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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Verbindungshalbleiter-Bauelements wie eines Halbleiterlaser-
Bauelements und einer Lichtemissionsdiode (LED). Genauer
gesagt, betrifft die Erfindung ein Halbleiterlaser-Bauelement
mit hervorragenden Temperatureigenschaften, die
Dauerstrichschwingungen sichtbarer Lichtstrahlen bei Raumtemperatur
ermöglichen, und sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen
eines Verbindungshalbleiter-Bauelements, bei dem eine
Halbleiterschicht aus einer Verbindung der III-V-Gruppe mit
hoher Kristallinität auf einem GaAs-Substrat hergestellt wird.
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In den letzten Jahren wurde zum Erzielen eines hohen
Wirkungsgrads in Systemen für optische Informationsverarbeitung
ein Halbleiterlaser-Bauelement erforderlich, das dazu in der
Lage ist, Lichtstrahlen im Bereich kurzer Wellenlänge
abzustrahlen. Insbesondere hat ein (AlYGa1-Y)0,5In0,5P-Kristall
(0 ≤ Y ≤ 1) mit Gitteranpassung an ein GaAs-Substrat in der
Industrie Aufmerksamkeit als Material für einen
Halbleiterlaser mit sichtbaren Lichtstrahlen auf sich gezogen, der
Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge im 600 nm-Band
abstrahlen kann. Das Material (AlYGa1-Y)0.5In0,5P (0 ≤ Y ≤ 1) wird
nachfolgend als AlGaInP bezeichnet, solange nichts anderes
speziell angegeben ist.
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Molekularstrahlepitaxie (MBE) wie auch metallorganische,
chemische Dampfniederschlagung (MOCVD) wurden als wichtige
Verfahren für epitaktisches Wachstum eines AlCalnP-Kristalls
auf einem GaAs-Substrat bekannt. Es wurde berichtet, daß ein
Halbleiterlaser-Bauelement für Sichtbares Licht, aus der
AlGaInP-Gruppe, das durch das MBE-Verfahren hergestellt
wurde,
sichtbare Lichtstrahlung im Dauerstrich bei
Raumtemperatur emittierte (Hayaka et al, Journal of Crystal Growth 95
(1989), S. 949).
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Fig. 5 ist eine Schnittansicht durch ein herkömmliches
Halbleiterlaser-Bauelement für sichtbares Licht aus der AlGaInP-
Gruppe, das durch das MBE-Verfahren hergestellt wurde.
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Eine GaAs-Pufferschicht 72 von erstem Leitungstyp, eine
GaInP-Pufferschicht 73 vom ersten Leitungstyp, eine AlGaInP-
Mantelschicht 74 vom ersten Leitungstyp, eine aktive Schicht
75 aus GaInP, eine zweite AlGaInP-Mantelschicht 76 von
zweitem Leitungstyp und eine GaInP-Schicht 90 vom zweiten
Leitungstyp sind auf solche Weise auf einem GaAs-Substrat 71
vom ersten Leitungstyp hergestellt, daß eine Schicht in der
genannten Reihenfolge durch das MBE-Verfahren auf die andere
aufgewachsen ist.
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Auf der GaInP-Schicht 90 vom zweiten Leitungstyp ist ein
isolierender Siliziumnitridfilm 91 hergestellt, der über
einen 10 µm breiten, streifenförmigen Graben verfügt, der
sich so erstreckt, daß er die GaInP-Schicht 90 vom zweiten
Leitungstyp erreicht.
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Elektroden 85 und 84 sind auf dem isolierenden
Siliziumnitridfilm 91 bzw. an der Rückseite des Substrats 71
ausgebildet.
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Das in Fig. 5 dargestellte Halbleiterlaser-Bauelement ist
ein verstärkungs-geführtes Halbleiterlaser-Bauelement, in
dem der Strom durch den isolierenden Siliziumnitridfilm 91
mit dem streifenförmigen Graben begrenzt ist. Dieses
Halbleiterlaser-Bauelement verfügt über einen Schwingungs-
Schwellenwert von 93 mA, und es kann bei Raumtemperatur
sichtbare Lichtstrahlung im Dauerstrich abstrahlen.
