DE19932201B4

DE19932201B4 - Photonische Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE19932201B4
Application number: DE19932201A
Authority: DE
Inventors: Michio Nagaokakyo Kadota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2019-07-10
Also published as: DE19932201A1; US20020126719A1; US6606333B2

Abstract

Photonische Halbleitervorrichtung, umfassend:
ein Substrat (2; 22; 32; 42; 52; 62);
eine auf dem Substrat (2; 22; 32; 42; 52; 62) vorgesehene ZnO-Pufferschicht (3; 23; 33; 43; 53; 63), die mit einem Dotierelement zur Verringerung des elektrischen Widerstands der ZnO-Pufferschicht dotiert ist; und
eine In_xGa_yAl_zN-Verbindungs-Halbleiterschicht (5, 6, 7; 24, 25; 34, 35, 36; 45, 46, 47; 54, 55; 64, 65), die auf der ZnO-Pufferschicht vorgesehen ist, wobei x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 gilt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die ZnO-Pufferschicht (3; 23; 33; 43; 53; 63) frei von den die In_xGa_yAl_zN-Verbindungs-Halbleiterschicht (5, 6, 7; 24, 25; 34, 35, 36; 45, 46, 47; 54, 55; 64, 65) bildenden Elementen ausgebildet ist und mit mindestens einem Dotierelement aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Ac, Tl, V, Nb, Ta, P, As,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine photonische Halbleitervorrichtung mit einer Halbleiterschicht mit einer Verbindung auf GaN-Basis als eine aktive Schicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Materialien für photonische Halbleitervorrichtungen, wie eine Licht aussendende Diode (LED), eine Laserdiode (LD) und dergleichen, welche blaues Licht oder ultraviolette Strahlen aussenden, sind Halbleiter von Verbindungen der Gruppe III–V bekannt, welche die allgemeine Formel In_xGa_yAl_ZN besitzen, worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1 gilt. Die Verbindungs-Halbleiter werden zusammenfassend als Verbindungs-Halbleiter auf GaN-Basis bezeichnet. Da die Verbindungs-Halbleiter auf GaN-Basis vom Direkt-Übergangs-Typ sind, besitzen die Verbindungs-Halbleiter auf GaN-Basis verwendenden photonischen Vorrichtungen eine hohe Lichtaussendungseffizienz, und ihre Lichtaussendungswellenlängen können leicht mittels der Konzentration an In reguliert werden. Demzufolge wurde als ein Material für ein Licht aussendendes Element den Verbindungs-Halbleitern große Beachtung geschenkt.

Trotz dem vielversprechenden Merkmal der photonischen Vorrichtungen, bei denen Verbindungs-Halbleiter auf GaN-Basis verwendet werden, sind solche photonischen Vorrichtungen immer noch schwierig für den praktischen Einsatz zu realisieren. Dies liegt daran, daß es sehr schwierig ist, einen Einkristall der Verbindungs-Halbleiter auf GaN-Basis mit einem großen Durchmesser herzustellen.

Um das Problem zu lösen, wird ein sogenanntes hetero-epitaxiales Wachstumsverfahren eingesetzt, bei dem der Einkristall des Verbindungs-Halbleiters auf GaN-Basis auf einem Substrat wachsengelassen wird, das aus einem anderen Material des Verbindungs-Halbleiters auf GaN-Basis hergestellt ist. Darüber hinaus wurde die Verwendung einer ZnO-Schicht als eine Puffer- schicht zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht auf GaN-Basis, die auf dem Substrat wachsen zu lassen ist, vorgeschlagen.

Zum Beispiel beschreibt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 9-45960 eine Licht aussendende Halbleitervorrichtung, bei der eine mit Al dotierte ZnO-Schicht zwischen einer InGaAlN-Schicht und einem Siliciumsubstrat vorgesehen ist. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichtung Nr. 9-296936 beschreibt eine Laserdiode, bei der eine mit Al dotierte ZnO-Schicht zwischen einem Saphirsubstrat und einer GaN-Schicht vorgesehen ist. Bei diesen Vorrichtungen ist die ZnO-Schicht mit Al dotiert, so daß die ZnO-Schicht Leitfähigkeit besitzt. Eine photonische Halbleitervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschreibt die DE 196 29 720 A1 , wobei auch dort die ZnO-Pufferschicht mit Al dotiert ist, um den elektrischen Widerstand der ZnO-Schicht zu senken. Weiterhin nennt die Veröffentlichung „Growth of p-type Zinc Oxide Films by Chemical Vapor Deposition" von K. Minegishi et.al. in Jpn. J. Apl. Phys. Vol. 36(1997) pp. L1453–L1455 verschiedene Dotierungsmöglichkeiten für Zinkoxid, wobei speziell eine Stickstoffdotierung vorgeschlagen wird, um bei niedrigen Wachstumstemperaturen eine ZnO-Film vom p-Typ zu schaffen.

