DE102005004582A1 - III/V-Halbleiter - Google Patents

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Kerstin Dr. Volz
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen III/V-Halbleiter mit der Zusammensetzung Ga¶x¶In¶y¶N¶a¶AS¶b¶P¶c¶Sb¶d¶, wobei x = 70-100 Mol-%, y = 0-30 Mol-%, a = 0,5-15 Mol-%, b = 67,5-99,5 Mol-%, c = 0-32,0 Mol-% und d = 0-15 Mol-%, wobei sich x und y stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich a, b, c und d stets zu 100 Mol-% addieren und wobei das Verhältnis der Summen aus x und y einerseits und a bis d andererseits im wesentlichen 1 : 1 beträgt, sowie Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung zur Herstellung von Lumineszenzdioden und Laserdioden oder auch Modulator- und Detektorstrukturen, die monolithisch in integrierte Schaltkreise auf Basis der Si-Technologie integriert sind.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen neuen III/V-Halbleiter, eine Halbleiterschicht bestehend aus einem solchen Halbleiter, eine monolithisch integrierte Halbleiterstruktur enthaltend eine solche Halbleiterschicht, Verwendungen eines solchen Halbleiters oder einer solchen Halbleiterschicht, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiterschicht.
  • Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
  • Im Bereich der Computertechnologie besteht ein ständig wachsender Bedarf für höhere Prozessierungs- und Signalleitungskapazitäten in Verbindung mit hoher Zuverlässigkeit und Flexibilität. In der Vergangenheit hat die Chiptechnologie in Hinblick auf Integrationsdichte und Arbeitsgeschwindigkeiten bzw. Taktfrequenzen einen rapiden Fortschritt gemacht. Mit dem Fortschritt dieses Trends entstehen Probleme bei der Verbindung schneller Chips. Kritische Gesichtspunkte in Verbindung mit Hochgeschwindigkeitsverbindungen sind Zuverlässigkeit, Kosten, on-Chip Treibergröße und -leistung, Kreuzsprechen, Signalverzerrungen und Mangel an Flexibilität im Chipdesign. Verbindungen zwischen Chips durch Verwendung optoelektronischer Komponenten und optischer Wellenleiter bieten eine Lösung für viele dieser Verbindungsprobleme. Optische Verbindungen haben eine extrem hohe Bandbreite und sind vergleichsweise unempfindlich gegen Kreuzsprechen und andere Interferenzen. Durch Nutzung dieser Eigenschaften optischer Verbindungen kann es möglich werden, Hochgeschwindigkeitschips über optische Kanäle miteinander zu verbinden und eine beachtliche Verbesserung in Hinblick auf Verbindungsdichte, Stromverbrauch, Interferenzen und Kreuzsprechen zu erreichen.
  • Übliche hochintegrierte Schaltkreise basieren auf der Si-Technologie. Silicium ist jedoch ein indirekter Halbleiter, und die Erstellung effizienter optoelektronischer Komponenten in Si-Technologie ist folglich kaum möglich. Effiziente optoelektronische Bauelemente sind demgegenüber mit der Technologie der III/V-Halbleiter, beispielsweise der GaAs-Technologie, herstellbar, da es sich bei diesen Halbleitern vielfach um direkte und folglich mit hoher Effizienz lichtemittierende und -absorbierende Halbleiter handelt.
  • Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen wird üblicherweise mit Epitaxieverfahren gearbeitet. Sollen nunmehr Kontakte zwischen Schichten auf Basis der Si-Technologie mit Schichten auf Basis der Technologie der III/V-Halbleiter hergestellt werden, ist es problematisch, dass die Gitterkonstanten der jeweiligen Materialien unterschiedlich sind (dies gilt auch bei Einsatz von GaP Substraten an Stelle von Si Substraten). Hieraus folgt, dass im Rahmen des epitaktischen Wachstums von III/V-Halbleitern auf Si- (oder GaP)-Substraten Versetzungen entstehen. Solche Versetzungen stören jedoch die Funktion der gesamten Halbleiterstruktur in erheblichem Maße, zumal funktionelle Schichtdicken inzwischen in atomaren Bereichen liegen. Im Falle hoher Schichtdicken führt der Unterschied der Gitterkonstanten sogar zu Verbiegungen des Substrates. Ursache hierfür ist letztendlich, dass bei hohen Abscheidungstemperaturen ein epitaktisches Wachstum von III/V-Halbleitern auf Si- bzw. GaP-Halbleitern stattfindet, jedoch bereits bei weniger hohen Abscheidungstemperaturen die Versetzungsbildung einsetzt. Kühlt die Halbleiterstruktur dann auf Raumtemperatur ab, so führen die aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten entstehenden Unterschiede der Gitterkonstanten zu den vorstehend angesprochenen Verspannungen und Verwerfungen.
  • Zur Beherrschung der vorstehenden Probleme existieren verschiedene Ansätze. In der Literaturstelle EP 0380815 B1 ist beschrieben, dass GaAs-Schichten auf ein Si-Substrat unter Bildung von definierten Microcracks an vorbestimmten Orten abgeschieden werden können, wodurch Verwerfungen des Si-Substrates vermieden, zumindest jedoch reduziert werden. Diese Technologie ist jedoch aufgrund der mangelnden Kontrollierbarkeit von Microcracks in atomaren Maßstäben für hochintegrierte Schaltkreise ungeeignet.
  • Die Literaturstelle EP 0297483 beschreibt eine hybride integrierte Halbleiterstruktur, wobei auf einem Si-Substrat ein integrierter Schaltkreis auf Basis der Si-Technologie angebracht ist. Des Weiteren ist auf dem Si-Substrat ein optisch aktives Element in GaAs Technologie angeordnet. Eine elektrische Verbindung zwischen dem integrierten Schaltkreis und dem optisch aktiven Element wird jedoch nicht über einen direkten Kontakt oder über das Si-Substrat hergestellt, sondern vielmehr über eine elektrische Drahtverbindung. Auch diese Technologie ist für Anwendungen in hochintegrierten Schaltkreisen nicht geeignet.
  • Aus der Literaturstelle DE 10355357 ist es bekannt, im Rahmen von optisch aktiven Elementen auf Basis der III/V-Halbleiter eingerichteten Schichtstrukturen, Gitterkonstanten-bedingte Verspannungen beispielsweise durch zugverspannte Anpassungsschichten zu kompensieren. Durch die insofern bekannten Maßnahmen ist auch eine Modellierung elektronischer Eigenschaften möglich, wodurch bislang nicht zugängliche Emissionswellenlängen zugänglich werden.
  • Im Ergebnis besteht nach wie vor insbesondere für den Bereich hochintegrierter Schaltkreise der Bedarf, Baugruppen bzw. Schichtfolgen auf Basis der Si-Technologie sowie auf Basis der III/V-Halbleiter monolithisch miteinander zu verbinden.
    •
  • Technisches Problem der Erfindung
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, Mittel zur Schaffung von optisch aktiven Elementen auf Basis der III/V-Halbleiter auf Substraten der Si-Technologie oder GaP-Technologie anzugeben, wobei die Leitung elektrischer Signale der Si-basierten bzw. GaP-basierten Baugruppen zu und von den optisch aktiven Elementen integral, i. e. durch Kontakt von Schichten, gebildet ist, und zwar praktisch frei von nichtstrahlende Rekombinationszentren bildenden Versetzungen in dem III/V-Halbleiter bzw. an dessen Grenzfläche zur darunterliegenden Schicht. Der Erfindung liegt weiterhin das technische Problem zugrunde, stabile Lumineszenz- und Laserbauelemente auf Si-Substraten oder GaP-Substraten anzugeben, welche direkt, i. e. über Schichtkontakt, kontaktiert sind. Der Erfindung liegt des Weiteren das technische Problem zugrunde, eine monolithisch integrierte Halbleiterstruktur anzugeben, welche direkt, i. e. ohne drahtgebundene Verbindungsleitungen, Datenströme aus einer Si-technologiebasierten Prozessorschaltung als optisches Signal emittiert. Zudem liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine monolithisch integrierte Halbleiterstruktur anzugeben, mit deren Hilfe emittierte optische Signale auch moduliert und/oder detektiert werden können.
  • Grundzüge der Erfindung und Ausführungsformen
  • Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung einen III/V Halbleiter mit der Zusammensetzung GaxIny-NaAsbPcSbd, wobei x = 70 – 100 Mol-%, y = 0 – 30 Mol-%, a = 0,5 – 15 Mol-%, b = 67,5 – 99,5 Mol-%, c = 0 – 32,0 Mol-% und d = 0 – 15 Mol-%, wobei sich x und y stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich a, b, c und d stets zu 100 Mol-% addieren, und wobei das Verhältnis der Summen aus x und y einerseits und a bis d andererseits im wesentlichen 1:1 beträgt. Vorzugsweise ist y = 1 – 30 Mol-% und c = 1 – 32,0 Mol-%.
  • Im Falle eines P-freien Systems sollte In und/oder Sb enthalten sein, da diese Elemente wie P die durch den N-Einbau verursachten lokalen Verzerrungsfelder minimieren.
  • Bevorzugt sind insbesondere III/V-Halbleiter mit insbesondere den folgenden Zusammensetzungen:
    • a) x = 70 – 100 Mol-%, y = 0 – 30 Mol-%, a = 0,5 – 10 Mol-%, b = 70 – 98,5 Mol-%, c = 1 – 29,5 Mol-%, oder
    • b) x = 85 – 99 Mol-%, y = 1 – 15 Mol-%, a = 0,5 – 10 Mol-%, b = 70 – 98,5 Mol-%, c = 1 – 29,5 Mol-%, oder
    • c) x = 85 – 99 Mol-%, y = 1 – 15 Mol-%, a = 0,5 – 10 Mol-%, b = 70 – 98,5 Mol-%, c = 0 – 32 Mol-%, d = 1 – 10 Mol-%.
  • Die erfindungsgemäße Halbleiterklasse des Mischkristallsystems GaInNAsPSb zeichnet sich zum einen dadurch aus, dass sich aufgrund der Beimischung von Stickstoff gitterangepasste oder kompressiv verspannte Schichtfolgen auf GaP- und/oder Si-Substraten ohne die Ausbildung von Versetzungen herstellen lassen. Zum anderen tritt ab einer Stickstoffkonzentration von > 0,5 Mol-% eine Wechselwirkung der durch den Einbau von Stickstoff verursachten elektronischen Niveaus mit den Leitungsbandzuständen des stickstofffreien Mischkristallsystems am Γ-Punkt ein, die zu einer effektiven Rotverschiebung der fundamentalen Energielücke am Γ-Punkt führt und somit den Charakter als direkter Halbleiter des GaInNAsPSb-Materialsystems verstärkt. Beispielsweise für a = 1 – 10 Mol-%, b = 60 – 95 Mol-% und c = 2 – 15 Mol-%, vorzugsweise a = 3 – 5 Mol-%, b = 85 – 95 Mol-% und c = 4 – 8 Mol-%, ergibt sich eine fundamentale Energielücke von deutlich weniger als 1,8 eV, bis zu 1,4 eV herunter und tiefer. Dies verdeutlicht die drastische Beeinflussung der Energielücke durch den Einbau von Stickstoff in dieses Halbleitersystem.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine monolithisch integrierte Halbleiterstruktur enthaltend den folgenden Schichtaufbau:
    • A) eine Trägerschicht auf Basis dotiertem oder undotiertem Si oder GaP,
    • B) optional einer ersten stromführenden Schicht bestehen aus dotiertem Si, dotiertem GaP, oder dotiertem (AlGa) P,
    • C) optional einer ersten Anpassungsschicht, und
    • D) einem optisch aktiven Element enthaltend eine erfindungsgemäße Halbleiterschicht.
  • An die Schicht D) kann sich der folgende Schichtaufbau anschließen: E) optional eine zweite Anpassungsschicht und F) eine zweite stromführende Schicht bestehend aus dotiertem Si oder dotiertem GaP oder dotiertem (AlGa)P. Im Falle des (AlGa)P kann der Anteil Al 20–100 Mol-% betragen, wobei die Anteile Al und Ga stets 100 Mol-% ergeben. Die Schicht B) kann p- oder n-dotiert sein. Im Falle der Einrichtung der Schicht F) kann die Schicht F) p-dotiert sein, wenn die Schicht B) n-dotiert ist, und umgekehrt.
  • In aller Regel wird das optische Element einen Schichtaufbau (D1–D2–D3)n aufweisen, wobei die Schicht D2 eine Quantum Well Schicht aus einem erfindungsgemäßen Halbleiter ist, wobei die Schichten D1 und D3 Barriereschichten sind, und wobei n = 1 – 15, ist. Mit einem solchen optisch aktiven Element lassen sich sowohl Lumineszenzdioden als auch Laserdioden aufbauen. Anschließend an eine der endständigen Schichten D1 oder D3 kann eine Barriereschicht D4 angeschlossen sein. Es wird sich empfehlen, wenn die Barriereschichten Halbleiter mit der Zusammensetzung GapInqNrPSAst sind, wobei p = 85 – 100 Mol-%, q = 0 – 15 Mol-%, r = 0 – 15 Mol-%, s = 60 – 10 Mol-% und t = 0 – 40 Mol-%, wobei sich p und q stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich r, s und t stets zu 100 Mol-% addieren, wobei das Verhältnis der Summen aus p und q einerseits und r bis t andererseits im wesentlichen 1:1 beträgt, und wobei die Barriereschicht eine Schichtdicke von vorzugsweise 5–50 nm aufweist. Bevorzugte Bereiche sind: p = 90 – 100 Mol-%, q = 0 – 10 Mol-%, r = 0 – 10 Mol-%, s = 70 – 100 Mol-% und t = 0 – 30 Mol-%. Für die Schichtdicke ist ein Bereich von 2–20 nm bevorzugt. Eine Anpassungsschicht kann ein Halbleiter mit der Zusammensetzung GapInqTrPSAst sein, wobei p = 90 – 100 Mol-%, q = 0 – 10 Mol-%, r = 0 – 10 Mol-%, s = 70 – 100 Mol-% und t = 0 – 30 Mol-%, wobei sich p und q stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich r, s und t stets zu 100 Mol-% addieren, wobei das Verhältnis der Summen aus p und q einerseits und r bis t andererseits im wesentlichen 1:1 beträgt, und wobei die Anpassungsschicht eine Schichtdicke von vorzugsweise 50–500 nm aufweist.
  • Im Rahmen der erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Halbleiterstruktur kann eine zwischen der Trägerschicht und dem optisch aktiven Element angeordnete stromführende Schicht und/oder Barriereschicht zugleich Anpassungsschicht sein.
  • Unterhalb und/oder oberhalb des optisch aktiven Elementes kann zumindest eine optische Wellenleiterschicht angeordnet sein, welche optisch an das optisch aktive Element gekoppelt ist. Auf diese Weise lassen sich Datenströme als optische Signale von dem emittierenden optisch aktiven Element zu einem optischen Empfänger an anderem Orte auf dem Träger leiten. Es versteht sich, dass zusätzlich oder alternativ andere Elemente zur Leitung optischer Signale verwendet werden können, wie beispielsweise Fibern oder dergleichen.
  • Eine Lumineszenzdiode oder auch eine vertikalemittierende Laserdiode ist dadurch herstellbar, dass zwischen den Schichten A) und D) und/oder außerhalb der Schicht F) zumindest eine periodische Reflexionsstruktur eingerichtet ist.
  • Vorzugsweise weist das optisch aktive Element eine fundamentale Emissionswellenlänge im Bereich von 700–1100 nm aus.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbleiters oder einer erfindungsgemäßen Halbleiterschicht zur Herstellung einer Lumineszenzdiode (LED), einer VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) Laserdiode, oder einer VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) Laserdiode, sowie einer Modulator- oder einer Detektorstruktur.
  • Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Halbleiterschicht mit den folgenden Verfahrensschritten: ein Substrat auf Basis dotiertem oder undotiertem Si oder GaP wird in eine MOVPE-Apparatur (Metallorganische Gasphasenepitaxie) eingebracht, optional wird eine Oberfläche des Substrats in zumindest einem epitaktischen Beschichtungsschritt zunächst mit jeweils zumindest einer Anpassungsschicht, einer Barriereschicht, einer stromführenden Schicht, einer Wellenleiterschicht und/oder einer Reflexionsstruktur versehen, ein Trägergas wird mit Edukten in definierten Konzentrationen beladen, das beladene Trägergas wird über die Oberfläche des auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 700°C erhitzten Substrates bzw. auf die Oberfläche der obersten Schicht auf dem Substrat für eine definierte Expositionsdauer geleitet, wobei Gesamtkonzentation der Edukte und Expositionsdauer mit der Maßgabe aufeinander abgestimmt sind, dass die Halbleiterschicht mit einer vorgegebenen Schichtdicke auf der Oberfläche des Substrats bzw. der Oberfläche der obersten Schicht auf dem Substrat epitaktisch gebildet wird.
  • Vorteilhafterweise werden im Rahmen der MOVPE Technologie als Edukte eingesetzt: C1-C5 Trialkylgallium, insbesondere Triethylgallium (Ga(C2H5)3) und/oder Trimethylgallium (Ga(CH3)3), als Ga-Edukt, C1-C5 Trialkylindium, insbesondere Trimethylindium (In(CH3)3), als In-Edukt, Ammoniak (NH3), Mono(C1-C8)alkylhydrazin, insbesondere Tertiärbutylhydrazin (t-(C4H9)-NH-NH2), und/oder 1,1-Di(C1-C5)alkylhydrazin, insbesondere 1,1-Dimethylhydrazin ((CH3)2-N-NH2), als N-Edukt, Arsin (AsH3) und/oder C1-C5 Alkylarsin, insbesondere Tertiärbutylarsin (t-(C4H9)-AsH2), als As-Edukt, Phosphin (PH3) und/oder C1-C5 Alkylarsin, insbesondere Tertiärbutylphosphin (t-(C4H9)-PH2), as P-Edukt, und C1-C5 Trialkylantimon, insbesondere Trimethylantimon ((CH3)3Sb) und/oder Triethylantimon ((C2H5)3Sb) als Sb-Edukt, wobei die Alkylgruppen linear oder verzweigt sein können.
  • Vorzugsweise werden die Edukte in folgenden Mol-Verhältnissen eingesetzt: As-Edukt/Gruppe- III-Edukte 5–300, P-Edukt/Gruppe-III-Edukte 0–500, N-Edukt/AS-Edukt 0,1–10, optional Sb-Edukt/As-Edukt 0–1, wobei die Oberflächentemperatur des Substrats im Bereich von 500°C bis 630°C eingestellt ist, wobei der Gesamtdruck von Trägergas und Edukten im Bereich von 10 bis 1000 hPa oder bis 200 hPa eingestellt ist, wobei das Verhältnis des Partialdrucks der Summe aller Edukte zum Partialdruck des Trägergases zwischen 0,005 bis 0,1 liegt, und wobei die Abscheiderate 0,1 bis 10 μm/h beträgt. Insbesondere können die folgenden Verhältnisse eingesetzt sein:
    As-Edukt/Gruppe-III-Edukte 10–100, beispielsweise 10–30, P-Edukt/Gruppe-III-Edukte 1–100, beispielsweise 1–10, N-Edukt/As-Edukt 1–10, beispielsweise 3–8. Die Oberflächentemperatur kann vorzugsweise im Bereich von 500°C bis 650 °C, insbesondere 550°C bis 600°C, liegen. Der Gesamtdruck von Trägergas und Edukte kann im Bereich von 20–100 hPa liegen. Das Verhältnis des Partialdrucks aller Edukte zum Partialdruck des Trägergases kann im Bereich 0,01 bis 0,05 liegen. Die Abscheiderate kann zwischen 0,1–5 μm/h, insbesondere 0,5 bis 3 μm/h, betragen.
  • Grundsätzlich richten sich die genauen Konzentrationen der Edukte nach den thermischen Zerlegungseigenschaften der jeweiligen Edukte im MOVPE Prozess. Die Wachstumsgeschwindigkeit der Schicht wird dabei durch die Konzentrationen der Gruppe-III-Edukte bestimmt. Auf Basis der dem Fachmann bekannten unterschiedlichen Zerlegungseigenschaften der Ga- und ggf. In-Edukte werden je nach gewählter Abscheidetemperatur (Oberflächentemperatur des Substrats) geeignete Eduktkonzentrationen eingestellt, die zu den gewünschten Gruppe-III-Konzentrationen der jeweiligen Elemente in der erfindungsgemäßen Halbleiterschicht führen. Aufgrund der bekannten temperaturabhängigen; inkongruenten Verdampfung der Gruppe-V-Edukte bzw. Spezies von der Wachstumsoberfläche von III/V-Verbindungshalbleitern sollten die jeweiligen Gruppe-V-Eduktkonzentrationen in der MOVPE-Abscheidung sorgfältig auf die gewünschten Konzentrationen in der erfindungsgemäßen Halbleiterschicht als Funktion der gewählten Abscheidetemperatur im Überschuss eingestellt werden. Dies ist für den Fachmann ggf. durch einfache Versuche einstellbar. Für höhere Abscheidetemperaturen bzw. schlechter zerlegende Edukte müssen ggf. noch höhere V/III- aber auch noch höhere N/As-Verhältnisse als vorstehend angegeben, gewählt werden. Für niedrigere Abscheidetemperaturen gilt entsprechend das umgekehrte Verhalten.
  • Alternativ zu MOVPE können als Epitaxieverfahren selbstverständlich auch andere Epitaxieverfahren, wie MBE (Molekularstrahlepitaxie), auch unter Einschluss von Gasquellen insbesondere für die Gruppe V-Komponenten (Gas-Source MBE, GS-MBE), CBE (Chemical Beam Epitaxie) oder auch MOMBE (Metallorganische Molekularstrahlepitaxie) genannt, eingesetzt werden. Diese Verfahren können mit Hilfe der üblichen und per se bekannten Epitaxie-Apparaturen ausgeführt werden, wo dann die jeweils geeigneten und per se bekannten Edukte bzw. Quellen einzusetzen sind. Die jeweiligen Bedingungen sind durch den Fachmann unschwer einstellbar.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur ist des Weiteren in den Ansprüchen 22 bis 33 angeben.
  • Definitionen
  • Ein direkter Halbleiter ist ein Halbleiter, bei welchem in der Bandstruktur Valenzbandmaximum und Leitungsbandminimum einander bei gleichem Kristallimpulsvektor gegenüber stehen. Demgegenüber stehen das Valenzbandmaximum sowie das Leitungsbandminimum bei einem indirekten Halbleiter einander nicht bei gleichem Kristallimpulsvektor gegenüber, sondern liegen bei unterschiedlichen Kristallimpulsvektoren.
  • Als monolithische Halbleiterstruktur ist eine Struktur bezeichnet, bei welcher eine elektrische Kontaktierung verschiedener funktioneller Halbleiterbereiche über miteinander unmittelbar verbundene (vorzugsweise epitaktische) Schichten erfolgt. Demgegenüber erfolgt bei einer hybriden Halbleiterstruktur eine elektrische Verbindung zwischen verschiedenen funktionellen Halbleiterbereichen über Hilfsverbindungen, wie beispielsweise Drahtverbindungen.
  • Ein n-dotierter Halbleiter ist ein Halbleiter, in welchem die elektrische Leitung über Elektronen aufgrund von Donatoratomen mit überschüssigen Valenzelektronen erfolgt. Für die n-Dotierung von Silicium kommen beispielsweise in Frage Stickstoff, Phosphor, Arsen und Antimon. Für die n-Dotierung von GaP- oder (AlGa)P-Halbleitern kommen beispielsweise in Frage Silicium und Tellur. Bei einem p-dotierten Halbleiter erfolgt die elektrische Leitung über Löcher durch Einbau von Akzeptoratomen. Für Silicium kommen als Akzeptoren in Frage Bor, Aluminium, Gallium und Indium. Für GaP oder (AlGa)P kommen in Frage Akzeptoren wie beispielsweise Magnesium, Zink oder Kohlenstoff.
  • Eine stromführende Schicht besteht aus einem Halbleiter, welcher in einem Maße dotiert ist, dass eine für die Zurverfügungstellung einer definierten elektrischen Leistung ausreichende Leitfähigkeit gegeben ist.
  • Erfindungsgemäße III/V-Halbleiter sind typischerweise kompressiv verspannt. Zum Zwecke der Gitteranpassung sowie der Modellierung der Bandstruktur sind Barriereschichten eingerichtet, welche zugverspannt sein können. Hierdurch wird eine Verspannungskompensation des erfindungsgemäßen III/V-Halbleiters erreicht.
  • Ein optisch aktives Element gemäß der Erfindung wandelt elektrische Energie in Lichtstrahlung um und emittiert diese, moduliert die Lichtstrahlung und/oder absorbiert Lichtstrahlung und wandelt diese in ein elektrisches Signal um. Für Laserdioden ist n typischerweise 1–5. Für Lumineszenzdioden kann n aber auch bis zu 15 betragen. Für Modulatoren oder Detektorstrukturen kann n aber auch wesentlich größer sein und Werte bis zu 50 und darüber annehmen.
  • Eine Anpassungsschicht dient zur Kompensation von Verspannungen zwischen einem erfindungsgemäßen Halbleiterschicht bzw. einer Halbleiterstruktur auf Basis von III/V-Halbleitern auf Si- oder GaP-Substraten.
  • Eine Quantum Well Schicht wird auch als Quantenfilm bezeichnet. Durch den beidseitigen Kontakt mit einer Barriereschicht werden die Ladungsträger in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt und befinden sich im Falle epitaktischer Schichten folglich in einem eindimensionalen Einschluss (Bewegung überwiegend in zwei Raumdimensionen). Optisch aktive Elemente mit dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau werden auch Multiple Quantum Well (MQW) Strukturen genannt. Durch epitaktische Verspannungen zwischen den Quantum Well Schichten und den Barriereschichten lassen sich zudem die elektronischen Eigenschaften in Hinblick auf die fundamentale Bandlücke beeinflussen.
  • Optische Wellenleiterschichten sind aus dem Stand der Technik vielfältig bekannt. Lediglich beispielhaft wird hierzu auf die Literaturstelle "Semiconductor Optoelektronics: Physics and Technology", J. Singh, McGraw-Hill Inc., New York (1995) verwiesen.
  • Als periodische Reflexionsstruktur sind dielektrische und/oder epitaktische (λ/4) Vielschichtspiegel bezeichnet. Es handelt sich um sog. Distributed Bragg Reflektoren (DBR), die das aus dem optisch aktiven Element emittierte Licht zurückspiegeln und somit in dem Laserresonator den hochreflektierten Endspiegel darstellen. Ergänzend wird hierzu auf die Literaturstelle "Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Design, Fabrication, Characterization and Applications", Eds.: C. Wilmsen et al., Cambridge University Press, Cambridge (1999) verwiesen. Solche periodischen Reflexionsstrukturen können auch zum Zwecke der Stromzuführung p- oder n-dotiert sein. Dann übernehmen diese periodischen Reflexionsstrukturen gleichzeitig die Funktion einer stromführenden Schicht.
  • Erfindungsgemäße III/V-Halbleiter sind typischerweise bei Raumtemperatur bzw. Betriebstemperatur metastabil. Dies bedeutet, dass aufgrund der Thermodynamik der Zusammenhänge bei der betreffenden Temperatur keine stabile homogene Phase existieren dürfte, sondern ein Zerfall in zumindest zwei verschiedene Phasen erfolgen müsste. Dieser Zerfall ist jedoch kinetisch gehemmt. Zur Überwindung der kinetischen Hemmung müsste eine hohe Temperatur einwirken, und aus diesem Grunde können solche metastabilen Phasen nur bei vergleichsweise geringen Substrattemperaturen, typischerweise unter 700 °C epitaktisch abgeschieden werden. Nach der Abscheidung bei erniedrigten Temperaturen kann zur Reduktion nichtstrahlender Rekombinationszentren ein Ausheizschritt der erfindungsgemäßen Halbleiterschicht im Temperaturbereich von typischerweise 700 °C bis 850 °C eingesetzt werden. Hier kommen sowohl Gleichgewichtsausheizschritte, zum Beispiel direkt in einem MOVPE-Reaktor, als auch Nichtgleichgewichtsverfahren, wie z.B. "Rapid Thermal Annealing" (RTA) in Frage. Die jeweiligen Ausheiztemperaturen sind hierbei so zu wählen, dass kein Zerfall in verschiedene Phasen beobachtet wird.
  • Eine erfindungsgemäß eingesetzte Trägerschicht ist typischerweise ein GaP- oder Si-Einkristall. Es versteht sich, dass die Oberfläche eines solchen Einkristalles in fachüblicher Weise gereinigt und für die epitaktische Beschichtung vorbereitet sein kann. Hierzu wird ergänzend auf die Literaturstelle A. Ishizaka et al., J. Electrochem. Soc. 33:666 (1986) verwiesen.
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  • Beispiel 1: Herstellung einer erfindungsgemäßen Halbleiterschicht
  • Nach üblicher Vorbehandlung wird ein Si-Wafer (Hersteller: Wacker, Virginia Semiconductor) in eine MOVPE-Apparatur (Typ AIX200-GFR des Herstellers Aixtron) eingesetzt. Zunächst werden in fachüblicher Weise epitaktische Schichten auf dem Si-Wafer abgeschieden, welche in folgenden Beispielen näher erläutert sind. Auf die so erhaltene Oberfläche wird dann eine Schicht aus dem erfindungsgemäßen III/V-Halbleiter abgeschieden. Hierzu wird ein Inertgasstrom (H2) mit den verschiedenen Edukten beladen. Als Edukte werden eingesetzt: Trimethylgallium, Trialkylindium (sofern vorgesehen), 1,1-Dimethylhydrazin, Tertiärbutylarsin, Tertiärbutylphosphin und Trimethylantimon (sofern vorgesehen). Alle diese Edukte sind beispielsweise von Akzo Nobel HPMO erhältlich.
  • Für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Halbleiterschicht mit einer beispielhaften Zusammensetzung von Ga (N0,037As0,883P0,08) wurden die folgenden Bedingungen bei einem Gesamtreaktordruck von 50 hPa gewählt: Partialdrücke TEGa 0,007 hPa, TBAs 0,142 hPa, TBP 0,035 hPa und UDMHy 0,85 hPa. Hieraus ergeben sich die folgenden Verhältnisse: As/Ga-Verhältnis 20, P/Ga-Verhältnis 5, und N/AS-Verhältnis 6.
  • Das beladene H2-Trägergas mit einem Gesamtdruck von 50 hPa wird sodann für eine Dauer von 22 s über die auf 575 °C erwärmte Oberfläche des beschichteten Substrates geleitet. Es wird eine erfindungsgemäße Schicht mit der Dicke von 7,0 nm erhalten. Nach Ablauf der Expositionsdauer für die erfindungsgemäße Halbleiterschicht wird die MOVPE-Anlage auf die Abscheidebedingungen der entsprechenden Barrieren- oder Anpassungsschicht umgestellt.
  • Beispiel 2: Herstellung eines optisch aktiven Elements
  • In der MOVPE-Apparatur des Beispiels 1 werden auf einen Si-Wafer zunächst in folgenden Beispielen erläuterte Schichten in fachüblicher Weise epitaktisch aufgewachsen. Anschließend werden abwechselnd jeweils eine Barriereschicht und eine Quantum Well Schicht abgeschieden, wobei die Abscheidung einer Barriereschicht den Abschluss bildet. Diese periodische Schichtstruktur umfasst insgesamt 5 Quantum Well Schichten. Als Quantum Well Schicht wird eine Schicht gemäß Beispiel 1 eingesetzt. Alle Quantum Well Schichten haben die gleiche Zusammensetzung. Als Barriereschichten wurde GaP eingesetzt. Alle Barriereschichten haben die gleiche Zusammensetzung. Die Quantum Well Schichten haben jeweils Schichtdicken zwischen 2 und 20 nm. Die Barriereschichten haben Schichtdicken zwischen 5 und 500 nm.
  • Beispiel 3: Erfindungsgemäße monolithische integrierte Halbleiterstruktur
  • Eine erfindungsgemäße monolithische integrierte Halbleiterstruktur ist in der 1 dargestellt. Zur Herstellung werden die Schichten B1) bis F2) subsequent auf einen Si-Wafer A epitaktisch aufgewachsen. Bei der Schicht B1) handelt es sich um p-dotiertes GaP. Als Dotierelement kommt Zink oder Magnesium zum Einsatz. Die Dotierkonzentration ist typischerweise 1·1018 cm–3. Die Schichtdicke der Schicht B1) beträgt 5–300 nm. Bei der Schicht B1) handelt es sich um eine Kontaktschicht, welche auch stromführend ist. Anschließend wird die Schicht B2) erzeugt, welche aus p-dotiertem (AlGa)P gebildet ist. Dotiert wird mit Zink oder Magnesium in einer Dotierungskonzentration von typischerweise 1·1018 cm–3. Die Aluminiwnkonzentration beträgt mehr als 15 Mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Gruppe-III-Elementen. Ein typischer Wert liegt im Bereich von 15–45 Mol-%. Alternativ kann auch p-dotiertes (AlGa)(NP) eingesetzt werden, wobei in Bezug auf die Dotierung und Aluminiumgehalt das Vorstehende gilt. Der Anteil an Stickstoff beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge an Gruppe-V-Elementen, 0–4 Mol-%. Die Schichtdicke beträgt zwischen 500 und 1.500 nm. Bei der Schicht B2) handelt es sich um eine Wellenleiterschicht, welche zugleich als stromführende Schicht funktioniert. Die hierauf angeordnete Schicht C) besteht aus undotiertem GaP. Die Schichtdicke beträgt 50–100 nm. Es handelt sich um eine Separate Confinement Heterostruktur ähnlich einer Barriereschicht. Zudem funktioniert die Schicht C) als Anpassungsschicht. Der Übersichtlichkeit halber ist das hierauf angeordnete optisch aktive Element D) als eine einzige Schicht dargestellt. Tatsächlich enthält die Schicht D) eine Schichtstruktur gemäß Beispiel 2. Die Schicht E) entspricht der Schicht C). Beide Schichten können alternativ auch als Ga(NP)-, (GaIn)(NP)-, oder (GaIn)(NaSP)-Schichten ausgebildet sein. Hierbei kann der Stickstoffanteil, bezogen auf die Gruppe-V-Elemente, im Bereich von 0–10 Mol-% liegen. Im Falle der letztgenannten Schicht kann der Anteil an In bezogen auf die Gesamtmenge an Gruppe-III-Elementen, im Bereich von 0–15 Mol-% liegen. Die Schicht F1) entspricht der Schicht B2) und die Schicht F2) entspricht der Schicht B1) mit dem Unterschied, dass die Schichten F1) und F2) n-dotiert sind. Als Dotierelement ist Tellur mit einer Dotierungskonzentration von typischerweise 2·1018 cm3 eingesetzt. Die Schichtdicken der Schichten E), F1) und F2) entsprechen den Schichtdicken der Schichten C), B2) und B1) (in zum optisch aktiven Element spiegelsymmetrischer Reihenfolge).
  • Zur Verbesserung des Auskoppelgrades können für Lumineszenzdioden als optisch aktives Element zusätzlich noch (AlGa)/P/(AlGa)P-periodische Reflexionsstrukturen (DBR-Strukturen) mit unterschiedlichen Aluminiumgehalten in die unter dem optisch aktiven Element liegende Stromführungsschicht eingebaut werden. Der Aluminiumanteil aufeinander folgender Schichten ist hierbei unterschiedlich und beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge an Gruppe-III-Elementen, 0–60 Mol-% bzw. 40–100 Mol-%. Alternativ können zur Verspannungskompensation dieser DBR-Strukturen jeweils auch (AlGa)(NP)-Einzelschichten eingesetzt werden, wobei die Al-Gehalte wie vorstehend und die N-Gehalte von 0–4 Mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Gruppe-V-Elementen, zu wählen sind.
  • Für oberflächenemittierende Laserdioden (VCSEL) als optisch aktives Element wird das optisch aktive Element sowohl unterhalb als auch oberhalb durch eine Reflexionsstruktion der vorstehenden Art umschlossen. Zur Stromzuführung können entweder diese beiden DBR-Spiegelstrukturen n- bzw. p-dotiert sein, oder in die Gesamtstruktur werden zusätzlich sog. Intra-Cavity-Stromkontakte eingefügt, die es erlauben, die beiden DBR-Spiegel undotiert herzustellen. In entsprechender Weise lassen sich auch VECSEL-Strukturen herstellen.
  • Beispiel 4: Fundamentale Energielücke eines erfindungsgemäßen Halbleiters
  • Eine gemäß Beispiel 1 hergestellte Halbleiterschicht mit 4 Mol-% Stickstoff, 90 Mol-% Arsen und 6 Mol-% Phosphor, bezogen auf die Gesamtmenge an Gruppe-V-Elementen, wurde mit Hilfe der Photolumineszenz-Anregungsspektroskopie untersucht. Das Ergebnis ist in der 2 dargestellt. Die fundamentale Energielücke beträgt ca. 1,4 eV. Dieser Wert liegt deutlich unter dem ohne die Stickstoff-Wechselwirkung modellierten Wert von 1,8 eV und verdeutlicht die drastische Beeinflussung der Energielücke durch den Einbau von Stickstoff in das erfindungsgemäße Halbleitersystem.
  • Beispiel 5: Versetzungsfreie Struktur erfindungsgemäßer aktiver optischer Elemente
  • Ein gemäß Beispiel 2 hergestelltes optisch aktives Element wurde mit Hilfe der hochauflösenden Röntgenbeugung (HR-XRD) und der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht.
