DE69405486T2

DE69405486T2 - Halbleitervorrichtung mit Gradienten-Bandabstand BeTe-ZnSe ohmschem Kontakt für einen II-VI Halbleiter

Info

Publication number: DE69405486T2
Application number: DE69405486T
Authority: DE
Inventors: Piotr Mensz
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2014-06-30
Also published as: EP0632504B1; US5422902A; JPH0758417A; EP0632504A2; DE69405486D1; EP0632504A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen, und insbesondere auf Diodenlaser mit Verbindungshalbleitern der Gruppe II-IV.
Der Erfolg bei der p-Dotierung von ZnSe mit Stickstoffradikalen als Dotierungsmittel beim Molekularstrahlwachstum der Epitaxie hat schnell zur Demonstration von blaugrünen Laserdioden geführt. Siehe z.B. R.M. Park et al., Appl. Phys. Lett. 57, 2127, (1990); K. Ohkawa et al., Jpn. J. Appl. Phys. 30, L152 (1991); M.A. Haase et al., Appl. Phys. Lett. 59, 1273 (1991) und H. Leon et al., Appl. Phys. Lett 59, 3619 (1991).
Das wohl wichtigste Hindernis für die breite Anwendung dieser blaugrünen ZnSe-Laser und die Ausreifung dieser Technologie sind die Schwierigkeiten bei der Herstellung ohmscher Kontakte mit niedrigem spezifischem Widerstand auf p-ZnSe-Überzugschichten (z.B. ZnSe, ZnSxSe1-x und Zn1-xMgxSySe1-y) normaler Dicke. Elektroden aus Gold (Au), die typischerweise bei der Herstellung elektrischer Kontakte verwendet werden, bilden auf p-ZnSe eine Schottky-Barriere von über 1,0 eV, und es wurde noch kein Metall gefunden, dessen Austrittsspannung groß genug wäre, um diese Barriere zu überwinden. Da ZnSe: N-Schichten (bisher) höchstens im unteren Bereich der Größenordnung 10¹&sup8;cm&supmin;³ dotiert werden können, ist die Herstellung von Metall-Halbleiter-Tunnelübergängen für elektrische Kontakte extrem schwierig und war bisher nicht möglich. Es wird daher eine alternative Lösung des Problems benötigt. Die Verringerung der Valenzbandaffinität des Halbleiters in Oberflächennähe mit Hilfe einer Halbleiterschicht mit Gradienten-Bandabstand bietet sich als ein erfolgversprechendes Verfahren an. Ein solches Verfahren zur Herstellung ohmscher Kontakte mit n-GaAs wurde bereits beschrieben (siehe J.M. Woodall et al., J. Vac. Sci. Technol., 19, 626, (1981):1.
Unlängst berichteten mehrere Gruppen über Fortschritte bei der Verbesserung elektrischer Kontakte mit p-ZnSe. Es wurden z.B. folgende entwickelt: ZnSe:N-Kontaktschichten durch Verringern der Substrattemperatur beim Molekularstrahlwachstum der Epitaxie auf 150ºC und die Verwendung einer gespaltenen Quelle (J. Qui et al., Protokolle der VII Konferenz über Molekularstrahlepitaxie, Schwäbisch Gmünd, Deutschland, 24.-28. Aug.1992); eine ZnSe/ZnTe-Mehrschichtstruktur als Kontaktschicht, um einen Gradienten- Bandabstandseffekt von p-ZnSe nach p-ZnTe zu erzielen (Y. Fan et al., Appl. Phys. Lett. 61, 3161, 1992); verbesserter elektrischer Kontakt mit p-ZnSe durch Verwendung von halbmetallischem HgSe hoher Affinität, das mit Molekularstrahlepitaxie hergestellt wurde (Y. Lansari et al., Appl. Phys. Lett. 61, 2554, 1992). Zwar ermöglichten es diese verbesserten Kontakte, Hall-Messungen an p-ZnSe durchzuführen, verringerten jedoch bis heute die Betriebsspannung blaugrüner Laser nicht wesentlich. Aus nicht genau bekannten Gründen, möglicherweise wegen des großen Gitterunterschieds zum GaAs-Substrat, sind die versetzen ZnTe-, ZnTe/ZnSe- und HgSe-Kontaktschichten nicht vereinbar mit Lasern, die mit großen Strömen betrieben werden. Zudem haben ZnTe- ZnSe-Schichten einen höheren Brechungskoeffizienten als die von ZnSe- oder ZnCdxSe1-x-Schichten gebildete aktive Region, was beeinträchtigend auf die optische Beschränkung in der aktiven Region des Lasers wirkt. Um diesen Effekt auszugleichen wäre eine besonders dicke p-Überzugsschicht erforderlich, was eine zusätzliche Erschwernis darstellen würde, da dies wahrscheinlich die Schwellenspannung für die Laseremission erhöhen würde.
Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, und insbesondere eines Halbleiter-Diodenlasers mit II-VI-Schichten, z.B. Schichten auf der Grundlage von ZnSe, ohne die Probleme, die bei Vorrichtungen nach dem derzeitigen Stand der Technik auftreten.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Herstellung von Vorrichtungen mit einem ohmschen Kontakt zu Schichten auf der Grundlage von ZnSe unter Zuhilfenahme eines Verfahrens, bei dem die Valenzbandaffinität in Oberflächennähe durch eine Halbleiterschicht mit Gradienten-Bandabstand verringert wird.
Und ein weiteres Ziel ist die Herstellung von Diodenlasern, vorzugsweise von blaugrünen Lasern, unter Verwendung solcher ohmschen Kontakte.
Diese und andere Ziele werden mit der vorliegenden Erfindung, bei der BeTe in einer Gradienten-Bandabstandsschicht für den ohmschen Kontakt mit Halbleitern auf der Grundlage von p-ZnSe verwendet wird, erreicht. Wegen der guten Übereinstimmung der Gitter mit GaAs und ZnSe und wegen des gewachsenen Charakters sind BexZn1-xTeySe1-y-Gradienten-Bandabstandsschichten ideal für den ohmschen Kontakt mit p-ZnSe und anderen II-VI-Verbindungshalbleitern. Es ist zu bemerken, daß eine BeTe-Schicht aus JP-4-63479 bekannt ist. Laut dieser Veröffentlichung, die den bisherigen Stand der Technik beschreibt, wirkt die BeTe- Schicht als Injektionsschicht für eine lichtemittierende Schicht. Dazu muß jedoch die Leitfähigkeit der BeTe-Schicht von entgegengesetzter Art als die der lichtemittierenden Schicht sein, und eine Gradientenzusammensetzung der BeTe-Schicht ist nicht sinnvoll. Kontakte wie BexZn1-xTexSe1-x, wobei x eine Zahl im Bereich von 0 bis 1 ist, sind besonders vorzuziehen. Um die Darstellung zu erleichtern werden die Zusammensetzungen in dieser Erfindung in bezug auf die Zusammensetzung von BexZn1-xTexSe1-x beschrieben. Diese Kontakte ermöglichen die Herstellung von Epitaxien von II-VI-Verbindungs-Diodenlasern, wobei das Gitter exakt zum GaAs- Substrat paßt und der spezifische Kontaktwiderstand der BexZn1-xTexSe1-x-Gradienten- Bandabstandskontakte bei einer Dotierungsdichte des Akzeptors von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ kleiner als = 10&supmin;&sup4;Ωcm&spplus;² ist, was einem Spannungsabfall in der Kontaktschicht von unter 0,1 V im Laserbetrieb entspricht.
