DE19955280C1 - Kontaktstruktur für ein elektrisch betriebenes II/VI-Halbleiterbauelement und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Kontaktstruktur für ein elektrisch betriebenes II/VI-Halbleiterbauelement und Verfahren zu deren Herstellung

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Abstract

Die bei elektrisch betriebenen II-VI Halbleiterlasern bisher verwendeten Kontaktmaterialien Palladium und Gold zeichnen sich durch einen relativ großen, nicht rein ohmschen spezifischen Kontaktwiderstand zur II-VI-Deckschicht aus. Die dadurch notwendigen höheren Betriebsspannungen führen zu unnötiger Wärmeentwicklung und beschleunigen somit wesentlich die Degradation der gesamten Laserstruktur. Dieser Effekt verursacht eine Begrenzung der Lebensdauer von II-VI Halbleiterlaserdioden. Die Erfindung ermöglicht den Betrieb von Halbleiterlaserdioden bei geringeren Betriebsspannungen. DOLLAR A Die mit unserer Erfindung hergestellten II-VI Halbleiterlaserdioden zeichnen sich durch eine höhere Lebensdauer aus. Dies ermöglicht u. a. einen kommerziellen Einsatz von Halbleiterlaserdioden im blau-grünen Spektralbereich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktstruktur für ein elektrisch betriebenes II/VI- Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus den Arbeiten von T. Honda, S. W. Lim, K. Yanashima, K. Inoue, K. Hara, H. Munekata, H. Kukimoto, F. Koyama and K. Iga, Jpn. J. Appl. Phys., 35, 3878 (1996) und S. W. Lim, T. Honda, F. Koyama, K. Iga, K. Inoue, K. Yanashima, H. Munekata and H. Kukimoto, Appl. Phys. Lett. 65, 2437 (1994) bekannt ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Halbleiterbauelemente, wie zum Beispiel Halbleiterlaserdioden, stellen eine essentielle Grundlage heutiger Informations-, Datenverarbeitungs- und zukünftiger Displaysysteme dar. Während für den infraroten, roten und blau-violetten Spektralbereich derartige Laserdioden verfügbar sind, ist es bislang nicht gelungen, einen grünen Halbleiterlaser mit ausreichender Lebensdauer herzustellen. Der erfolgsversprechendste Ansatz für die Realisierung eines grünen Halbleiterlasers beruht auf II/VI-Halbleiterstrukturen mit ZnTe-haltigen Deckschichten, jedoch ist die Lebensdauer dieser Bauelemente für den kommerziellen Einsatz noch nicht ausreichend (siehe E. Kato, H. Noguchi, M. Nagai, H. Okuyama, S. Kijima, and A. Ishibashi, Elec. Lett. 34, 282 (1998)).
Bisher wurden diese II/VI-Halbleiterlaserstrukturen mit ZnTe-haltigen Deckschichten durch Metalle, typischerweise Palladium, welches auf der Halbleiteroberfläche abgeschieden wird, kontaktiert. Anschließend werden Platin und/oder Gold auf der Palladiumschicht abgeschieden (siehe M. Haase, J. Qiu, J. M. DePuydt, and H. Cheng; Appl. Phys. Lett. 59, 1272 (1991), M. Ozawa, F. Hiei, A. Ishibashi, and K. Akimoto, Elec. Lett. 29, 503 (1993) und S. Kijima, H. Okuyama, Y. Sanaka, T. Kobayashi, S. Tomiya, and A. Ishibashi; Appl. Phys. Lett. 73; 235 (1998)). Das Aufbringen dieser Schichten wird mittels Verdampfens, z. B. thermischen Verdampfens oder Elektronenstrahlverdampfens realisiert. Die Verwendung von Lithiumnitrid in der II/VI-Halbleitertechnologie ist bisher nur als Dotierungsmaterial bekannt, wobei das Material bei Temperaturen von 350°C bis 570°C eindiffundiert wird (siehe T. Honda. S. W. Lim, K. Yanashima, K. Inoue, K. Hara, H. Munekata, H. Kukimoto, F. Koyama and K. Iga, Jpn. J. Appl. Phys., 35, 3878 (1996) und S. W. Lim, T. Honda, F. Koyama, K. Iga, K. Inoue, K. Yanashima, H. Munekata and H. Kukimoto, Appl. Phys. Lett. 65, 2437 (1994)). Eine Laseranwendung setzt eine Dotierungskonzentration von mindestens 1018 cm-3 voraus. Diese wurde mit diesem Verfahren nur annähernd bei einer Temperatur von 470°C erreicht. Diese Temperatur würde jedoch Diffusionseffekte (z. B. von Cd) in den tieferen Laserschichten auslösen, so daß eine Zerstörung der Laserstruktur die Folge wäre. Deshalb ist dieses Verfahren in der Lasertechnologie nicht anwendbar.
Die während des elektrischen Betriebs der Laserdiode erzeugte Wärme, z. B. durch den Übergangswiderstand am Kontakt, trägt wesentlich zur Degradation der gesamten Struktur bei.
Die Reduzierung des Kontaktwiderstandes wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 ereicht. Eine hohe Lebensdauer der Kontaktstruktur wird durch die Unteransprüche 2 bis 4 gewährleistet.
Das Verfahren beinhaltet das Aufbringen von Lithiumnitrid (Li3N) mit einer Schichtdicke von typischerweise 2 nm bis 20 nm auf II/VI-Halbleiterstrukturen, z. B. mit ZnTe-haltigen Deckschichten. Dies erfolgt beispielsweise mittels thermischen Verdampfens, Elektronstrahlverdampfens oder Sputterns im Vakuum. In Kombination mit der im Anspruch 2 genannten Abdeckung der Lithiumnitridschicht mittels Deckschichten, wie z. B. Palladium und/oder Gold/Platin, wird eine Oxydation des Lithiumnitrids an Luft verhindert. Typische Schichtdicken für diese Abdeckungen betragen 5 nm bis 1 µm. Um die Seitenflächen der Lithiumnitridschicht vor einer Oxydation zu schützen, können nach Anspruch 3 Isolatormaterialien (z. B. Siliziumnitrid) aufgebracht werden. Das im Anspruch 7 genannte Tempern der Struktur führt zu einer weiteren Senkung des Kontaktwiderstandes. Des weiteren wird dadurch die Haltbarkeit des Kontaktes erhöht. Eine weitere Möglichkeit, die Kontakteigenschaften (z. B. Haftung des Lithiumnitrids auf der Probenoberfläche) zu verbessern, bietet der im Anspruch 4 angeführte Einsatz von dünnen Haftvermittlerschichten (z. B. Metallisierungsschichten) zwischen Halbleiter und Lithiumnitrid.
Durch den Einsatz dieser Lithiumnitridschicht kann der Kontaktwiderstand von II/VI- Halbleiterstrukturen (z. B. Laserdioden) und somit deren thermische Belastung stark verringert werden. Dies führt zu einer geringeren Degradationsgeschwindigkeit dieser Bauelemente und somit zu höheren Lebensdauern.
Eine kommerzielle Verfügbarkeit von grünen Halbleiterlaserdioden eröffnet eine Vielzahl von möglichen Anwendungen, wie das Laserfernsehen oder die Verbesserung des Laserdruckens.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kontaktstruktur ist in der Figur dargestellt.
Abkürzungen:
ZnTe: Zinktellurid
Li3N: Lithiumnitrid
Cd: Cadmium