  • 3 zeigt ein experimentelles HR-XRD-Profil (3 oben) im Vergleich zu einem theoretischen Profil gemäß der dynamischen Röntgenbeugungstheorie (3 unten). Die beobachtete Schärfe der einzelnen Beugungsreflexe und die nahezu perfekte Übereinstimmung des experimentellen mit dem theoretischen Beugungsprofil belegen die großflächig hervorragende strukturelle Schichtqualität ohne Ausbildung von Versetzungen.
  • 4 zeigt eine TEM-Dunkelfeldaufnahme. Hierin erkennt man als dunkle Schichten erfindungsgemäße pentanäre Schichten. Bei den helleren Schichten handelt es sich um Ga(NP)-Barriereschichten. Alle drei Schichten sind klar aufgelöst und es sind keinerlei ausgedehnte Defekte im kristallinen Aufbau erkennbar. In der hochauflösenden TEM-Aufnahme der 5 zeigen sich beim Übergang der (dunklen) erfindungsgemäßen pentanären Schicht zur Barriereschicht nahezu atomar abrupte Grenzflächen, welche frei von Versetzungen und dergleichen sind.

Claims (35)

  1. III/V Halbleiter mit der Zusammensetzung GaxInyNaAsbPcSba, wobei x = 70 – 100 Mol-%, y = 0 – 30 Mol-%, a = 0,5 – 15 Mol-%, b = 67,5 – 99,5 Mol-%, c = 0 – 39,5 Mol-% und d = 0 – 15 Mol-%, wobei sich x und y stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich a, b, c und d stets zu 100 Mol-% addieren, und wobei das Verhältnis der Summen aus x und y einerseits und a bis d andererseits im wesentlichen 1:1 beträgt.
  2. III/V Halbleiter nach Anspruch 1, wobei y = 1 bis 30 Mol-%.
  3. III/V Halbleiter nach Anspruch 1 oder 2, wobei c = 1 – 32,0 Mol-%.
  4. III/V Halbleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Halbleiter ein direkter Halbleiter ist.
  5. Halbleiterschicht bestehend aus einem Halbleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schichtdicke der Halbleiterschicht im Bereich von 1–50 nm, vorzugsweise 2–20 nm, liegt.
  6. Monolithische integrierte Halbleiterstruktur enthaltend den folgenden Schichtaufbau: A) eine Trägerschicht auf Basis dotiertem oder undotiertem Si oder GaP, B) optional einer ersten stromführenden Schicht bestehend aus dotiertem Si, dotiertem GaP, oder dotiertem (AlGa)P, C) optional einer ersten Anpassungsschicht, und D) einem optisch aktiven Element enthaltend eine Halbleiterschicht nach Anspruch 5.
  7. Halbleiterstruktur nach Anspruch 6 mit dem an die Schicht D) anschließenden folgenden Schichtaufbau: E) optional einer zweiten Anpassungsschicht, und F) einer zweiten stromführenden Schicht bestehend aus dotiertem Si oder dotiertem GaP oder dotiertem (AlGa)P.
  8. Halbleiterstruktur nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Schicht B) p- oder n-dotiert ist.
  9. Halbleiterstruktur nach Anspruch 8, wobei die Schicht F) p-dotiert ist, wenn die Schicht B) n-dotiert ist, und wobei die Schicht F) n-dotiert ist, wenn die Schicht B) p-dotiert ist.
  10. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das optisch aktive Element einen Schichtaufbau (D1–D2–D3)n aufweist, wobei die Schicht D2 eine Quantum Well Schicht aus einem Halbleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ist, wobei die Schichten D1 und D3 Barriereschichten sind, und wobei n = 1 – 50, insbesondere 1–15.
  11. Halbleiterstruktur nach Anspruch 10, wobei anschließend an eine der endständigen Schichten D1 oder D3 eine Barriereschicht D4 angeschlossen ist.
  12. Halbleiterstruktur nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Barriereschichten Halbleiter mit der Zusammensetzung GapInqNrPSAst sind, wobei p = 85 – 100 Mol-%, q = 0 – 15 Mol-%, r = 0 – 15 Mol-%, s = 60 – 100 Mol-% und t = 0 – 40 Mol-%, wobei sich p und q stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich r, s und t stets zu 100 Mol-% addieren, wobei das Verhältnis der Summen aus p und q einerseits und r bis t andererseits im wesentlichen 1:1 beträgt, und wobei die Barriereschicht eine Schichtdicke von vorzugsweise 5–50 nm aufweist.
  13. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei die erste und/oder die zweite Anpassungsschicht Halbleiter mit der Zusammensetzung GaPInqNrPSAst sind, wobei p = 90 – 100 Mol-%, q = 0 – 10 Mol-%, r = 0 – 10 Mol-%, s = 70 – 100 Mol-% und t = 0 – 30 Mol-%, wobei sich p und q stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich r, s und t stets zu 100 Mol-% addieren, wobei das Verhältnis der Summen aus p und q einerseits und r bis t andererseits im wesentlichen 1:1 beträgt, und wobei die Anpassungsschicht eine Schichtdicke von vorzugsweise 50–500 nm aufweist.
  14. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei eine zwischen der Trägerschicht und dem optisch aktiven Element angeordnete stromführende Schicht und/oder Barriereschicht zugleich Anpassungsschicht ist.
  15. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei unterhalb und/oder oberhalb des optisch aktiven Elementes zumindest eine optische Wellenleiterschicht angeordnet ist, welche optisch an das optisch aktive Element gekoppelt ist.
  16. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei zwischen den Schichten A) und D) und/oder außerhalb der Schicht F) zumindest eine periodische Reflektionsstruktur eingerichtet ist.
  17. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 16, wobei das optische aktive Element eine fundamentale Emissionswellenlänge im Bereich von 700–1100 nm aufweist.
  18. Verwendung eines Halbleiters nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einer Halbleiterschicht nach Anspruch 5 zur Herstellung einer Lumineszenzdiode, einer VCSEL Laserdiode, einer VECSEL Laserdiode, einer Modulatorstruktur, oder einer Detektorstruktur.
  19. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschicht nach Anspruch 5 mit den folgenden Verfahrensschritten: ein Substrat auf Basis dotiertem oder undotiertem Si oder GaP wird in eine MOVPE-Apparatur eingebracht, optional wird eine Oberfläche des Substrats in zumindest einem epitaktischen Beschichtungsschritt zunächst mit jeweils zumindest einer Anpassungsschicht, einer Barriereschicht, einer stromführenden Schicht, einer Wellenleiterschicht und/oder einer Reflexionsstruktur versehen, ein inertes Trägergas wird mit Edukten in definierten Konzentrationen beladen, das beladene Tragergas wird über die Oberfläche des auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 700 °C erhitzten Substrates bzw. auf die Oberfläche der obersten Schicht auf dem Substrat für eine definierte Expositionsdauer geleitet, wobei Gesamtkonzentation der Edukte und Expositionsdauer mit der Maßgabe aufeinander abgestimmt sind, dass die Halbleiterschicht mit einer vorgegebenen Schichtdicke auf der Oberfläche des Substrats bzw. der Oberfläche der obersten Schicht auf dem Substrat epitaktisch gebildet wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei als Edukte eingesetzt werden: C1-C5 Trialkylgallium, insbesondere Triethylgallium (Ga(C2H5)3) und/oder Trimethylgallium (Ga(CH3)3) als Ga-Edukt, optional C1-C5 Trialkylindium, insbesondere Trimethylindium (In(CH3)3) als In-Edukt, Ammoniak (NH3), Mono(C1-C8)alkylhydrazin, insbesondere Tertiärbutylhydrazin (t-(C4H9)NHNH2) und/oder 1,1-Di(C1-C5)alkylhydrazin, insbesondere 1,1-Dimethylhydrazin ((CH3)2-N-NH2) als N-Edukt, Arsin (AsH3) und/oder C1-C5 Alkylarsin, insbesondere Tertiärbutylarsin (t-(C4H9)-AsH2) als As-Edukt, Phosphin (PH3) und/oder C1-C5 Alkylarsin, insbesondere Tertiärbutylphosphin (t-(C4H9)-PH2) as P-Edukt, und optional C1-C5 Trialkylantimon, insbesondere Triethylantimon (Sb(C2H5)3) und/oder Trimethylantimon (Sb(CH3)3) als Sb-Edukt, wobei die Alkylgruppen linear oder verzweigt sein können.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Edukte in folgenden Mol-Verhältnissen eingesetzt werden: As-Edukt/Gruppe-III-Edukte 5–300 P-Edukt/Gruppe-III-Edukte 0–500 N-Edukt/AS-Edukt 0,1–10 optional Sb-Edukt/As-Edukt 0–1, wobei die Oberflächentemperatur des Substrats im Bereich von 500°C bis 630°C eingestellt ist, wobei der Gesamtdruck von Trägergas und Edukten im Bereich von 10 bis 200 hPa eingestellt ist, wobei das Verhältnis der Summe der Partialdrucke der Edukte zum Partiaidruck des Trägergases zwischen 0,005 bis 0,1 liegt, und wobei die Abscheiderate 0,1 bis 10 μm/h beträgt.
  22. Verfahren zur Herstellung einer monolithischen integrierten Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 17, wobei auf eine Trägerschicht A auf Basis dotiertem oder undotiertem Si oder GaP, optional eine ersten stromführende Schicht B bestehend aus dotiertem Si, dotiertem GaP, oder dotiertem (AlGa)P epitaktisch aufgewachsen wird, optional eine erste Anpassungsschicht C epitaktisch aufgewachsen wird, und eine Multilayerstruktur D, welche ein optisch aktiven Element, enthaltend eine Halbleiterschicht nach Anspruch 5, bildet, epitaktisch aufgewachsen wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei auf das optisch aktive Element optional eine zweite Anpassungsschicht E, und eine zweite stromführende Schicht F bestehend aus dotiertem Si oder dotiertem GaP oder dotiertem (AlGa)P epitaktisch aufgewachsen wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Schicht B p- oder n-dotiert ist.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Schicht F) p-dotiert ist, wenn die Schicht B) n-dotiert ist, und wobei die Schicht F) n-dotiert ist, wenn die Schicht B) p-dotiert ist.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei das optisch aktive Element durch epitaktisches Aufwachsen von Schichten D1, D2, und D3 gebildet wird, wobei die Reihenfolge der epitaktischen Schritte mit der Maßgabe erfolgt, dass der Schichtaufbau (D1–D2–D3)n ist, wobei die Schicht D2 eine Quantum Well Schicht aus einem Halbleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ist, wobei die Schichten D1 und D3 Barriereschichten sind, und wobei n = 1 – 50, insbesondere 1–15.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei anschließend an eine der endständigen Schichten D1 oder D3 eine Barriereschicht D4 epitaktisch aufgewachsen wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Barriereschichten Halbleiter mit der Zusammensetzung GapInqNrPSASt sind, wobei p = 85 – 100 Mol-%, q = 0 – 15 Mol-%, r = 0 – 15 Mol-%, s = 60 – 100 Mol-% und t = 0 – 40 Mol-%, wobei sich p und q stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich r, s und t stets zu 100 Mol-% addieren, wobei das Verhältnis der Summen aus p und q einerseits und r bis t andererseits im wesentlichen 1:1 beträgt, und wobei die Barriereschicht eine Schichtdicke von vorzugsweise 5–50 nm aufweist.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, wobei die erste und/oder die zweite Anpassungsschicht Halbleiter mit der Zusammensetzung GapInqNrPSAst sind, wobei p = 90 – 100 Mol-%, q = 0 – 10 Mol-%, r = 0 – 10 Mol-%, s = 70 – 100 Mol-% und t = 0 – 30 Mol-%, wobei sich p und q stets zu 100 Mol-% addieren, wobei sich r, s und t stets zu 100 Mol-% addieren, wobei das Verhältnis der Summen aus p und q einerseits und r bis t andererseits im wesentlichen 1:1 beträgt, und wobei die Anpassungsschicht eine Schichtdicke von vorzugsweise 50–500 nm aufweist.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei eine zwischen der Trägerschicht und dem optisch aktiven Element angeordnete stromführende Schicht und/oder Barriereschicht zugleich Anpassungsschicht ist.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 30, wobei unterhalb und/oder oberhalb des optisch aktiven Elementes zumindest eine optische Wellenleiterschicht angeordnet wird, welche optisch an das optisch aktive Element gekoppelt ist.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 31, wobei zwischen den Schichten A) und D) und/oder außerhalb der Schicht F) zumindest eine periodische Reflektionsstruktur eingerichtet wird.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, wobei das optische aktive Element eine fundamentale Emissionswellenlänge im Bereich von 700–1100 nm aufweist.
  34. Halbleiterschicht erhältlich mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21.
  35. Integrierte monolithische Halbleiterstruktur erhältlich mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 33.
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