W.M. Yim et al. berichtete in J. Phys. Chem. Sol., 33, 501 (1972) von der Synthese von BeTe-Einkristallen und der Messung einiger grundlegender Parameter, die insbesondere die Struktur einer Zinkblende mit einer Gitterkonstante von 5,6269 Å bestätigen, was sehr nahe bei den Gitterkonstanten von GaAs und ZnSe liegt (5,6533 Å bzw. 5,6687 Å). Auch vermerkt Yim et al., daß die Bandabstandsenergie von BeTe bei Raumtemperatur 2,7 eV beträgt. Yim et al. beschreiben zudem eine unbeabsichtigte p-Dotierung mit einer Konzentration im Hall-Träger von 1x10¹&sup4; - 1x10¹&sup6; cm&supmin;³ und Indium, das den ohmschen Kontakt mit p-BeTe bei Raumtemperatur herstellt. Ausgehend von diesen Informationen schätzten wir die kritische Dicke einer gespannten BeTe-Schicht, deren Gitter um 0,47 % vom GaAs-Substrat abweicht, auf ungefähr 850 Angström. Wir stellten fest, daß diese Dicke für die Herstellung einer geeigneten BexZn1-xTexSe1-x-Kontaktschicht mit derzeit verfügbaren Dotierungsdichten ausreicht, wie im folgenden erläutert wird. Da außerdem bekannt ist, daß die Größe der Schottky- Barriere von metallischem In an n-ZnSe 0,91 eV entspricht (siehe S. Sze., Physics of Semiconductor Devices, 2. Ausg., S. 291, John Wiley & Sons (1981)), schätzten wir mit Hilfe der Transitivitätsregel den Valenzbandabstand ΔEv im BeTe/ZnSe- Heteroübergang zwischen 1,5 und 1,8 eV ein. So stellten wir fest, daß BeTe/ZnSe einen versetzten Heteroübergang bildet, der dem Heteroübergang ZnTe/ZnSe ähnlich ist.
Folglich liefert die Erfindung Halbleiterschichten mit einem BeTe-ZnSe-Gradienten- Bandabstand für die Verwendung als ohmsche Kontakte mit ZnSe, ZnSxSe1-x, Zn1-xCdxS, Zn1-xCdxSySe1-y, Zn1-xMgxSySe1-y vom p-Typ (wobei x und y Zahlen zwischen 0 und 1 sind) und mit anderen in Lasern verwendeten II-VI- Verbindungshalbleitern, auf GaAs-Substraten aufgebracht. Wegen der guten Übereinstimmung des Gitters mit dem GaAs-Substrat gestatten es (BeTe)x(ZnSe)1-x- Kontakte, die gesamte Vorrichtung innerhalb der pseudomorphischen Grenze aufzubringen. In diesen Strukturen läßt sich also eine geringe Versetzungsdichte erzielen, sie sind möglicherweise wesentlich für die Herstellung langlebiger blaugrüner Diodenlaser. Da die Bandabstandsenergie von BeTe größer ist als die von ZnSe sollte der Brechungskoeffizient von BeTe kleiner sein als der von ZnSe oder von ZnCdxSe1-x, und die optische Begrenzung um aktive Bereiche blauer oder blaugrüner Laser wird von diesen Kontakten nicht beeinträchtigt.
Bei dieser Erfindung wird BeTe verwendet, um eine stufenweise Veränderung der Zusammensetzung zu ZnSe oder zum Gitter eines anderen II-VI- Verbindungshalbleiters zu erzeugen, das an ein GaAs-Substrat angepaßt ist. Diese Gitteranpassung könnte sich als entscheidend bei der Anwendung mit Diodenlasern erweisen, die bei Raumtemperatur betrieben werden. Wegen der Gitterübereinstimmung von BeTe und GaAs und seines großen Bandabstands (2,7 eV oder mehr) gelten die ohmschen Kontakte durch BeTe-ZnSe-Gradienten-Zusammensetzung als praktische und notwendige Lösung für blaue Laser, auf GaAs-Substrate aufgebracht.
Abb. 1a ist das Energieband-Diagramm einer BeTe/ZnSe-Heterostruktur;
Abb. 1b ist das Energieband-Diagramm eines BeTe/ZnSe-Gradienten- Bandabstandübergangs gemäß dieser Erfindung;
Abb. 1c illustriert die Herstellung des BexZn1-xTexSe1-x- Gradientenübergangs dieser Erfindung durch abwechselndes Anwachsen von BeTe- und ZnSe-Schichten.
Abb. 2 ist das Energiebanddiagramm des linearen und des quadratischen p-BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenübergangs dieser Erfindung mit einer Dicke wj = 400 Å;
Abb. 3a ist die Strom-Spannungs-Charakteristik des BexZn1-xTexSe1-x- Gradienten-Heteroübergangs mit einer Dicke wj = 400 Å;
Abb. 3b ist die Strom-Spannungs-Charakteristik des p-BexZn1-xTexSe1-x- Gradienten-Heteroübergangs mit einer Dicke wj = 800 Å; und
Abb. 4 ist die graphische Darstellung der Abhängigkeit des spezifischen Kontaktwiderstands linearer p-BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenübergänge, die über die Übergangsdicke gleichmäßig mit Na = 1x10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert sind;
Abb. 5 ist der Querschnitt einer II-VI-Laserdiode mit dem ohmschen Kontakt des p-Typs dieser Erfindung.
