DE69833514T2 - Elektrischer Kontakt für Gallium (Aluminium, Indium)-Nitrid mit niedrigem Spannungsabfall - Google Patents

Elektrischer Kontakt für Gallium (Aluminium, Indium)-Nitrid mit niedrigem Spannungsabfall Download PDF

Info

Publication number
DE69833514T2
DE69833514T2 DE69833514T DE69833514T DE69833514T2 DE 69833514 T2 DE69833514 T2 DE 69833514T2 DE 69833514 T DE69833514 T DE 69833514T DE 69833514 T DE69833514 T DE 69833514T DE 69833514 T2 DE69833514 T2 DE 69833514T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
gallium nitride
iii
intermediate layer
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69833514T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69833514D1 (de
Inventor
Yong Mountain View Chen
Long Union City Yang
Shih-Yuan Palo Alto Wang
Richard P. Mountain View Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lumileds LLC
Original Assignee
Lumileds LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lumileds LLC filed Critical Lumileds LLC
Application granted granted Critical
Publication of DE69833514D1 publication Critical patent/DE69833514D1/de
Publication of DE69833514T2 publication Critical patent/DE69833514T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45—Ohmic electrodes
    • H01L29/452—Ohmic electrodes on AIII-BV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H01L33/105—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector with a resonant cavity structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontakt zu Gallium(Al, In)-Nitrid und insbesondere einen elektrischen Kontakt, der geeignet ist, eine elektrische Verbindung mit dem p-Typ-Galliumnitrid einer Halbleitervorrichtung, beispielsweise ein blauleuchtender Laser, herzustellen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN) und Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlInGaN) werden in vielen verschiedenen Halbleitervorrichtungen verwendet. Insbesondere werden diese Halbleitermaterialien in Transistoren sowie in oberflächenemittierenden Lasern mit vertikaler Kavität (VCSELs), in interplanaren Lasern und in lichtemittierenden Dioden (LEDs) verwendet, die vorgesehen sind, Licht in Wellenlängen von Rot bis Ultraviolett zu emittieren. In der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck Galliumnitridmaterial verwendet, um jedes der oben genannten Halbleitermaterialien zu bezeichnen.
  • Aus Galliumnitridmaterialien hergestellte Halbleitervorrichtungen umfassen üblicherweise einen oder mehrere elektrische Kontakte, durch die der über einen Bondingdraht empfangene elektrische Strom über die Oberfläche des Galliumnitridmaterials verteilt wird, um durch das Volumen bzw. Bulk aus dem Galliumnitridmaterial geführt zu werden. Um die Wärmeerzeugung in der Halbleitervorrichtung zu minimieren, sollte der elektrische Widerstand des elektrischen Kontakts sowie der Spannungsabfall an dem p-Kontakt minimal sein.
  • Elektrische Kontakte zu Galliumnitridmaterialien umfassen n-Kontakte, die zu Galliumnitridmaterialien vorgesehen und mit Donatorstörstellen dotiert sind, und p-Kontakte, die zu Galliumnitridmaterialien vorgesehen und mit Akzeptorstörstellen dotiert sind. Von diesen zwei Kontaktarten ist das Vorsehen eines p-Kontakts mit einem geringen Kontaktwiderstand und geringem Spannungsabfall das schwierigere.
  • Übliche Halbleitervorrichtungen unter Verwendung von Galliumnitridmaterialien bilden einen p-Kontakt durch Ausbringen eines leitenden Materials direkt auf die Oberfläche des p-Typ-Galliumnitridmaterials. Beispielsweise kann bei solchen üblichen Vorrichtungen eine dünne Schicht aus einem Metall wie Titan, Nickel oder Palladium direkt auf die Oberfläche des p-Typ-Galliumnitridmaterials aufgebracht werden. Daraufhin wird eine wesentlich dickere Schicht aus Gold auf die dünne Schicht aus Metall aufgebracht. Zwischen der dünnen Schicht aus Metall und der dickeren Goldschicht kann eine dünne Zwischenschicht aus Platin eingefügt sein.
  • Zwei Hauptmechanismen verhindern, daß ein üblicher p-Kontakt die oben genannten gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist. Als erstes erzeugt der stark einsatzbezogene Funktionsunterschied zwischen dem Galliumnitridmaterial und dem Metall eine hohe Potentialbarriere zwischen dem Galliumnitrid und dem Metall. Für Galliumnitrid liegt die Potentialbarriere bei ungefähr 3,4 V. Als zweites liegt der maximale Grad an aktivierten Akzeptorstörstellen, die momentan in Galliumnitridmaterialien verläßlich erreicht werden können, zwischen 101–108 Atomen/cm3. Dadurch hat das p-Typ-Galliumnitrid einen spezifischen Kontaktwiderstand im Bereich von 101–102 Ohm·cm2. Dieser maximale Grad an aktivierten Akzeptorstörstellen liegt zumindest eine Größenordnung unter dem Grad, mit dem sich ein spezifischer Kontaktwiderstand im Bereich von 10–4–10–5 Ohm·cm2 erreichen ließe. Ein spezifischer Kontaktwiderstand in dem Bereich von 10–4–10–5 Ohm·cm2 ist für einen annehmbar geringen elektrischen Widerstand für den p-Kontakt wünschenswert.
  • Die geringe Konzentration aktivierter Akzeptorstörstellen (p-Typ), die in einem Galliumnitridmaterial erreicht werden kann, ist in Kombination mit einer hohen Potentialbarriere insbesondere zwischen dem Galliumnitridmaterial und der Metallschicht problematisch, da dies zu einer breiten Verarmungszone führt, die sich, ausgehend von der Grenzfläche zwischen der Metallschicht und dem Galliumnitridmaterial, in das Galliumnitridmaterial hinein erstreckt.
  • Ferner ist in realen Vorrichtungen die Verarmungszone breiter als ausgehend von der Potentialbarriere und dem Grad von aktivierten Akzeptorstörstellen in dem Galliumnitridmaterial anzunehmen wäre. Der Grund hierfür ist, daß der effektive Grad an aktivierten Akzeptorstörstellen in dem Galliumnitridmaterial nahe dem Metallkontakt geringer ist, als in gleichermaßen dotiertem Volumen- bzw. Bulkmaterial. An der Metall-Galliumnitridmaterial- Grenzfläche des p-Kontakts reagiert das Metall typischerweise mit dem Stickstoff des Galliumnitridmaterials, um Metallnitride auszubilden. Dadurch werden Stickstoffatome aus dem Galliumnitridmaterial entfernt, wodurch Stickstofffreistellen in dem Galliumnitridmaterial verbleiben. Die Stickstofffreistellen funktionieren als Donatorstellen, die benachbarte Akzeptorstellen in dem Galliumnitridmaterial neutralisieren und die effektive Konzentration aktivierter Akzeptorstörstellen verringern. Dadurch wird die Verarmungszone zusätzlich verbreitert.
  • Der Spannungsabfall an üblichen lichtemittierenden Vorrichtungen, in denen Galliumnitridmaterial verwendet wird, liegt üblicherweise in dem Bereich von 5–7 Volt. Von diesem Spannungsabfall werden nur ungefähr 3 Volt der Diodenspannung der Vorrichtung zugerechnet. Das meiste des verbleibenden Spannungsabfalls wird durch den Spannungsabfall des p-Kontakts verursacht.
