dampfes der Gruppe III mit einem Verhältnis von 5,0 bis 23,0 in die Reaktionskammer des epi­ taktischen Abscheidungssystems, um epitaktisch eine Schicht (114, 116) aus Aluminium-Gallium-Arsenid mit einer ausge­ wählten Kohlenstoffkonzentration in der Aluminium-Gallium- Arsenidschicht, die auf dem Halbleitersubstrat abgeschieden wird, abzuscheiden; und
den DBR-Reflektor durch zusätzliche Schichten zu ver­ vollständigen, wodurch die P-Typ Kohlenstoffkonzentration in den abgeschiedenen Schichten des DBR-Reflektors gesteuert wird.
12. Verfahren zum Steuern des Kohlenstoffdotierniveaus in abgeschiedenem Material in einer Licht emittierenden Vor­ richtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Einströmens eines metallorganischen Dampfes der Gruppe V der metallorganische Dampf der Gruppe V terti­ äres Butylarsin ist.
13. Verfahren zum Steuern des Kohlenstoffdotierniveaus in abgeschiedenem Material in einer Licht emittierenden Vor­ richtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Einströmens eines metallorganischen Dampfes der Gruppe III der metallorganische Dampf der Gruppe III Trimethylgallium ist.
14. Verfahren zum Steuern des Kohlenstoffdotierniveaus in abgeschiedenem Material in einer Licht emittierenden Vor­ richtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Einströmens eines metallorganischen Dampfes der Gruppe III der metallorganische Dampf der Gruppe III Trimethylaluminium ist.
DE19523181A 1994-07-05 1995-06-26 Verfahren zum P-Dotieren einer Licht emittierenden Vorrichtung Withdrawn DE19523181A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US27071994A 1994-07-05 1994-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19523181A1 true DE19523181A1 (de) 1996-01-11

Family

ID=23032509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19523181A Withdrawn DE19523181A1 (de) 1994-07-05 1995-06-26 Verfahren zum P-Dotieren einer Licht emittierenden Vorrichtung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5547898A (de)
JP (2) JPH0832181A (de)
KR (1) KR100346532B1 (de)
DE (1) DE19523181A1 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6256333B1 (en) 1997-12-12 2001-07-03 Honeywell Inc. VCSEL structure insensitive to mobile hydrogen
US6301281B1 (en) * 1998-08-31 2001-10-09 Agilent Technologies, Inc. Semiconductor laser having co-doped distributed bragg reflectors
US20020163688A1 (en) * 2001-03-26 2002-11-07 Zuhua Zhu Optical communications system and vertical cavity surface emitting laser therefor
US6878958B2 (en) * 2001-03-26 2005-04-12 Gazillion Bits, Inc. Vertical cavity surface emitting laser with buried dielectric distributed Bragg reflector
US6858519B2 (en) * 2002-08-14 2005-02-22 Finisar Corporation Atomic hydrogen as a surfactant in production of highly strained InGaAs, InGaAsN, InGaAsNSb, and/or GaAsNSb quantum wells
US7170916B2 (en) * 2002-10-30 2007-01-30 Finisar Corporation Selectively etchable heterogeneous composite distributed Bragg reflector
US20060215720A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Corzine Scott W Quantum cascade laser with grating formed by a periodic variation in doping
KR100810230B1 (ko) 2005-12-29 2008-03-07 삼성전자주식회사 수직 표면 방출 레이저 광원의 제작 방법과 그를 이용한수직 표면 방출 레이저
WO2009039354A2 (en) * 2007-09-19 2009-03-26 Massachusetts Institute Of Technology Hybrid organic-inorganic dielectric bragg mirrors, and methods of use thereof
JP2012134473A (ja) * 2010-11-30 2012-07-12 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体基板、半導体基板の製造方法および垂直共振器面発光レーザ
WO2012086150A1 (ja) * 2010-12-21 2012-06-28 住友化学株式会社 半導体基板、半導体基板の製造方法および垂直共振器面発光レーザ
US9991417B2 (en) * 2015-07-31 2018-06-05 International Business Machines Corporation Resonant cavity strained III-V photodetector and LED on silicon substrate
US10886703B1 (en) * 2019-06-27 2021-01-05 Lumileds Llc LED DBR structure with reduced photodegradation
WO2023171150A1 (ja) * 2022-03-11 2023-09-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 垂直共振器型面発光レーザ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH084169B2 (ja) * 1986-08-28 1996-01-17 ソニー株式会社 化合物半導体レ−ザ−
JPH0754805B2 (ja) * 1986-12-08 1995-06-07 松下電器産業株式会社 化合物半導体の気相成長方法
DE69024246T2 (de) * 1989-03-31 1996-05-30 Toshiba Kawasaki Kk Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichthalbleiterlegierung
JP2699661B2 (ja) * 1991-01-08 1998-01-19 日本電気株式会社 半導体多層反射膜
JP2757633B2 (ja) * 1990-12-28 1998-05-25 日本電気株式会社 面発光半導体レーザ
US5116455A (en) * 1991-01-24 1992-05-26 Spire Corporation Process of making strain-free, carbon-doped epitaxial layers and products so made
US5226055A (en) * 1991-09-30 1993-07-06 At&T Bell Laboratories Devices having repetitive layers
US5170407A (en) * 1991-10-11 1992-12-08 At&T Bell Laboratories Elimination of heterojunction band discontinuities
US5244829A (en) * 1992-07-09 1993-09-14 Texas Instruments Incorporated Organometallic vapor-phase epitaxy process using (CH3)3 As and CCl4 for improving stability of carbon-doped GaAs
JPH06163985A (ja) * 1992-11-24 1994-06-10 Mitsubishi Kasei Corp Ｉｉｉ −ｖ族化合物を用いた発光及び受光素子

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0832181A (ja) 1996-02-02
KR960006167A (ko) 1996-02-23
JP2005294866A (ja) 2005-10-20
US5547898A (en) 1996-08-20
KR100346532B1 (ko) 2002-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69533276T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtungen
DE69636088T2 (de) Halbleitervorrichtung aus einer Nitridverbindung
DE69023956T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines III-V-Verbindungshalbleiterbauelementes.
DE60209610T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines InGaAsN Halbleiters mit hoher Qualität
DE19523181A1 (de) Verfahren zum P-Dotieren einer Licht emittierenden Vorrichtung
DE68924841T2 (de) Optoelektronische Vorrichtung mit grossem Energiebandabstand und Herstellungsverfahren.
DE19648955B4 (de) III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung
DE68920853T2 (de) Verfahren für das Wachstum von epitaxialen Schichten.
US5766981A (en) Thermally processed, phosphorus- or arsenic-containing semiconductor laser with selective IILD
DE68925219T2 (de) Halbleiterlaser-Vorrichtung und Herstellungsverfahren für die Halbleiterlaser-Vorrichtung
DE112014001385T5 (de) Halbleiterlichtemitterstruktur mit einem aktiven Gebiet, das InGaN enthält, und Verfahren für seine Herstellung
EP2246892B1 (de) Herstellungsverfahren für Quantenpunkten in einer Halbleitervorrichtung
DE60012592T2 (de) Halbleiterlaser und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19610352A1 (de) Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers und dadurch hergestellter Halbleiterlaser
WO2018192972A1 (de) Halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode
US6376338B2 (en) Manufacturing method of a semiconductor device having a diffraction grating
WO2013045190A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips und entsprechender optoelektronischer halbleiterchip
DE4035402C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines integrierten Mehrwellenlängen-Halbleiterlasers
DE19926958B4 (de) Lichtemissions-Halbleiterdiode auf der Basis von Ga (In, AL) P-Verbindungen mit ZnO-Fensterschicht
DE19755009C1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung für Leuchtdioden
JP3903182B2 (ja) 低格子不整合系における量子ドットの形成方法および量子ドット半導体素子
DE10056476B4 (de) Strahlungsemittierender Halbleiterkörper und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2010081754A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement
US20070241322A1 (en) Long Wavelength Induim Arsenide Phosphide (InAsP) Quantum Well Active Region And Method For Producing Same
EP1564795A2 (de) Verfahren zum Kristallwachstum von Verbindungshalbleitern und Verfahren zur Herstellung von Verbindungshalbleiterbauelementen

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8139 Disposal/non-payment of the annual fee