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DE69416427T2 - Puffer-struktur zwischen siliziumkarbid und galliumnitrid und sich daraus ergebende halbleiteranordnungen - Google Patents

Puffer-struktur zwischen siliziumkarbid und galliumnitrid und sich daraus ergebende halbleiteranordnungen

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DE69416427T2
DE69416427T2 DE69416427T DE69416427T DE69416427T2 DE 69416427 T2 DE69416427 T2 DE 69416427T2 DE 69416427 T DE69416427 T DE 69416427T DE 69416427 T DE69416427 T DE 69416427T DE 69416427 T2 DE69416427 T2 DE 69416427T2
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DE
Germany
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gallium nitride
nitride
aluminum nitride
single crystal
Prior art date
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DE69416427T
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Vladimir Dmitriev
John Edmond
Kenneth Irvine
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Wolfspeed Inc
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Cree Research Inc
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Publication date
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Publication of DE69416427T2 publication Critical patent/DE69416427T2/de
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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitereinrichtungen, die unter Verwendung von Galliumnitrid gebildet werden, und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Ausbildung von Galliumnitrideinrichtungen unter Verwendung von Siliciumcarbidsubstraten.
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Galliumnitridstruktur (GaN) und resultierende Einrichtungen. Galliumnitrid ist eine Halbleiterverbindung von Interesse, da ihre direkte Bandlücke sie mit der Möglichkeit versieht, blaues Licht mit hoher Effizienz zu emittieren.
  • Der blaue Anteil des sichtbaren Spektrums und die benachbarten ultravioletten Wellenlängen (UV) (etwa 500-350 nm; 2,5-3,6 eV) werden als wichtige Bereiche des gesamten elektromagnetischen Spektrums angesehen. Trotz des Interesses an der Herstellung von Halbleitereinrichtungen, die blaues, violettes oder ultraviolettes Licht emittieren, (oder entsprechende Detektoreinrichtungen), waren Bemühungen, solche Einrichtungen zu entwickeln, bestenfalls schwierig und in den meisten Fällen erfolglos. Derzeit sind viele lichtemittierende Dioden ("LEDs", auch als "optische Halbleitereinrichtungen" bezeichnet) verfügbar, die Licht oder elektromagnetische Strahlung von den Infrarot- bis zu den grünen Wellenlängen produzieren können (etwa 1000-500 nm; 1,2-2,5 eV). Wie von jedem erkannt wird, der mit der Herstellung von Farbe und Farbbildern vertraut ist, ist blaues Licht jedoch auch als die dritte Primärfarbe des sichtbaren Spektrums erforderlich, um eine vollständige Farbabbildung und -graphik der geeigneten Anwendungen zu ergeben. Beispielsweise verwendet die US-Patentschrift 5,247,533 von Okazaki et al. Schichten von (AlxGa2-x)yIn1-yN, um Licht in den blauen und violetten Bereichen zu erzeugen.
  • Galliumnitrid (GaN) ist eine interessante Möglichkeit für blaues Licht emittierende Dioden wegen seiner relativ direkten breiten Bandlücke. Wie denjenigen bekannt ist, die mit Halbleitermaterialien und -einrichtungen sowie der Wechselwirkung von Halbleitermaterialien mit Licht vertraut sind, repräsentiert die Farbe von Licht, wie es vom menschlichen Auge gesehen wird, eine Wellenlänge (oder ihre entsprechende Frequenz). Die Wellenlänge und Frequenz ihrerseits entspricht einem bestimmten Energiewert. So können spezielle Farben des sichtbaren Spektrums nur durch Materialien erzeugt werden, in welchen Energieübergänge der erforderlichen Menge stattfinden können. Am einfachsten gesagt ist die Farbe, die von einer lichtemittierenden Diode eines bestimmten Halbleitermaterials erzeugt werden kann, eine direkte Funktion der Bandlücke des Materials. Breitere Bandlücken gestatten größere Energieübergänge, die ihrerseits Photonen höherer Energie erzeugen, die zu Farben höherer Frequenz (niedrigerer Wellenlänge) führen (wobei die Frequenz direkt proportional zu dem Energieübergang ist und die Wellenlänge umgekehrt proportional zur Frequenz ist).