  • Die Patentzusammenfassung JP-08213651 offenbart einen elektrischen Kontakt und ein Verfahren zu dessen Herstellung, mit einer Zwischenschicht zwischen einer p-GaN und einer Elektrode, wobei sich das Material der Zwischenschicht von dem p-GaN-Material und dem Elektrodenmaterial unterscheidet und die Zwischenschicht zwischen diesen beiden zwischengelegt ist. Um den Kontaktwiderstand in Halbleitern mit großem Bandabstand zu verringern, wird ein mehrschichtiger Film eingefügt, der durch Laminieren durch GaPxN1-x-Dünnfilme und GaPyN1-y Dünnfilme gebildet wird, deren Bandlücken kleiner oder gleich Null sind.
  • Die Druckschrift EP-A-0 042 066 offenbart einen Kontakt, der eine einzelne Gradienten-Zwischenschicht verwendet, die zwischen einem Halbleiter und einer Metallelektrode vorgesehen ist.
  • Ein p-Kontakt für ein Galliumnitridmaterial, der nicht von den Nachteilen bekannter p-Kontakte beeinträchtigt ist, wäre wünschenswert, da ein solcher p-Kontakt den Wärmeverlust in den Halbleitervorrichtungen verringern würde, in denen solche Kontakte verwendet werden. Insbesondere wäre ein p-Kontakt wünschenswert, der es erlaubt, eine Galliumnitridmatenal-Halbleitervorrichtung, beispielsweise eine lichtemittierende Vorrichtung, mit einem Durchlaß-Spannungsabfall nahe der Diodenspannung des Galliumnitridmaterials vorzusehen.
  • Abriß der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht einen elektrischen Kontakt für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Verringern des spezifischen Widerstands eines elektrischen Kontakts nach Anspruch 4 vor.
  • Der elektrische Kontakt umfaßt eine Schicht aus p-Typ-Galliumnitridmaterial, eine Metallschicht und eine Zwischenschicht, die zwischen der Halbleiterschicht und der Metallschicht liegt. Die Zwischenschicht ist eine Schicht aus einem anderen Material als das Galliumnitridmaterial und das Metall.
  • Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Verringern des spezifischen Widerstands eines elektrischen Kontakts zu einem p-Typ-Galliumnitridmaterial sowie des Spannungsabfalls über diesen Kontakt vor. Durch dieses Verfahren wird ein p-Kontakt vorgesehen, der das Galliumnitridmaterial und die Metallschicht umfaßt. Ferner wird gemäß Anspruch 4 eine Zwischenschicht zwischen der Schicht aus Galliumnitridmaterial und der Metallschicht vorgesehen. Die Zwischenschicht ist eine Schicht aus einem anderen Material als das Galliumnitridmaterial und das Metall.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) als ein Beispiel einer Galliumnitridmaterial-Halbleitervorrichtung darstellt, in der eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen p-Kontakts vorgesehen ist.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines VCSELs als ein Beispiel einer Galliumnitridmaterial-Halbleitervorrichtung darstellt, die mit einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen p-Kontakts vorgesehen ist.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines VCSELs als ein Beispiel einer Galliumnitridmaterial-Halbleitervorrichtung darstellt, die mit einem Beispiel eines p-Kontakts vorgesehen ist.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines VCSELs als ein Beispiel einer Galliumnitridmaterial-Halbleitervorrichtung darstellt, die mit einem zweiten Beispiel eines p-Kontakts vorgesehen ist.
  • 5A und 5B zeigen die Veränderung der Molanteile von Arsenatomen und Stickstoffatomen über die Dicke der Zwischenschicht des zweiten Beispiels.
  • Detallierte Beschreibung der Erfindung
  • Die 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen VCSEL 100 als ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt, die mittels Galliumnitridmaterials hergestellt ist und die mit einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen p-Kontakts vorgesehen ist. Erfindungsgemäße Anwendungen des p-Kontakts sind nicht auf VCSELs beschränkt, sondern können jede Halbleitervorrichtung umfassen, die ein p-Typ-Galliumnitridmaterial verwendet. Wie oben bemerkt, umfaßt der Begriff Galliumnitridmaterial Galliumnitrid, und Galliumnitrid mit Anteilen von Galliumatomen, die durch Aluminiumatome, Indiumatome oder Aluminium oder Indium ersetzt wurden.
  • In dem VCSEL 100 wächst der untere Spiegelbereich 104 auf der Schicht 103, welche auf dem Substrat 102 aufgebracht ist. Das Substrat ist vorzugsweise Saphir. Die Schicht 103 ist eine Schicht aus n-Typ-Galliumnitridmaterial. Der aktive Bereich 106 wächst auf dem unteren Spiegelbereich 104. Der aktive Bereich umfaßt die lichterzeugende Schicht 108. Die lichterzeugende Schicht ist vorzugsweise aus Quantentöpfen aus Indiumgalliumnitrid, die zwischen zwei Galliumnitrd- oder Aluminiumgalliumnitrid-Pufferbereiche 110 und 112 gelegt sind, ausgebildet. Alternativ kann die lichterzeugende Schicht eine Schicht aus Bulk-Galliumnitrid oder Indiumgalliumnitrid sein. Die Wellenlänge des von dem VCSEL 100 erzeugten Lichts hängt von dem Material der Quantentöpfe oder des Bulkmaterials ab. Der obere Spiegelbereich 114 wächst auf der oberen Seite des aktiven Bereichs 106.
  • Beide Spiegelbereiche 104 und 114 sind aus alternierenden Spiegelschichten aus Aluminiumnitrid oder Aluminiumgalliumnitrid und einem Galliumnitrdmaterial, wie Galliumnitrid oder Aluminiumgalliumnitrid, ausgebildet. Wenn die Spiegelschichten alternierende Schichten aus Aluminiumgalliumnitrid sind, unterscheidet sich der Aluminium-Molanteil zwischen den benachbarten Schichten. Jede Spiegelschicht hat eine Dicke von λn/4, wobei λn die Wellenlänge des Lichts ist, das in der lichterzeugenden Schicht 108, welche in dem Halbleitermaterial der Spiegelschicht vorliegt, erzeugt wird. Die Spiegelschichten der oberen und unteren Spiegelbereiche stellen zusammen einen jeweiligen verteilten Bragg-Reflektor dar. Jeder verteilte Bragg-Reflektor hat einen hohen Reflexionsgrad bei der Wellenlänge des Lichts, das in der lichterzeugenden Schicht erzeugt wird. Die Aluminiumnitrid-Spiegelschicht 116 und die Galliumnitridmaterial-Spiegelschicht 118 sind als Beispiele der Spiegelschichten dargestellt, welche den oberen Spiegelbereich 114 bilden.
  • Jeder der oberen als auch der unteren Spiegelbereiche 104 und 114 wird in 1 mit nur fünf Spiegelschichten dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen. In realen Vorrichtungen sind die Spiegelbereiche aus zwischen fünf und ungefähr 30 Paaren Spiegelschichten aufgebaut, ähnlich wie das Spiegelschichtpaar 116 und 118.
  • Die Spiegelbereiche 104 und 114 werden elektrisch leitend vorgesehen, indem die Halbleitermaterialien dieser Bereiche mit geeigneten Störstellen dotiert werden. In dem dargestellten Beispiel sind die Halbleitermaterialien des unteren Spiegelbereichs 104 mit Donator(n-Typ)-Störstellen dotiert, und die Halbleitermaterialien des oberen Spiegelbereichs 114 werden mit Akzeptor(p-Typ)-Störstellen dotiert. Die Quantentöpfe in der lichterzeugenden Schicht 108 sind im wesentlichen nicht dotiert, so daß der obere Spiegelbereich, die lichterzeugende Schicht und der untere Spiegelbereich zusammen eine P-I-N-Diode darstellen.