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Diese Art von Halbleiterlaser-Bauelement kann jedoch in der
aktiven Schicht während der Schwingung erzeugte Wärme wegen
der niedrigen Wärmeleitfähigkeit des AlGaInP-Kristalls nicht
wirkungsvoll ableiten. Im Ergebnis hat die maximale
Temperatur für Dauerstrichschwingung den niedrigen Wert von 35ºC.
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Ein Halbleiterlaser-Bauelement, das nicht nur eine Struktur
für wirksame Wärmeemission, sondern auch eine
Doppelheterostruktur aus AlGaInP-Kristallschichten in Gitteranpassung
mit einem GaAs-Substrat aufweist, wird hergestellt, wenn
eine AlGaAs-Kristallschicht mit vergleichsweise hoher
Wärmeleitfähigkeit und wirksamer Wärmeemission durch das
MBE-Verfahren auf AlGaInP-Kristallschichten hergestellt werden
kann.
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Das Dokument GB-A-21 78 595 offenbart ein Verfahren zum
Herstellen eines Halbleiterlasers, bei dem eine AlGaAs-Schicht
durch das MBE-Verfahren auf eine AlGaInP-Schicht
aufgewachsen wird.
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Jedoch kann auf A1GaInP-Kristallschichten mit
Gitteranpassung an das GaAs-Substrat durch das MBE-Verfahren keine
AlGaAs-Kristallschicht mit hoher Kristallinität aufgewachsen
werden, wenn die Oberfläche der AlGaInP-Kristallschicht
durch Fremdstoffe verunreinigt ist.
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Wenn die AlGaInP-Kristallschichten und die
AlGaAs-Kristallschicht durch das MBE-Verfahren kontinuierlich hergestellt
werden, muß die Molekularstrahl-Abstrahlung von P auf As
umgeschaltet werden. Die oben genannte Verunreinigung tritt
dann auf, wenn das Kristallwachstum für dieses Umschalten
zeitweilig angehalten wird, nachdem das Wachstum der
AlGaInP-Kristallschichten abgeschlossen ist. Innerhalb
einiger Sekunden nach dem Anhalten haften Verunreinigungen wie
Sauerstoff und Dampfin der Atmosphäre innerhalb eines MBE-
Geräts an der Oberfläche der Kristallschicht an, an der das
Wachstum zeitweilig angehalten ist.
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5 Darüber hinaus muß zum Aufwachsen einer AlGaAs-Schicht mit
hoher Temperatur durch das MBE-Verfahren die
Substrattemperatur auf ungefähr 620ºC oder mehr erhöht werden. Bei
derartigen Temperaturen verdampfen In und P in den AlGaInP-
Schichten auf aktive Weise, was eine Verschlechterung der
Oberfläche der AlGaInP-Kristallschichten verursacht. Es ist
nicht möglich, eine AlGaAs-Kristallschicht mit hoher
Kristallinität auf der verschlechterten Oberfläche der AlGaInP-
Kristallschichten aufzuwachsen.
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Ferner ist ein Halbleiterlaser-Bauelement mit durch das MBE-
Verfahren aufgewachsenen AlGaInP-Kristallschichten
normalerweise vom verstärkungs-geführten Typ, wie in Fig. 5
dargestellt. In einem verstärkungs-geführten
Halbleiterlaser-Bauelement kann der horizontale Transversalmodus der
Laserstrahlung nicht vollständig gesteuert werden. Daher ist auch
für ein Halbleiterlaser-Bauelement mit AlGaInP-Kristallen
die Entwicklung eines index-geführten
Halbleiterlaser-Bauelements erforderlich, das den horizontalen Transversalmodus
der Laserstrahlen stabilisieren kann.
