DE19708989A1 - Lichtemissionselement aus einem Galliumnitrid-Verbindungshalbleiter sowie Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Lichtemissionselement aus einem Galliumnitrid-Verbindungshalbleiter sowie Verfahren zum Herstellen desselben

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Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtemissionselement aus einem Galliumnitrid(GaN)-Verbindungshalbleiter, das Licht im Be­ reich von blauem bis zu ultraviolettem Licht emittieren kann.
Wenn ein Verbindungshalbleiter vom Typ mit Stromsperrschicht oder mit Rippen-Wellenleiter hergestellt wird, ist ein Pro­ zeß des Ätzens von Schichten des Verbindungshalbleiters des Lasers auf jeweils spezifizierte Dicken mit hoher Genauig­ keit oder ein Prozeß des selektiven Ätzens einer Schicht zum Freilegen der Oberfläche einer darunterliegenden Schicht erforderlich.
Beim Ätzen einer Schicht eines GaAs-Verbindungshalbleiters wird normalerweise ein Naßätzvorgang mit hoher Selektivität verwendet. Beim Ätzen eines GaN-Verbindungshalbleiters wird normalerweise ein Trockenätzvorgang verwendet, da kein ge­ eignetes Ätzmittel verfügbar ist. Durch Trockenätzen ist je­ doch das Ätzen einer Schicht eines GaN-Verbindungshalblei­ ters mit ausreichender Selektivität schwierig. Ein GaN-Ver­ bindungshalbleiter, der nicht mit ausreichender Selektivität geätzt werden kann, ist nicht als Trockenätz-Stoppschicht geeignet. Daher ist es schwierig, einen Halbleiterlaser vom Typ mit Stromsperrschicht oder vom Typ mit Rippenwellenlei­ ter durch Trockenätzen mit guter Reproduzierbarkeit herzu­ stellen.
J. Vac. Sci. Technol., A 11 (4) 1993, S. 1772-1775 be­ schreibt das Ätzen von GaN, InN und AlN durch ECR-RIBE (Ät­ zen mit einem reaktiven Ionenstrahl vom Typ mit Elektronen­ zyklotronresonanz), das eines der Trockenätzverfahren ist. Dieser Artikel erörtert, daß die Ätzrate bei diesem Verfah­ ren Selektivität zeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtemissi­ onselement vom Typ mit Stromsperrschicht oder vom Typ mit Rippenwellenleiter aus einem Galliumnitrid-Verbindungshalb­ leiter mit gutem Wirkungsgrad sowie ein Verfahren zum Her­ stellen eines derartigen Lichtemissionselements unter Ver­ wendung eines Ätzverfahrens mit guter Reproduzierbarkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Lichtemissionselements durch die Lehren der beigefügten Ansprüche 1 und 4 sowie hinsichtlich des Verfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen sind Gegenstand jeweiliger Ansprüche 2 und 3, 5 bis 11 bzw. 13 bis 21.
Gemäß der Erfindung ist selektives Ätzen eines Galliumni­ trid-Verbindungshalbleiters dadurch möglich, daß bei der ECR-RIBE-Trockenätztechnik geeignete Ätzbedingungen ausge­ wählt werden.
Gemäß der Erfindung wird eine InN-Schicht auf einer Mantel­ schicht als Trockenätz-Stoppschicht hergestellt. Die InN-Schicht wird durch ECR-RIBE extrem verdünnt und geätzt. So wird ein Halbleiterlaser vom Stromsperrtyp oder vom Typ mit Rippenwellenleiter realisiert.
Die Dicke der InN-Trockenätzstoppschicht liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 5 nm (1 nm = 10 Å). Wenn sie ungefähr 5 nm überschreitet, nimmt die Absorption von Laserlicht durch diese InN-Trockenätzstoppschicht plötz­ lich zu, was den Wirkungsgrad der Laserausgangsleistung ver­ ringert. Wenn sie kleiner als ungefähr 10 Å ist, ist nicht nur die Dickenkontrolle bei der Herstellung der Schicht schwierig, sondern eine derartige dünne Schicht dient auch nicht mehr ausreichend als Ätzstoppschicht.
Genauer gesagt, kann ein Halbleiterlaser oder ein Lichtemis­ sionselement vom Stromsperrtyp dadurch realisiert werden, daß zwischen einer zweiten Mantelschicht aus AlGaN und einer GaN-Stromsperrschicht oder einer oberen Mantelschicht aus AlGaN eine InN-Trockenätzstoppschicht eingefügt wird. Auch kann ein Halbleiterlaser oder ein Lichtemissionselement aus einer Galliumnitridverbindung vom Typ mit Rippenwellen­ leiter dadurch geschaffen werden, daß eine InN-Trockenätz­ schicht zwischen eine zweite Mantelschicht aus AlGaN und eine obere Mantelschicht aus AlGaN eingefügt wird.
Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich.
Fig. 1 und 2 sind schematische Schnittansichten eines jewei­ ligen Halbleiterlasers vom Stromsperrtyp aus einer Gallium­ nitridverbindung gemäß einem Beispiel 1 bzw. einem Beispiel 2 der Erfindung.
Fig. 3 und 4 sind schematische Schnittansichten eines jewei­ ligen Halbleiterlasers vom Typ mit Rippenwellenleiter aus einer Galliumnitridverbindung gemäß einem Beispiel 3 bzw. einem Beispiel 4 der Erfindung.
Fig. 5A bis 5E, 6A bis 6F, 7A bis 7E und 8A bis 8E veran­ schaulichen jeweils schematisch Schritte zum Herstellen des Lasers gemäß einem der Beispiele 1 bis 4.
Ein erfindungsgemäßer Galliumnitrid-Verbindungshalbleiterla­ ser enthält eine Trockenätz-Stoppschicht, die auf einer mehrschichtigen Halbleiterstruktur ausgebildet ist. Eine an­ dere mehrschichtige Halbleiterstruktur ist auf der Trocken­ ätz-Stoppschicht ausgebildet.
Die Erfinder stellten versuchsweise Galliumnitrid-Verbin­ dungshalbleiterlaser vom Stromsperrtyp, wie in Fig. 1 darge­ stellt, und vom Typ mit Rippenwellenleiter, wie in Fig. 3 dargestellt, durch selektives Ätzen einer GaN-Schicht her, die auf InN-oder AlN-Schicht ausgebildet war, von der erwar­ tet wurde, daß sie bei einem ECR-RIBE-Vorgang als Trocken­ ätz-Stoppschicht dienen sollte. Im Ergebnis diente die InN- oder AlN-Schicht tatsächlich als Trockenätz-Stoppschicht, und es wurden die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Struktu­ ren hergestellt.