  • Die Implantierungszone 120 verringert die elektrische Leitfähigkeit des oberen Spiegelbereichs 114 außerhalb einer zentralen Kernzone 122, um einen Stromfluß durch den oberen Spiegelbereich zu der Kernzone einzugrenzen. Die Implantierungszone grenzt ferner den durch den aktiven Bereich 106 zu einer zentralen Zone führenden Stromfluß ein, die sich im wesentlichen zusammen mit der Kernzone ausdehnt. Der Implantierungsbereich ist eine Zone des oberen Spiegelbereichs, in dem geeignete Ionen, beispielsweise Wasserstoffionen, implantiert werden, nachdem der obere Spiegelbereich ausgebildet wurde. Alternativ kann eine Randzone (nicht dargestellt) einer oder mehrerer der Randschichten, welche den oberen Spiegelbereich benachbart zum aktiven Bereich 106 bilden, oxidiert werden, um die zentrale Kernzone 122 zu definieren. Die oxidierte Zone ist eine Zone mit verringerter Leitfähigkeit und sieht eine Stromeingrenzungsstruktur vor, die den gleichen Effekt wie die Implantierungszone 120 hat. Als weitere Alternative können andere Vorgehensweisen zur Verringerung der Leitungsfähigkeit einer Randzone (nicht dargestellt) einer oder mehrerer der Spiegel schichten, welche den oberen Spiegelbereich benachbart zu dem aktiven Bereich 106 bilden, verwendet werden, um die zentrale Kernzone zu definieren.
  • Der VCSEL 100 emittiert Licht in Reaktion auf einen elektronischen Strom, der in Durchlaßrichtung durch die P-I-N-Diode geleitet wird, die von dem oberen Spiegelbereich 114, dem aktiven Bereich 106 und dem unteren Spiegelbereich 104 gebildet wird. Elektrische Verbindungen mit dem oberen und unteren Spiegelbereich werden durch jeweilige Metallschichten vorgesehen. Die Metallschicht 105 wird auf der n-Typ-Galliumnitridschicht 103 außerhalb der Halbleiterschichten aufgebracht, die den unteren Spiegelbereich, den aktiven Bereich und den oberen Spiegelbereich bilden, und sieht einen üblichen n-Kontakt mit der n-Typ-GaN-Schicht 103 vor. Die elektrische Verbindung zwischen der Metallschicht 105 und dem unteren n-Typ-Spiegelbereich 104 wird durch die n-Typ-Galliumnitridschicht 103 hergestellt.
  • In dem in 1 dargestellten VCSEL 100 wird erfindungsgemäß die elektrische Verbindung mit dem oberen p-Typ-Spiegelbereich 114 durch die erste Ausführung 130 des p-Kontakts hergestellt. Dieser p-Kontakt ist nicht durch die oben genannten Leistungsfähigkeitsprobleme eines üblichen p-Kontakts beeinträchtigt. Der p-Kontakt 130 ist auf der oberen Oberfläche 124 der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 des oberen Spiegelbereichs ausgebildet und wird gebildet durch die leitende Zwischenschicht 142, die zwischen der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 und der Metallschicht 134 zwischengelegt ist.
  • In dem p-Kontakt 130 ist das Material der Zwischenschicht 132 ein III-V-Halbleiter mit hoher Bandlückenenergie. Der III-V-Halbleiter der Zwischenschicht unterscheidet sich vom demjenigen der p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118. Die Zwischenschicht ist auf der oberen Oberfläche 124 der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 des obersten Spiegelbereichs 114 aufgebracht.
  • Die Metallschicht 134 wird durch zumindest eine Schicht eines geeigneten Metalls gebildet, die auf die obere Oberfläche 138 der Zwischenschicht aufgebracht ist. In einer praktischen Ausführung setzt sich die Metallschicht 134 aus drei verschiedenen Metallen zusammen. Eine Nickelschicht mit einer Dicke von ungefähr 100 Å ist auf der oberen Oberfläche der Zwischenschicht aufgebracht. Eine Titanschicht, die ebenfalls ein Dicke von 100 Å aufweist, ist auf der Nickelschicht aufgebracht, und eine Goldschicht mit einer Dicke von ungefähr 5000 Å ist auf der Titanschicht aufgebracht. Die Schichten, welche die Metallschicht 134 bilden, sind in der 1 nicht dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen.
  • In einem VCSEL, beispielsweise in dem VCSEL 100, der in 1 dargestellt ist, in dem von dem VCSEL erzeugtes Licht von der oberen Fläche 124 abgestrahlt wird, die von dem Substrat 102 entfernt liegt, umfaßt die Metallschicht 134 das Fenster 139. Das Fenster wird ausgebildet, indem die Metallschicht selektiv aufgebracht wird, oder indem die Metallschicht aufgebracht und daraufhin ein Teil der Metallschicht selektiv entfernt wird.
  • Wie oben bemerkt, ist das Material der Zwischenschicht 132 ein III-V-Halbleiter mit einer hohen Bandlückenenergie, die jedoch geringer als die der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 des obersten Spiegelbereichs 114 ist. Das Material der Zwischenschicht wird so hochgradig wie möglich mit Akzeptorstörstellen dotiert, um den spezifischen Widerstand der Zwischenschicht so niedrig wie möglich auszugestalten und um die Verarmungszone in der Zwischenschicht so schmal wie möglich auszubilden.
  • Wenn die Bandlückenenergie des Materials der Zwischenschicht 132 geringer als die Quantenenergie des Lichts ist, welches von dem VCSEL 100 erzeugt wird, dann ist die Zwischenschicht für das Licht opak. In diesem Fall muß ein Fenster (nicht dargestellt), welches dem Fenster 139 entspricht, in der Zwischenschicht ausgebildet werden, um es dem VCSEL zu ermöglichen, das von diesem erzeugte Licht zu emittieren. Das Fenster wird ausgebildet, indem das Material der Zwischenschicht selektiv aufgebracht wird, oder indem das Material der Zwischenschicht abgeschieden wird, woraufhin Teile der Zwischenschicht selektiv entfernt werden. Wenn ein Fenster in der Zwischenschicht, wie gerade beschrieben, ausgebildet wird, liegt die bevorzugte Dicke der Zwischenschicht im Bereich zwischen ungefähr 500 Å und ungefähr 3000 Å.
  • Wenn in der Zwischenschicht 132 kein Fenster ausgebildet ist, so daß die Zwischenschicht unter dem Fenster 139 zu liegen kommt, sollte die Dicke der Zwischenschicht ein ganzzahliges Vielfaches von λn/2 sein, wobei λn, die Wellenlänge des Lichts ist, die in dem lichterzeugenden Bereich 106 in dem Material der Zwischenschicht erzeugt wird. Mit einer Dicke, die einer ganzzahligen Vielfachen von λn/2 entspricht, ist an der Oberfläche 138 reflektiertes Licht in Phase mit dem Licht, das an allen Oberflächen der oberen Spiegelschicht 114 reflektiert wird. Die Zwischenschicht hat einen stromspreizenden Effekt, so daß es wünschenswert ist, diese Schicht relativ dick auszubilden. Beispielsweise kann eine Dicke verwendet werden, die ein geradzahliges Vielfaches von λn/2 ist und die ungefähr 1 μm beträgt.
  • Das Material der Zwischenschicht 132 ist Galliumphosphid (GaP), da bei den III-V-Halbleitern, die keine Galliumnitridmaterialien sind, dieses Material eine Bandlückenenergie hat, die nahe den Bandlückenenergien des Galliumnitridmaterials liegt, jedoch geringer als diese ist. GaP hat eine Bandlücklenenergie von 2,26 eV, wohingegen Galliumnitrid eine Bandlückenenergie von 3,4 eV aufweist. GaP wird ferner bevorzugt, da es mit vorliegenden Dotierungstechniken stärker mit Akzeptorstörstellen dotiert werden kann, als die Galliumnitridmaterialien. Es können aktive Störstellenniveaus von ungefähr 1020 Atome/cm3 erreicht werden. Die relativ hohe Bandlückenenergie von GaP verringert den Spannungsabfall an der Verbindungsstelle zwischen Galliumphosphid und Galliumnitrid. Das hohe aktive Dotierungsniveau, welches in GaP erreicht werden kann, verringert den spezifischen Kontaktwiderstand von GaP auf ungefähr 10–3–10–4 Ohm·cm2, wenn die Metallschicht 134 direkt auf der Schicht 136 aufgebracht ist. Obwohl dieser spezifische Widerstand nicht so gering wie gewünscht ist, ist er geringer als derjenige, der mit üblichen p-Kontakten zu einem Galliumnitridmaterial erreicht werden kann.
  • Ein weiteres Beispiel für die Zwischenschicht 132 ist ein Galliumnitridmaterial, das eine geringere Bandlückenenergie als die der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 der oberen Spiegelregion 114 aufweist. Wenn beispielsweise die oberste p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 eine Schicht aus Aluminiumgalliumnitrid ist, kann das Material der Zwischenschicht Indiumgalliumnitrid, Galliumnitrid oder Aluminiumgalliumnitrid mit einem deutlich geringeren Molanteil von Aluminiumatomen sein, als derjenige der Schicht 118. Wenn die oberste p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 eine Schicht aus Galliumnitrid ist, kann das Material der Zwischenschicht Indiumgalliumnitrid sein. Wenn die oberste p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 eine Schicht aus Indiumgalliumnitrid ist, kann das Material der Zwischenschicht Indiumgalliumnitrid mit einem deutlich größeren Molanteil an Indiumatomen sein.
  • Der VCSEL 100 kann hergestellt werden, indem eine Schichtstruktur in einem MOCVD-Reaktor wächst, und indem die Schichtstruktur in einzelne VCSELs oder VCSEL-Gruppen unterteilt ist. Die Schichtstruktur mit der Zwischenschicht 132 des p-Kontakts 130 kann in einem üblichen MOCVD-Reaktor für Nitridprozesse wachsen, der modifiziert ist, um die Phosphin-Speisung zu umfassen, die notwendig ist, um das Wachsen der Zwischenschicht zu ermöglichen.
  • Die 2 zeigt den VCSEL 200 als ein Beispiel einer Galliumnitrid-Halbleitervorrichtung, die eine zweite Ausführung 230 eines p-Kontakts gemäß der Erfindung realisiert. Um die Zeichnung zu vereinfachen, zeigt die 2 lediglich die oberste p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118, die Verbund-Zwischenschicht 232 und die Metallschicht 134 des VCSEL 200. Das Verbleibende des VCSEL 200 ist identisch mit dem VCSEL 100, der in 1 gezeigt ist, und wurde weggelassen. Elemente, die mit denen in 1 dargestellten identisch sind, haben das gleiche Bezugszeichen und werden hier nicht wiederholt beschrieben.
  • In der in 2 dargestellten zweiten Ausführung ist der p-Kontakt 230 gemäß der Erfindung auf der oberen Oberfläche 124 der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 des oberen Spiegelbereichs 114 ausgebildet. Der p-Kontakt 230 besteht aus der Metallschicht 134 und der Verbund-Zwischenschicht 232, die zwischen die oberste p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 und der Metallschicht zwischengelegt sind. Die Verbund-Zwischenschicht 232 setzt sich aus Schichten verschiedener Halbleiter zusammen. Jeder dieser Halbleiter ist ein III-V-Halbleiter, der sich von dem Halbleitermaterial der p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 unterscheidet. Jeder der III-V-Halbleiter hat eine Bandlückenenergie. Die Schichten der verschiedenen Halbleiter sind in der Reihenfolge der Bandlückenenergie angeordnet, wobei der III-V-Halbleiter mit der höchsten Bandlückenenergie neben der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 angeordnet ist, und der III-V-Halbleiter mit der geringsten Bandlückenenergie neben der Metallschicht 234 angeordnet ist.
  • Die Verbund-Zwischenschicht 232 ist bei der Verringerung des Spannungsabfalls an dem p-Kontakt 230 aufgrund der progressiven Verringerung der Bandlückenenergien der III-V-Halbleiter, die zwischen der Galliumnitridmaterialschicht und der Metallschicht 134 angeordnet sind, effektiver als die Zwischenschicht 132, die aus einer einzelnen Schicht eines III-V-Halbleiters gebildet wird, die in 1 dargestellt ist.
  • In der Verbund-Zwischenschicht 232 ist der III-V-Halbleiter der neben der Galliumnitridmaterialschicht des oberen Spiegelbereichs vorgesehenen Schicht GaP, da von den III-V-Halbleitern, die sich von den Galliumnitridmaterialien unterscheiden, dieses Material eine Bandlückenenergie aufweist, die am nächsten an den Bandlückenenergien der Galliumnitrid materialien liegt, die jedoch geringer als diese ist. Die III-V-Halbleiter in den Schichten zwischen der GaP-Schicht und der Metallschicht 134 haben geringere Bandlückenenergien, als die von GaP, sind jedoch vorzugsweise III-V-Halbleiter, die wesentlich stärker als GaP mit Störstellen dotiert werden können.
  • In dem in 2 dargestellten Beispiel wird die Verbund-Zwischenschicht 232 mittels der Schicht 240 Galliumphosphid (GaP), welche die obere Oberfläche 124 der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 des obersten Spiegelbereichs 114 kontaktiert, der Schicht 242 aus Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP), welche die GaP-Schicht 240 kontaktiert und der Schicht 244 aus Indiumgalliumphosphid (InGaP), welche die AlInGaP-Schicht 242 kontaktiert, vorgesehen. Die Metallschicht 134 ist auf der Oberfläche 238 der Verbund-Zwischenschicht aufgebracht, d.h. auf der Oberfläche der InGaP-Schicht, die fern von der AlInGaP-Schicht liegt.
  • Wenn die Bandlückenenergie des Materials einer der III-V-Halbleiterschichten, welche die Verbund-Zwischenschicht 232 bilden, geringer als die Quantenenergie des Lichtes ist, welches von dem VCSEL 200 erzeugt wird, ist der III-V-Halbleiter für dieses Licht opak. In diesem Fall muß ein dem Fenster 139 entsprechendes Fenster in der III-V-Halbleiterschicht ausgebildet werden, so daß der VCSEL das von ihm erzeugte Licht emittieren kann. Das Fenster wird ausgebildet, indem die III-V-Halbleiterschicht selektiv aufgebracht wird, oder indem die III-V-Halbleiterschicht aufgebracht wird, woraufhin Teile der III-V-Halbleiterschicht selektiv entfernt werden.