Obgleich in einigen dieser Druckschriften angegeben ist, daß diese Vorrichtungen eine verbesserte lange Lebensdauer besitzen, leiden diese Vorrichtungen an dem Problem, daß die Lichtaussendungs-Charakteristika und die physikalischen Eigenschaften während des Betriebs sich allmählich verändern.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Halbleitervorrichtung zu schaffen, die bei einfacher Anschließbarkeit der Elektroden für die Halbleiterschicht eine weiter verbesserte Lebensdauer besitzt. Insbesondere sollen Veränderungen der Lichtemissionscharakteristik und der physikalischen Eigenschaften während der Betriebszeit vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine photonische Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die photonische Halbleitervorrichtung umfaßt also: Ein Substrat; eine auf dem Substrat vorgesehene ZnO-Pufferschicht; und eine auf der ZnO-Schicht vorgesehene In_xGa_yAl_zN-Verbindungs-Halbleiterschicht, wobei x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 gilt, und wobei die ZnO-Pufferschicht die Aufbauelemente des In_xGa_yAl_zN-Verbindungs-Halbleiters ausschließt. Die ZnO-Pufferschicht schließt dabei insbesondere Al, In und Ga aus und ist mindestens mit einem Element dotiert, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Sc, Y, La, Ac, Tl, V, Nb, Ta, P, As, Sb und Bi besteht.

Die ZnO-Pufferschicht besitzt bevorzugterweise einen spezifischen Widerstand von 10 Ω·cm oder weniger.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Bezüglich der Figuren gilt:
Die 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer photonischen Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Variation der photonischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Variation der photonischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die 4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer photonischen Halbleitervorrichtung gemäß einer weiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Variation der photonischen Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Variation der photonischen Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, daß in die ZnO-Schicht eindotiertes Aluminium zu der mit der ZnO-Schicht in Kontakt stehenden Schicht auf GaN-Basis diffundiert, so daß die Zusammensetzung oder das Zusammensetzungsverhältnis der Schicht auf GaN-Basis nachteilig verändert wird und eine Änderung bezüglich der Lichtaussendungs-Charakteristika und der physikalischen Eigenschaften bewirkt.
Im Hinblick auf die vorstehenden Gründe umfaßt die photonische Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Substrat, eine auf dem Substrat ausgebildete ZnO-Pufferschicht mit niedrigem Widerstand und eine Verbindungs-Halbleiterschicht, die aus einem Material besteht, das durch In_xGa_yAl_zN angegeben wird, worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 gilt, welche auf der ZnO-Pufferschicht ausgebildet ist, wobei die ZnO-Pufferschicht als ein Aufbauelement ein Element der Verbindungs-Halbleiterschicht ausschließt.
Vorzugsweise schließt die Verbindungs-Halbleiterschicht Al, In und Ga als ein Verunreinigungselement oder als ein Dotiermittel aus. Stattdessen ist es bevorzugt, daß die ZnO-Pufferschicht mit mindestens einem Element dotiert ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus, Sc, Y, La, Ac, Tl, V, Nb, Ta, P, As, Sb und Bi besteht, welche Elemente der Gruppe III oder V sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist kein Aufbauelement der Verbindungs-Halbleiterschicht, welche eine obere Schicht der ZnO-Pufferschicht ist, in die ZnO-Pufferschicht eindotiert. Somit gibt es keine Diffusion eines Verunreinigungselementes von der ZnO-Pufferschicht zu der oberen Verbindungs-Halbleiterschicht, was die Zusammensetzung der oberen Verbindungs-Halbleiterschicht verändern könnte. Demzufolge können die physikalischen und optischen Charakteristika des Lichtaussendungselementes verbessert werden.
Darüber hinaus werden gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die ZnO-Pufferschicht mit den vorstehenden Elementen dotiert ist, die Kristallinität und das Orientierungsvermögen der ZnO-Pufferschicht verbessert. Als ein Ergebnis wird ebenfalls die Kristallinität der In_xGa_yAl_zN-Halbleiterschicht, die auf der ZnO-Pufferschicht ausgebildet ist, ebenfalls verbessert.
