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 HerstellungInfo
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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
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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Legal Events
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8322 | Nonbinding interest in granting licences declared | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |