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DE69120865T2 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

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DE69120865T2
DE69120865T2 DE69120865T DE69120865T DE69120865T2 DE 69120865 T2 DE69120865 T2 DE 69120865T2 DE 69120865 T DE69120865 T DE 69120865T DE 69120865 T DE69120865 T DE 69120865T DE 69120865 T2 DE69120865 T2 DE 69120865T2
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crystal layer
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gaas
crystal
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Masahiro Kitakatsuragi-Gun Nara-Ken Hosoda
Sadayoshi Tenri-Shi Nara-Ken Matsui
Takahiro Yamatokoriyama-Shi Nara-Ken Suyama
Kosei Nara-Shi Nara-Ken Takahashi
Atsuo Yamatokoriyama-Shi Nara-Ken Tsunoda
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Sharp Corp
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • Fig. 5 ist eine Schnittansicht durch ein herkömmliches Halbleiterlaser-Bauelement für sichtbares Licht aus der AlGaInP- Gruppe, das durch das MBE-Verfahren hergestellt wurde.
  • 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.
  • 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.
  • Elektroden 85 und 84 sind auf dem isolierenden Siliziumnitridfilm 91 bzw. an der Rückseite des Substrats 71 ausgebildet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungshalbleiter-Bauelement eine Lichtemissionsdiode.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungshalbleiter-Bauelement ein Halbleiterlaser.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungshalbleiter-Bauelement eine pin-Photodiode.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden dem Fachmann hieraus erkennbar.
  • Fig. 1(a) bis 1(c) sind Schnittansichten, die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Lichtemissions-Bauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
  • Fig. 2(a) bis 2(c) sind Schnittansichten, die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Lichtemissions-Bauelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;
  • 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;
  • Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die eine gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellte pin-Photodiode zeigt;
  • Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die einen herkömmlichen Halbleiterlaser zeigt; und
  • Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die einen anderen herkömmlichen Halbleiterlaser zeigt.
  • Beispiel 1
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein erfindungsgemäßes Herstellverfahren für ein Lichtemissions-Bauelement wie eine Lichtemissionsdiode wie folgt beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein zweites Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Lichtemissions-Bauelements wie folgt beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die so hergestellte AlGaAs-Schicht 18 zeigte dieselbe Kristallinität wie die AlGaAs-Schicht 16 beim Beispiel 1.
  • Beispiel 3
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements wie folgt beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer pin-Photodiode wie folgt beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiter- Bauelements, mit den folgenden Schritten:
- Herstellen einer (AlYGa1-Y)0.5In0,5P-Kristallschicht (0 ≤ y ≤ 1) (13, 14) mit Gitteranpassung an ein GaAs-Substrat (11) auf dem letzteren;
- Einstrahlen von As-Molekülstrahlen durch ein MBE-Verfahren auf die Oberfläche der Kristallschicht (13, 14), während das Schichtsubstrat auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der In in der genannten Kristallschicht verdampft, wodurch sich die Oberfläche der Kristallschicht in eine AlYGa1-YAs-Kristall schicht (0 ≤ y ≤ 1) (15, 17) mit der Dicke einiger Moleküle ändert; und
- Herstellen einer AlXGa1-XAs-Kristallschicht (0 ≤ x ≤ 1) (16, 18) auf der AlYGa1-YAskristallschicht (15, 17).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verbindungshalbleiter-Bauelement eine Lichtemissionsdiode ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verbindungshalbleiter-Bauelement ein Halbleiterlaser ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verbindungshalbleiterbauelement eine pin-Photodiode ist.
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