  • Galliumnitrid hat eine ausreichende Bandlücke (3,4 eV), um irgendeine Farbe im sichtbaren Spektrum und speziell blaues Licht zu emittieren, leidet aber an bestimmten grundsätzlichen Schwierigkeiten. Eine Schwierigkeit bei der Verwendung von Galliumnitrid für Halbleiterlicht emittierende Dioden ist die Schwierigkeit bei der Identifizierung eines geeigneten Substratmaterials. Wie denen, die mit solchen Einrichtungen vertraut sind, bekannt ist, emittieren LEDs Licht, wenn Strom (ein Elektronenfluß) quer zu einer Verbindung zwischen p-Typ- und n-Typ- Schichten eines Halbleitermaterials fließt. Wenn Elektronen und Elektronenlücken (Löcher) sich rekombinieren, werden Photonen einer Wellenlänge emittiert, die in einiger Hinsicht der Bandlücke des Materials entspricht, wie oben ausgeführt wurde. Allgemein gesprochen müssen solche Schichten jedoch als Einkristallschichten ("epitaxisch") gekennzeichnet werden. Dies seinerseits erfordert, daß sie auf einem geeigneten Substrat aufwachsen. Daher wird das Substrat, wie denen bekannt ist, die mit Kristallwachstum vertraut sind, den epitaxischen Wachstumsmechanismus und die Qualität, die bei ihm stattfindet, stark beeinflussen. Im allgemeinen müssen, damit eine erwünschte Type von epitaxischem Wachstum stattfindet, die Kristallgitterparameter des Substrates und jene der epitaxischen Schicht entweder identisch oder ziemlich nahe beieinander sein. Eine Kristallschicht kann auf einem nicht passenden Substrat wachsen, doch wird sie in einer amorphen Form oder voll von Fehlstellen wachsen, was beides im wesentlichen ihre brauchbaren elektronischen oder elektrooptischen Eigenschaften zerstört. Es ist wohlbekannt, daß die Kristallstrukturen epitaxischer Schichten von Galliumnitrid sehr stark durch das Substratmaterial und dessen Ausrichtung beeinflußt werden.
  • Die Identifizierung eines geeigneten Substrates für Galliumnitrid war ein schwieriges Ziel für die Forscher, da Galliumnitridvolumensubstrate niemals erfolgreich hergestellt wurden. Saphir (Al&sub2;O&sub3;) war die primäre Substratwahl. Bis heute ergab Saphir ein etwas brauchbares, obwohl nicht ideales thermisches und Kristallzusammenpassen mit Galliumnitrid.
  • Saphir hat einen auffälligen Nachteil: sein Fehlen an Leitfähigkeit. D. h., Saphir ist sehr schwierig zu dotieren, um ein leitfähiges Substrat zu erzeugen. Wenn bei der Herstellung von Einrichtungen ein Substrat keine Leitfähigkeit hat, dann müssen alle elektrischen Kontakte zu der Einrichtung (gewöhnlich zwei Kontakte je LED) aus etwas anderem als dem Substrat gemacht werden. Folglich erfordern Galliumnitrideinrichtungen, die auf Saphirsubstraten gebildet werden, typischerweise, daß wenigstens zwei elektrische Leitungen auf der gleichen Oberfläche der Einrichtung angeordnet werden.
  • Eine andere LED-Struktur ist jedoch oftmals bevorzugt, die als eine "vertikale" Struktur bezeichnet wird, sowie eine solche, die erfordert, daß die LED auf einem leitfähigen Substrat ausgebildet wird. Bei vertikalen LEDs können elektrische Kontakte auf der Oberseite und der Unterseite der Einrichtung statt beide auf der Oberseite angebracht werden, oder einer oder beide können auf der Seite vorgesehen werden, doch sind alle diese Anordnungen gewöhnlich schwieriger zu konstruieren als die Kontaktausrichtung auf der Oberseite und Unterseite eines typischen LED.
  • Ein vorgeschlagenes mögliches Material für ein leitfähiges Substrat für Galliumnitrid und somit für vertikale GaN-LEDs ist Siliciumcarbid (CiC). Siliciumcarbid paßt in geeigneter Weise zu Galliumnitrid, d. h. die linearen Ausdehnungskoeffizienten für beide Materialien sind ziemlich ähnlich. Siliciumcarbid kann leitfähig dotiert werden und emittiert in der Tat blaues Licht von sich aus, siehe zum Beispiel Edmond et al. US-Patentschriften 4,918,497 und 5,027,168, die beide auf die Erwerberin der vorliegenden Erfindung übertragen sind.