Die sich unter Verwendung der AlN-Schicht als Trockenätz-Stoppschicht ergebende Halbleiterstruktur zeigte jedoch kei­ ne Laserschwingung, konnte also nicht als Laser arbeiten. Dies, da AlN nichtleitend ist und dadurch das Fließen eines Stroms in eine aktive Schicht der Halbleiterstruktur verhin­ dert.
Die Halbleiterstruktur unter Verwendung einer InN-Schicht als Trockenätz-Stoppschicht zeigt Laserschwingung, da InN leitend ist. Jedoch ist der Wirkungsgrad des Lasers niedrig. Dies, da die Bandlücke der InN-Schicht schmäler als die der Lichtemissionsschicht der Struktur ist, wodurch von der Lichtemissionsschicht emittiertes Laserlicht durch die InN-Trockenätzstoppschicht absorbiert wird.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß dieses Problem da­ durch überwunden werden kann, daß die Dicke der InN-Tro­ ckenätzstoppschicht im Bereich von ungefähr 1 nm bis unge­ fähr 5 nm beträgt. So kann ein Galliumnitrid-Verbindungs­ halbleiterlaser mit hohem Wirkungsgrad erhalten werden.
Die Dicke der InN-Trockenätzstoppschicht liegt vorzugswei­ se, wie oben beschrieben, im Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 5 nm. Wenn sie ungefähr 5 nm übersteigt, nimmt die Absorption von Laserlicht durch diese InN-Trockenätzstopp­ schicht plötzlich zu, was den Wirkungsgrad der Laseraus­ gangsleistung verringert. Wenn sie kleiner als ungefähr 1 nm ist, wird nicht nur die Dickenkontrolle bei der Herstellung der Schicht schwierig, sondern eine derartig dünne Schicht dient auch nicht ausreichend als Ätzstoppschicht beim Ätzen.
Die Erfindung wird nun durch Beispiele unter Bezugnahme auf die beifügten Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Bei­ spielen ist die Dicke der InN-Trockenätzstoppschicht auf un­ gefähr 3 nm eingestellt. Es kann jede beliebige Dicke eben­ falls verwendet werden, solange sie im Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 5 nm liegt.
(Beispiel 1)
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Gallium­ nitrid-Verbindungshalbleiterlasers des Beispiels 1 der Er­ findung. Der Laser dieses Beispiels verfügt über Stromsperr­ struktur.
Gemäß Fig. 1 enthält der Halbleiterlaser dieses Beispiels ein Substrat 1 aus n-6H-SiC (0001) mit niedrigem Widerstand und darauf ausgebildete mehrschichtige Halbleiterstrukturen.
Eine erste mehrschichtige Halbleiterstruktur umfaßt eine n-GaN-Pufferschicht 2, eine n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 3, eine undotierte aktive Schicht 4 aus In0,32Ga0,68N und eine p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 5, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 1 ausgebildet sind. Auf der ersten mehrschich­ tigen Halbleiterstruktur ist eine p-InN-Trockenätzstopp­ schicht 6 ausgebildet. Eine zweite mehrschichtige Halblei­ terstruktur umfaßt eine p-GaN-Stromsperrschicht 7, eine p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 und eine p-GaN-Kontaktschicht 9, die in dieser Reihenfolge auf der p-InN-Trockenätzstopp­ schicht 6 ausgebildet sind. Eine p-seitige Elektrode 10 und eine n-seitige Elektrode 11 sind auf der Oberseite der mehr­ schichtigen Halbleiterstruktur bzw. der Unterseite des Sub­ strats 1 ausgebildet.
Der Galliumnitrid-Verbindungshalbleiterlaser mit der obigen Struktur wird z. B. durch metallorganische, chemische Dampf­ niederschlagung (MOCVD) hergestellt, wobei Ammoniak (NH₃) als Material der Gruppe V sowie Trimethylgallium (TMG), Tri­ methylaluminium (TMA) und Trimethylindium (TMI) als Materia­ lien der Gruppen III verwendet werden. Bis(Cyclopentatie­ nyl)-Magnesium (Cp₂Mg) wird als p-Dotiermaterial verwendet, Monosilan (SiH₄) wird als n-Dotiermaterial verwendet und H₂ wird als Trägergas verwendet.
Nun wird die Herstellung dieses Galliumnitrid-Verbindungs­ halbleiterlasers unter Bezugnahme auf die Fig. 5A bis 5E be­ schrieben.
Das n-6H-SiC(0001)-Substrat 1 mit niedrigem Widerstand wird auf einen Aufnehmer in einer MOCVD-Vorrichtung aufgesetzt, um einen ersten Kristallwachstumsvorgang auszuführen. Das Substrat wird auf ungefähr 1200°C erwärmt und einer NH₃-Atmosphäre ausgesetzt, um die Oberfläche des Substrats zu reinigen. Dann wird die Temperatur des Substrats 1 auf unge­ fähr 1000°C abgesenkt, und die n-GaN-Pufferschicht 2 wird mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,5 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 1 µm) dadurch auf das Substrat aufgewachsen, daß TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 10 bis 20 Minuten (z. B. 15 Minuten) eingeleitet werden. Dann wird die n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 3 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,7 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 1 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Be­ reich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 10 bis 30 Minuten (z. B. 20 Minuten) auf der n-GaN-Pufferschicht 2 aufgewachsen. Die Substrattemperatur wird dann in den Bereich von ungefähr 800°C bis ungefähr 850°C (z. B. 850°C) abgesenkt, und die undotierte aktive Schicht 4 aus In0,32Ga0,68N wird mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 80 nm (z. B. 5 nm) durch Einleiten von TMI-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 30 bis 70 ccm (z. B. 50 ccm), TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 5 ccm) und NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 LM (z. B. 20 LM) für 5 bis 60 Sekunden (z. B. 40 Sekunden) auf die n-Mantelschicht 3 aufgewachsen. Dann wird die Substrat­ temperatur auf ungefähr 1000°C erhöht und die mit Mg dotier­ te Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 5 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 0,3 µm (z. B. 0,3 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsra­ te im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 3 bis 10 Minuten (z. B. 7 Minuten) auf die aktive Schicht 4 aufgewachsen. Dann wird, nachdem die Substrattemperatur in den Bereich von 800°C bis ungefähr 850°C (z. B. 800°C) abgesenkt wurde, die mit Mg dotierte InN-Trockenätzstoppschicht 6 mit einer Dicke von ungefähr 3 nm durch Einleiten von TMI-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 30 bis 70 ccm (z. B. 50 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 LM (z. B. 20 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 7 bis 100 Sekunden (z. B. 60 Sekun­ den) auf die Mantelschicht 5 aufgewachsen. Dann wird, nach­ dem die Substrattemperatur auf ungefähr 1000°C erhöht wurde, die n-GaN-Stromsperrschicht 7 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,5 µm) durch Ein­ leiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 2 bis 15 Minuten (z. B. 7 Minuten) auf die Trockenätz­ stoppschicht 6 aufgewachsen (Fig. 5A).