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Fig. 6 ist eine Schnittansicht durch ein herkömmliches
index-geführtes Halbleiterlaser-Bauelement. Eine
GaAs-Pufferschicht 72 von erstem Leitungstyp, eine erste AlGaInP-
Mantelschicht 74 vom ersten Leitungstyp, eine aktive GaInP
Schicht 75, eine zweite AlGaInP-Mantelschicht 76 von zweitem
Leitungstyp, eine GaAs-Schicht 78 vom zweiten Leitungstyp
und eine InGaAs-Schicht 100 vom zweiten Leitungstyp sind auf
solche Weise auf einem GaAs-Substrat 71 vom ersten
Leitungstyp hergestellt, daß durch das MBE-Verfahren eine Schicht in
der genannten Reihenfolge auf die andere aufgewachsen ist.
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Die aktive GaInP-Schicht 75, die zweite
AlGaInP-Mantelschicht 76 vom zweiten Leitungstyp, die GaAs-Schicht 78 vom
zweiten Leitungstyp und die InGaAs-Schicht 100 vom zweiten
Leitungstyp werden so geätzt, daß eine 10 µm breite Rippe
ausgebildet ist. Diese gerippte Oberfläche wird mit Ausnahme
des oberen Abschnitts mit einer Siliziumoxidschicht 101
bedeckt. Dann werden über der oberen, gerippten Fläche und an
der Rückseite des Substrats 71 Elektroden 85 bzw. 84
hergestellt.
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Beim Halbleiterlaser-Bauelement mit der vorstehend
beschriebenen Struktur fließt Strom zwischen den Elektroden 85 und
84 durch den oberen Abschnitt der Rippe, wo die
Siliziumoxidschicht 101 nicht ausgebildet ist. Das Vorhandensein der
p.m breiten, dünnen aktiven Schicht 75 ermöglicht eine
Schwingung in einer einheitlichen, horizontalen
Transversalmode.
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Jedoch ist das Halbleiterlaser-Bauelement mit dieser
Struktur dahingehend nachteilig, daß in der aktiven Schicht 75
erzeugte Wärme aufgrund des Vorliegens von Vertiefungen an
der durch Ätzen hergestellten gerippten Oberfläche nicht
wirkungsvoll zur Außenseite des Bauteils ausgegeben wird,
was eine Dauerstrichschwingung bei Raumtemperatur
verhindert.
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Das Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiter-
Bauelements, das die vorstehend erörterten und zahlreiche
andere Nachteile und Mängel des Stands der Technik
überwindet, umfaßt die folgenden Schritte: Herstellen einer
(AlYGa1-Y)0.5In0,5P-Kristallschicht (0 ( y ( 1) mit
Gitteranpassung an ein GaAs-Substrat auf dem letzteren;
Einstrahlen von As-Molekülstrahlen durch ein MBE-Verfahren auf die
Oberfläche der Kristallschicht, während das Schichtsubstrat
auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der In in der
genannten Kristalischicht verdampft, wodurch sich die Oberfläche
der Kristallschicht in eine AlYGa1-YAs-Kristallschicht
(0 ≤ y ≤ 1) mit der Dicke einiger Moleküle ändert; und
Herstellen einer AlXGa1-XAs-Kristallschicht (0 ≤ X ≤ 1) auf der
AlYGa1-YAs-Kristallschicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das
Verbindungshalbleiter-Bauelement eine Lichtemissionsdiode.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das
Verbindungshalbleiter-Bauelement ein Halbleiterlaser.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das
Verbindungshalbleiter-Bauelement eine pin-Photodiode.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines
Verbindungshalbleiter-Bauelements werden As-Molekülstrahlen auf
die Oberfläche der (AlYGa1-Y) 0,5In0,5P-Kristallschicht
(0 ≤ Y ≤ 1) mit Gitteranpassung an das GaAs-Substrat
aufgestrahlt, während die Temperatur des Substrats auf eine
Temperatur erhöht wird, bei der In in der Kristallschicht
verdampft, wodurch sich die Oberfläche der Kristallschicht in
eine AlYGa1-YAs-Kristallschicht Kristallschicht (0 ≤ Y ≤ 1)
mit einer Dicke einiger Moleküle ändert. Auf diese Weise
wird die Oberfläche der (AlYGa1-Y)0.5In0,5P-Kristallschicht