  • Siliciumcarbid paßt besser mit seinem Gitter zu Galliumnitrid, ist aber nicht identisch, was epitaxische Schichten von GaN hoher Qualität direkt auf SiC schwierig herstellen läßt. Das Gitter von SiC paßt jedoch besser zu GaN als Saphir (Saphir hat ein 15%iges nicht passendes Gitter zu GaN, SiC dagegen nur ein 3,5%iges Nichtpassen). So gab es erfolgreiche vertikale Einrichtungen von Galliumnitrid auf Siliciumcarbid in gewerblichen Mengen.
  • Eine Anzahl der Eigenschaften von Galliumnitrid, der Schwierigkeiten beim Verarbeiten desselben und versuchter Lösungen dieser Probleme finden sich in Strite and Morkoc, GaN, AlN and InnN: A Review, J. Vac. Sci. Technol. B., 10 (4), Juli/August 1992, Seiten 1237- 1266.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Struktur mit gutem Zusammenpassen von Gitter und Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einer Schicht von Einkristall-Siliciumcarbid und einer Schicht von Einkristall-Galliumnitrid zu bekommen, um solche vertikalen Einrichtungen zu erzeugen.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bekommt man eine Übergangskristallstruktur, wie sie in dem beiliegenden Anspruch 1 definiert ist und die ein gutes Zusammenpassen des Gitters und thermisches Zusammenpassen zwischen Einkristall-Siliciumcarbid und der Einkristallschicht von Galliumnitrid ergibt.
  • Nach einem anderen Aspekt der Erfindung bekommt man eine vertikale lichtemittierende Diode, wie sie in Anspruch 8 definiert ist.
  • Nunmehr wird Bezug genommen auf die beiliegende Zeichnung, in welcher
  • Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Übergangsstruktur nach der vorliegenden Erfindung ist,
  • Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer lichtemittierenden Diode nach der vorliegenden Erfindung ist,
  • Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung noch einer anderen lichtemittierenden Diode ist,
  • Fig. 4 eine dritte Ausführungsform einer lichtemittierenden Diode ist, die eine Struktur nach der vorliegenden Erfindung hat,
  • Fig. 5 ein Tiefenprofil einer Übergangskristallstruktur nach der vorliegenden Erfindung mit einem Sekundärionenmassenspektrometer (SIMS) ist, die ihre Zusammensetzung erläutert,
  • Fig. 6 eine Kurve des Dotiergehaltes gegen die Tiefe, gemessen durch Differentialkapazitanz-Spannungsmessungen unter Verwendung von Quecksilber (Hg)- Kontakten für eine epitaxische Galliumnitridschicht nach der Erfindung ist,
  • Fig. 7 bis 9 optische Mikrophotographien von Kristalloberflächen sind, die nicht nach der vorliegenden Erfindung sind, und
  • die Fig. 10 bis 12 optische Mikrophotographien der Oberflächen von Kristallen von Galliumnitrid sind, die die Struktur nach der vorliegenden Erfindung haben.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übergangskristallstruktur für ein gutes Gitter- und thermisches (Wärmeausdehnungskoeffizient) Zusammenpassen zwischen Einkristall-Siliciumcarbid und einer Schicht von Galliumnitrid-Einkristall. Eine Ausführungsform der Übergangsstruktur ist schematisch im Querschnitt in Fig. 1 erläutert und allgemein mit 20 bezeichnet. Das vorherrschende Merkmal der Übergangsstruktur ist ein Puffer, der durch die Klammern bei 21 bezeichnet ist. Der Puffer wird von einer ersten Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid 22 und einer zweiten Schicht 23 von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid in Nachbarschaft zu der ersten Schicht 22 gebildet. Der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid in der zweiten Schicht 23 ist wesentlich verschieden von dem Molprozentsatz an Aluminiumnitrid in der ersten Schicht 22.
  • Wie Fig. 1 weiter erläutert, enthält die Übergangsstruktur eine Schicht von Galliumnitrid- Einkristall 24 auf einer zweiten Schicht 23 von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid sowie ein Einkristallsubstrat von Siliciumcarbid 25 und eine Schicht von Aluminiumnitrid 26 auf dem Siliciumcarbidsubstrat.