Das auf der photonischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendete Substrat kann ein Si-Substrat mit einem niedriegen Widerstand oder ein isolierendes Substrat sein. In dem Fall, wo das Substrat aus Si mit einem niedriegen Widerstand hergestellt ist, wird die ZnO-Pufferschicht mit einem niedrigen Widerstand auf dem leitfähigen Si-Substrat gebildet. Somit können Elektroden auf den oberen und unteren Flächen der photonischen Vorrichtung vorgesehen werden. Als ein Ergebnis kann die Struktur der photonischen Vorrichtung vereinfacht werden.
In dem Fall, wo das Substrat ein isolierendes Material ist, kann eine niedrigere Elektrode auf der Oberfläche der ZnO-Pufferschicht vorgesehen werden. Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genauer mit bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Die 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer photonischen Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die photonische Halbleitervorrichtung 1 ist eine Licht aussendende Diode mit einer Doppelheteroverbindungsstruktur, bei der eine InGaN-Schicht 6 eine Licht aussendende Schicht oder eine aktive Schicht ist. Bei der photonischen Halbleitervorrichtung 1 wird eine ZnO-Pufferschicht 3 mit einem niedrigen spezifischen Widerstand auf einem Si-Substrat 2 mit einem niedrigen Widerstand wachsengelassen. Auf der ZnO-Pufferschicht 3 werden eine GaN-Schicht vom n-Typ 4, eine AlGaN-Schicht vom n-Typ 5, eine InGaN-Schicht 6, eine AlGaN-Schicht 7 vom p-Typ und eine GaN-Schicht vom p-Typ 8 epitaxial der Reihe nach wachsengelassen. Die GaN-Schicht 4 vom n-Typ, die AlGaN-Schicht 5 vom n-Typ, die InGaN-Schicht 6, die AlGaN-Schicht 7 vom p-Typ und die GaN-Schicht 8 vom p-Typ bilden die Doppelheteroverbindungsstruktur. Ferner wird eine Elektrode 9 vom n-Typ auf der gesamten unteren Fläche des Si-Substrates 2 ausgebildet. Eine Elektrode 10 vom p-Typ wird teilweise auf der oberen Fläche der GaN-Schicht vom p-Typ 8 ausgebildet.
Das Si-Substrat 2 kann einen spezifischen Widerstand von etwa 10 Ω·cm oder weniger aufweisen. Gleichwohl ist es bevorzugt, daß das Si-Substrat 2 einen spezifischen Widerstand von bis zu 1 Ω·cm besitzt. Der spezifische Widerstand der ZnO-Pufferschicht 23 wird auf 10 Ω·cm oder weniger, vorzugsweise auf 5 Ω·cm oder weniger, und stärker bevorzugt auf 1 Ω·cm oder weniger durch Eindotierung eines Verunreinigungselementes eingestellt. Wie oben beschrieben, besitzen das Si-Substrat 2 und die ZnO-Pufferschicht 3 einen niedrigen Widerstand. Wenn demzufolge eine Gleichstromspannung zwischen die Elektrode vom p-Typ 10 und die Elektrode vom n-Typ 9, vorgesehen auf den oberen und unteren Flächen des Licht aussendenden Elementes 1, angelegt wird, fließt Strom zwischen der Elektrode vom p-Typ 10 und der Elektrode vom n-Typ 9 durch das Si-Substrat 2 und die ZnO-Pufferschicht 3, so daß der Strom von der Elektrode vom p-Typ 10 in die InGaN-Schicht 6 zur Lichtaussendung injiziert wird. Das Licht von der InGaN-Schicht 6 tritt aus dem Licht aussendenden Element in die Fläche in der oberen Seite der GaN-Schicht vom p-Typ 8 aus, wo die Elektrode vom p-Typ 10 nicht ausgebildet ist.