gereinigt, wobei gleichzeitig verhindert ist&sub1; daß In und P
aus der (AlYGa1-Y)0.5In0,5P-Kristallschicht verdampfen. Auch
dann, wenn eine AlXGa1-XAs-Kristallschicht (0 ≤ X ≤ 1) mit
einer Dicke einiger Moleküle auf der
AlYGa1-YAs-Kristallschicht ausgebildet ist, wird die Oberfläche der AlYGa1-YAs-
Kristallschicht gereinigt, was es ermöglicht, hohe
Kristallinität der AlXGa1-XAs-Kristallschicht zu erzielen. Demgemäß
kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines
Verbindungshalbleiter-Bauelements ein Verbindungshalbleiter
Bauelement hoher Qualität mit einer AlXGa1-XAs
Kristallschicht hoher Kristallinität schaffen, die auf einer
(AlYGa1-Y) 0,51n0,5P-Kristallschicht ausgebildet ist.
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Demgemäß ermöglicht es die hier beschriebene Erfindung, das
Ziel des Schaffens eines Verfahrens zum Herstellen eines
Verbindungshalbleiter-Bauelements mit hoher Qualität zu
erreichen, bei dem eine AlXGa1XAs-Kristallschicht hoher
Kristallinität leicht auf einer verschlechterten Oberfläche
einer (AlYGa1-Y)0,5In0,5P-Kristallschicht ausgebildet wird.
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Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen besser verstanden werden, und ihre zahlreichen
Aufgaben und Vorteile werden dem Fachmann hieraus erkennbar.
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Fig. 1(a) bis 1(c) sind Schnittansichten, die Schritte
eines Verfahrens zum Herstellen eines
Lichtemissions-Bauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigen;
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Fig. 2(a) bis 2(c) sind Schnittansichten, die Schritte
eines Verfahrens zum Herstellen eines
Lichtemissions-Bauelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigen;
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Fig. 3(a) bis 3(c) sind Schnittansichten, die Schritte
eines Verfahrens zum Herstellen eines Lichtemissions-Bauele
ments gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigen;
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die eine gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellte
pin-Photodiode zeigt;
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Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die einen herkömmlichen
Halbleiterlaser zeigt; und
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Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die einen anderen
herkömmlichen Halbleiterlaser zeigt.
Beispiel 1
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein erfindungsgemäßes
Herstellverfahren für ein Lichtemissions-Bauelement wie eine
Lichtemissionsdiode wie folgt beschrieben.
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Wie es in Fig. 1(a) dargestellt ist, werden auf einem GaAs-
Substrat 11 auf solche Weise eine GaAs-Pufferschicht 12 und
eine (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Schicht 14 hergestellt, daß durch
das MBE-Verfahren eine Schicht auf der anderen in dieser
Reihenfolge aufgewachsen wird. Die Substrattemperatur
beträgt in diesem Stadium 510ºC.
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Danach werden, nachdem die Einstrahlung von P-Molekülstrah
len beendet ist, As-Molekülstrahlen auf die
(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Schicht 14 gestrahlt, wie es in Fig.
1(b) dargestellt ist, während die Substrattemperatur auf
620ºC erhöht wird. Dieser Zustand wird für einige Minuten
beibehalten.
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Im Ergebnis werden In und p nahe der Oberfläche der
(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Schicht 14 durch As in den
As-Molekülstrahlen ersetzt, was den oberen Abschnitt nahe der
Oberfläche der Schicht 14 in eine Al0,7Ga0,3a5-Schicht 15 mit einer
Dicke von einigen Molekülen ändert.