  • In den Ausführungsformen ist der Prozentsatz an Galliumnitrid in der ersten Schicht 22 größer als der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid in jener Schicht. In der zweiten Schicht 23 jedoch ist der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid größer als der Molprozentsatz an Galliumnitrid. Dies ist eine etwas unerwartete Struktur, die nichtsdestoweniger, wie man fand, zu ausgezeichneten Ergebnissen führt. Der Erfolg der Struktur ist überraschend, da bei einer normalen Analyse entgegengehalten würde, daß die Schicht mit dem größten Molprozentsatz an Galliumnitrid ein besseres Zusammenpassen mit der reinen Galliumnitridschicht ergeben würde. Stattdessen ist bei der vorliegenden Erfindung die Schicht 23 mit dem kleineren Molprozentsatz an Galliumnitrid direkt benachbart zu der epitaxischen Schicht von Galliumnitrid 24.
  • In bevorzugten Ausführungsformen der in Fig. 1 erläuterten Struktur ist die erste Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid 22 zwischen etwa 20 und 50 Molprozent Aluminiumnitrid, wobei ein Molprozentsatz von etwa 30 Prozent Aluminiumnitrid am meisten bevorzugt ist. In der zweiten Schicht 23 liegt der Molprozentsatz von Aluminiumnitrid zwischen etwa 60 und 95 Prozent, wobei ein Molprozentsatz von etwa 90 Prozent Aluminiumnitrid am meisten bevorzugt ist.
  • Wie jenen bekannt ist, die mit dieser Technik vertraut sind, und wie speziell in einigen der hier und mit dieser Anmeldung zitierten Literaturstellen ausgeführt ist, ist eine der Maßstäbe der Qualität des Substrates und einer Pufferschicht die resultierende Kristallqualität der erwünschten Galliumnitridschicht, in diesem Fall der Schicht 24. Bei Verwendung des Puffers 21 nach der vorliegenden Erfindung wurden Galliumnitridschichten mit Donorkonzentrationen so niedrig wie etwa 1 · 10¹&sup6; cm&supmin;³ gebildet (Fig. 6).
  • Fig. 1 demonstriert weiterhin, daß bei einer anderen Ausführungsform die Erfindung eine vertikale Einrichtungsvorläuferstruktur umfassen kann, die von einem Siliciumcarbidsubstrat 25, dem Puffer 21 auf dem Substrat 25 und einer Einkristallschicht 24 von Galliumnitrid auf dem Puffer gebildet wird. Wie oben ausgeführt, wird der Puffer 21 am meisten bevorzugt von drei Schichten gebildet, einer Schicht von Aluminiumnitrid 26 auf dem Siliciumcarbid, einer ersten Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid 22, worin der Molprozentsatz an Galliumnitrid größer als der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid ist, und einer zweiten Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid 23 in Nachbarschaft zu der ersten Schicht 22 und worin der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid größer als der Molprozentsatz an Galliumnitrid ist.
  • Die Vorteile der Pufferstruktur und der vertikalen Einrichtungsvorläufer, die aus ihr gebildet werden können, sind seinerseits in den Fig. 2, 3 und 4 erläutert, die verschiedene Ausführungsformen vertikaler lichtemittierender Dioden erläutern. Fig. 2 erläutert eine lichtemittierende Diode, die allgemein mit 30 bezeichnet ist. Die Diode 30 umfaßt ein Einkristall- Siliciumcarbidsubstrat 31, einen durch die Klammer bei 32 bezeichneten Puffer, eine erste Einkristallschicht von Galliumnitrid 33 auf dem Puffer 32 und mit einer ersten Leitfähigkeitstype sowie eine zweite Einkristallschicht von Galliumnitrid 34 auf der ersten Schicht 33, wobei die zweite Schicht die entgegengesetzte Leitfähigkeitstype gegenüber der ersten Schicht hat, so daß die ersten und zweiten Schichten 33 und 34 dazwischen eine p-n-Verbindung bilden. Ohmsche Kontakte 35 und 36 sind zu dem Substrat 31 und zu der zweiten Galliumnitridschicht 34 hergestellt.