Claims (7)

1. Kontaktstruktur für ein elektrisch betriebenes II/VI-Halbleiterbauelement, das eine p-dotierte Halbleiterschicht aus II/VI-Halbleitermaterial enthält, die über eine Kontaktschicht mit einem Metallkontakt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus Lithiumnitrid besteht und eine Dicke von 2 nm bis 20 nm aufweist.
2. Kontaktstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kontaktschicht aus Lithiumnitrid und dem Metallkontakt mindestens eine weitere Kontaktschicht angeordnet ist.
3. Kontaktstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus Lithiumnitrid seitlich durch Isolatorschichten geschützt ist.
4. Kontaktstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Haftvermittlerschicht zwischen der Halbleiterschicht aus II/VI- Halbleitermaterial und der Kontaktschicht aus Lithiumnitrid angeordnet ist.
5. Kontaktstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das II/VI-Halbleiterbauelement eine Laserstruktur enthält.
6. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumnitrid zur Ausbildung der Kontaktschicht aus Lithiumnitrid mittels Verdampfens und/oder Sputterns auf die Halbleiterschicht aus II/VI-Halbleitermaterial aufgebracht wird.
7. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das II/VI-Halbleiterbauelement nach dem Beschichten getempert wird, um den Kontaktwiderstand weiter abzusenken.
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