  • In dem in 2 dargestellten Beispiel ist die Bandlückenenergie der III-V-Halbleiterschichten 240, 242 und 244, welche die Verbund-Zwischenschicht 232 bilden, geringer als die Quantenenergie des Lichts, welches in dem VCSEL 200 erzeugt wird. Daher ist das Fenster 246 derart dargestellt, daß es sich durch alle drei Schichten 240, 242 und 244 hindurch erstreckt. Alternativ kann sich, abhängig von dem Licht, das von dem VCSEL 200 erzeugt wird, das Fenster 246 nur durch die III-V-Halbleiterschicht 244 oder durch die III-V-Halbleiterschichten 244 und 242 erstrecken, oder das Fenster 246 kann weggelassen werden. Die bevorzugte Dicke der III-V-Halbleiterschichten, welche die Verbund-Zwischenschicht 242 bilden, und in dem ein Fester ausgebildet ist, reicht von ungefähr 500 Å bis ungefähr 3000 Å.
  • Wenn ein Teil einer der III-V-Halbleiterschichten, welche die Verbund-Zwischenschicht 232 bilden, unter dem Fenster 139 zu liegen kommt, sollte die Dicke derartiger III-V-Halbleiter ein ganzzahliges Vielfaches von λn/2 sein, wobei λn die Wellenlänge des Lichts ist, welches in dem lichterzeugenden Bereich 106 in dem Material der III-V-Halbleiterschicht erzeugt wird. Die III-V-Halbleiterschichten, welche unter dem Fenster 139 liegen, haben einen stromaufspreizenden Effekt, so daß es wünschenswert ist, diese Schicht relativ dick auszugestalten. Beispielsweise kann eine Dicke von ungefähr 1 μm verwendet werden, die ein ganzzahliges Vielfaches von λn/2 ist.
  • Jede der III-V-Halbleiterschichten, welche die Verbundschicht 232 bilden, ist mit einer Akzeptor-p-Typ-Störstelle mit einem maximal möglichen Maß an Störstellen dotiert. Mit aktuellen Techniken können die GaP-Schicht 240, die AlInGaP-Schicht 242 und die InGaP-Schicht 244 jeweils mit bis zu 1020 Atome/cm3 aktivierter Akzeptorstörstellen dotiert werden.
  • Die Verbund-Zwischenschicht 232 kann weniger oder mehr Schichten umfassen, als die Schichtenanzahl, die in 2 dargestellt ist. Ferner können andere III-V-Halbleiter als AlIn-GaP oder InGaP verwendet werden, um die Verbund-Zwischenschicht 232 auszubilden. Beispielsweise kann eine Schicht Indiumgalliumphosphid (InGaP) für eine Schicht, beispielsweise für die Schicht 242, in der Mitte der Verbund-Zwischenschicht verwendet werden. Es ist vorteilhaft, die Schicht 242, die nahe der Metallschicht 134 vorgesehen ist, aus Galliumarsenidnitrid (GaAsN) wegen der sehr geringen Bandlückenenergie dieses Materials auszubilden. In der Schicht 244 kann InGaS verwendet werden.
  • Die 3 zeigt den VCSEL 300 als Beispiel einer Galliumnitrid-Halbleitervorrichtung, in der ein p-Kontakt vorgesehen ist. Um die Zeichnung zu vereinfachen, zeigt die 3 nur die oberste p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118, die Zwischenschicht 332 und die Metallschicht 134 des VCSEL 300. Das Verbleibende des VCSEL 300 ist identisch mit dem in 1 gezeigten VCSEL 100 und kann weggelassen werden. Elemente, die identisch mit denen in 1 gezeigten Elementen sind, werden mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet und hier nicht weiter beschrieben.
  • In dem in 3 dargestellten Beispiel ist der p-Kontakt 330 gemäß der Erfindung auf der oberen Oberfläche 124 der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 des oberen Spiegelbereichs 114 ausgebildet. Der p-Kontakt 330 wird durch die Metallschicht 134 und die Zwischenschicht 232, die zwischen der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 und der Metallschicht gelegen ist, gebildet. In dieser Ausführung ist das Material der Zwischenschicht 332 ein Metallnitrid. Titannitrid ist durch seine Leitfähigkeit das bevorzugte Metallnitrid und bildet eine stabile Grenzfläche mit einem Galliumnitridmaterial.
  • Titannitrid ist für das von VCSEL erzeugte Licht opak und daher ist das Fenster 346, das dem Fenster 130 entspricht, in der Zwischenschicht 332 ausgebildet, so daß der VCSEL das von ihm erzeugte Licht emittieren kann. Das Fenster wird ausgebildet, indem Titannitrid selektiv aufgebracht wird, oder indem die Titannitridschicht aufgebracht wird, woraufhin Teile der Titannitridschicht selektiv entfernt werden, um das Fenster auszubilden. Die bevorzugte Dicke der Titannitridschicht liegt in dem Bereich zwischen 100 und 1000 Å.
  • Das bevorzugte Material der Metallschicht 134, welche die Zwischenschicht 332 kontaktiert, ist Titan. Andere Beispiele für die Zusammensetzung der Metallschicht umfassen eine Schichtstruktur aus Schichten von Nickel und Gold, mit einer optionalen Zusatzschicht aus Aluminium, die auf der Goldschicht aufgebracht ist, sowie einzelne Lagen aus Aluminium oder Gold. Die Metallschicht 134 ist auf der Oberfläche 338 der Zwischenschicht 332 aufgebracht.
  • Die Zwischenschicht 332 sieht den p-Kontakt 330 mit einem geringeren Kontaktwiderstand als übliche p-Kontakte für Galliumnitridmaterialien vor, da diese verhindert, daß die Metallschicht 134 Stickstoff aus dem Galliumnitridmaterial entfernt. Daher werden keine Donatorstellen ausgebildet, welche die Akzeptorstellen in dem p-Typ-Galliumnitridmaterial neutralisieren, und die effektive Dotierungsstärke des p-Typ-Galliumnitridmaterials liegt nahe an derjenigen, die aufgrund der Konzentration der Akzeptorstörstellen in dem Galliumnitridmaterial zu erwarten ist. Das höhere effektive Dotierungsniveau in dem p-Typ-Galliumnitridmaterial führt zu einer schmaleren Verarmungszone in dem Galliumnitridmaterial.
  • Die 4 zeigt den VCSEL 400 als ein Beispiel einer Galliumnitrid-Halbleitervorrichtung mit einem p-Kontakt. Um die Zeichnung zu vereinfachen, zeigt die 4 lediglich die oberste p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118, die Zwischenschicht 432 und die Metallschicht 134 des VCSEL 400. Das Verbleibende des VCSEL 400 ist identisch mit dem in 1 darge stellten VCSEL 100 und wurde weggelassen. Die mit den in 1 identischen Elemente werden mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht weiter beschrieben.
  • In dem in 4 dargestellten Beispiel ist der p-Kontakt 430 gemäß der Erfindung auf der oberen Oberfläche 124 der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 des obersten Spiegelbereichs 114 ausgebildet. Der p-Kontakt 430 wird von der Metallschicht 134 und der Zwischenschicht 132, die zwischen der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 134 und der Metallschicht gelegt sind, gebildet. In dieser Ausführung ist das Material der Zwischenschicht 432 p-Typ-Galliumarsenidnitrid, GaAsxN(1-x), wobei der Molanteil der Arsenatome zwischen nahezu Null nahe der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 bis zu einem wesentlich höheren Wert nahe der Metallschicht 134 veränderlich ist, wobei sich der Molanteil (1-x) der Stickstoffatome in komplementärer Weise ändert. Die Molanteile der Arsenatome und der Stickstoffatome können progressiv oder in Schritten veränderlich sein. Das Galliumarsenidnitrid der Zwischenschicht ist so stark wie möglich mit einer geeigneten Akzeptorstörstelle dotiert, beispielsweise Kohlenstoff oder Magnesium.
  • In der Zwischenschicht 432 ist das Galliumarsenidnitrid, welches am nächsten zu der Oberfläche 124 der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 liegt, ähnlich wie Galliumnitrid, da der Wert des Molanteils x nahezu Null ist. Daher hat der Abschnitt des Galliumarsenidnitrids, der der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht am nächsten liegt, eine Bandlückenenergie, die nahe bei derjenigen des Galliumnitridmaterials der Schicht 118 liegt. Der Molanteil x der Arsenatome in dem Galliumarsenidnitrid der Zwischenschicht nimmt zur Oberfläche 438 hin zu. Mit der Zunahme des Molanteils x verringert sich die Bandlückenenergie des Galliumarsenidnitrids. Der Molanteil x der Arsenatome ist derart gesteuert, daß dieser einen maximalen oder nahezu maximalen Wert an der Oberfläche 438 der Zwischenschicht erreicht. Der Molanteil x an der Oberfläche 438 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen ungefähr 0,2 und 0,7. Ein Molanteil x in diesem Intervall verringert die Bandlückenenergie des Galliumarsennitrids auf einen Wert unterhalb eines Elektronenvolts und führt zu einer geringen Potentialbarriere zwischen der Zwischenschicht und der Metallschicht 134.
  • Der am stärksten bevorzugte Bereich des Molanteils von Arsen x nahe der Oberfläche 438 der Zwischenschicht 432 erstreckt sich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 0,6. Mit einem Molanteil x in diesem Bereich ist die Bandlückenenergie des Galliumarsenidnitrids so gering, daß das Material elektrische Leitungseigenschaften aufweist, die denen von Metall gleichen. Die Po tentialbarriere zwischen dem Galliumarsenidnitrid der Zwischenschicht und der Metallschicht 134 ist nahezu Null, so daß die Oberfläche 438 eine ideale Oberfläche zum Aufbringen der Metallschicht 134 ist. Ein Minimum der Bandlückenenergie von Galliumarsenidnitrid tritt bei einem Molanteil von Arsen x bei ungefähr 0,55 auf. Mit der Erhöhung des Molanteils des Arsens oberhalb von ungefähr 0,55 führt zu einer Erhöhung der Bandlückenenergie.
  • Die 5A und 5B zeigen, wie sich der Molanteil des Arsens x und der Molanteil des Stickstoffs 1-x in der Zwischenschicht 432 zwischen der Oberfläche 124 der obersten p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 und der Oberfläche 438 der Zwischenschicht verändert. In der 5A verändert sich der Molanteil des Arsens progressiv, ausgehend von einem Minimum nahe der Oberfläche 124, auf einen Wert von ungefähr 0,55 nahe der Oberfläche 438. In der 5B ändert sich der Anteil des Arsens in Schritten von einem Minimum nahe der Oberfläche 124 auf einen Wert von ungefähr 0,55 nahe der Oberfläche 438. Die Molanteile des Arsens und des Stickstoffs können in zahlreicheren oder in wenigeren Schritten verändert werden, als dargestellt ist.
  • Der Abschnitt des Galliumarsenidnitrids der Zwischenschicht 432 nahe der Oberfläche 438 hat eine geringe Bandlückenspannung und ist daher für Licht, das von dem VCSEL 400 erzeugt wird, normalerweise opak. Daher ist das Fenster 446, welches dem Fenster 139 entspricht, in der Zwischenschicht ausgebildet, so daß der VCSEL das von ihm erzeugte Licht emittieren kann. Das Fenster wird ausgebildet, indem Galliumarsenidnitrid selektiv aufgebracht wird, oder indem die Galliumarsenidnitridschicht aufgebracht wird und daraufhin Teile der Galliumarsenidnitridschicht selektiv entfernt werden, um das Fenster auszubilden. Die bevorzugte Dicke der Galliumarsenidnitridschicht liegt im Bereich von einigen Hundert bis einigen Tausend Ångstrøm.
  • Das bevorzugte Material der Metallschicht 134, welche einen Kontakt mit der Zwischenschicht 432 hergestellt, ist Titan. Andere Beispiele der Zusammensetzung der Metallschicht umfassen eine Schichtstruktur, die aus Schichten aus Nickel und Gold zusammengesetzt ist, mit einer optionalen zusätzlichen Schicht aus Aluminium, die auf der Goldschicht aufgebracht ist, eine Schichtenstruktur, die aus Schichten aus Titan, Platin und Gold besteht und einzelne Schichten aus Platin, Palladium, Gold oder Nickel. Die Metallschicht 134 ist auf der Oberfläche 438 der Zwischenschicht 432 aufgebracht.
  • Die Zwischenschicht 432 kann in dem gleichen MOCVD-Reaktor wachsen, wie auch die anderen Schichten, die den VCSEL 400 ausbilden. Die Zwischenschicht kann auch als eine Weiterführung desjenigen Prozesses wachsen, der verwendet wird, um die anderen Schichten wachsen zu lassen. Die Schichtstruktur, aus dem der VCSEL besteht, kann in einem üblichen MOCVD-Reaktor für Nitridprozeß wachsen, der modifiziert ist, um eine Arsenzuführung zu umfassen.
  • Nachdem die oberste p-Typ-Galliumnitridmaterialschicht 118 ihre gewünschte Dicke erreicht hat, wird das Aufbringen des p-Typ-Galliumnitridmaterials fortgeführt, um die Zwischenschicht 432 wachsen zu lassen, und eine geringe Flußrate von Arsen wird dem Reaktor zugeführt, so daß das Galliumarsenidnitrid als die Zwischenschicht aufgebracht wird. Während des anfänglichen Wachsens der Zwischenschicht ist die Flußrate des Arsens so gering, daß der Molaranteil der Arsenatome in dem Galliumarsenidnitrid nahezu Null ist, wie in den 5A und 5B dargestellt ist.
  • Ferner wird ein in den Reaktor führender Fluß geeigneter Akzeptor(p-Typ)-Störstellen, beispielsweise Kohlenstoff oder Magnesium, beibehalten, um das Galliumarsenidnitrid mit einer höchstmöglichen Störstellenkonzentration zu dotieren. Die Flußrate der Störstellen ist konsistent mit der einer Störstellenkonzentration von ungefähr 1020 Atome/cm3. Da jedoch die Störstelleneinfügungsrate von Galliumarsenidnitrid, in der der Molanteil des Arsens gering ist, gleich dem von Galliumnitrid ist, liegt die Konzentration der aktivierten Störstellen in dem Abschnitt der Zwischenschicht nahe der Oberfläche 124 lediglich bei 108 Atomen/cm3.
  • Mit der Zunahme der Dicke der Galliumarsenidnitridschicht, welche die Zwischenschicht 432 bildet, wird die Flußrate des Arsens erhöht und die Flußrate des Stickstoffs verringert, so daß sich der Molanteil der Arsenatome in dem Galliumarsenidnitrid erhöht, um denjenigen der Stickstoffatome zu verringern, wie in den 5A und 5B dargestellt ist. Änderungen der Flußrate können progressiv ausgeführt werden, wie in 5A dargestellt ist, oder in Schritten, wie in 5B dargestellt ist. Die Flußraten werden derart eingestellt, daß der Molanteil der Arsenatome in dem Galliumarsenidnitrid einen gewünschten Wert erreicht, wenn die Zwischenschicht ihre gewünschte Dicke erreicht. Wie oben bemerkt, liegt der gewünschte Wert vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,2 und 0,7 und liegt insbesondere bevorzugt in dem Bereich zwischen 0,5 und 0,6.
  • Mit der Erhöhung der Dicke des Galliumarsenidnitrids, welches die Zwischenschicht 432 darstellt, und mit der Erhöhung des Molanteils der Arsenatome erhöht sich die Aufnahme der aktivierten Akzeptorstörstellen. Mit aktuellen Verarbeitungstechniken kann eine maximale Konzentration aktivierter Störstellen größer als 1020 Atome/cm3 erreicht werden. Sobald das Galliumarsenidnitrid seine Dicke erreicht hat, kann der Fluß der Störstellen unterbrochen werden. Dies ergibt sich dadurch, daß die Bandlückenenergie des Galliumarsenidnitrids nahe der Oberfläche 438 so gering ist, daß keine Dotierung notwendig ist, um diese mit einer geeigneten elektrischen Leitfähigkeit vorzusehen.
  • Die Zwischenschicht 432 kann alternativ aus Galliumphosphidnitrid, GaPyN(1-y) ausgebildet werden. Die Bandlückenenergie von Galliumphosphidnitrid ändert sich mit dem molaren Anteil des Phosphors y in einer Weise, die derjenigen gleicht, mit der sich die Bandlückenenergie von Galliumarsenidnitrid mit dem Molanteil des Arsens ändert. Das Minimum der Bandlückenenergie von Galliumphosphidnitrid entspricht einem Molanteil von Phosphor von ungefähr 0,55. Ferner kann ein Molanteil der Galliumatome in dem Galliumarsennitrid oder in dem Galliumphosphidnitrid der Zwischenschicht durch Aluminium, Indium oder durch Aluminium- und Indiumatome ausgetauscht werden.
  • Ein elektrischer Kontakt des eben beschriebenen Typs, in dem die Zwischenschicht eine Schicht aus Galliumnitridmaterial ist, in dem ein Molanteil der Stickstoffatome durch einen Molanteil x von Atomen eines anderen Gruppe-V-Elements ersetzt wird, kann auch verwendet werden, um einen elektrischen Kontakt zu einem n-Typ-Galliumnidtridmaterial mit geringem Widerstand und mit geringem Spannungsabfall, d.h. einen n-Kontakt, vorzusehen. In diesem Fall ist das Galliumnitridmaterial der Zwischenschicht mit einer geeigneten Donatorstörstelle wie Silizium oder Selen dotiert.
  • Obwohl diese Offenbarung darstellende Ausführungen der Erfindung detailliert beschreibt, ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen genauen Ausführungen beschränkt ist und daß zahlreiche Modifikationen innerhalb des Gegenstands der Erfindung ausgeführt werden können, der durch die angefügten Ansprüche definiert ist.

Claims (5)

  1. Elektrischer Kontakt (130, 230) für eine Halbleitervorrichtung (100), wobei der elektrische Kontakt umfaßt: eine Schicht aus p-Typ-Material (114, 118), das mit einem ersten Konzentrationsgrad aktivierter Störstellen dotiert ist, wobei das p-Typ-Material eines aus der Gruppe GaN, AlGaN, InGaN und AlInGaN ist, sowie eine Metallschicht (134); gekennzeichnet durch: eine Zwischenschicht (132, 232), die zwischen der Schicht aus p-Typ-Material und der Metallschicht liegt, wobei die Zwischenschicht (132, 232) eine Galliumphosphid-Schicht umfaßt, wobei die Galliumphosphid-Schicht eine Bandlückenenergie aufweist, die kleiner als die Bandlückenenergie des p-Typ-Materials ist, und mit einem zweiten Konzentrationsgrad aktivierter Akzeptorstörstellen dotiert ist, wobei der zweite Konzentrationsgrad größer als der erste Konzentrationsgrad ist.
  2. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht III-V-Halbleiter-Schichten (240, 242, 244) umfaßt, wobei diese III-V-Halbleiterschichten (240, 242, 244) in einer Reihenfolge angeordnet sind, die ihren Bandlückenenergien entspricht, wobei eine III-V-Halbleiter-Schicht mit der höchsten Bandlückenenergie neben der Schicht aus p-Typ-Material angeordnet ist, und eine III-V-Halbleiterschicht mit der geringsten Bandlückenenergie neben der Metallschicht angeordnet ist.
  3. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenschicht umfaßt: die Galliumphosphidschicht (240), die neben der p-Typ-Materialschicht (118) angeordnet ist; eine Aluminiumindiumgalliumphosphid-Schicht (242), die neben der Galliumphosphid-Schicht angeordnet ist; und eine Indiumgalliumphosphid-Schicht (244), die zwischen der Aluminiumindiumgalliumphosphid-Schicht und der Metallschicht liegt.
  4. Verfahren zum Verringern des spezifischen Widerstands eines elektrischen Kontakts zu einem p-Typ-Material (118), das eines aus der Gruppe GaN, AlGaN, InGaN und AlInGaN ist, wobei das Verfahren umfaßt: Vorsehen eines p-Typ-Kontakts (130, 230), der das p-Typ-Galliumnitridmaterial (118) umfaßt, das mit einem ersten Konzentrationsgrad aktivierter Akzeptorstörstellen dotiert ist, sowie einer Metallschicht (134), gekennzeichnet durch: Vorsehen einer Zwischenschicht (132, 232) zwischen dem p-Typ-Material und der Metallschicht (134), wobei die Zwischenschicht (132, 232) eine Galliumphosphid-Schicht umfaßt, wobei die Galliumphosphid-Schicht eine Bandlückenenergie aufweist, die kleiner als eine Bandlückenenergie des p-Typ-Materials ist, und mit einem zweiten Konzentrationsgrad aktivierter Akzeptorstörstellen dotiert ist, wobei der zweite Konzentrationsgrad größer als der erste Konzentrationsgrad ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zwischenschicht III-V-Halbleiterschichten (240, 242, 244) umfaßt, und das Vorsehen das Anordnen der III-V-Halbleiterschichten (240, 242, 244) in der Reihenfolge ihrer Bandlückenenergien umfaßt, so daß die III-V-Halbleiterschicht mit der höchsten Bandlückenenergie neben der p-Typ-Materialschicht angeordnet ist, und die III-V-Halbleiterschicht mit der geringsten Bandlückenenergie neben der Metallschicht angeordnet ist.