Der sich ergebende Wafer wird der MOCVD-Vorrichtung entnom­ men. Auf der n-GaN-Stromsperrschicht 7 wird eine Maske 13 aus SiO₂, Si₃N₄ oder einem Photoresistmaterial hergestellt, und sie wird durch normale Photolithographie teilweise ent­ fernt, um einen streifenförmigen Graben 14 auszubilden (Fig. 5B).
Dann wird der sich ergebende Wafer in einer ECR-RIBE-Vor­ richtung plaziert, und die n-GaN-Stromsperrschicht 7 wird bei den folgenden Bedingungen trockengeätzt: Mikrowellen­ energie bei 2,45 GHz, Mikrowellenleistung von 200 W, Druck in der Reaktionskammer von 1 mTorr (1 Torr = 1,33 hPa), Eigenvorspannung von ungefähr -140 V und Ätzgas in Form von BCl₃/Ar oder CCl₂F₂/Ar, bis die Oberfläche der mit Mg do­ tierten InN-Trockenätzstoppschicht freigelegt ist, wobei ein streifenförmiger Graben 15 hergestellt wird (Fig. 5C). Bei den obigen Bedingungen wird die InN-Schicht nicht geätzt, während die GaN-Schicht geätzt wird. So wird der Ätzvorgang automatisch an der Oberfläche der mit Mg dotierten InN-Troc­ kenätzschicht 6 beendet. Bei diesem Ätzvorgang liegt die Eigenvorspannung vorzugsweise im Bereich von ungefähr -50 V bis ungefähr -150 V. Dies, da die GaN-Schicht auf einer Spannung von ungefähr -50 V geätzt wird, während dies für die InN-Schicht bei einer Spannung von ungefähr -150 V gilt. Da die Ätzrate größer ist, wenn der Absolutwert der Eigen­ vorspannung größer ist, ist die Eigenvorspannung bei diesem Beispiel auf ungefähr -140 V eingestellt. Als Ätzgas kann auch SiCl₄ verwendet werden.
Anschließend wird, nachdem die Maske 13 mit einem Ätzmittel mit Fluorwasserstoffsäure oder einem organischen Lösungsmit­ tel entfernt wurde, der Wafer erneut auf den Aufnehmer in der MOCVD-Vorrichtung aufgesetzt, um einen zweiten Kristall­ wachstumsvorgang auszuführen. Die Substrattemperatur wird auf ungefähr 1000°C erhöht, und die mit Mg dotierte Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 wird mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,7 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 1 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsra­ te im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 15 bis 25 Minuten (z. B. 25 Minu­ ten) auf den Wafer aufgewachsen. Dann wird die mit Mg do­ tierte GaN-Kontaktschicht 9 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,5 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,5 µm) durch Ein­ leiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 30 bis 60 ccm (z. B. 40 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 1 bis 6 LM (z. B. 4 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 9 ccm (z. B. 6 ccm) für 7 bis 15 Minuten (z. B. 7 Minuten) auf die Mantelschicht 8 aufgewachsen (Fig. 5D).
Der sich ergebende Wafer wird der MOCVD-Vorrichtung entnom­ men und in N₂-Atmosphäre einem Tempervorgang bei ungefähr 700°C unterzogen. Der Tempervorgang wird ausgeführt, um Was­ serstoff durch thermische Dissoziation aus der Mg-H-Bindung zu erzeugen, um Wasserstoff aus den mit Mg dotierten Schich­ ten zu entfernen, um es dadurch zu ermöglichen, daß die eindotierten Fremdstoffe als Akzeptoren dienen können, was die mit Mg dotierten Schichten in p-Schichten überführt.
Die p-seitige Elektrode 10 und die n-seitige Elektrode 11 werden auf der p-GaN-Kontaktschicht 9 bzw. der Unterseite des n-6H-SiC(0001)-Substrats 1 mit niedrigem Widerstand her­ gestellt (Fig. 5E). So wird der Halbleiterlaser dieses Bei­ spiels fertiggestellt.
(Beispiel 2)
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Gallium­ nitrid-Verbindungshalbleiterlasers des Beispiels 2 der Er­ findung. Der Laser dieses Beispiels verfügt über Stromsperr­ struktur.
Gemäß Fig. 2 umfaßt der Halbleiterlaser dieses Beispiels ein isolierendes Substrat 1 aus Saphir (0001) und auf diesem ausgebildete mehrschichtige Halbleiterstrukturen.
Eine erste mehrschichtige Halbleiterstruktur umfaßt eine Pufferschicht 102 aus Al0,1Ga0,9N, eine n-GaN-Pufferschicht 2, eine n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 3, eine undotierte akti­ ve Schicht 4 aus In0,32Ga0,68N und eine p-Al0,1Ga0,9N-Man­ telschicht 5, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 1 ausgebildet sind. Auf der ersten mehrschichtigen Halbleiter­ struktur ist eine n-InN-Trockenätzstoppschicht 6 ausgebil­ det. Eine zweite mehrschichtige Halbleiterstruktur umfaßt eine n-GaN-Stromsperrschicht 7, eine p-Al0,1Ga0,9N-Mantel­ schicht 8 und eine p-GaN-Kontaktschicht 9, die in dieser Reihenfolge auf der p-InN-Trockenätzstoppschicht 6 ausgebil­ det sind. Eine p-seitige Elektrode 10 und eine n-seitige Elektrode 11 sind auf der Oberseite der zweiten mehrschich­ tigen Halbleiterstruktur bzw. einem Abschnitt der Oberseite der n-GaN-Pufferschicht 2 ausgebildet.