Es wurden Modelle von BeTe/ZnSe ohmschen Kontakten mit den in dieser Tabelle aufgeführten Materialkonstanten gefertigt. TABELLE DER KONSTANTEN
Die Materialkonstanten von BexZn1-xTexSe1-x der folgenden Berechnungen wurden durch lineare Interpolation der in der Tabelle aufgelisteten Parameter für ZnSe und BeTe erhalten. Der Wert von 2,0 eV für die Elektronenaffinität von BeTe ergibt sich aus der Annahme von 1,8 eV für die Valenzbanddiskontinuität des BeTe/ZnSe- Heteroübergangs. Die Energiebänder und die Strom-Spannungs-Charakteristiken wurden durch Lösen der Poisson-Gleichung zusammen mit der Elektronen- und der Löcher- Kontinuitätsgleichung in eindimensionalen Heterostrukturen berechnet.
Abb. 1 zeigt das Energiebanddiagramm einer versetzten p-BeTe/p-ZnSe- Heterostruktur mit einer Diskontinuität im Valenzband von ΔEv = 1,8 eV und einer gleichmäßigen Dotierungsdichte des Akzeptors von Na = 10¹&sup8;cm&supmin;³. In diesem Fall würde eine hohe Barriere im Valenzband beim BeTe/ZnSe-Heteroübergang den Transport von Löchern von BeTe nach ZnSe unterbinden. Eine große Valenzbandverschiebung beim abrupten BeTe/ZnSe-Heteroübergang läßt sich durch die Verwendung eines linearen Gradienten-Heteroübergangs fast vollständig vermeiden, in Abb. 1b gezeigt, wo der Gradient von 200 auf 1000 Å verläuft, mit Pfeilen dargestellt. In diesem Fall wurde das Energiebanddiagramm der BexZn1-xTexSe1-x-Schicht mit linear von x = 0 bis 1 variierter Zusammensetzung über einen Abstand wj = 800 Å und mit einer gleichförmigen Dotierung von NA = 10¹&sup8;cm&supmin;³ berechnet.
Zwar können die Schichten mit allen bekannten Verfahren aufgebracht werden, doch bei der Molekularstrahlepitaxie gibt es Probleme aufgrund der Segregation von Te und Se an der Anwachsfläche. Daher wird für das Epitaxienwachstum einer BeTe-ZnSe-Gradientenschicht vorzugsweise ein digitales Verfahren verwendet, bei dem die Schichten der Gradienten-Komponenten abwechselnd in bestimmter Dicke und mit einer bestimmten Anzahl gebildet werden, dargestellt durch den Ausdruck (BeTe)x(ZnSe)1-x. Ein besonders geeignetes Herstellungsverfahren ist, anstatt einer schrittweisen Änderung des Parameters x in der BexZn1-xTexSe1-x- Schicht die Region um den BeTe/ZnSe-Übergang mit der Dicke wj in eine Reihe kleiner Segmente (0 ≤ x ≤ 1) aufzuteilen, die einen x-Anteil der p-BeTe-Schicht und einen (1-x)-Restanteil der p-ZnSe-Schicht enthalten. Auf diese Weise bilden sich linear abgestufte Mischungsübergänge von (BeTe)x(ZnSe)1-x durch das abwechselnde Anwachsen eines Stapels zahlreicher p-BeTe- und p-ZnSe-Schichten variabler Dicke. Abb. 1c zeigt eine solche Struktur, mit den BeTe-Schichten als weiße und den ZnSe-Schichten als schwarze Streifen dargestellt. In diesem Beispiel wurde der Gradienten-Bandabstandsübergang in 21 Segmente mit einer Dicke von jeweils 40 Å aufgeteilt. Das erste Segment, das an die BeTe-Deckschicht (nahe l&sub1;) angrenzt, umfaßt 0 Å ZnSe und 40 Å BeTe; das zweite Segment umfaßt 2 Å p-ZnSe und 38 Å p-BeTe; das dritte Segment umfaßt 4 Å p-ZnSe und 36 Å p-BeTe usw. Es wird also beginnend mit einer 40 Å umfassenden BeTe- Schicht in allen folgenden 40 Å der Umfang der ZnSe-Schicht um 2 Å vergrößert und die BeTe-Schicht um 2 Å verkleinert, bis eine Schicht einer Dicke von 40 Å ZnSe erreicht ist. Die Kontaktschicht mit 200 Å BeTe und 800 Å linearen Gradienten- Übergangs zum ZnSe liegt noch deutlich unter der kritischen Schichtdicke für pseudomorphes Wachstum von BeTe.