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Diese Al0,7Ga0,3a5-Schicht 15 ist bei Temperaturen unter
ungefähr 680ºC thermisch stabil, was nur selten eine
Verdampfung der sie zusammensetzenden Elemente bewirkt. Demgemäß
ist die Verdampfung von In und P aus der Schicht 14, die
normalerweise bei ungefähr 620ºC aktiv ist, dadurch
verhindert, daß sie mit der Al0,7Ga0,3a5-Schicht 15 mit einer
Dicke einiger Moleküle bedeckt ist. Im Ergebnis kann selbst
bei einer Temperatur bis zu 620ºC eine Beeinträchtigung der
Schicht 14, wie sie durch die Verdampfung von In und P
hervorgerufen wird, und die bei einer Temperatur um 580ºC und
höher sehr wesentlich ist, verhindert werden.
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Nach der Herstellung der Al0,7Ga0,3a5-Schicht 15 wird
kontinuierlich auf dieser Al0,7Ga0,3a5-Schicht 15 eine
Al0,4Ga0,6a5-Schicht 16 aufgewachsen, wie in Fig. 1(c)
dargestellt. Das Aufwachsen der Al0,4Ga0,6a5-Schicht 16 erfolgt
durch das normale MBE-Verfahren, bei dem Al- und
Ga-Molekülstrahlen zusätzlich zu den As-Molekülstrahlen auf das
Schichtsubstrat gestrahlt werden. In diesem Stadium beträgt
die Substrattemperatur 620ºC. So wird ein Lichtemissions-
Bauelement hergestellt.
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Der Wirkungsgrad des durch das vorstehend beschriebene
Verfahren hergestellten Lichtemissions-Bauelements wurde
dadurch geprüft, daß die Photolumineszenz der Al0,4Ga0,6a5-
Schicht 16 mit derjenigen derselben Schicht eines
Lichtemissions-Bauelements verglichen wurde, das als
Vergleichsbeispiel durch ein Verfahren hergestellt wurde, bei dem der
obige zweite Schritt des Einstrahlens von
As-Molekülstrahlen, während die Substrattemperatur auf 620ºC erhöht wird,
aus dem obenbeschriebenen Verfahren herausgenommen ist. Das
Ergebnis war das, daß die Lumineszenzintensität des
Lichtemissions-Bauelements dieses Beispiels mehrfach höher war
als die des Lichtemissions-Bauelements des
Vergleichsbeispiels, was zeigt, daß die Kristallinität der Al0,4Ga0,6a5-
Schicht 16 dieses Beispiels gegenüber der derselben Schicht
des Vergleichsbeispiels überlegen ist.
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Ein Grund, weswegen durch das erfindungsgemäße Verfahren
eine Al0,4Ga0,6a5-Schicht 16 mit hoher Kristallinität
erhalten werden kann, ist der, daß, wie oben angegeben, die Aus
bildung der Al0,7Ga0,3a5-Schicht 15 die
(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Schicht 14 vor einer Beeinträchtigung
schützen kann, wie sie durch eine Verdampfung von in ihr
enthaltenem In und P hervorgerufen wird.
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Ein anderer Grund ist der, daß während des obigen zweiten
Schritts In und P nahe der Oberfläche der
(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Schicht 14 durch As in den
As-Molekülstrahlen ersetzt wird, wobei Verunreinigungen wie Oxide, die
nahe der Oberfläche der Schicht 14 vorhanden, entfernt
werden und dieser Bereich gereinigt wird. D. h., daß dann, wenn
die (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Schicht 14 während der inaktiven
Zeit von einigen Sekunden zwischen dem Anhalten der
Einstrahlung von P-Molekülstrahlen und dem Start der
Einstrahlung von As-Molekülstrahlen durch Fremdstoffe wie Sauerstoff
und Dampfin der Atmosphäre innerhalb des MBE-Geräts
verunreinigt wird, diese Verunreinigung dadurch gereinigt wird,
daß In und P im verunreinigten Bereich durch As ersetzt
werden. Im Ergebnis ist die Schwierigkeit betreffend
Verunreinigung der Kristalloberfläche beim Umschalten der
Molekülstrahl-Einstrahlung überwunden.