  • Bei der vorausgehenden Ausführungsform umfaßt der Puffer 32 eine epitaxische Schicht von Aluminiumnitrid 37 auf dem Siliciumcarbidsubstrat 31, eine erste Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid 40, in welcher der Molprozentsatz an Galliumnitrid größer als der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid ist, und eine zweite Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid 41 in Nachbarschaft zu der ersten Schicht, in welcher der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid größer als der Molprozentsatz an Galliumnitrid ist.
  • Bei der Ausführungsform von Fig. 2 ist der Puffer 32 undotiert und wirkt als ein Isolator, und somit umfaßt die erläuterte LED 30 weiterhin Kurzschlußkontakte 42 und 43, um einen elektrischen Weg zwischen dem Substrat 31 und der ersten Einkristallschicht von Galliumnitrid 33 zu bilden.
  • Fig. 3 zeigt eine zweite LED-Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, die all gemein mit 45 bezeichnet ist. Die Diode 45 enthält ein Siliciumcarbidsubstrat 46, den allgemein mit der Klammer bei 47 gezeigten Puffer, eine erste Schicht von Galliumnitrid 48, eine zweite Schicht von Galliumnitrid 49 mit der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype gegenüber der Schicht 48, sowie eine Schicht von Galliumnitridlegierung 50 zwischen den betreffenden Galliumnitridschichten 48 und 49. Die Legierungsschicht 50 hat die gleiche Leitfähigkeitstype wie die erste Schicht 48 von Galliumnitrid, so daß eine p-n-Verbindung zwischen der zweiten Galliumnitridschicht 49 und der Galliumnitridlegierungsschicht 50 gebildet wird. Eine solche Struktur wird im Stand der Technik als eine Doppelheterostruktur bezeichnet, die dazu beiträgt, Strom auf den Legierungsschichtbereich für eine größere Effizienz in der Gesamteinrichtung zu begrenzen. Das Substrat 46 hat auch die gleiche Leitfähigkeitstype wie die erste Galliumnitridschicht 48.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen umfaßt die Legierungsschicht Indiumgalliumnitrid (InGaN) und führt zu einer Einrichtung, die eine Spitzenemission bei einer Wellenlänge zwischen etwa 410 und 470 Nanometern (nm) zeigt. Galliumnitrid hat auch die Fähigkeit, andere Farben mit hoher Effizienz zu erzeugen, einschließlich grünem Licht (zum Beispiel bei 470 bis 560 nm).
  • Fig. 3 erläutert auch einen Satz von Kurzschlußkontakten 51 und 52 sowie jeweilige Ohmsche Kontakte 53 und 54 zu der zweiten Galliumnitridschicht und zu dem Siliciumcarbidsubstrat 46.
  • Fig. 4 erläutert eine dritte LED-Ausführungsform nach der Erfindung, und in dieser ist der Puffer leitfähig dotiert, um dabei die Verwendung von Kurzschlußkontakten auszuschließen. Spezieller zeigt Fig. 4 eine Diode 60 mit einem Siliciumcarbidsubstrat 61, die mit den Klammern bei 62 erläuterte Pufferstruktur, die erste Galliumnitridschicht 63, die Galliumnitridlegierungsschicht 64 und die zweite Galliumnitridschicht 65. Die Ohmschen Kontakte sind jeweils bei 66 an der Galliumnitridschicht 65 und bei 67 an dem Siliciumcarbidsubstrat 61 erläutert. Wie in der Ausführungsform von Fig. 3 hat die Legierungsschicht 64 die entgegengesetzte Leitfähigkeit gegenüber der zweiten Galliumnitridschicht 65 und bildet mit ihr eine p- n-Verbindung. Die Legierungsschicht 64 jedoch hat die gleiche Leitfähigkeit wie die erste GaN- Schicht 63 und das SiC-Substrat 61.
  • Da die Einrichtung von Fig. 4 eine leitfähige Pufferstruktur hat, sind die Kurzschlußkontakte, die in den Fig. 2 und 3 erläutert sind, nicht erforderlich.
  • In einigen speziellen Beispielen der Erfindung ließ man Einkristall-Galliumnitridschichten mit Dicken bis zu 6 Mikron auf Substraten von 6H-Siliciumcarbid aufwachsen. Eine halbe Breite der Röntgenstrahlenoszillationskurve (Θ-2Θ-Abtastung) war 54 Bogensekunden. Stimulierte Emission von photogepumpter Galliumnitridschichten, die auf SiC aufgewachsen waren, wurde erstmals beobachtet. Die Wellenlänge der stimulierten Emission war 376 mm bei 300K.