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein linearer (BeTe)x(ZnSe)1-x- Gradientenübergang durch das Heranwachsen eines Stapels monomolekularer BeTe- und ZnSe-Schichten zu einem Übergang mit einer Dicke wj = 81 Å hergestellt, der aus 18 Segmenten besteht, wobei das erste Segment aus 17 monomolekularen Schichten BeTe besteht, das zweite besteht aus einer monomolekularen Schicht BeTe und 16 monomolekularen Schichten ZnSe, das dritte besteht aus 2 monomolekularen Schichten ZnSe und 15 monomolekularen Schichten BeTe usw. Wegen der möglichen Segregation von Te und Se (Haufenbildung) ist die digitale Gradientenbildung mit vollständigem Heranwachsen monomolekularer Schichten bei der Herstellung von (BeTe)x(ZnSe)1-x- Kontakten vorzuziehen.
Abb. 2 und 3 zeigen Diagramme der Energiebänder linearer (durchgezogene Linie) und quadratischer (gestrichelte Linie) BexZn1-xTexSe1-x- Gradientenübergänge unterschiedlicher Dicke. Die Spitzen, die im Valenzband in der Nähe der Ränder der BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenschichten bei l&sub1; = 200 Å und l&sub2; = 1000 Å auftreten, behindern den Transport von Ladungsträgern durch den Übergang bei Raumtemperatur nur geringfügig. Diese Spitzen rühren von der Unbeständigkeit der Ableitung dEv/dx her und können durch die Anwendung einer quadratischen anstatt der linearen Abstufung der x-Zusammensetzung von BexZn1-xTexSe1-x in der Nähe der Ränder der Gradienten-Bandabstandsschicht verringert werden. Lineare Abstufung bedeutet hier, daß x eine lineare Funktion des Abstands von der Oberfläche ist, und quadratische Abstufung bedeutet demnach, daß x eine quadratische Funktion des Abstands von der Oberfläche ist. Bei Gradienten-Bandabstandsschichten aus BexZn1-xTexSe1-x für ohmsche Kontakte mit p-ZnSe z.B., wobei x als lineare Funktion des Abstands l von der Oberfläche variiert, ist
x(1) = 1-1&sub2;/1&sub1;-1&sub2;
oder quadratisch
x(1) = (1-1&sub2;)²/(1&sub1;-1&sub2;)²
wobei l&sub1; und l&sub2; die Abstände von der Oberfläche der BexZn1-xTexSe1-x-Probe sind und x = 1 bzw. x = 0. Abb. 2 zeigt einen Vergleich der Energiebanddiagramme eines linearen (durchgezogene Linie) mit einem quadratischen (gestrichelte Linie) BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenübergang der Dicke wj = 400 Å. Die Spitzen im Valenzband, die bei einem linearen Gradientenübergang in der Nähe der Ränder des linearen BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenübergangs bei l&sub1; und l&sub2; auftreten, wirken auf den Löchertransport als Falle bzw. Barriere, d.h. die Spitzen wirken als Graben bzw. als Barriere für mobile Löcher. Der schädliche Einfluß der Barriere um l&sub2; auf den spezifischen Kontaktwiderstand ist bedeutender und kann durch quadratische Abstufung über die gesamte BexZn1-xTexSe1-x-Schicht verringert werden, was Abb. 2 illustriert. Dies wird offensichtlich beim Vergleich der errechneten Strom-Spannungs- Charakteristik der quadratischen mit den linearen Gradientenkontakten, in Abb. 3 als Kurve 1 und 5 abgebildet. Abb. 3 zeigt zudem die berechnete Strom-Spannungs- Charakteristik für verschiedene Dotierungs- und Gradientenfunktionen bei BexZn1-xTexSe1-x-Kontakten. In der Abbildung entsprechen durchgezogene Linien linearen p-BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenübergängen, die gleichförmig mit 1 und 2x10¹&sup8;cm&supmin;³ dotiert sind (Kurve 1 bzw. 2), oder linear dotiert von 10¹&sup8;cm&supmin;³ bei l&sub2; bis 5 oder 10x10¹&sup8;cm&supmin;³ bei l&sub1; (Kurve 3 bzw. 4). Die gestrichelte Linie in Abb. 3 (Kurve 5) entspricht quadratischen BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenschichten, die gleichförmig mit Akzeptoren mit 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ dotiert sind.