Der Galliumnitrid-Verbindungshalbleiterlaser mit der obigen Struktur wird ebenfalls z. B. durch metallorganische, chemi­ sche Dampfniederschlagung (MOCVD) hergestellt, wobei die obengenannten Materialien verwendet werden.
Nun wird die Herstellung dieses Lasers unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6F beschrieben.
Das Substrat 1 aus Saphir (0001) wird auf einen Aufnehmer in einer MOCVD-Vorrichtung aufgesetzt, um einen ersten Kris­ tallwachstumsvorgang auszuführen. Das Substrat wird auf un­ gefähr 1200°C erwärmt und einer NH₃-Atmosphäre ausgesetzt, um seine Oberfläche zu reinigen. Nachdem die Temperatur des Substrats 1 auf den Bereich von ungefähr 500°C bis ungefähr 650°C (z. B. 550°C) abgesenkt wurde, wird die aus Al0,1Ga0,9N bestehende Pufferschicht 102 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 2 µm (z. B. 55 nm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Be­ reich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm) und NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) für 5 Sekunden bis 30 Minuten (z. B. 1 Minute) auf das Substrat 1 aufgewachsen. Die Pufferschicht 102 kann aus GaN, AlN oder AlwGa1-wN (0 < w < 1) bestehen. Dann wird, nachdem die Substrattemperatur auf ungefähr 1000°C erhöht wurde, die n-GaN-Pufferschicht 2 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,5 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,7 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsra­ te im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 10 bis 20 Minuten (z. B. 11 Minuten) auf der Puffer­ schicht 102 aufgewachsen. Dann wird die n-Al0,1Ga0,9N-Man­ telschicht 3 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,7 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,9 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. b. 6 LM) für 6 bis 30 Minuten (z. B. 18 Minuten) auf die n-GaN-Puffer­ schicht 2 aufgewachsen. Dann wird die Substrattemperatur auf den Bereich von ungefähr 800°C bis ungefähr 850°C (z. B. 800°C) abgesenkt, und die undotierte aktive Schicht 4 aus In0,32Ga0,68N mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 80 nm (z. B. 6 nm) durch Einleiten von TMI-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 30 bis 70 ccm (z. B. 50 ccm), TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 5 ccm) und NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 LM (z. B. 20 LM) für 5 bis 60 Se­ kunden (z. B. 50 Sekunden) auf die n-Mantelschicht 3 aufge­ wachsen. Dann wird die Substrattemperatur auf ungefähr 1000°C erhöht, und die mit Mg dotierte Al0,1Ga0,9N-Mantel­ schicht 5 wird mit einer Dicke von ungefähr 0,1 µm bis unge­ fähr 0,3 µm (z. B 0,2 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 3 bis 10 Minuten auf die aktive Schicht 4 aufgewachsen. Dann wird, nachdem die Substrattemperatur auf den Bereich von un­ gefähr 800°C bis ungefähr 850°C (z. B. 810°c) gesenkt wurde, die mit Mg dotierte InN-Trockenätzstoppschicht 6 mit einer Dicke von ungefähr 3 nm durch Einleiten von TMI-Gas mit ei­ ner Strömungsrate im Bereich von 30 bis 70 ccm (z. B. 50 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 LM (z. B. 20 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsra­ te im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 7 bis 100 Sekunden (z. B. 60 Sekunden) auf die p-Mantelschicht 5 auf­ gewachsen. Dann wird, nachdem die Substrattemperatur auf ungefähr 1000°C erhöht wurde, die n-GaN-Stromsperrschicht 7 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. ungefähr 0,5 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 2 bis 15 Minuten (z. B. 7 Minuten) auf die Trockenätz-Stoppschicht 6 aufge­ wachsen.
Der sich ergebende Wafer wird der MOCVD-Vorrichtung entnom­ men. Auf der n-GaN-Stromsperrschicht 7 wird eine Maske 13 aus SiO₂, Si₃N₄ oder einem Photoresistmaterial hergestellt, und sie wird durch normale Photolithographie entfernt, um einen streifenförmigen Graben 14 herzustellen (Fig. 6B).
Dann wird der sich ergebende Wafer in eine ECR-RIBE-Vorrich­ tung eingesetzt, und die n-GaN-Stromsperrschicht 7 wird bei den folgenden Bedingungen trockengeätzt: Mikrowellenenergie von 2,45 GHz, Mikrowellenleistung von 200 W, Druck in der Reaktionskammer von 1 mTorr, Eigenvorspannung von ungefähr -140 V, Ätzgas aus BCl₃/Ar oder CCL₂F₂/Ar, wobei das Ätzen erfolgt, bis die Oberfläche der mit Mg dotierten InN-Troc­ kenätzstoppschicht 6 freigelegt ist, wobei ein streifenför­ miger Graben 15 ausgebildet wird (Fig. 6C). Bei den obigen Bedingungen wird die InN-Schicht nicht geätzt, während die GaN-Schicht geätzt wird. So wird der Ätzvorgang automatisch an der Oberfläche der mit Mg dotierten InN-Trockenätzstopp­ schicht 6 beendet.
Anschließend wird, nachdem die Maske 13 mit einem Ätzmittel mit Fluorwasserstoffsäure oder einem organischen Lösungsmit­ tel entfernt wurde, der Wafer erneut auf den Aufnehmer in der MOCVD-Vorrichtung aufgesetzt, um einen zweiten Kristall­ wachstumsvorgang auszuführen. Die Substrattemperatur wird auf ungefähr 1000°C erhöht, und die mit Mg dotierte Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 wird mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,7 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,7 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsra­ te im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 15 bis 25 Minuten (z. B. 18 Minu­ ten) auf den Wafer aufgewachsen. Dann wird die mit Mg do­ tierte GaN-Kontaktschicht 9 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,5 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,5 µm) durch Ein­ leiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 30 bis 60 ccm (z. B. 40 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 1 bis 6 LM (z. B. 4 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 9 ccm (z. B. 6 ccm) für 7 bis 15 Minuten (z. B. 7 Minuten) auf die Mantelschicht 8 aufgewachsen (Fig. 6D).
Der sich ergebende Wafer wird der MOCVD-Vorrichtung entnom­ men, und er wird in N₂-Atmosphäre einem Tempervorgang bei ungefähr 700°C unterzogen. Das Tempern erfolgt, um aus der Mg-H-Bindung Wasserstoff thermisch zu dissoziieren, um Was­ serstoff aus den mit Mg dotierten Schichten zu entfernen, wodurch die eindotierten Fremdstoffe als Akzeptoren dienen können, was die mit Mg dotierten Schichten zu p-Schichten macht.
Dann wird die sich ergebende mehrschichtige Struktur teil­ weise geätzt, bis die Oberfläche der n-GaN-Pufferschicht 2 freigelegt ist, so daß die n-seitige Elektrode 11 auf der freigelegten Fläche hergestellt werden kann (Fig. 6E).
Die p-seitige Elektrode 10 und die n-Elektrode 11 werden auf der p-GaN-Kontaktschicht 9 bzw. einem Teil der Oberfläche der n-GaN-Pufferschicht hergestellt (Fig. 6E). So wird der Halbleiterlaser dieses Beispiels fertiggestellt.
(Beispiel 3)
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht eines Gallium­ nitrid-Verbindungshalbleiter1asers des Beispiels 3 der Er­ findung. Der Laser dieses Beispiels verfügt über eine Struk­ tur mit Rippenwellenleiter.
Gemäß Fig. 3 umfaßt der Halbleiterlaser dieses Beispiels ein 6H-SiC(0001)-Substrat 1 mit niedrigem Widerstand und darauf ausgebildete mehrschichtige Halbleiterstrukturen.
Eine erste mehrschichtige Halbleiterstruktur umfaßt eine n-GaN-Puffeschicht 2, eine n-Mantelschicht 3 aus Al0,1Ga0,9N, eine undotierte aktive Schicht 4 aus In0,32Ga0,68N und eine p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 5, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 1 ausgebildet sind. Auf der ersten mehrschicht­ igen Halbleiterstruktur ist eine p-InN-Trockenätzstopp­ schicht 6 ausgebildet. Eine zweite mehrschichtige Halblei­ terstruktur umfaßt eine p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 und eine p-GaN-Kontaktschicht 9, die in dieser Reihenfolge auf der p-InN-Trockenätzstoppschicht 6 ausgebildet sind. Auf der Struktur ist ein Isolierfilm 12 ausgebildet. Eine p-seitige Elektrode 10 und eine n-seitige Elektrode 11 sind auf der Oberseite der sich ergebenden Struktur bzw. der Unterseite des Substrats 1 ausgebildet.
Der Galliumnitrid-Verbindungshalbleiterlaser mit der obigen Struktur wird wiederum z. B. durch metallorganische, chemi­ sche Dampfniederschlagung (MOCVD) mit den obengenannten Ma­ terialien hergestellt.
Nun wird die Herstellung dieses Lasers unter Bezugnahme auf die Fig. 7A bis 7E beschrieben.
Das n-6H-SiC(0001)-Substrat 1 mit niedrigem Widerstand wird für einen ersten Kristallwachstumsvorgang auf einen Aufneh­ mer in einer MOCVD-Vorrichtung aufgesetzt. Das Substrat wird auf ungefähr 1200°C erwärmt und NH₃-Atmosphäre ausgesetzt, um die Oberfläche des Substrats zu reinigen. Nachdem die Substrattemperatur auf ungefähr 1000°C abgesenkt wurde, wird die n-GaN-Pufferschicht 2 mit einer Dicke im Bereich von un­ gefähr 0,5 nm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,5 µm) durch Einlei­ ten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 10 bis 20 Minuten (z. B. 12 Minuten) auf das Substrat 1 aufgewachsen. Dann wird die n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 3 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,7 µm bis ungefähr 0,1 µm (z. B. 0,9 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und SiH₄-Gas mit einer Strö­ mungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 10 bis 30 Minuten (z. B. 18 Minuten) auf der n-GaN-Pufferschicht 2 aufgewachsen. Dann wird die Substrattemperatur auf den Be­ reich von ungefähr 800°C bis ungefähr 850°C (z. B. 820°C) abgesenkt und die undotierte aktive Schicht aus In0,32Ga0,68N wird mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 80 nm (z. B. 7 nm) durch Einleiten von TMI-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 30 bis 70 ccm (z. B. 50 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm) und NH₃-Gas mit einer Strö­ mungsrate im Bereich von 10 bis 30 LM (z. B. 20 LM) für 5 bis 60 Sekunden (z. B. 60 Sekunden) auf die n-Mantelschicht 3 aufgewachsen. Dann wird die Substrattemperatur auf unge­ fähr 1000°C erhöht, und die mit Mg dotierte Al0,1Ga0,9N-Man­ telschicht 5 wird mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,2 µm bis ungefähr 0,3 µm (z. B. 0,2 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 3 bis 10 Minuten (z. B. 5 Minuten) auf die aktive Schicht 4 aufgewachsen. Dann wird, nachdem die Substrattemperatur in den Bereich von ungefähr 800°C bis ungefähr 850°C (z. B. 830°C) abgesenkt wurde, die mit Mg dotierte InN-Trockenätzstoppschicht 6 einer Dicke von unge­ fähr 3 nm durch Einleiten von TMI-Gas mit einer Strömungsra­ te im Bereich von 30 bis 70 ccm (z. B. 50 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 LM (z. B. 20 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 7 bis 100 Sekunden (z. B. 60 Sekunden) auf die p-Mantelschicht 5 aufgewachsen. Dann wird, nachdem die Substrattemperatur auf ungefähr 1000°C erhöht wurde, die mit Mg dotierte Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 mit einer Dicke von ungefähr 0,7 µm bis ungefähr 0,9 µm (z. B. ungefähr 0,7 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strö­ mungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strö­ mungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 15 bis 20 Minuten (z. B. 18 Minuten) auf der Trockenätz-Stopp­ schicht 6 ausgebildet. Dann wird die mit Mg dotierte GaN-Kontaktschicht 6 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,5 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 30 bis 60 ccm (z. B. 40 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 1 bis 6 LM (z. B. 4 LM) und Cp₂Mg-Gas mit einer Strö­ mungsrate im Bereich von 3 bis 9 ccm (z. B. 6 ccm) für 1 bis 15 Minuten (z. B. 7 Minuten) auf die Mantelschicht 8 aufge­ wachsen.
Der sich ergebende Wafer wird der MOCVD-Vorrichtung entnom­ men. Auf der mit Mg dotierten GaN-Kontaktschicht 9 wird eine Maske 13 aus SiO₂, Si₃N₄ oder einem Photoresistmaterial her­ gestellt, und sie wird durch normale Photolithographie teil­ weise entfernt, um einen Streifen der Maske 13 auszubilden (Fig. 7B).