Beispiel 2
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Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein zweites Beispiel eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines
Lichtemissions-Bauelements wie folgt beschrieben.
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Wie es in Fig. 2(a) dargestellt ist, werden auf einem GaAs-
Substrat 11 eine GaAs-Pufferschicht 12 und eine GaInP-
Schicht 13 auf solche Weise hergestellt, daß durch das MBE-
Verfahren eine Schicht nach der anderen in dieser
Reihenfolge aufgewachsen wird. Die Substrattemperatur liegt in diesem
Stadium im Bereich von 450ºC bis 570ºC.
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Dann wird das geschichtete Substrat dem MBE-Gerät entnommen,
um die Oberfläche der aufgewachsenen Kristallfläche zu
betrachten, und es wird in das MBE-Gerät zurückgegeben. Danach
werden As-Molekülstrahlen auf die GaInP-Schicht 13
gestrahlt, wie es in Fig. 2(b) dargestellt ist, während die
Substrattemperatur auf 620ºC erhöht wird. Dieser Zustand
wird für einige Minuten beibehalten.
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Im Ergebnis sind In und P nahe der Oberfläche der GaInP-
Schicht 13 durch As in den As-Molekülstrahlen ersetzt, was
den oberen Abschnitt nahe der Oberfläche der GaInP-Schicht
13 in eine GaAs-Schicht 17 mit einer Dicke einiger Moleküle
ändert.
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Diese dünne GaAs-Schicht 17 ist bei Temperaturen unter
ungefähr 680ºC thermisch stabil, wodurch selten eine Verdampfung
der sie aufbauenden Elemente hervorgerufen wird. Demgemäß
ist eine Verdampfung von In und p aus der GaInP-Schicht 13,
die normalerweise bei ungefähr 620ºC aktiv ist, dadurch
verhindert, daß sie durch die GaAs-Schicht 17 mit einer Dicke
einiger Moleküle bedeckt ist. Im Ergebnis kann eine
Beeinträchtigung der GaInP-Schicht 13, die durch In und P
hervorgerufen wird und die Temperaturen um 580ºC oder höher höchst
ausgeprägt ist, selbst bei einer Temperatur bis zu 620ºC
verhindert werden.
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Nach der Herstellung der GaAs-Schicht 17 wird auf diese
GaAs-Schicht 17 kontinuierlich eine Al0,7Ga0,3a5-Schicht 18
aufgewachsen, wie es in Fig. 2(c) dargestellt ist. Das
Aufwachsen der Al0,7Ga0,3a5-Schicht 18 erfolgt durch das
normale MBE-Verfahren, bei dem Al- und Ga-Molekülstrahlen
zusätzlich zu den As-Molekülstrahlen auf das Schichtsubstrat
gestrahlt werden. In diesem Stadium beträgt die
Substrattemperatur 690ºC.
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Die so hergestellte AlGaAs-Schicht 18 zeigte dieselbe
Kristallinität wie die AlGaAs-Schicht 16 beim Beispiel 1.
Beispiel 3
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird ein erfindungsgemäßes
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements wie folgt
beschrieben.
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Wie es in Fig. 3(a) dargestellt ist, werden eine
GaAs-Pufferschicht 2 von erstem Leitungstyp, eine
GaInP-Pufferschicht 3 vom ersten Leitungstyp, eine erste AlGaInP-Mantel
schicht 4 vom ersten Leitungstyp, eine aktive GaInP-Schicht
5, eine zweite AlGaInP-Mantelschicht 6 von zweitem
Leitungstyp und eine GaInP-Schicht 7 vom zweiten Leitungstyp in
solcher Weise auf ein GaAs-Substrat 1 vom ersten Leitungstyp
aufgewachsen, daß durch das MBE-Verfahren eine Schicht nach
der anderen in dieser Reihenfolge aufgewachsen wird. Das
Aufwachsen jeder Schicht erfolgt innerhalb des MBE-Geräts
durch das normale MBE-Verfahren unter Verwendung von P als
Molekülstrahlquelle. Die Substrattemperatur in diesem
Stadium beträgt 510ºC, und die Dicke der GaInP-Schicht 7 vom
zweiten Leitungstyp beträgt 10 nm.
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Danach wird das Schichtsubstrat dem MBE-Gerät entnommen und
in ein anderes MBE-Gerät eingegeben, das As als
Molekülstrahlquelle verwendet. Dann werden As-Molekülstrahlen auf
die GaInP-Schicht 7 vom zweiten Leitungstyp gestrahlt,
während die Substrattemperatur auf 620ºC erhöht wird. Dieser
Zustand wird für einige Minuten aufrechterhalten.
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Im Ergebnis werden, wie es in Fig. 3(b) dargestellt ist, In
und P nahe der Oberfläche der GaInP-Schicht 7 durch As in
den As-Molekülstrahlen ersetzt, was den oberen Abschnitt
nahe der Oberfläche der GaInP-Schicht 7 in eine GaAs-Schicht
8 einer Dicke einiger Moleküle ändert.
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Nach der Herstellung der GaAs-Schicht 8 wird durch das MBE-
Verfahren eine GaAs-Deckschicht 9 vom zweiten Leitungstyp
auf die GaAs-Schicht 8 aufgewachsen. Dann wird durch ein
plasma-aktiviertes CVD-Verfahren ein isolierender
Siliziurnnitridfilm 21 auf die Deckschicht 9 aufgewachsen. Durch
Photoätzung des Siliziumnitridfilms 21 wird ein 10 µm
breiter, streifenförmiger Graben hergestellt, der sich durch die
Schicht hindurch erstreckt und die GaAs-Deckschicht 9 vom
zweiten Leitungstyp erreicht.
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Abschließend werden auf der Oberseite der so hergestellten
Schichten und an der Rückseite des Substrats 1 Elektroden 23
bzw. 22 hergestellt, um ein verstärkungs-geführtes
Halbleiterlaser-Bauelement herzustellen, wie es in Fig. 3(c)
dargestellt ist.
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Das wie vorstehend beschrieben hergestellte Halbleiterlaser-
Bauelement ist mit der GaAs-Deckschicht 9 vom zweiten
Leitungstyp versehen, die GaAs enthält, das über höhere
Wärmeleitfähigkeit als GaInP verfügt, was es ermöglicht, daß in
der aktiven Schicht 5 erzeugte Wärme wirkungsvoll zur
Außenseite des Halbleiterlaser-Bauelements diffundiert wird. Im
Ergebnis zeigt das Halbleiterlaser-Bauelement dieses
Beispiels hervorragende Temperatureigenschaften, im Vergleich
mit dem, das in Fig. 5 dargestellt ist, was bei
Raumtemperatur eine Dauerstrichschwingung von Lichtstrahlen einer
Wellenlänge von 670 nm ermöglicht.
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Bei einem Vergleichsbeispiel eines
Halbleiterlaser-Bauelements, das durch dasselbe Verfahren, wie es oben beschrieben
ist, mit der Ausnahme hergestellt wurde, daß der Schritt des
Einstrahlens von As-Molekülstrahlen bei Erhöhung der
Substrattemperatur auf 620ºC fehlt, war bei Raumtemperatur
keine Dauerstrichschwingung möglich, da der Schwellenstrom
erhöht war. Der Grund dafür ist der, daß die Oberfläche einer
GaInP-Schicht vom zweiten Leitungstyp beim
Vergleichsbeispiel innerhalb des MBE-Geräts nicht ausreichend gereinigt
wurde, nachdem sie in der Atmosphäre verunreinigt wurde,
wobei dann eine Kristallschicht darauf ausgebildet wurde. Im
Ergebnis konnte die ausgebildete Kristallschicht keine hohe
Kristallinität aufweisen, weswegen der
Strahlungswirkungsgrad der Laserstrahlen im Vergleich mit dem beim
Halbleiterlaser-Bauelement gemäß dem Beispiel 3 niedrig war.