Die in Abb. 3a dargestellte Charakteristik zeigt, daß bei einer BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenschicht der Dicke wj = 400 Å eine Akzeptordotierung mit 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ nicht ausreicht, um eine ohmsche Strom-Spannungs-Charakteristik zu erhalten (siehe Kurve 1). Die quadratische Abstufung (Kurve 5) ermöglicht eine ohmsche Charakteristik, ergibt jedoch einen höheren spezifischen Kontaktwiderstand von = 4x10&supmin;&sup4;Ωcm². Abb. 3a zeigt auch, daß eine höhere Dotierung des p-ZnSe mit 2x10¹&sup8;cm&supmin;³ den spezifischen Kontaktwiderstand der linearen BexZn1-xTexSe1-x- Gradientenschicht deutlich mehr erhöht als die Dotierung von p-BeTe, selbst bei einer hohen Dotierung wie 1x10¹&sup9;cm&supmin;³. Bei einer Obergrenze der p-ZnSe-Dotierung von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ sollte daher die Übergangsdicke wj der BexZn1-xTexSe1-x-Schicht erhöht werden. Abb. 3b zeigt, daß eine Verdoppelung der BexZn1-xTexSe1-x-Schichtdicke auf wj = 800 Å in allen betrachteten Fällen ohmsche Kontakte mit niedrigem spezifischem Widerstand erzeugt. Insbesondere ergibt sich für eine lineare p-BexZn1-xTexSe1-x- Gradientenschicht mit einer Akzeptordotierung von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ ein spezifischer Kontaktwiderstand von c = 8x10&supmin;&sup5;Ωcm².
Abb. 4 zeigt den spezifischen Kontaktwiderstand linearer p-BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenschichten als Funktion der Übergangsdicke wj bei gleichförmiger Dotierung mit 1x10¹&sup8;cm&supmin;³. Die Struktur enthält 200 Å p-BeTe und 300- 900 Å p-BexZn1-xTexSe1-x, so daß die Gesamtdicke pseudomorphisches Wachstum dieser Schichten auf dem GaAs-Substrat und die Herstellung blauer Laser erlaubt, deren Gitter vollständig an das GaAs-Substrat angepaßt ist. Wie Abb. 4 zeigt wäre bei einem solchen mit einer Stromdichte von j = 10³A/cm² bei Raumtemperatur betriebenen Laser der Spannungsabfall in der BexZn1-xTexSe1-x-Kontaktschicht unter 0,1 V. Dies verringert die Leistungsverluste an elektrischen Kontakten, was für den zuverlässigen Dauerbetrieb blauer Laser bei Raumtemperatur besonders wünschenswert ist.
Die BexZn1-xTexSe1-x-Gradientenschichten können für die Herstellung blaugrüner Laser mit Verfahren verwendet werden, die z.B. Gaines et al. in Appl. Phys. Lett., 62 (20), S. 2464 ff. (1993) und Gaines et al. in der im Dezember eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 07/997,998 beschrieben haben. Besonders vorzuziehen sind Strukturen wie die der Abb. 5, eine Laserdiode 10 darstellend, die im allgemeinen mit Molekularstrahlepitaxie auf einem GaAs-Substrat 20 heranwachsen kann und eine ohmsche Kontaktschicht 16 mit einer dieser Erfindung entsprechenden BexZn1-xTexSe1-x-Gradienten-Bandabstandszusammensetzung umfaßt. Auf das Substrat ist ein Wellenleitungs-Bodenüberzug 22 aus ZnSxSe1-x aufgebracht, der n-dotiert ist. Auf den Überzug 22 ist eine Schicht ZnSe 24 aufgebracht, die die untere Hälfte des Wellenleiters bildet. Auf Schicht 24 ist eine aktive Region 26 aufgebracht, die aus drei undotierten CduZn1-uSe Quantenwällen besteht, die von zwei undotierten ZnSe- Zwischenregionen getrennt werden. Auf die aktive Region 26 ist eine p-ZnSe- Leitschicht 28 aufgebracht. Auf die Schicht 28 ist ein p-ZnSzSe1-z-Überzug 30 aufgebracht. Wie bereits erwähnt ist auf der Schicht 30 eine ohmsche Kontaktschicht 16 aufgebracht, die aus einem BexZn1-xTexSe1-x-Gradienten-Bandabstandsteil 17 und einem BeTe-Teil 18 entsprechend dieser Erfindung besteht. Es wird eine Polyimid- Isolierschicht 32 mit Öffnungen 33 aufgebracht, und die Kontakte mit Teil 18 der Kontaktschicht 16 und mit dem GaAs-Substrat wurden mit den Goldschichten 34 und 35 hergestellt.