  • Unbeabsichtigt dotierte Schichten wurden typischerweise auf eine Konzentration von etwa 10&supmin;¹&sup6; cm&supmin;³ (Nd-Na) dotiert. Für dotierte Schichten vom n-Typ wurde die Nettodonorkonzentration von 1 · 10¹&sup7; bis 4 · 10¹&sup8; cm&supmin;³ eingestellt, und für p-Schichten die Konzentration Na- Nd auf 1 · 10¹&sup7; bis 2 · 10¹&sup8; cm&supmin;³ eingestellt. Blaues Licht emittierende Dioden wurden aus diesen Schichten hergestellt. Kantenemission bei der Wellenlänge von 355 nm wurde in dem Elektrolumineszenzspektrum mit einer Spitze zwischen etwa 410 und 470 nm beobachtet.
  • Die Erfindung führt somit zu einer Galliumnitrideinrichtung mit extrem hoher Qualität wegen der geringen Zahl von Kristalldefekten, wegen des leitfähigen Siliciumcarbidsubstrates und wegen der resultierenden Kombination des ausgezeichneten Galliumnitrids auf dem leitfähigen Siliciumcarbid.
  • Die Siliciumcarbidsubstrate können in der beispielhalber in der US-Patentschrift 4,866,005 von Carter et al. dargestellten Weise gezüchtet werden, und das Galliumnitrid, die Galliumnitridlegierung und die Pufferschichten wurden alle unter Verwendung von herkömmlicher chemischer Abscheidungstechnik aus der Dampfphase (CVD) gezüchtet. Obwohl verschiedene Parameter für den Gasfluß, den Druck und die Temperatur in epitaxischem CVD-Wachstum von System zu System verschieden sein können, kann man die hier beschriebenen Schichten in der beschriebenen Weise unter Verwendung anderer Systeme und ohne unbillige Experimente aufgrund des Fachwissens aufwachsen lassen.
  • Fig. 5 ist ein SIMS-Profil, welches weiter die Strukturmerkmale der Erfindung demonstriert. Wie hier festgestellt (von rechts nach links gehend) erläutert die Abtastung das Vorhandensein von Silicium und Kohlenstoff (d. h. SiC), gefolgt von Aluminium und Stickstoff (AIN), Nitrid, dann Gallium und Aluminium und Stickstoff (GaN und AIN) und schließlich Gallium und Stickstoff (GaN) als die oberste Schicht.
  • Fig. 6 ist eine Kurve der Dotierung gegen die Tiefe und zeigt die extrem niedrige native Donorkonzentration (1E16) epitaxischer Schichten von Galliumnitrid, die auf Siliciumcarbid unter Verwendung der vorliegenden Erfindung aufgewachsen sind.
  • Die Fig. 7, 8 und 9 sind optische Mikrophotographien, die bei einer Vergrößerung zwischen dem 200-fachen und 400-fachen aufgenommen wurden und die die unerwünschten Ergebnisse erläutern, wenn ein Versuch gemacht wird, Galliumnitrid direkt auf Siliciumcarbid aufwachsen zu lassen.
  • Fig. 10 erläutert eine Galliumnitridoberfläche und zeigt etwas verbesserte Ergebnisse, wenn ein weniger als optimaler Puffer verwendet wird.
  • Die Fig. 11 und 12, die auch bei 400-facher Vergrößerung aufgenommen wurden, zeigen die Vorteile der Erfindung, besonders die relativ glatte und fehlerfreie Struktur der GaN- Kristalloberfläche, besonders im Vergleich mit den Fig. 7 bis 10.
  • In der Zeichnung und Beschreibung wurden typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, und, obwohl spezielle Ausdrücke verwendet wurden, wurden diese nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke einer Beschränkung verwendet, wobei der Erfindungsgedanke durch die folgenden Ansprüche wiedergegeben ist.

Claims (15)

1. Übergangskristallstruktur (20) für eine gute Gitteranpassung und thermische Anpassung zwischen Einkristall-Siliciumcarbid und einer Schicht von Einkristall-Galliumnitrid, wobei diese Übergangsstruktur einen Puffer (21) umfaßt, der eine erste Schicht (22) von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid, worin der Molprozentsatz an Galliumnitrid in dieser ersten Schicht größer als der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid in dieser ersten Schicht ist, und
eine zweite Schicht (23) von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid in Nachbarschaft zu der ersten Schicht, worin der Molprozentsatz an Aluminiumnitrid in dieser zweiten Schicht größer als der Molprozentsatz an Galliumnitrid in dieser zweiten Schicht ist, sowie
eine Schicht (24) von Einkristall-Galliumnitrid auf der zweiten Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid besitzt.
2. Struktur nach Anspruch 1 weiterhin mit einem Substrat (25) von Einkristall-Siliciumcarbidsubstrat, wobei der Puffer (21) weiterhin eine epitaxische Schicht von Aluminiumnitrid (26) auf dem Siliciumcarbidsubstrat aufweist.
3. Struktur nach Anspruch 2, bei der die erste Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid zwischen etwa 20 und 50 Mol% Aluminiumnitrid enthält.
4. Struktur nach Anspruch 2, bei der die erste Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid etwa 30 Mol% Aluminiumnitrid enthält.
5. Struktur nach Anspruch 2, bei der die zweite Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid etwa zwischen 60 und 95 Mol% Aluminiumnitrid enthält.
6. Struktur nach Anspruch 2, bei der die zweite Schicht von Galliumnitrid und Aluminiumnitrid etwa 90 Mol% Aluminiumnitrid enthält.
7. Struktur nach Anspruch 2, bei der das Substrat aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den 6H-, 4H- und 3C-Polytypen von Siliciumcarbid besteht.
8. Vertikale lichtemittierende Diode (30) mit der Übergangskristallstruktur nach Anspruch 1 und einem Einkristall-Siliciumcarbidsubstrat (31), worin diese Übergangskristallstruktur weiterhin die Einkristallschicht von Galliumnitrid (33) des Puffers (32) mit einer ersten Leitfähigkeitstype,
eine zweite Einkristallschicht von Galliumnitrid (34) auf der Einkristall-Galliumnitridschicht und mit dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, wobei die Einkristall-Galliumnitridschichten dazwischen eine p-n-Bindung bilden, und
leitende Verbindungen (35) und (36) zu dem Substrat und zu der zweiten Galliumnitridschicht umfaßt.
9. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 8, bei der der Puffer weiterhin eine epitaxische Aluminiumnitridschicht (37) auf dem Siliciumcarbidsubstrat (31) umfaßt.
10. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 8, bei der der Puffer (32) leitfähig dotiert ist.
11. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 8, bei der der Puffer (32) eine Isolator ist und die Diode weiterhin Kurzschlußkontakte (42) und (43) zwischen dem Substrat (31) und der ersten Einkristallschicht von Galliumnitrid (33) umfaßt.
12. Lichtemittierende Diode (45) nach Anspruch 8 und weiterhin mit einer epitaxischen Schicht einer Galliumnitridlegierung (50) zwischen der ersten und zweiten Schicht von Galliumnitrid (48) und (49).
13. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 12, bei der die Galliumnitridlegierung (50) Indium-Galliumnitrid umfaßt.
14. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 8 mit einer Spitzenemission bei einer Wellenlänge zwischen 410 und 470 nm.
15. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 8 mit einer Spitzenemission bei einer Wellenlänge zwischen 470 und 560 nm.
DE69416427T 1993-12-13 1994-11-01 Puffer-struktur zwischen siliziumkarbid und galliumnitrid und sich daraus ergebende halbleiteranordnungen Expired - Lifetime DE69416427T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/166,229 US5393993A (en) 1993-12-13 1993-12-13 Buffer structure between silicon carbide and gallium nitride and resulting semiconductor devices
PCT/US1994/013940 WO1995017019A1 (en) 1993-12-13 1994-11-01 Buffer structure between silicon carbide and gallium nitride and resulting semiconductor devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69416427D1 DE69416427D1 (de) 1999-03-18
DE69416427T2 true DE69416427T2 (de) 1999-10-21

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69416427T Expired - Lifetime DE69416427T2 (de) 1993-12-13 1994-11-01 Puffer-struktur zwischen siliziumkarbid und galliumnitrid und sich daraus ergebende halbleiteranordnungen

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