Beispiel 4
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Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein erfindungsgemäßes
Verfahren zum Herstellen einer pin-Photodiode wie folgt
beschrieben.
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Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, werden eine
GaInP-Pufferschicht 3 von erstem Leitungstyp, eine aktive GaInP-Schicht
und eine GaInP-Schicht 7 von zweitem Leitungstyp auf einem
GaAs-Substrat 1 von erstem Leitungstyp auf solche Weise
hergestellt, daß durch das MBE-Verfahren eine Schicht auf der
anderen in der genannten Reihenfolge aufgewachsen wird. Das
Aufwachsen jeder Schicht erfolgt innerhalb des MBE-Geräts
durch das normale MBE-Verfahren unter Verwendung von P als
Molekülstrahlquelle.
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Danach wird das Schichtsubstrat dem MBE-Gerät entnommen und
in ein anderes MBE-Gerät eingegeben, das As als
Molekülstrahlquelle verwendet. Dann werden As-Molekülstrahlen auf
die GaInP-Schicht 7 vom zweiten Leitungstyp gestrahlt,
während die Substrattemperatur auf 620ºC erhöht wird. Dieser
Zustand wird für einige Minuten aufrechterhalten.
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Im Ergebnis werden In und P nahe der Oberfläche der GaInP-
Schicht 7 durch As in den As-Molekülstrahlen ersetzt, was
den oberen Abschnitt nahe der Oberfläche der GaInP-Schicht 7
in eine GaAs-Schicht 8 mit einer Dicke einiger Moleküle
ändert.
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Nach der Ausbildung der GaAs-Schicht 8 wird eine GaAs-
Schicht 9 vom zweiten Leitungstyp auf die GaAs-Schicht 8
aufgewachsen. Dann werden auf der Oberseite der GaAs-Schicht
9 vom zweiten Leitungstyp und der Rückseite des Substrats
Elektroden 23 bzw. 22 hergestellt.
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Danach werden ein vorgegebener Abschnitt der Elektrode 23
und die GaAs-Schicht 9 vom zweiten Leitungstyp so geätzt,
daß die Oberfläche der GaAs-Schicht 8 erreicht wird, um
einen Lichtempfangsabschnitt der Photodiode herzustellen.
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Ferner werden vorgegebene Abschnitte der Elektrode 23, der
GaAs-Schicht 9 vom zweiten Leitungstyp, der GaAs-Schicht 8,
der GaInP-Schicht 7, der aktiven GaInP-Schicht 5 und der
GaInP-Pufferschicht 3 vorn ersten Leitungstyp geätzt, um die
pin-Photodiode herzustellen, wie sie in Fig. 4 dargestellt
ist.
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Es zeigte sich, daß die Empfindlichkeit der so hergestellten
pin-Photodiode derjenigen einer pin-Photodiode überlegen
war, die auf dieselbe Weise hergestellt wurde, mit der
Ausnahme, daß der Schritt des Einstrahlens von
As-Molekülstrahlen auf die Schicht 7 und der Erhöhung der
Substrattemperatur auf 620ºC weggelassen wurde. Dies, da gemäß dem
Verfahren des Beispiels 4 die Ausbildung eines Oberflächenzustands
selbst auf der Oberfläche verringert ist, auf der das
Schichtwachstum zeitweilig angehalten wurde.
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Es ist zu beachten, daß dem Fachmann verschiedene andere
Modifizierungen ersichtlich sind und von ihm leicht
vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung
abzuweichen.