Als Quellenmaterial können die in der Technik üblichen Materialien verwendet werden, also vorzugsweise Zn, Se, Cd und ZnS. Als p- und n-Dotierungsmittel ist N geeignet, das von einer Plasmaquelle angeregt wurde, bzw. Cl (aus ZnCl&sub2;).
Als Dotierungsdichte und -verfahren kommen die im genannten schwebenden Patentantrag beschriebenen in Frage, d.h. die Dotierungsdichte der Schichten 22, 24, 28 und 30 ist etwa 1x10¹&sup8;, 3x10¹&sup7; bzw. 2x10¹&sup7;cm&supmin;³. Die Dotierungsdichte der p-ZnSzSe1-z-Schicht 30 kann 2x10¹&sup7;cm&supmin;³ betragen und die der Gradienten-Bandabstandsschicht 16 etwa auf dem in der Beschreibung von Abb. 3 und Abb. 4 angegebenen Niveau liegen, d.h. die Dotierung hängt vom Gradienten und vom Gradientengebiet, von der Übergangsdicke usw. ab und sollte mindestens 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ betragen.
Jede Schicht wird über ihre gesamte Dicke so aufgebracht, daß der Lichtverlust in absorbierenden Schichten minimiert und die Lichtmenge in der aktiven Schicht maximiert wird, wobei die jeweilige Dicke in Abb. 5 nur der Veranschaulichung dient. Es können z.B. sinnvolle Vorrichtungen mit einer n-Überzugsschicht 22 von 2,0 Mikron und Leitschichten 24 und 28, einschließlich der Quantenwallregion 26 mit einer Dicke von ca. 60 Å, und dazwischen etwa 110 Å dicke ZnSe-Abstandsschichten, mit einer Gesamtdicke von etwa 1 Mikron hergestellt werden. Die oberste p-Überzugsschicht 30 und die p-Gradienten-Bandabstandsschicht 16 haben eine Gesamtdicke von etwa 1,5 Mikron, die Gradienten-Kontaktschicht 16 hat eine Dicke von etwa 400 bis 800 Å.
Geeignete Werte von u (Kadmium) liegen im Bereich von 0 bis 1,0, z zwischen 0 und 0,1, y zwischen 0 und 1 und x von 0 bis 1, wobei x und y so gewählt werden, daß die Gitter zu GaAs passen. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der optischen Leistung ist eine Kristallflächenbeschichtung der Spiegel 36 und 38 der Vorrichtung. Das Spalten der Vorrichtung auf eine brauchbare Länge, d.h. etwa 500 µm, ergibt die notwendige "Spiegelung" für die Laseranregung. Das abgegebene Licht kann durch eine Verringerung der Dicke der aktiven Region 26 und/oder durch eine Verringerung des Kadmiumgehalts dieser Schicht (u geht gegen 0) nach Blau verschoben werden.
In der weiter oben beschriebenen Ausführungsform von Abb. 5 sind das Substrat und die unteren Schichten n-dotiert, die oberen Schichten sind p-dotiert. Eine analoge Struktur ergibt sich, wenn die unteren Schichten p-dotiert und die oberen Schichten n-dotiert sind.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung hier mit vorzuziehenden Ausführungsformen beschrieben, es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß Änderungen und Abweichungen möglich sind, die von den Ansprüchen mit berücksichtigt werden.