Wie in der obigen Beschreibung ersichtlich, können die Elektroden vom p-Typ und n-Typ 10 und 9 auf den oberen und unteren Flächen der photonischen Vorrichtung 1 vorgesehen sein. Die photonische Vorrichtung 1 besitzt die Struktur, daß die jeweiligen Verbindungs-Halbleiterschichten und beide Elektroden einfach in Reihe miteinander laminiert sind. Somit kann die Struktur vereinfacht werden. Darüber hinaus kann bei der Montage die Elektrode vom n-Typ 9 auf der unteren Fläche mit einem Schaltkreissubstrat Düsen- bzw. Spritz-verbunden werden. Somit kann die Montage auf dem Schaltkreissubstrat vereinfacht werden. Ferner kann die Vorrichtung im Vergleich zu einer Struktur, bei der beide Elektroden auf der oberen Seite eines Substrates, wie im Fall der Verwendung eines c-ebenen-orientierten Saphirsubstrates, miniaturisiert werden.
Das Verunreinigungselement (Dotiermittel), welches verwendet wird, um die ZnO-Pufferschicht 3 zu dotieren, um den Widerstand davon zu senken, ist ein Element, das in den oberen Schichten nicht enthalten ist, d.h., es ist ein Element, welches in den Verbindungs-Halbleiterschichten nicht enthalten ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Element ein Element der Gruppe III oder V, ausschließlich Ga, Al und In. Das heißt, als Element der Gruppe III können, Sc, Y, La, Ac, Tl oder dergleichen als ein Dotiermittel verwendet werden. Als Element der Gruppe V können V, Nb, Ta, P, As, Sb, Bi oder dergleichen dotiert werden. Da der Widerstand der ZnO-Pufferschicht 3 reduziert wird durch Dotierung unter Verwendung eines Verunreinigungselementes, welches in der oberen Verbindungs-Halbleiterschicht nicht enthalten ist, die Zusammensetzung jeder Verbindungs-Halbleiterschicht davon abgehalten, verändert zu werden, selbst wenn die Verunreinigung in der ZnO-Pufferschicht 3 in die obere Verbindungs-Halbleiterschicht diffundiert. Somit können die physikalischen und optischen Eigenschaften des Licht aussendenden Elementes stabilisiert werden.
Die vorliegende Erfindung kann bei anderen Elementen als der photonischen Halbleitervorrichtung mit Doppelheteroverbindungsstruktur, enthaltend die InGaN-Schicht 6, wie in 1 gezeigt, angewendet werden. Zum Beispiel kann eine photonische Vorrichtung, wie eine photonische Halbleitervorrichtung 21, gezeigt in 2, zur Anwendung kommen. Bei der photonischen Halbleitervorrichtung 21 werden eine ZnO-Pufferschicht 23 mit einem niedrigen Widerstand, eine GaN-Schicht vom n-Typ 24 und eine GaN-Schicht vom p-Typ 25 auf ein Si-Substrat 22 mit niedrigem Widerstand aufgestapelt. Eine Elektrode vom n-Typ 26 ist auf der unteren Fläche des Si-Substrates 22 ausgebildet, und eine Elektrode vom p-Typ 27 wird auf der p-Seite der GaN-Schicht 25 vorgesehen.
Außerdem kann ein photonisches Halbleitervorrichtungselement 31, wie eine Laserdiode, eine Licht aussendende Diode vom Kantenaussendungs-Typ und dergleichen, angewendet werden, worin, wie in 3 gezeigt, eine ZnO-Pufferschicht 33 mit niedrigem Widerstand auf einem Si-Substrat 32 ausgebildet ist, und eine GaN-Verkleidungsschicht vom n-Typ 34, eine aktive GaN-Schicht vom p-Typ 35 und eine GaN-Verkleidungsschicht vom p-Typ 36 werden darauf laminiert. Ein SiO₂-Film 37 wird auf dem oberen Flächenbereich, ausschließlich dem Zentrumsbereich, der GaN-Verkleidungsschicht 36 vom p-Typ, ausgebildet, eine Elektrode vom p-Typ 48 wird auf der GaN-Verkleidungsschicht 36 vom p-Typ vorgesehen, die den SiO₂-Film 37 bedeckt, und eine Elektrode vom n-Typ 39 wird auf der unteren Fläche des Si-Substrates 32 vorgesehen. In diesem Fall wird ein Element der Gruppe III oder V ausschließlich Ga, in die ZnO-Pufferschicht als eine Verunreinigung eindotiert.