Der sich ergebende Wafer wird dann in eine ECR-RIBE-Vorrich­ tung eingesetzt, und die mit Mg dotierte GaN-Kontaktschicht 9 und die mit Mg dotierte Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 werden bei den folgenden Bedingungen trockengeätzt: Mikrowellen­ energie von 2,45 GHz, Mikrowellenleistung von 200 W, Druck in der Reaktionskammer von 1 mTorr, Eigenvorspannung von un­ gefähr -140 V, Ätzgas aus BCl₃/Ar oder CCl₂F₂/Ar, wobei das Ätzen erfolgt, bis die Oberfläche der mit Mg dotierten InN-Trockenätzstoppschicht 6 freigelegt ist (Fig. 7C). Bei den obigen Bedingungen wird die InN-Schicht nicht geätzt, wäh­ rend die GaN-Schicht geätzt wird. So wird der Ätzvorgang automatisch an der Oberfläche der mit Mg dotierten InN-Troc­ kenätzstoppschicht 6 beendet.
Anschließend wird, nachdem die Resistmaske 13 mit einem Ätz­ mittel mit Fluorwasserstoffsäure oder einem organischen Lö­ sungsmittel entfernt wurde, der Wafer einem Tempervorgang bei ungefähr 700°C in N₂-Atmosphäre unterzogen. Der Temper­ vorgang wird ausgeführt, um aus der Mg-H-Bindung Wasserstoff durch thermische Dissoziation zu befreien und Wasserstoff aus den mit Mg dotierten Schichten zu entfernen, wodurch die eindotierten Fremdstoffe als Akzeptoren dienen können, was die mit Mg dotierten Schichten zu p-Schichten macht. Danach wird der Isolierfilm 12 aus SiO₂, Si₃N₄ oder dergleichen durch P-CVD hergestellt.
Die p-seitige Elektrode 10 und die n-Elektrode 11 werden auf der Oberseite der sich ergebenden Struktur bzw. der Unter­ seite des Substrats 1 hergestellt (Fig. 7E). So wird der Halbleiterlaser dieses Beispiels fertiggestellt.
(Beispiel 4)
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines Gallium­ nitrid-Verbindungshalbleiterlasers des Beispiels 4 der Er­ findung. Der Laser dieses Beispiels verfügt über eine Struk­ tur mit Rippenwellenleiter.
Gemäß Fig. 4 umfaßt der Halbleiterlaser dieses Beispiels ein isolierendes Substrat 1 aus Saphir (0001) sowie darauf ausgebildete mehrschichtige Halbleiterstrukturen.
Eine erste mehrschichtige Halbleiterstruktur umfaßt eine Pufferschicht 102 aus GaN, AlN oder Al0,1Ga0,9N, eine n-GaN-Pufferschicht 2, eine n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 3 eine undotierte aktive Schicht 4 aus In0,32Ga0,68N und eine p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 5, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 1 ausgebildet sind. Auf der ersten mehrschich­ tigen Halbleiterstruktur ist eine p-InN-Trockenätzstopp­ schicht 6 ausgebildet. Eine zweite mehrschichtige Halblei­ terstruktur umfaßt eine p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 und eine p-GaN-Kontaktschicht 9, die in dieser Reihenfolge auf der p-InN-Trockenätzstoppschicht 6 ausgebildet sind. Auf der Struktur ist ein Isolierfilm 12 ausgebildet. Eine p-seitige Elektrode 10 und eine n-seitige Elektrode 11 sind auf der Oberseite der sich ergebenden Struktur bzw. einem Teil der Oberfläche der n-GaN-Pufferschicht 2 ausgebildet.
Der Galliumnitrid-Verbindungshalbleiterlaser mit der obigen Struktur wird wiederum z. B. durch metallorganische, chemi­ sche Dampfniederschlagung (MOCVD) mit den obengenannten Ma­ terialien hergestellt.
Nun wird die Herstellung dieses Lasers unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8E beschrieben.
Das Substrat 1 aus Saphir (0001) wird für einen ersten Kris­ tallwachstumsvorgang auf einen Aufnehmer in einer MOCVD-Vor­ richtung aufgesetzt. Das Substrat wird auf ungefähr 1200°C erwärmt und NH₃-Atmosphäre ausgesetzt, um die Oberfläche des Substrats zu reinigen. Nachdem die Temperatur des Substrats 1 auf den Bereich von ungefähr 500°C bis ungefähr 650°C (z. B. 600°C) abgesenkt wurde, wird die aus Al0,1Ga0,9N-Puf­ ferschicht 102 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 2 µm (z. B. 2 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm) und NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) für 5 Sekunden bis 30 Minuten (z. B. 30 Minuten) auf das Substrat 1 aufgewach­ sen. Die Pufferschicht 102 kann aus GaN, AlN oder Al0,1Ga0,9N bestehen. Dann wird, nachdem die Substrattempe­ ratur auf ungefähr 1000°C erhöht wurde, die n-GaN-Puffer­ schicht 2 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,5 µm bis ungefähr 4,0 µm (z. B. 4,0 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM), SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 10 bis 60 Minuten (z. B. 60 Minuten) auf die Pufferschicht 102 aufgewachsen.
Dann wird die n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 3 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,7 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,7 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM) SiH₄-Gas mit einer Strömungsrate im Be­ reich von 3 bis 10 LM (z. B. 6 LM) für 10 bis 30 Minuten (z. B. 40 Minuten) auf die n-GaN-Pufferschicht 2 aufgewach­ sen. Die Substrattemperatur wird dann in den Bereich von ungefähr 800°C bis ungefähr 850°C (z. B. 850°C) abgesenkt, und die undotierte aktive Schicht aus In0,32Ga0,68N wird mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 80 nm (z. B. 20 nm) durch Einleiten von TMI-Gas mit einer Strö­ mungsrate im Bereich von 30 bis 70 ccm (z. B. 50 ccm), TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 5 ccm) und NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 LM (z. B. 20 LM) für 5 Sekunden bis 11 Minuten (z. B. 3 Minuten) auf die n-Mantelschicht 3 aufgewachsen.
Dann wird die Substrattemperatur auf ungefähr 1000°C erhöht und die mit Mg dotierte Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 5 wird mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 0,3 µm (z. B. 0,3 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 7 LM), Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungs­ rate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 3 bis 10 Minuten (z. B. 8 Minuten) auf die aktive Schicht 4 aufge­ wachsen. Dann wird, nachdem die Substrattemperatur in den Bereich von ungefähr 800°C bis ungefähr 850°C (z. B. 800°C) abgesenkt wurde, die mit Mg dotierte InN-Trockenätzstopp­ schicht 6 mit einer Dicke von ungefähr 3 nm durch Einleiten von TMI-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 30 bis 70 ccm (z. B. 50 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 LM (z. B. 20 LM), Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 7 bis 100 Sekunden (z. B. 60 Sekunden) auf der p-Mantel­ schicht 5 aufgewachsen. Dann wird, nachdem die Substrattem­ peratur auf ungefähr 1000°C erhöht wurde, die mit Mg dotier­ te Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 0,7 µm bis ungefähr 0,9 µm (z. B. 0,7 Mm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 10 bis 30 ccm (z. B. 20 ccm), TMA-Gas mit einer Strömungsra­ te im Bereich von 3 bis 8 ccm (z. B. 6 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 5 bis 10 LM (z. B. 5 LM), Cp₂Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 10 ccm (z. B. 6 ccm) für 17 bis 22 Minuten (z. B. 17 Minu­ ten) auf der Trockenätz-Stoppschicht 6 ausgebildet. Dann wird die mit Mg dotierte GaN-Kontaktschicht 9 mit einer Di­ cke im Bereich von 0,1 µm bis ungefähr 1 µm (z. B. 0,5 µm) durch Einleiten von TMG-Gas mit einer Strömungsrate im Be­ reich von 30 bis 60 ccm (z. B. 40 ccm), NH₃-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 1 bis 6 IM (z. B. 4 IM), Cp₂- Mg-Gas mit einer Strömungsrate im Bereich von 3 bis 9 ccm (z. B. 6 ccm) für 2 bis 14 Minuten (z. B. 7 Minuten) auf die Mantelschicht 8 aufgewachsen (Fig. 8A).
Der sich ergebende Wafer wird der MOCVD-Vorrichtung entnom­ men. Auf der mit Mg dotierten GaN-Kontaktschicht 9 wird eine Maske 13 aus SiO₂, Si₃N₄ oder einem Photoresistmaterial her­ gestellt, und sie wird durch normale Photolithographie teil­ weise entfernt, um einen Streifen der Maske 13 auszubilden (Fig. 8B).
Dann wird der sich ergebende Wafer in eine ECR-RIBE-Vorrich­ tung eingesetzt, und die mit Mg dotierte GaN-Kontaktschicht 9 und die mit Mg dotierte Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 8 werden bei den folgenden Bedingungen trockengeätzt: Mikrowellen­ energie von 2,45 GHz, Mikrowellenleistung von 200 W, Druck in der Reaktionskammer von 1 mTorr, Eigenvorspannung von ungefähr -140 V, Ätzgas aus BCl₃/Ar oder CCl₂F₂/Ar, wobei das Ätzen erfolgt, bis die Oberfläche der mit Mg dotierten InN-Trockenätzstoppschicht 6 freigelegt ist (Fig. 8C). Bei den obigen Bedingungen wird die InN-Schicht nicht geätzt, während die GaN-Schicht geätzt wird. So wird der Ätzvorgang automatisch an der Oberfläche der mit Mg dotierten InN-Troc­ kenätzstoppschicht 6 beendet.
Dann wird die sich ergebende Mehrschichtstruktur teilweise geätzt, bis die Oberfläche der n-GaN-Pufferschicht 2 freige­ gelegt ist (Fig. 8D). Die Maske 13 wird mit einem Ätzmittel mit Fluorwasserstoffsäure oder einem organischen Lösungsmit­ tel entfernt. Dann wird der Wafer einem Tempervorgang bei ungefähr 700°C in N₂-Atmosphäre unterzogen. Der Tempervor­ gang wird ausgeführt, um aus der Mg-H-Bindung Wasserstoff durch thermische Dissoziation freizusetzen, um Wasserstoff aus den mit Mg dotierten Schichten zu entfernen und es da­ durch zu ermöglichen, daß die eindotierten Fremdstoffe als Akzeptoren dienen, wodurch die mit Mg dotierten Schichten zu p-Schichten werden. Danach wird der aus SiO₂, Si₃N₄ oder dergleichen bestehende Isolierfilm 12 durch P-CVD herge­ stellt.
Die p-seitige Elektrode 10 und die n-Elektrode 11 werden auf der Oberseite der sich ergebenden Struktur bzw. einem Teil der Oberfläche der n-GaN-Pufferschicht 2 hergestellt (Fig. 8E). So wird der Halbleiterlaser dieses Beispiels fertigge­ stellt.

Claims (21)

1. Lichtemissionselement aus einem Galliumnitrid-Verbin­ dungshalbleiter, gekennzeichnet durch eine Trockenätz-Stopp­ schicht (6) auf einer Mantelschicht (5), die auf einer akti­ ven Schicht (4) liegt, wobei die Trockenätz-Stoppschicht denselben Leitungstyp wie die Mantelschicht hat.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenätz-Stoppschicht eine InN-Schicht ist.
3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der InN-Trockenätzstoppschicht im Bereich von un­ gefähr 1 nm bis ungefähr 5 nm liegt.
4. Lichtemissionselement aus einem Galliumnitrid-Verbin­ dungshalbleiter, gekennzeichnet durch:
  • - ein Substrat (1);
  • - eine erste mehrschichtige Halbleiterstruktur, die auf dem Substrat ausgebildet ist und zumindest eine aktive Schicht (4), eine erste Mantelschicht (3) von erstem Leitungstyp und eine zweite Mantelschicht (5) von zweitem Leitungstyp auf­ weist, die die aktive Schicht einbetten;
  • - eine Trockenätz-Stoppschicht (6) vom zweiten Leitungstyp, die auf der ersten mehrschichtigen Halbleiterstruktur ausge­ bildet ist; und
  • - eine zweite mehrschichtige Halbleiterstruktur, die auf der Trockenätz-Stoppschicht ausgebildet ist.
5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vom ersten Leitungstyp ist.
6. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat nichtleitend ist.
7. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite mehrschichtige Halbleiterstruktur folgendes auf­ weist:
  • - eine Stromsperrschicht (7) vom ersten Leitungstyp, mit streifenförmigem Graben;
  • - eine dritte Mantelschicht (8) vom zweiten Leitungstyp, die die Oberfläche der Stromsperrschicht und den streifenförmi­ gen Graben bedeckt; und
  • - eine Kontaktschicht (9) vom zweiten Leitungstyp, die auf der dritten Mantelschicht ausgebildet ist.
8. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite mehrschichtige Halbleiterstruktur folgendes auf­ weist:
  • - eine dritte Mantelschicht (8) vom zweiten Leitungstyp und
  • - eine Kontaktschicht (9) vom zweiten Leitungstyp;
  • - wobei diese zweite mehrschichtige Halbleiterstruktur eine streifenförmige Rippe bildet.
9. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mantelschicht (3) und die zweite Mantelschicht (5) Schichten aus AlxGa1-xN (0 x < 1) sind, die aktive Schicht (4) eine Schicht aus InyGa1-yN (0 y 1: y ≠ 0, wenn x = 0) ist und die Trockenätz-Stoppschicht (6) eine InN-Schicht ist.
10. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) vom ersten Leitungstyp ist, und die erste mehrschichtige Halbleiterstruktur folgendes aufweist:
  • - eine Pufferschicht (2) vom ersten Leitungstyp, die auf dem Substrat ausgebildet ist;
  • - die auf der Pufferschicht ausgebildete erste Mantelschicht (3);
  • - die auf der ersten Mantelschicht ausgebildete aktive Schicht (4) und
  • - die auf der aktiven Schicht ausgebildete zweite Mantel­ schicht (5).
11. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) nichtleitend ist und die erste mehrschich­ tige Halbleiterstruktur folgendes aufweist:
  • - eine auf dem Substrat ausgebildete nichtleitende erste Pufferschicht (102);
  • - eine zweite Pufferschicht (2) von erstem Leitungstyp, die auf der ersten Pufferschicht ausgebildet ist;
  • - die auf der zweiten Pufferschicht ausgebildete erste Man­ telschicht (3);
  • - die auf der ersten Mantelschicht ausgebildete aktive Schicht (4) und
  • - die auf der aktiven Schicht ausgebildete zweite Mantel­ schicht (5) vom zweiten Leitungstyp.
12. Verfahren zum Herstellen eines Lichtemissionselements aus einem Galliumnitrid-Verbindungshalbleiter, gekennzeich­ net durch die folgenden Schritte:
  • - Herstellen einer ersten mehrschichtigen Halbleiterstruktur auf einem Substrat, die zumindest eine aktive Schicht, eine erste Mantelschicht von erstem Leitungstyp und eine zweite Mantelschicht von zweitem Leitungstyp umfaßt, die die akti­ ve Schicht einbetten;
  • - Herstellen einer Trockenätz-Stoppschicht vom zweiten Lei­ tungstyp auf der ersten mehrschichtigen Halbleiterstruktur und
  • - Herstellen einer zweiten mehrschichtigen Halbleiterstruk­ tur unter Verwendung eines Ätzvorgangs auf der Trockenätz­ stoppschicht.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat vom ersten Leitungstyp verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtleitendes Substrat verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Herstellens der zweiten mehrschichtigen Halbleiterstruktur die folgenden Schritte umfaßt:
  • - Herstellen einer Stromsperrschicht auf der Trockenätz­ stoppschicht;
  • - Ätzen der Stromsperrschicht bis zur Trockenätz-Stopp­ schicht, um einen streifenförmigen Graben auszubilden;
  • - Herstellen einer dritten Mantelschicht vom zweiten Lei­ tungstyp zum Bedecken der Oberseite der Stromsperrschicht und des streifenförmigen Grabens; und
  • - Herstellen einer Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp auf der dritten Mantelschicht.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Herstellens einer zweiten mehrschichti­ gen Halbleiterstruktur folgende Schritte aufweist:
  • - Herstellen einer dritten Mantelschicht vom zweiten Lei­ tungstyp auf der Trockenätz-Stoppschicht;
  • - Herstellen einer Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp auf der dritten Mantelschicht; und
  • - Ätzen der dritten Mantelschicht und der Kontaktschicht bis zur Trockenätz-Stoppschicht, um eine Rippe auszubilden.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mantelschicht und die zweite Mantelschicht als Schichten aus AlxGa1-xN hergestellt werden, die aktive Schicht als Schicht aus InyGa1-yN hergestellt wird und die Trockenätz-Stoppschicht als InN-Schicht hergestellt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein solches vom ersten Leitungstyp verwen­ det wird und der Schritt des Herstellens der ersten mehr­ schichtigen Halbleiterstruktur die folgenden Schritte auf­ weist:
  • - Herstellen einer Pufferschicht vom ersten Leitungstyp auf dem Substrat;
  • - Herstellen der ersten Mantelschicht vom ersten Leitungstyp auf der Pufferschicht;
  • - Herstellen der aktiven Schicht auf der ersten Mantel­ schicht; und
  • - Herstellen der zweiten Mantelschicht vom zweiten Leitungs­ typ auf der aktiven Schicht.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht aus GaN hergestellt wird, die erste Mantelschicht aus AlxGa1-xN hergestellt wird, die aktive Schicht aus Inya1-yN hergestellt wird und die zweite Mantel­ schicht aus AlxGa1-xN hergestellt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtleitendes Substrat verwendet wird und der Schritt des Herstellens der ersten mehrschichtigen Halblei­ terstruktur die folgenden Schritte aufweist:
  • - Herstellen einer nichtleitenden ersten Pufferschicht auf dem Substrat;
  • - Herstellen einer zweiten Pufferschicht vom ersten Lei­ tungstyp auf der ersten Pufferschicht;
  • - Herstellen der ersten Mantelschicht vom ersten Leitungstyp auf der zweiten Pufferschicht;
  • - Herstellen der aktiven Schicht auf der ersten Mantel­ schicht; und
  • - Herstellen der zweiten Mantelschicht vom zweiten Leitungs­ typ auf der aktiven Schicht.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pufferschicht aus einem Material hergestellt wird, das aus der aus AlN, GaN und AlwGa1-wN bestehenden Gruppe ausgewählt ist, die zweite Pufferschicht aus GaN her­ gestellt wird, die erste Mantelschicht aus AlxGa1-xN herge­ stellt wird, die aktive Schicht aus InyGa1-yH (0 y 1: y ≠ 0, wenn x = 0) hergestellt wird und die zweite Mantelschicht aus AlxGa1-xN (0 x 1) hergestellt wird.
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