Claims

1. Eine Halbleitervorrichtung (10) mit einem Halbleiterkörper, bestehend aus einem Halbleitersubstrat (20) und darauf einer Halbleiterschichtstruktur, die aus einer Halbleiterschicht (30) eines ersten Leitungstyps, wobei die genannte Halbleiterschicht einen AIIBVI-Halbleiter umfaßt, und einer Metallschicht (34) oben auf der Halbleiterschichtstruktur besteht, die den Kontakt mit der Halbleitervorrichtung herstellt, mit dem Merkmal, daß die Vorrichtung zwischen der Halbleiterschicht und der Metallschicht eine zusätzliche Halbleiterschicht (16) des ersten Leitungstyps hat, die BeTe enthält und in Richtung der Metallschicht (34) hin zur Halbleiterschicht (30) eine abgestufte Mischung von BeTe zum AIIBVI-Werkstoff der Halbleiterschicht enthält.

2. Eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, mit dem Merkmal, daß die zusätzliche Halbleiterschicht (16) BexA1-xTeyB1-y enthält, wobei x und y im Bereich von 0 bis 1 liegen und so gewählt werden, daß das Gitter an das Substrat (20) angepaßt ist.

3. Eine Halbleitervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, mit dem Merkmal, daß die zusätzliche Halbleiterschicht (16) eine Vielzahl abwechselnd aufgebrachter Schichten des BeTe- und des AIIBVI-Halbleitermaterials der Halbleiterschicht (30) umfaßt und die abgestufte Zusammensetzung der zusätzlichen Halbleiterschicht (16) mit BexA1-xTexB1-x angegeben wird, wobei x und 1-x durch die relative Dicke zweier aufeinanderfolgender BeTe- und AIIBVI-Schichten festgelegt werden, deren relative Dicke so abgestuft wird, daß sich die abgestufte Zusammensetzung ergibt.

4. Eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, mit dem Merkmal, daß das AIIBVI-Halbleitermaterial ZnSe enthält und daß die zusätzliche Halbleiterschicht (16) 21 jeweils etwa 4 nm dicke Segmente umfaßt, wobei das n. Segment eine etwa (n-1)*0,2 nm dicke Schicht ZnSe und eine etwa (4 - (n-1)*0,2) nm dicke Schicht BeTe umfaßt.

5. Eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, mit dem Merkmal, daß das AIIBVI-Halbleitermaterial ZnSe enthält und daß die zusätzliche Halbleiterschicht (16) etwa 82 nm dick ist und 18 Segmente umfaßt, wobei das n. Segment (n-1) monomolekulare Schichten ZnSe und (18-n) monomolekulare Schichten BeTe umfaßt.

6. Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem der obenstehenden Ansprüche, mit dem Merkmal, daß die Halbleiterschicht (30) und die zusätzliche Halbleiterschicht (16) eine Leitfähigkeit des p-Typs haben.

7. Eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 6, mit dem Merkmal, daß der Kontakt mit der Halbleitervorrichtung einen spezifischen Kontaktwiderstand ( ) hat, kleiner als etwa 10&supmin;&sup4;Ωcm² bei einer Akzeptordotierung mit einer Dichte von etwa 1x10¹&sup8;cm&supmin;³.

8. Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem der obenstehenden Ansprüche, mit dem Merkmal, daß die Metallschicht (34) Indium, Gold oder Platin enthält.

9. Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem der obenstehenden Ansprüche, mit dem Merkmal, daß die Halbleitervorrichtung ein AIIBVI-Halbleiter-Diodenlaser ist.

10. Eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 9, mit dem Merkmal, daß das Halbleitersubstrat (20) einen zweiten, dem ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hat und daß die Halbleiterschichtstruktur zwischen dem Substrat (20) und der zusätzlichen Halbleiterschicht (16) eine erste Überzugsschicht (22) mit Leitfähigkeit des zweiten Typs, eine erste Leitschicht (24) mit Leitfähigkeit des zweiten Typs, eine aktive Schicht (26), eine zweite Leitschicht (28) mit Leitfähigkeit des ersten Typs und eine zweite Überzugsschicht 30) mit Leitfähigkeit des ersten Typs in dieser Reihenfolge umfaßt.