Die 4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer photonischen Halbleitervorrichtung 41 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die photonische Halbleitervorrichtung 41 ist eine Licht aussendende Diode oder eine Laserdiode mit einer Doppelheteroverbindungsstruktur, bei der eine InGaN-Schicht 46 als eine lumineszente Schicht fungiert. Bei der photonischen Halbleitervorrichtung 41 wird eine ZnO-Pufferschicht 43 mit niedrigem Widerstand auf ein isolierendes c-ebenen-orientiertes Saphirsubstrat 42 abgeschieden, und auf der ZnO-Pufferschicht 43 werden eine GaN-Schicht vom n-Typ 44, eine GaN-Schicht vom n-Typ 45, die InGaN-Schicht 46, eine AlGaN-Schicht vom p-Typ 47 und eine GaN-Schicht vom p-Typ 48 epitaxial in dieser Reihenfolge aufbeschichtet. Die GaN-Schicht vom n-Typ 44, die AlGaN-Schicht vom n-Typ 45, die InGaN-Schicht 46, die AlGaN-Schicht vom p-Typ 47 und die GaN-Schicht vom p-Typ 48 bauen eine Doppelheteroverbindungsstruktur auf. Nachdem die ZnO-Pufferschicht 43 auf der GaN-Schicht vom p-Typ 48 auf dem Saphirsubstrat 42 ausgebildet sind, werden die GaN-Schicht vom n-Typ 48 zu der GaN-Schicht vom n-Typ 44 zu der GaN-Schicht 44 vom p-Typ teilweise entfernt durch Ätzen, um die ZnO-Pufferschicht 43 freizulegen. Eine niedere Elektrode 49 wird auf der oberen Oberfläche der ZnO-Pufferschicht 43 vorgesehen, und eine obere Elektrode 40 wird auf der oberen Oberfläche der GaN-Schicht vom p-Typ 48 vorgesehen.
Es gibt einen bemerkenswerten Unterschied in den Gitterkonstanten zwischen Saphir und GaN, und es ist schwierig, die GaN-Schicht 44 mit guter Kristallinität auf dem Saphirsubstrat 42 auszubilden; da jedoch ein dünner ZnO-Film eine Kristallkonstante besitzt, die in der Nähe von der eines GaN-Films liegt, werden durch Orientierung der ZnO-Pufferschicht 43 in der c-Achsen richtung oder in der Ebene (1120) des Saphirsubstrates 42 und durch epitaxiales Abscheiden der GaN-Schicht vom n-Typ 24 und dergleichen auf der ZnO-Pufferschicht 13 die GaN-Schicht vom n-Typ 24 und dergleichen mit guter Kristallinität ausgebildet.
Die Resistivität der ZnO-Pufferschicht 23 wird auf Ω·cm oder weniger, vorzugsweise auf 5 Ω·cm oder weniger, und stärker bevorzugt auf 1 Ω·cm oder weniger durch Eindotierung von Verunreinigungselementen eingestellt. Obgleich das Saphirsubstrat 42 isolierende Eigenschaften besitzt, da die ZnO-Pufferschicht 43 einen niedriegen Widerstand aufweist und teilweise zur Ausbildung einer Elektrode freigelegt ist, fließt, wenn eine Gleichstromspannung zwischen der oberen Elektrode 50, die auf der GaN-Schicht 48 vom p-Typ vorgesehen ist, und der niederen Elektrode 49, die auf der ZnO-Pufferschicht 43 vorgesehen ist, angelegt wird, ein elektrischer Strom zwischen der oberen Elektrode 50 und der unteren Elektrode 49 durch die ZnO-Pufferschicht 43, wobei die InGaN-Schicht 46 Licht aussendet aufgrund eines initiierten elektrischen Stromes, und das aus der InGaN-Schicht 46 ausgesandte Licht wird an das Äußere von der Region, in der die obere Elektrode 50 nicht auf der oberen Oberfläche der GaN-Schicht vom p-Typ 43 vorgesehen ist, ausgesandt.
Hierbei sind Verunreinigungselemente (Dotiermittel), welche verwendet werden, um die ZnO-Pufferschicht 43 zur Verringerung von dessen Widerstand zu dotieren, Elemente, welche nicht in den oberen Verbindungs-Halbleiterschichten enthalten sind, und bei dieser Ausführungsform werden Elemente der Gruppe III oder Elemente der Gruppe V, ausschließlich Ga, Al und In, verwendet. Das heißt, als Elemente der Gruppe III können Sc, Y, La, Ac, Tl oder dergleichen als Dotiermittel verwendet werden, und Elemente der Gruppe V können V, Nb, Ta, P, As, Sb, Bi oder dergleichen eingesetzt werden. Wenn der Widerstand der ZnO-Pufferschicht 43 gesenkt wird durch Eindotierung von Verunreinigungselementen, welche nicht in den oberen Verbindungs-Halbleiterschichten enthalten sind, in die ZnO-Pufferschicht 43, wird, selbst wenn Verunreinigungen in der ZnO-Pufferschicht 43 in die oberen Verbindungs-Halbleiterschichten eindiffundieren, die Zusammensetzung der einzelnen Verbindungs-Halbleiterschichten nicht leicht verändert, wodurch eine Stabilisierung von physikalischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften der Licht aussendenden Vorrichtung ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls bei anderen photonischen Halbleitervorrichtungen neben einer photonischen Halbleitervorrichtung mit einer Doppelheteroverbindungsstruktur unter Verwendung der InGaN-Schicht 46, wie in 5 gezeigt, anwendbar. Zum Beispiel kann eine photonische Halbleitervorrichtung 51, gezeigt in 5, akzeptabel sein, bei der eine ZnO-Pufferschicht 53 mit niedrigem Wiederstand, eine GaN-Schicht vom n-Typ 54 und eine GaN-Schicht vom p-Typ 55 auf einem Saphirsubstrat 52 abgeschieden sind, eine untere Elektrode 56 auf der oberen Oberfläche der ZnO-Pufferschicht 53 ausgebildet ist und eine obere Elektrode 57 auf der GaN-Schicht 55 vom p-Typ vorgesehen ist.
Ferner kann, wie in 6 gezeigt, eine photonische Halbleitervorrichtung 61, wie eine Laserdiode oder eine emittierendes Facettenlicht aussendende Diode, akzeptabel sein, bei der eine ZnO-Pufferschicht 63 mit niedrigem Widerstand auf einem Saphirsubstrat 62 ausgebildet ist, eine GaN-Verkleidungsschicht vom n-Typ 64, eine aktive GaN-Schicht vom p-Typ 65 und eine GaN-Verkleidungsschicht vom p-Typ 66 abgeschieden sind, eine spiegelnde Fläche durch Würfelung ausgebildet wird, ein SiO₂-Film 67 in dem Bereich der oberen Fläche der GaN-Verkleidungsschicht vom p-Typ 66, ausschließlich einem zentralen Bereich, ausgebildet wird, eine obere Elektrode 68 ausgehend von dem SiO₂-Film 67 bis hin zu der GaN-Verkleidungsschicht 66 vom p-Typ vorgesehen wird, und eine untere Elektrode 69 auf der unteren Oberfläche des Saphirsubstrates 62 vorgesehen wird.
Obgleich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, werden verschiedene Modi der Durchführung der hierin beschriebenen Prinzipien als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Ansprüche in Betracht gezogen. Deshalb versteht sich, daß der Umfang der Erfindung nicht beschränkt ist, außer als es anderweitig in den Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Photonische Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat (2; 22; 32; 42; 52; 62); eine auf dem Substrat (2; 22; 32; 42; 52; 62) vorgesehene ZnO-Pufferschicht (3; 23; 33; 43; 53; 63), die mit einem Dotierelement zur Verringerung des elektrischen Widerstands der ZnO-Pufferschicht dotiert ist; und eine In_xGa_yAl_zN-Verbindungs-Halbleiterschicht (5, 6, 7; 24, 25; 34, 35, 36; 45, 46, 47; 54, 55; 64, 65), die auf der ZnO-Pufferschicht vorgesehen ist, wobei x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 gilt, dadurch gekennzeichnet, daß die ZnO-Pufferschicht (3; 23; 33; 43; 53; 63) frei von den die In_xGa_yAl_zN-Verbindungs-Halbleiterschicht (5, 6, 7; 24, 25; 34, 35, 36; 45, 46, 47; 54, 55; 64, 65) bildenden Elementen ausgebildet ist und mit mindestens einem Dotierelement aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Ac, Tl, V, Nb, Ta, P, As, Sb und Bi dotiert ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die ZnO-Pufferschicht (3; 23; 33; 43; 53; 63) einen spezifischen Widerstand von 10 Ω·cm oder weniger besitzt.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (42; 52; 62) ein Saphirsubstrat mit einer c-Ebenen- oder (1120)-Ebenen-Orientierung ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, ferner umfassend eine auf der ZnO-Pufferschicht (43; 53) gebildete Elektrode (49; 56).
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (2, 22) ein Siliciumsubstrat mit niedrigem Widerstand ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 5, ferner umfassend eine auf dem Substrat gebildete Elektrode.