DE69833514T 1997-05-23 1998-03-24 Elektrischer Kontakt für Gallium (Aluminium, Indium)-Nitrid mit niedrigem Spannungsabfall Expired - Fee Related DE69833514T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US862461 1997-05-23
US08/862,461 US6100586A (en) 1997-05-23 1997-05-23 Low voltage-drop electrical contact for gallium (aluminum, indium) nitride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69833514D1 DE69833514D1 (de) 2006-04-27
DE69833514T2 true DE69833514T2 (de) 2006-10-05

Family

ID=25338547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69833514T Expired - Fee Related DE69833514T2 (de) 1997-05-23 1998-03-24 Elektrischer Kontakt für Gallium (Aluminium, Indium)-Nitrid mit niedrigem Spannungsabfall

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6100586A (de)
EP (1) EP0880181B1 (de)
JP (1) JPH1140887A (de)
KR (1) KR19980087300A (de)
DE (1) DE69833514T2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018120490A1 (de) * 2018-08-22 2020-02-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer halbleiterkontaktschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999005728A1 (en) 1997-07-25 1999-02-04 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
US6657300B2 (en) * 1998-06-05 2003-12-02 Lumileds Lighting U.S., Llc Formation of ohmic contacts in III-nitride light emitting devices
JP3770014B2 (ja) 1999-02-09 2006-04-26 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子
EP1168539B1 (de) 1999-03-04 2009-12-16 Nichia Corporation Nitridhalbleiterlaserelement
JP3963068B2 (ja) * 2000-07-19 2007-08-22 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法
KR20010000545A (ko) * 2000-10-05 2001-01-05 유태경 펌핑 층이 집적된 다 파장 ＡｌＧａＩｎＮ계 반도체ＬＥＤ 소자 및 그 제조 방법
US6649942B2 (en) * 2001-05-23 2003-11-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-based semiconductor light-emitting device
US6605832B2 (en) * 2001-07-31 2003-08-12 Xerox Corporation Semiconductor structures having reduced contact resistance
EP1302791A1 (de) * 2001-09-27 2003-04-16 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Verteilter Bragg-Reflektor mit einer GaP Schicht und Resonanzhohlraum-Halbleiterbauelement mit einem solchen VBR
EP1298461A1 (de) * 2001-09-27 2003-04-02 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Halbleiter Verteilten Bragg-Reflektor mit GaP und Halbleiterbauelement mit einem Resonanzhohlraum und einer solchen VBR
US6878975B2 (en) * 2002-02-08 2005-04-12 Agilent Technologies, Inc. Polarization field enhanced tunnel structures
TWI238549B (en) * 2003-08-21 2005-08-21 Toyoda Gosei Kk Light-emitting semiconductor device and a method of manufacturing it
US7009215B2 (en) * 2003-10-24 2006-03-07 General Electric Company Group III-nitride based resonant cavity light emitting devices fabricated on single crystal gallium nitride substrates
US7119372B2 (en) * 2003-10-24 2006-10-10 Gelcore, Llc Flip-chip light emitting diode
JP2006114886A (ja) * 2004-09-14 2006-04-27 Showa Denko Kk ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体
US7501295B2 (en) * 2006-05-25 2009-03-10 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Method of fabricating a reflective electrode for a semiconductor light emitting device
TWI362769B (en) 2008-05-09 2012-04-21 Univ Nat Chiao Tung Light emitting device and fabrication method therefor
DE102009034359A1 (de) * 2009-07-17 2011-02-17 Forschungsverbund Berlin E.V. P-Kontakt und Leuchtdiode für den ultravioletten Spektralbereich

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4024569A (en) * 1975-01-08 1977-05-17 Rca Corporation Semiconductor ohmic contact
JPS5932902B2 (ja) * 1980-06-12 1984-08-11 インターナシヨナルビジネス マシーンズ コーポレーシヨン 半導体オ−ミツク接点
JPH0637355A (ja) * 1992-07-20 1994-02-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Ｉｉｉ−ｖ族合金半導体およびその製造方法
FR2696278B1 (fr) * 1992-09-25 1994-11-18 Thomson Csf Dispositif comprenant des moyens d'injection de porteurs électroniques dans des matériaux à grand gap.
DE69433926T2 (de) * 1993-04-28 2005-07-21 Nichia Corp., Anan Halbleitervorrichtung aus einer galliumnitridartigen III-V-Halbleiterverbindung
JPH07283167A (ja) * 1994-04-12 1995-10-27 Sumitomo Chem Co Ltd ３−５族化合物半導体用電極材料
JP3605907B2 (ja) * 1994-10-28 2004-12-22 三菱化学株式会社 コンタクト抵抗低減層を有する半導体装置
US5679965A (en) * 1995-03-29 1997-10-21 North Carolina State University Integrated heterostructures of Group III-V nitride semiconductor materials including epitaxial ohmic contact, non-nitride buffer layer and methods of fabricating same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018120490A1 (de) * 2018-08-22 2020-02-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer halbleiterkontaktschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements
US11764330B2 (en) 2018-08-22 2023-09-19 Osram Oled Gmbh Optoelectronic semiconductor component having a semiconductor contact layer and method for producing the optoelectronic semiconductor component

Also Published As

Publication number Publication date
KR19980087300A (ko) 1998-12-05
US6100586A (en) 2000-08-08
EP0880181A2 (de) 1998-11-25
EP0880181A3 (de) 1999-01-20
EP0880181B1 (de) 2006-02-22
JPH1140887A (ja) 1999-02-12
DE69833514D1 (de) 2006-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69833514T2 (de) Elektrischer Kontakt für Gallium (Aluminium, Indium)-Nitrid mit niedrigem Spannungsabfall
EP2212931B1 (de) Led mit stromaufweitungsschicht
EP2208240B1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip mit einer mehrfachquantentopfstruktur
DE69629183T2 (de) Heterostrukturanordnung aus Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien und Substrat dafür
DE19817368B4 (de) Leuchtdiode
EP1709694B1 (de) Dünnfilm-led mit einer stromaufweitungsstruktur
DE19830838B4 (de) Halbleiterlichtemissionseinrichtung
WO2009106063A1 (de) Monolithischer, optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines solchen
EP3206238B1 (de) Lichtemittierende dünnfilm-diode mit einer spiegelschicht und verfahren zu deren herstellung
DE10048196A1 (de) Verbindungshalbleiter-Bauteil und Verfahren zum Herstellen desselben
DE102006035627A1 (de) LED-Halbleiterkörper
WO2018050466A1 (de) Halbleiterschichtenfolge
EP0861505B1 (de) Optoelektronisches bauelement in ii-vi-halbleitermaterial
DE60311422T2 (de) Halbleiterlaserdiodenvorrichtung
WO2018192972A1 (de) Halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode
DE102008016525A1 (de) Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines solchen
WO2020156775A1 (de) Vorrichtung zur erzeugung von laserstrahlung
DE102018119688B4 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem ersten Kontaktelement, welches einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist sowie Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements
DE19954242B4 (de) Lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III
DE19532204A1 (de) Halbleiterheteroübergangsmaterial
DE19808446C2 (de) Halbleiter-Lichtemissionselement mit Stromdiffusionsschicht und Verfahren zum Herstellen desselben
DE10056475B4 (de) Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement auf GaN-Basis mit verbesserter p-Leitfähigkeit und Verfahren zu dessen Herstellung
DE4330756A1 (de) Lichtemittierendes Bauelement aus II-VI-Halbleitermaterial
DE112019003567B4 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer silberhaltigen stromaufweitungsstruktur und optoelektronische vorrichtung
WO2017021301A1 (de) Verfahren zur herstellung eines nitrid-halbleiterbauelements und nitrid-halbleiterbauelement

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee