DE69835941T2 - Lichtemittierender Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren - Google Patents

Lichtemittierender Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren Download PDF

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Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Halbleitervorrichtungen und insbesondere eine lichtemittierende Vorrichtung mit einem vergrabenen Bragg-Reflektor und ein Verfahren, diese herzustellen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Leuchtdioden (LEDs), Laser, und ähnliches (zusammen bekannt als lichtemittierende Vorrichtungen) sind heute in vielen Anwendungen im Gebrauch, wie etwa in Kommunikationssystemen, Systemen in der Medizin, und Anzeigesystemen. Diese lichtemittierenden Vorrichtungen werden gewöhnlich mit epitaxischen Materialien hergestellt, die auf einem Substrat ausgebildet sind, wobei die epitaxischen Materialien eine p-n-Junction oder aktive Region darin ausgebildet haben, und umfassen mindestens einen Bragg-Reflektor. Ein Bragg-Reflektor ist ein fundamentaler Baustein vieler lichtemittierender Vorrichtungen. In LEDs wird ein Bragg-Reflektor üblicherweise zwischen einer aktiven Region und einem Substrat hergestellt, und in Lasern wird ein Bragg-Reflektor auf beiden Seiten einer aktiven Region hergestellt. Im Falle einer LED wird Licht, das von einer aktiven Region in Richtung des Substrats ausgestrahlt wird, von einem Bragg-Reflektor zur Oberfläche zurückreflektiert, wo es sich mit dem Licht, das sich zur Oberfläche bewegt, verbindet, und so die Lichtleistung der LED vergrößert. Bragg-Reflektoren bestehen normalerweise aus alternierenden Schichten von Material mit unterschiedlichen Brechungsindizes.
  • LEDs und Laser werden üblicherweise hergestellt, indem Halbleiterschichten auf einem Substratmaterial wachsen. Die Teile der Halbleiterschichten, die innerhalb des optischen und elektrischen Pfades der Vorrichtung liegen, sollten relativ fehlerfrei sein.
  • Eine aktive Region wird üblicherweise aus epitaxischem Material ausgebildet, das über einer Maske wachsen kann, um fehlerreduziertes Wachstumsmaterial auszubilden. Das Halbleitermaterial wird üblicherweise hergestellt, indem eine epitaxische Schicht eines gewählten Mate rials über einer Oxidschicht auf dem Substratmaterial wächst. Das Substratmaterial kann von einer anderen Zusammensetzung, als das zum Wachstum der epitaxischen Schicht verwendete Material sein, und ist dies auch häufig.
  • Die epitaxische Schicht besteht üblicherweise aus einem dünnen Einkristallfilm, der auf einem kristallinen Substrat aufgebracht wird. Die epitaxische Schicht wird üblicherweise so aufgebracht, daß die Kristallgitterstruktur der epitaxischen Schicht genau mit der Kristallgitterstruktur des Substrats übereinstimmt.
  • Das U.S. Patent 4 971 928 offenbart eine lichtemittierende Halbleiterstruktur, die mittels epitaxischer Wachstumstechniken über einer lichtreflektierenden Oberfläche ausgebildet ist. Die lichtreflektierende Oberfläche wird von einer geeigneten Metallschicht bereitgestellt, die intermediär zwischen zwei dielektrischen Schichten angeordnet ist, um eine Mehrschichten-Reflektorstruktur bereitzustellen. Eine epitaxisch-lateral gewachsene Schicht wird über der genannten reflektierenden Struktur bereitgestellt, wobei die genannte epitaxisch-lateral gewachsene Schicht eine aktive Region umfaßt. Die in U.S. Patent 4 971 928 offenbarte Struktur ist nützlich, um Leuchtdioden auszubilden, die eine rückseitige reflektierende Oberfläche haben.
  • U.S. Patent 5 591 666 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem eine lateral gewachsene epitaxische Schichtstruktur von einer Seitenwand einer selektiv gewachsenen epitaxischen Schicht ausgebildet wird. Die laterale epitaxisch gewachsene Schichtstruktur umfaßt eine p-n-Junction, die rechtwinklig zur Oberfläche des Substrats gerichtet ist.
  • Wenn es eine signifikante Nichtübereinstimmung zwischen der Gitterstruktur des Substrats und der epitaxischen Schicht gibt, kann sich eine große Anzahl von Fehlern, oder Versetzungen, ergeben. Versetzungen manifestieren sich in der Form von Störstellen in der Kristallstruktur und können zu hohen optischen Verlusten, niedrigem optischen Wirkungsgrad, nichtgleichmäßigen Quantentöpfen in der aktiven Region, oder der Verringerung der elektrischen Qualität des Materials führen, und so verhindern, daß das Material zu Herstellung gewisser Vorrichtungen, wie Laser und Transistorstrukturen, verwendet werden kann. Ein im wesentlichen versetzungsfreies Material wird für diese hochkritischen Vorrichtungen angestrebt.
  • Blaues Licht zu erzeugen, ist eine wichtige Anwendung vieler der LEDs und Laser, die hier behandelt werden. Vorrichtungen mit blauem Licht beruhen allgemein auf Galliumnitrid-Materialien (GaN), es ist jedoch schwierig, relativ fehlerfreies Galliumnitrid-Material wachsen zu lassen.
  • Die Versetzungsdichte kann verringert werden, indem eine epitaxisch-lateral gewachsene Schicht aus Galliumnitrid-Material über einer Maskenschicht wächst. Wenn die epitaxische Schicht dann über der Maske wächst, wächst die epitaxische Schicht lateral, was zu einer verringerten Versetzungsdichte führt, die in dem Teil der epitaxischen Schicht herrscht, der über der Maske liegt. Da die Versetzungen dazu neigen, sich vertikal fortzupflanzen, wird das vertikal gewachsene Material, das im unmaskierten Bereich eines Wafers liegt, von höherer Versetzungsdichte sein, da sich die Fehler weiter durch die Schicht fortpflanzen werden.
  • Daher gibt es in der Branche einen unbeantworteten Bedarf für ein vereinfachtes Verfahren zum Wachsen eines relativ fehlerfreien Halbleitermaterials für eine lichtemittierende Vorrichtung, die einen Reflektor, oder Spiegel, in sich umfaßt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung sieht eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 vor und ein Verfahren nach Anspruch 1, diese herzustellen. Die lichtemittierende Vorrichtung und das Verfahren, diese herzustellen nach der vorliegenden Erfindung sind speziell zur Herstellung von hochwertigen GaN-Materialsystem-basierten lichtemittierenden Vorrichtungen über einem Saphirsubstrat, wie etwa Leuchtdioden (LEDs) und Laser, insbesondere oberflächenstrahlende Laser, geeignet.
  • Das GaN Materialsystem kann Angehörige der Gruppe III-V Familie umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Indiumnitrid (InN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlInGaN), Galliumarsenidnitrid (GaAsN), Indiumgalliumarsenidnitrid (In-GaAsN), Aluminiumgalliumarsenidnitrid (AlGaAsN), Galliumphosphidnitrid (GaPN), Indiumgalliumphosphidnitrid (InGaPN), Aluminiumgalliumphosphidnitrid (AlGaPN), etc.
  • Die Erfindung hat viele Vorteile, von denen einige im folgenden, lediglich als Beispiele, angeführt werden.
  • Ein Vorteil der Erfindung ist, daß sie die Lichtleistung einer lichtemittierenden Vorrichtung erhöht.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie den Schritt des Hinzufügens eines zusätzlichen Reflektors in einer lichtemittierenden Vorrichtung eliminiert.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie das Wachsen von Material mit wenig Versetzungsfehlern über einem vergrabenen Reflektor erlaubt.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie die elektrische Leistung des Materials, das die epitaxische Schicht eines Halbleiters bildet, verbessert.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie verwendet werden kann, um Strombegrenzung („current confinement") bereitzustellen.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie einfach in der Bauart ist und leicht für die kommerzielle Massenproduktion implementiert werden kann.
  • Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für einen Fachmann durch Studium der folgenden Figuren und detaillierten Beschreibungen deutlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, kann besser unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen verstanden werden. Die Komponenten innerhalb der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander, statt dessen wird Betonung auf eine klare Darstellung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung gelegt.
  • 1 ist ein schematischer Querschnitt, der einen Reflektor darstellt, der in einem lateral gewachsenen epitaxischen Material mit niedriger Fehlerdichte vergraben ist, und zur Veranschaulichung dient ohne einen Teil der vorliegenden Erfindung zu bilden;
  • 2A bis 2H sind schematische Querschnitte, die gemeinsam die Wachstumsfolge einer lichtemittierenden Vorrichtung über dem vergrabenen Reflektor von 1 darstellen und zur Veranschaulichung dienen, ohne einen Teil der vorliegenden Erfindung zu bilden;
  • 3A bis 3D sind schematische Querschnitte, die gemeinsam eine lichtemittierende Vorrichtung über dem vergrabenen Reflektor von 1 darstellen und zur Veranschaulichung dienen, ohne einen Teil der vorliegenden Erfindung zu bilden; und
  • 4A bis 4E sind schematische Querschnitte, die gemeinsam eine lichtemittierende Vorrichtung über dem vergrabenen Reflektor von 1 darstellen, nach der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende Erfindung kann unter Verwendung einer Vielzahl von Substraten und epitaxischen Wachstumsmaterialien implementiert werden. Während das Verfahren auf eine Vielzahl von Materialien anwendbar ist, ist es besonders nützlich zum Wachsen einer Galliumnitrid-Materialsystem-basierten lichtemittierenden Vorrichtung über einem Saphirsubstrat. Das GaN-Materialsystem kann Angehörige der Gruppe III-V Familie umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Indiumnitrid (InN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlInGaN), Galliumarsenidnitrid (GaAsN), Indiumgalliumarsenidnitrid (InGaAsN), Aluminiumgalliumarsenidnitrid (AlGaAsN), Galliumphosphidnitrid (GaPN), Indiumgalliumphosphidnitrid (InGaPN), Aluminiumgalliumphosphidnitrid (AlGaPN), etc. Die Konzepte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind auf andere epitaxischen Schichtmaterialien und Substratmaterialien anwendbar.
  • In der vom gleichen Anmelder und gemeinsam mit diesem angemeldeten U.S. Patent mit dem Titel „EPITAXIAL MATERIAL GROWN LATERALLY WITHIN A TRENCH AND METHOD FOR PRODUCTING SAME", die mit der vorliegenden zugleich eingereicht und der die Seriennummer 09/062,028 (entspricht EP 98 121 119.6 ) zugeteilt wurde, wird ein Materialsystem und Verfahren zum Wachsen von Materialien mit niedriger Versetzungsdichte offenbart.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt, der einen Reflektor darstellt, der in einem lateral gewachsenen epitaxischen Material mit niedriger Fehlerdichte vergraben ist und der nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Auf einem Substrat 52 wird ein Bragg-Reflektor 50 aufgebracht. Zur Veranschaulichung besteht Substrat 52 aus Saphir, Substrat 52 kann jedoch aus anderem Material bestehen, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Siliziumkarbid (SiC), oder Indiumphosphid (InP). Der Bragg-Reflektor 50 umfaßt alternierende Materialschichten, die unterschiedliche Brechungsindizes haben. Zum Beispiel kann eine Lage 51a des Bragg-Reflektors 50 ein erstes Material mit einem ersten Brechungsindex n1 umfassen, während eine Lage 52a ein zweites Material mit einem zweiten Brechungsindex n2 umfaßt. Geeignete Materialien zur Herstellung eines dielektrischen Bragg-Reflektors umfassen Tantaloxid (TaO), Aluminiumoxid (Al2O3), Titanoxid (TiO2), Siliziumdioxid (SiO2), oder Siliziumnitrid (SiN), und Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AlN), oder Titannitrid (TiN) zur Herstellung eines halbleitenden oder leitenden Bragg-Reflektors.
  • Die Differenz der Brechungsindizes der im Schichtenpaar enthaltenen Materialien bestimmt das Reflexionsvermögen des Schichtenpaars. Die Stärke jeder der beiden Schichten 51a und 51b beträgt λ/4n (oder ungerade Vielfache davon), wobei λ die Wellenlänge im Vakuum des reflektierten Lichts, und n der Brechungsindex des Materials ist. Zu beachten ist, daß jedes ungerade ganzzahlige Vielfache von λ/4n verwendet werden kann. Es können zum Beispiel auch Materialstärken von 3λ/4n oder 5λ/4n verwendet werden.
  • Um das Reflexionsvermögen des Bragg-Reflektors 50 zu steigern können eine Anzahl zusätzlicher Schichtenpaare hinzugefügt werden. Zum Beispiel wird eine Schicht 51b, die aus dem gleichen Material wie Schicht 51a besteht, über Schicht 52a aufgebracht, und entsprechend wird eine Schicht 52b, die aus dem gleichen Material wie 52a besteht, über Schicht 51b auf gebracht. Der Einfachheit halber ist der Bragg-Reflektor 50 hier so dargestellt, daß er vier Schichten von Materialien mit alternierenden Brechungsindizes umfaßt, der Bragg-Reflektor wird jedoch gewöhnlich zusätzliche Schichten mit Materialien alternierender Brechungsindizes umfassen.
  • Diese Anordnung erlaubt einerseits die Plazierung eines Reflektors, der einen Teil einer lichtemittierenden Vorrichtung bildet, innerhalb einer epitaxisch-lateral gewachsenen Schicht und fördert andererseits das laterale Wachstum von einem Material 71 mit niedriger Versetzungsdichte über dem Reflektor 50. In der Tat werden Versetzungsfehler 54 im Bereich 71 über dem Reflektor 50 wesentlich verringert, während Versetzungsfehler 54 im Bereich einer epitaxisch gewachsenen Schicht 70, die über Substrat 52 wächst, weiter bestehen bleiben.
  • Während der Bragg-Reflektor in 1 so dargestellt ist, daß er direkt über Substrat 52 aufgebracht ist, kann er auch über einer epitaxisch-lateral gewachsenen Schicht wie Schicht 70 aufgebracht werden.
  • 2A bis 2H zeigen schematische Querschnitte, die zusammen die Wachstumsfolge einer lichtemittierenden Vorrichtung über dem vergrabenen Reflektor von 1 darstellen, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • In Bezugnahme auf 2A wächst eine erste epitaxische Schicht 70 auf einer Substratschicht 52. Die erste epitaxische Schicht 70 kann einen Graben in sich ausgebildet haben, wie in der vom gleichen Anmelder und gemeinsam mit dieser eingereichten Patentanmeldung offenbart ist, mit dem Titel „EPITAXIAL MATERIAL GROWN LATERALLY WITHIN A TRENCH AND METHOD FOR PRODUCTING SAME", die mit der vorliegenden Anmeldung zugleich eingereicht wurde und der die Seriennummer 09/062,028 (entspricht EP 98 121 119.6 ) zugeteilt wurde. Alternativ kann die erste epitaxische Schicht 70 planar sein, d. h. daß in ihr kein Graben ausgebildet ist.
  • Eine Schicht 52 kann aus anderem Substratmaterial sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Siliziumkarbid (SiC), oder Indiumphosphid(InP). Während die erste epitaxische Schicht 70 zur Veranschaulichung in der bevorzugten Ausführungsform aus GaN besteht, kann sie aus verschiedenen anderen Materialien bestehen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, irgendeines aus dem GaN Materialsystem. Das GaN Materialsystem kann Angehörige der Gruppe III-V Familie umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Indiumnitrid (InN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumindiumgalliumnitrid (AlInGaN), Galliumarsenidnitrid (GaAsN), Indiumgalliumarsenidnitrid (InGaAsN), Aluminiumgalliumarsenidnitrid (Al-GaAsN), Galliumphosphidnitrid (GaPN), Indiumgalliumphosphidnitrid (InGaPN), Aluminiumgalliumphosphidnitrid (AlGaPN), etc.
  • Nun bezugnehmend auf 2B wächst über einem Bragg-Reflektor 50 eine lateral-epitaxisch gewachsene Schicht 71. Diese lateral-epitaxisch gewachsene Schicht 71 ist in einem Bereich 71a über dem Bragg-Reflektor 50 relativ versetzungsfrei und besteht zur Veranschaulichung aus n-Typ-Galliumnitrid (GaN). Der Bragg-Reflektor 50 dient als integrierter Bragg-Reflektor einer lichtemittierenden Vorrichtung, die aus der bisher beschriebenen Struktur aufgebaut werden kann.
  • Nun bezugnehmend auf 2C wächst über der epitaxisch-lateral gewachsenen Schicht 71 eine n-Typ-Aluminiumgalliumnitrid-Schicht (AlGaN) 72, auf die eine weitere Schicht von Galliumnitrid (GaN) 74 folgt.
  • Nun bezugnehmend auf 2D wächst eine aktive Schicht 76 über der n-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 74. Die aktive Schicht 76 umfaßt Mehrquantenmulden bzw. -töpfe („multiple quantum wells"; MQW) aus Galliumindiumnitrid (GaInN) mit einem veränderlichen Prozentsatz von Indium.
  • Unter Bezugnahme auf 2E wächst eine p-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 77 über der aktiven Schicht 76, und eine p-Typ-Aluminiumgalliumnitrid-Schicht (AlGaN) 78 über der GaN-Schicht 77. Diese Schichten sind symmetrisch zu den n-Typ-Schichten 74 bzw. 72. Über Schicht 78 wird eine abschließende Schicht von p-Typ-Galliumnitrid (GaN) 79 aufgebracht.
  • In 2F wird ein weiterer Bragg-Reflektor 60 über der p-Typ-GaN-Schicht 79 aufgebracht, ähnlich dem, der mit Bezug auf den Bragg-Reflektor 50 von 1 beschrieben wurde.
  • Bezugnehmend auf 2G, und in dem Fall, in dem der Bragg-Reflektor 60 eine halbleitende oder leitende Schicht ist, werden die Schichten 72, 74, 76, 77, 78, 79, und der Bragg-Reflektor 60 geätzt, um eine Säulenform auszubilden. Ein p-ohmisches Material 81 wird über dem Bragg-Reflektor 60 aufgebracht, und ein n-ohmisches Material 82 wird über der epitaxisch-lateral gewachsenen Schicht 71 aufgebracht. Der Pfeil zeigt die Richtung der Lichtausgabe dieses zur Veranschaulichung gezeigten, von der unteren Grabenfläche strahlenden Lasers. Durch Aussparen des Bragg-Reflektors 60 und Variieren der Anzahl der Schichten im Bragg-Reflektor 50 kann eine oben abstrahlende LED ausgebildet werden.
  • 2H zeigt die Anordnung der Vorrichtung von 2G wenn der Bragg-Reflektor 60 dielektrisches Material umfaßt. Auf ähnliche Art wie in 2G werden die Schichten 72, 74, 76, 77, 78, 79, und der Bragg-Reflektor 60 geätzt, um eine Säulenform auszubilden, es wird jedoch ein ausreichender Anteil des Bragg-Reflektors entfernt, um zu erlauben, daß pohmisches Material 81 über der freigelegten Kantenabschnitt von Schicht 79 in einer Anordnung mit ringförmigem Kontakt aufgebracht wird. Wie an den Pfeilen zu sehen ist, strahlt diese Vorrichtung, die einen dielektrischen Bragg-Reflektor hat, Licht sowohl von der Oberals auch von der Unterseite ab.
  • 3A bis 3D zeigen schematische Querschnitte, die zusammen eine lichtemittierende Vorrichtung über dem vergrabenen Reflektor von 1 darstellen, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
  • 3A zeigt, daß eine erste epitaxische Schicht 70 über einem Substrat 52 wächst. Zur Veranschaulichung besteht die erste epitaxische Schicht 70 aus Galliumnitrid (GaN), und das Substrat 52 aus Saphir. Die erste epitaxische Schicht 70 und das Substrat 52 können jedoch aus anderen Materialien bestehen, wie mit Bezug auf 2A bis 2H beschrieben wurde. Ein Graben 56 ist zur Veranschaulichung in der ersten epitaxischen Schicht 70 ausgebildet, vorzugsweise durch Ätzen, wie im Stand der Technik bekannt ist.
  • 3B zeigt einen Bragg-Reflektor 50, der auf dem Grund des Grabens 56 in ähnlicher Weise aufgebracht ist, wie die, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Zusätzlich wird Material, das einen Bragg-Reflektor 50 umfaßt, auch über der Oberseite der ersten epitaxischen Schicht 70 aufgebracht, so daß eine Maske ausgebildet wird, die das vertikale Wachstum von epitaxischem Material darauf verhindert.
  • In 3C wächst eine epitaxisch-lateral gewachsene Schicht 71 von den Seitenwänden von Graben 56, gemäß der Technik, die in der vom gleichen Anmelder und gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung angemeldeten U.S. Patentanmeldung offenbart ist, mit dem Titel „EPITAXIAL MATERIAL GROWN LATERALLY WITHIN A TRENCH AND METHOD FOR PRODUCTING SAME", die mit der vorliegenden zugleich eingereicht wurde und der die Seriennummer 09/062,028 (entspricht EP 98 121 119.6 ) zugeteilt wurde. Die epitaxischlateral gewachsene Schicht 71 hat eine verringerte Anzahl von Versetzungsfehlern 54, da sie eine 90 Grad Änderung der Wachstumsrichtung erfahren hat, es existiert jedoch ein Fehler 58, wo sich die Wachstumsfronten der epitaxisch-lateral gewachsenen Schicht 71 getroffen haben. In der Praxis werden Vorrichtungen verschoben, um ihr Wachsen über Fehler 58 zu verhindern, der Einfachheit halber werden sie hier jedoch so gezeigt, daß sie über Fehler 58 wachsen.
  • Des Weiteren, wie in der vom gleichen Anmelder und gemeinsam mit der vorliegendne Anmeldung eingereichten U.S. Patentanmeldung mit dem Titel „EPITAXIAL MATERIAL GROWN LATERALLY WITHIN A TRENCH AND METHOD FOR PRODUCTING SAME" offenbart ist, die mit der vorliegenden zugleich eingereicht wurde und der die Seriennummer 09/062,028 (entspricht EP 98 121 119.6 ) zugeteilt wurde, kann epitaxisches laterales Wachstumsmaterial von einer einzigen Seitenwand des Grabens wachsen, um Fehler 58 zu beseitigen.
  • Nun bezugnehmend auf 3D wird eine n-Typ-Aluminiumgalliumnitrid-Schicht (AlGaN) 72 über der epitaxisch-lateral gewachsenen Schicht 71 aufgebracht. Über Schicht 72 wird eine n-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 74, und über Schicht 74 wird eine aktive Schicht 76 aufgebracht. Die aktive Schicht 76 umfaßt Mehrquantenmulden (MQW) von Galliumindiumnitrid (GaInN) mit einem veränderlichen Prozentsatz von Indium.
  • Eine Schicht von p-Typ-Galliumnitrid (GaN) 77 wird über der aktiven Schicht 76 aufgebracht und wird gefolgt von einer p-Typ-Aluminiumgalliumnitrid-Schicht (AlGaN) 78. Über Schicht 78 wird eine abschließende Schicht von p-Typ-Galliumnitrid (GaN) 79 aufgebracht.
  • Immer noch bezugnehmend auf 3D wird ein Bragg-Reflektor 60 über der p-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 79 aufgebracht. Ebenso über der Schicht 79 werden p-ohmische Kontakte 81 aufgebracht. N-ohmische Kontakte 82 werden über einem Gebiet der ersten epitaxischen Schicht 70 aufgebracht, von der das Bragg-Reflektor-Material 50 entfernt wurde. Das übrige Bragg-Reflektor-Material 50, das auf der Oberseite der ersten epitaxischen Schicht 70 liegt, agiert als eine Strombegrenzungsschicht, die den Stromfluß in die aktive Schicht 76 leitet. Die Pfeile zeigen die Ausgaberichtung des Lichts an.
  • 4A bis 4E zeigen schematische Querschnitte, die zusammen eine Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung über dem vergrabenen Reflektor von 1 darstellen, nach der vorliegenden Erfindung.
  • 4A zeigt ein Substrat 52, auf dem eine erste epitaxische Schicht 70 gewachsen ist. Die erste epitaxische Schicht 70 hat einen Graben 56 in ähnlicher Art in sich ausgebildet wie der, der mit Bezug auf 3A beschrieben wurde.
  • 4B zeigt das Aufbringen von Bragg-Reflektoren 50 auf den Grund des Grabens 56 und auf die Oberseite der ersten epitaxischen Schicht 70. Zusätzlich wird eine Maske 57 auf eine Seitenwand 61b des Grabens 56 aufgebracht. Die Maske 57 besteht normalerweise aus einem dielektrischen Material, wie etwa Siliziumdioxid (SiO2) oder Siliziumnitrid (SiN), und kann an eine der beiden Seitenwände 61a oder 61b aufgebracht werden, indem der Wafer schräg gestellt wird.
  • Wie in der vom gleichen Anmelder und gemeinsam mit der vorliegenden Patentanmeldung angemeldeten U.S. Patentanmeldung mit dem Titel „EPITAXIAL MATERIAL GROWN LATERALLY WITHIN A TRENCH AND METHOD FOR PRODUCTING SAME" offenbart ist, die mit der vorliegenden zugleich eingereicht wurde und der die Seriennummer 09/062,028 (entspricht EP 98 121 119.6 ) zugeteilt wurde, beginnt das epitaxische, laterale Wachstum von einer einzigen Seitenwand des Grabens 56 aus, 61a in dieser Abbildung, um das Auftreten von Versetzungsfehlern weiter zu verringern.
  • Nun bezugnehmend auf 4C wächst eine epitaxische, lateral gewachsene Schicht 71 von der Seitenwand 61a des Grabens 56 aus. Auf die epitaxisch-lateral gewachsene Schicht 71 folgt eine n-Typ-Aluminiumgalliumnitrid-Schicht (AlGaN) 72. Über Schicht 72 wird eine n-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 74, und über Schicht 74 eine aktive Schicht 76 aufgebracht. Die aktive Schicht 76 umfaßt Mehrquantenmulden („multiple quantum wells"; MQW) aus Galliumindiumnitrid (GaInN) mit einem veränderlichen Prozentsatz von Indium.
  • Eine Schicht von p-Typ-Galliumnitrid (GaN) 77 wird über der aktiven Schicht 76 aufgebracht und wird gefolgt von einer p-Typ-Aluminiumgalliumnitrid-Schicht (AlGaN) 78. Über Schicht 78 wird eine abschließende Schicht von p-Typ-Galliumnitrid (GaN) 79 aufgebracht.
  • Bezugnehmend auf 4D wird der Teil des Bragg-Reflektors 50 entfernt, der sich auf der Oberseite einer der Seiten der ersten epitaxischen Schicht 70 befindet. Ein n-ohmischer Kontakt 82 wird über einem Teil der ersten epitaxischen Schicht vom n-Typ 70 und über einem Teil der epitaxisch-lateral gewachsenen Schicht 71 aufgebracht. Ein p-ohmischer Kontakt 81 wird über einem Teil der p-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 79, über dem Bragg-Reflektor 50, über der Maskenschicht 57, und über der Vertikal- und Oberseite des Bragg-Reflektors 50, der über der ersten epitaxischen Schicht 70 übrigbleibt, aufgebracht.
  • 4E zeigt einen Bragg-Reflektor 60, der über einem Teil der epitaxisch-lateral gewachsenen Schicht 71, der n-Typ-Aluminiumgalliumnitrid-Schicht (AlGaN) 72, der n-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 74, der aktiven Region 76, der p-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 77, der p-Typ-Aluminiumgalliumnitrid-Schicht (AlGaN) 78, und einem Teil der p-Typ-Galliumnitrid-Schicht (GaN) 79 aufgebracht wird. Die Pfeile zeigen die Ausgaberichtung des Lichts an. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die aktive Region 76 im wesentlichen rechtwinklig zur Oberseite des Substrats 52.
  • Es wird für Fachleute offensichtlich sein, daß viele Veränderungen und Variationen der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, gemacht werden können. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel verwendet werden, um verschiedene lichtemittierende Vorrichtungen herzustellen, die Schichten anderer Gruppe III-V Halbleiter umfassen. Des weiteren können entweder dielektrische, halbleitende, oder leitende reflektierende Schichten für den Bragg-Reflektor verwendet werden. Alle derartige Veränderungen und Variationen sollen hierin umfaßte werden, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen festgelegt ist.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Ausbilden einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung über einem vergrabenen Bragg-Reflektor, welches die folgende Schritte umfaßt: Wachsen einer epitaxischen Schicht (70) über einer Oberfläche eines Substrats (52); Ausbilden eines Grabens (56) in der epitaxischen Schicht (70); Aufbringen einer Schicht (51a) eines ersten Materials, welches einen ersten Brechungsindex hat, über der Oberfläche der genannten epitaxischen Schicht (70) und über dem Grund des Grabens (56) über der Oberfläche des genannten Substrats (52); Aufbringen einer Schicht (52a) eines zweiten Materials, welches einen zweiten Brechungsindex hat, über der Schicht (51a) des ersten Materials, wobei die erste und die zweite Schicht (51a, 52a) einen Bragg-Reflektor (50) bilden; Applizieren einer Maske (57) an einer Seitenwand des genannten Grabens (56); und laterales Wachsen eines Stapels von epitaxischen Schichten (71, 72, 74, 76, 77, 78, 79) von der anderen Seitenwand des genannten Grabens (56), der eine p-n-Junction enthält, die im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des genannten Substrats (52) gerichtet ist, wobei der Stapel epitaxischer Schichten (71, 72, 74, 76, 77, 78, 79) teilweise die Schicht (52a) des zweiten Materials in dem genannten Graben (56) bedeckt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die folgenden Schritte umfaßt: Aufbringen einer ersten zusätzlichen Schicht (51b) des ersten Materials über der genannten zweiten Schicht (52a); und Aufbringen einer zweiten zusätzlichen Schicht (52b) des zweiten Materials über der genannten ersten zusätzlichen Schicht (51b).
  3. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die folgendes umfaßt: ein Substrat (52); eine epitaxische Schicht (70), die über der Oberfläche des genannten Substrats (52) ausgebildet ist; einen Graben (56), der in der genannten epitaxischen Schicht (70) ausgebildet ist; einen Bragg-Reflektor (50), welcher in dem genannten Graben (56) über der genannten Oberfläche des Substrats (52) ausgebildet ist; und einen Stapel von epitaxischen Schichten (71, 72, 74, 76, 77, 78, 79) in dem genannten Graben (56), der sich teilweise über den genannten Bragg-Reflektor (50) erstreckt, wobei der Stapel von epitaxischen Schichten (71, 72, 74, 7G, 77, 78, 79) eine p-n-Junction enthält, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des genannten Substrats (52) gerichtet ist; wobei der genannte Bragg-Reflektor (50) folgendes umfaßt: eine Schicht (51a) eines ersten Materials, welches einen ersten Brechungsindex hat; und eine Schicht (52a) eines zweiten Materials, welches einen zweiten Brechungsindex hat.
  4. System nach Anspruch 3, bei dem der Bragg-Reflektor (50) aus einem dielektrischen Material besteht.
  5. System nach Anspruch 3, bei dem der Bragg-Reflektor (50) aus einem Halbleiter-Material besteht.
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