DE4412027C2 - Verfahren zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter- Laserdiode, die auf einer aktiven Schicht eine AlGaInP- Überzugsschicht des p-Typs aufweist.
In Fig. 8 ist anhand einer perspektivischen Darstellung eine herkömmliche, sichtbares Licht erzeugende Halbleiter-Laserdiode gezeigt, wie sie z. B. aus der US 5 146 467 oder der US 5 105 432 bekannt ist. Gemäß Fig. 8 sind auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 101 aufeinanderfolgend eine n-Typ- AlGaInP-Überzugsschicht ("cladding layer") 102, eine undotierte aktive GaInP-Schicht 103, eine p-Typ-AlGaInP- Überzugsschicht 104 sowie eine p-Typ-GaAs- Abdeckschicht 105 angeordnet. Eine Steg- bzw. Rippenstruk­ tur umfaßt die p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 105 und einen Teil der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 104. Eine n-Typ-GaAs- Stromblockierschicht 106 ist auf der p-Typ-AlGaInP-Über­ zugsschicht 104 angeordnet, wobei sie die seitlichen Ober­ flächen der Rippe kontaktiert. Eine p-Typ-GaAs-Kontakt­ schicht 107 ist auf der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 105 und auf der n-Typ-GaAs-Stromblockierschicht 106 angeordnet. Auf der hinteren Oberfläche des Substrats 101 ist eine n-Sei­ ten-Elektrode 108 angeordnet und auf der Kontaktschicht 107 ist eine p-Seiten-Elektrode 109 angeordnet.
In den Fig. 9(a) bis 9(d) ist ein Verfahren zum Her­ stellen der in Fig. 8 gezeigten Laserdiode dargestellt. In diesen Figuren sind mit den jeweils gleichen Bezugszeichen die gleichen oder entsprechenden Teile der Fig. 8 bezeich­ net.
Gemäß der Darstellung in Fig. 9(a) werden zunächst die n-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 102, die undotierte akti­ ve GaInP-Schicht 103, die p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 104 und die p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 105 aufeinanderfolgend auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 101 durch Aufwachsen mittels einer metallorganischen chemischen Bedampfung (nachfolgend als MOCVD bezeichnet) ausgebildet. Dieses MOCVD-Wachstum wird bei einer Temperatur von 675°C und einem Druck von 200 mbar durchgeführt. Für den p-Typ-Dotier­ stoff der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 104 und der p- Typ-GaAs-Abdeckschicht 105 wird Zink (Zn) verwendet. Nach dem Kristallwachstum wird das Substrat in einer Arsenatmo­ sphäre (AsH₃) abgekühlt, um zu verhindern, daß As-Atome in der obersten p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 105 entweichen.
Bei dem in Fig. 9(b) gezeigten Verfahrensschritt wird auf einem zentralen Teil der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 105 ein SiN-Film 115 ausgebildet. Unter Verwendung des SiN- Films 115 als Maske wird die Struktur selektiv geätzt, um eine Rippe zu bilden (siehe Fig. 9(c)).
Anschließend läßt man gemäß der Darstellung in Fig. 9(d) mittels eines MOCVD-Verfahrens auf der p-Typ-AlGaInP- Überzugsschicht 104 die n-Typ-GaAs-Stromblockierschicht 106 aufwachsen. Da auf der SiN-Maske 115 kein Kristall durch Aufwachsen ausgebildet ist, läßt man die Stromblockier­ schicht 106 auf gegenüberliegenden Seiten der Rippe selek­ tiv derart aufwachsen, daß die Rippe in der Stromblockier­ schicht 106 eingebettet ist.
Nach Entfernen der SiN-Maske 115 läßt man die p-Typ- GaAs-Kontaktschicht 107 gemäß der Darstellung in Fig. 9(e) mittels eines MOCVD-Verfahrens aufwachsen. Da die GaAs- Schichten 105 und 106 nach Entfernen der SiN-Maske über der Oberfläche der Struktur freiliegen, schreitet das Wachstum der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 107 unter Ausbildung einer flachen Oberfläche fort, die den Kontakt mit einem Kühlkör­ per oder einer Elektrode erleichtert. Nach dem Aufwachsen der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 107 wird das Substrat in ei­ ner Arsenatmosphäre gekühlt, um in der p-Typ-GaAs-Kontakt­ schicht 107 enthaltene As-Atome am Entweichen zu hindern, wodurch eine ebene bzw. glatte Oberfläche der p-Typ-GaAs- Kontaktschicht 107 erhalten wird.
Um die in Fig. 8 gezeigte Laserstruktur zu vervollstän­ digen, wird auf der hinteren Oberfläche des Substrats 101 die n-Seiten-Elektrode 108 ausgebildet, während auf der Kontaktschicht 107 die p-Seiten-Elektrode 109 ausgebildet wird. Gewöhnlich enthält die n-Seiten-Elektrode Au/Ge/Ni und die p-Seiten-Elektrode Ti/Au.
Um die gewünschten Laserei­ genschaften der in Fig. 8 gezeigten Halbleiter-Laserdiode zu erhalten, darf die Ladungsträgerkonzentration in der p-Typ- AlGaInP-Überzugsschicht 104 nicht kleiner als 5.0 × 10¹⁷ cm⁻³ sein. Eine geringe Ladungsträgerkonzentration in der Überzugsschicht 104 bewirkt eine Zunahme der La­ ser-Oszillationsschwelle und schlechte Ausgangscharakteri­ stiken bzw. während des Hochtemperaturbe­ triebs. Bei dem in den Fig. 9(a) bis 9(e) gezeigten her­ kömmlichen Herstellungsverfahren wird eine ausreichend hohe Ladungsträgerkonzentration in der p-Typ-AlGaInP-Überzugs­ schicht 104 durch Erhöhen des Zn/III-Verhältnisses, d. h. des Verhältnisses der Durchflußrate des Zn-Gases zum Quellengas des Gruppe-III-Materials, auf 0.7 bis 1.0 wäh­ rend des Wachstums der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 104 erhalten.
In der auf die vorstehend beschriebene Weise herge­ stellten Laserdiode ändert sich die Ladungsträgerkonzentra­ tion in der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 104 jedoch deutlich, wodurch sich die Laser-Oszillationsschwelle än­ dert und die Ausgangscharakteristiken während eines Hoch­ temperaturbetriebs sehr schlecht sind. Die Änderung der Ladungsträgerkonzentration wird dadurch hervorgerufen, daß der der AlGaInP-Schicht hinzugefügte Zn-Dotierstoff nicht völlig aktiviert wird und sich das Aktivierungsver­ hältnis ändert.
In der Zeitschrift "Journal of Crystal Growth", 118 (1992), wird auf den Seiten 425 bis 429 berichtet, daß in eine AlGaInP-Schicht gemischter atomarer Wasserstoff als Hauptursache für die Verringerung im Aktivierungsver­ hältnis der Zn-Dotierungsatome in der AlGaInP-Schicht anzu­ sehen ist. Das heißt, während der Abkühlung des Substrats in der Arsenatmosphäre nach dem Aufwachsen der p-Typ-GaAs- Kontaktschicht wird Arsen (AsH₃) aufgelöst und erzeugt atomaren Wasserstoff. Dieser atomare Wasserstoff dringt von der Oberfläche des Wafers her in die AlGaInP- Schicht ein und hindert die Zn-Dotierungsatome in der Al- GaInP-Schicht an der Aktivierung.
In der Zeitschrift "Electronics Letters", Ausgabe 12. März 1992, Band 28, Nr. 6, Seiten 585 bis 587, wird vorge­ schlagen, zum Entfernen des atomaren Wasserstoffs den Wafer nach dem Aufwachsen der p-Typ-AlGaInP-Überzugs­ schicht in einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff auf eine hohe Temperatur von 450 bis 740°C zu erhitzen.
Wenn diese nachträgliche Wärmebehandlung bei dem in den Fig. 9(a) bis 9(e) gezeigten Verfahren zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode angewandt wird, wird sie durchgeführt, nachdem die in Fig. 9(e) gezeigte p-Typ-GaAs- Kontaktschicht 107 durch Aufwachsen ausgebildet worden ist, um den atomaren Wasserstoff wirksam zu entfernen und um das Aktivierungsverhältnis der Zn-Dotierungsatome in der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 104 zu erhöhen. Wenn je­ doch der Wafer nach dem Aufwachsen der p-Typ-GaAs-Kontakt­ schicht 107 in dem Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff bei 450 bis 740°C erwärmt wird, werden in nachteiliger Weise As-Atome aus der Oberfläche der GaAs-Kontaktschicht 107 herausgelöst, was zu einer rauhen Oberfläche der GaAs- Kontaktschicht 107 führt. Diese rauhe Oberfläche ruft eine unzulängliche Verbindung zwischen der Kontaktschicht 107 und der Elektrode 109 hervor, wodurch die Zuverlässigkeit der Laserdiode deutlich verringert wird.
In der vorstehend erwähnten Zeitschrift "Journal of Crystal Growth" wird ferner vorgeschlagen, auf der p-Typ- AlGaInP-Schicht eine n-Typ-GaAs-Schicht aufwachsen zu las­ sen, um den atomaren Wasserstoff in der AlGaInP- Schicht zu entfernen und um die Ladungsträgerkonzentration in der AlGaInP-Schicht zu erhöhen. Wenn dieser Prozeß bei dem in den Fig. 9(a) bis 9(e) gezeigten Herstellungsver­ fahren angewandt wird, um den atomaren Wasserstoff wirksam zu entfernen und um das Aktivierungsverhältnis der Zn-Dotierungsatome in der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 104 zu erhöhen, wird die n-Typ-GaAs-Schicht auf der in Fig. 9(e) gezeigten p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 107 durch Auf­ wachsen ausgebildet. Nach dem Abkühlen des Wafers wird die n-Typ-GaAs-Schicht entfernt. Da es jedoch schwierig ist, die n-Typ-GaAs-Schicht selektiv in der Weise wegzuätzen, daß die darunterliegende p-Typ-GaAs-Schicht 107 ungeätzt bleibt, weist die p-Typ-GaAs-Schicht 107 nach dem Ätzvor­ gang eine unebene Oberfläche auf. Diese unebene Oberfläche verursacht eine unzulängliche Verbindung zwischen der p- Typ-GaAs-Kontaktschicht 107 und der Elektrode, wodurch die Zuverlässigkeit der Laserdiode in deutlichem Maße verrin­ gert-wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode zu schaffen, das es ermöglicht, eine stabile Laser-Oszillationsschwelle und verbesserte Aus­ gangscharakteristiken während eines Hochtemperaturbetriebs zu erzielen, und durch das die Ladungsträgerkonzentration in der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht ohne Aufrauhen der Oberfläche der epitaktisch aufgewachsenen Schicht erhöht werden kann, bevor die p-Seiten-Elektrode ausgebildet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 oder 7 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Bei dem Ver­ fahren gemäß Patentanspruch 1 hindert ein am p-n-Übergang zwischen der p-Typ-GaAs- Kontaktschicht und der n-Typ-AlGaInP-Schicht erzeugtes Diffusions­ potential den atomaren Wasserstoff am Eindringen in die p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht während des Abkühlens des Wafers, wodurch das Aktivierungsverhältnis der Zn-Atome in der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht erhöht wird. Selbst wenn das Zn/III-Verhältnis während des Aufwachsens der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht gering ist, erhält man daher eine sichtbares Licht erzeugende Halbleiter-La­ serdiode mit verringertem Schwellenstrom und verbesserten Temperatureigenschaften. Da die auf die p-Typ-GaAs-Kontakt­ schicht aufgewachsene n-Typ-AlGaInP-Schicht ein Halbleitermaterial enthält, das mit einem GaAs nicht ätzenden Ätzmittel selek­ tiv geätzt wird, kann der Ätzvorgang der n-Typ-AlGaInP-Schicht dar­ über hinaus mit einer guten Steuerbarkeit durchgeführt wer­ den, ohne die Oberfläche der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht in nachteiliger Weise zu beeinflussen, wodurch eine sichtbares Licht erzeugende Halbleiter-Laserdiode erhalten wird, die sich durch hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Wafer bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren in Wasserstoff, Stickstoff oder einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff abgekühlt. Die Erzeugung von atomarem Wasserstoff während des Ab­ kühlvorgangs des Wafers wird daher verhindert, wodurch das Aktivierungsverhältnis von Zn-Atomen in der p-Typ-AlGaInP- Überzugsschicht erhöht wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht eine erste n-Typ-AlGaInP-Schicht durch Aufwachsen ausgebildet, die ein Halbleitermaterial enthält, welches mit einem Ätzmittel, das GaAs nicht ätzt, selektiv geätzt wird. Nach dem Abkühlen des Wafers wird die erste n- Typ-AlGaInP-Schicht selektiv weggeätzt. Daraufhin wird auf der p- Typ-GaAs-Abdeckschicht erneut eine p-Typ-GaAs-Kontakt­ schicht durch Aufwachsen ausgebildet, worauf auf der p-Typ- GaAs-Kontaktschicht eine zweite n-Typ-AlGaInP-Schicht durch Auf­ wachsen ausgebildet wird, die ein Halbleitermaterial ent­ hält, das mit einem Ätzmittel, das GaAs nicht ätzt, selek­ tiv geätzt wird. Nach dem Abkühlen des Wafers wird die zweite n-Typ-AlGaInP-Schicht selektiv weggeätzt. Die in der p-Typ- AlGaInP-Überzugsschicht enthaltenen Zn-Atome werden da­ her vor dem erneuten Aufwachsen zu 100% akti­ viert, so daß während des darauffolgenden Kristallwachs­ tumsvorgangs keine Zn-Atome in die aktive Schicht diffun­ dieren, wodurch eine Zunahme in der Oszillationsschwelle und eine Verringerung der Zuverlässigkeit der Laserdiode verhindert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1(a) bis 1(f) anhand von perspektivi­ schen Darstellungen jeweilige Verfahrensschritte eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugen­ den Halbleiter-Laserdiode;
Fig. 2(a) bis 2(c) anhand schematischer Dia­ gramme Verfahrensschritte, die bei einem Versuch zum Überprüfen der Auswirkungen einer n-Typ-AlGaInP-Schicht durchgeführt werden;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Ergebnis­ se des Versuchs;
Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläute­ rung einer Zunahme im Aktivierungsverhältnis von Zn-Do­ tierungsatomen in der p-Typ-AlGaInP-Schicht;
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Tem­ peraturabhängigkeit des Schwellenstroms einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-La­ serdiode, die mittels eines herkömmlichen Verfahrens unter Verwendung des Zn/III-Verhältnisses während des Aufwachsens einer p-Typ-AlGaInP-Plattierungsschicht von 1 hergestellt worden ist, im Vergleich zu derjenigen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode, die mittels des in den Fig. 1(a) bis 1(f) gezeigten Ver­ fahrens hergestellt worden ist und bei dem ein Zn/III- Verhältnis von 0,7 verwendet wird;
Fig. 6(a) bis 6(f) anhand perspektivischer Darstellungen jeweilige Verfahrensschritte bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugen­ den Halbleiter-Laserdiode;
Fig. 7 anhand eines Diagramms die Abhängigkeit einer Löcherkonzentration in einer p-Typ-AlGaInP- Schicht von nachgewachsenen Strukturen für den Fall, daß im ersten Kristallwachstumsschritt eine n-Typ- AlGaInP-Schicht durch Aufwachsen auf der p-Typ-GaAs- Schicht ausgebildet wird;
Fig. 8 in einer perspektivischen Darstellung ei­ ne sichtbares Licht erzeugende Halbleiter-Laserdiode eines Rippenwellenleiter-Typs; und
Fig. 9(a) bis (d) anhand perspektivischer Darstellungen jeweilige Verfahrensschritte beim Her­ stellen der in Fig. 8 gezeigten Laserdiode.
In den Fig. 1(a) bis 1(f) sind anhand perspektivi­ scher Darstellungen jeweilige Verfahrensschritte eines er­ sten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugenden Halblei­ ter-Laserdiode gezeigt. In diesen Figuren ist mit dem Be­ zugszeichen 1 ein GaAs-Substrat bezeichnet. Auf dem GaAs- Substrat 1 ist eine n-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 2 an­ geordnet, auf der eine undotierte aktive GaInP-Schicht 3 angeordnet ist. Auf der aktiven Schicht 3 ist eine p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 4 angeordnet, auf der sich eine p-Typ-GaAs- Abdeckschicht 5 befindet. Eine Rippenstruktur umfaßt die Abdeckschicht 5 und einen Teil der Überzugsschicht 4. Auf der Überzugsschicht 4 ist eine n-Typ-GaAs-Strom­ blockierschicht 5 angeordnet und kontaktiert gegenüberlie­ gende Seiten der Rippe. Auf der Abdeckschicht 5 und der Stromblockierschicht 6 ist eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 angeordnet. Auf der Kontaktschicht 7 ist eine n-Typ- AlGaInP-Schicht 10 angeordnet. Auf der n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 ist eine undotierte GaAs-Schicht 11 angeordnet. Mit dem Bezugszeichen 15 ist ein SiN-Filmmuster bezeichnet.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1(a) werden zunächst auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 durch epitaktisches Wachstum auf­ einanderfolgend die n-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 2 in einer Dicke von ungefähr 1.5 µm, die undotierte aktive GaAs-Schicht 3 in einer Dicke von ungefähr 15 nm, die p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 4 in einer Dicke von ungefähr 1.5 µm und die p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 5 in einer Dicke von 0.5 µm aufgebracht. Das Aufwachsen dieser Schich­ ten erfolgt mittels eines MOCVD-Verfahrens bei einer Tempe­ ratur von 675°C und einem Druck von 200 mbar. Als n-Typ- Dotierstoff für die n-Typ-AlGaInP-Über­ zugsschicht 2 wird Silizium (Si) verwendet, während als p-Typ-Dotierstoff für die p-Typ-AlGaInP- Überzugsschicht 4 und die p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 5 Zink (Zn) verwendet wird. Der Wafer bzw. die Halbleiter­ scheibe wird nach dem kristallinen Wachstum der p-Typ-GaAs- Abdeckschicht 5 in einer Arsenatmosphäre abgekühlt, um in der GaAs-Abdeckschicht 5 befindliche As-Atome am Entweichen zu hindern.
Daraufhin wird der SiN-Film 15 gemäß der Darstellung in Fig. 1(b) auf einem zentralen Teil der p-Typ-GaAs-Abdeck­ schicht 5 ausgebildet. Unter Verwendung des SiN-Films 15 als Maske wird die Struktur selektiv geätzt, um gemäß der Darstellung in Fig. 1(c) eine Rippe (Vorsprung oder Steg) zu bilden. Die Höhe der Rippe beträgt ungefähr 1,2 µm.
Daraufhin wird gemäß der Darstellung in Fig. 1(d) die n- Typ-GaAs-Stromblockierschicht 6 durch Nachwachsen mittels eines MOCVD-Verfahrens aufgebracht. Da auf der SiN-Maske 15 kein Kristallwachstum fortschreitet, wird die Strom­ blockierschicht 6 während dieses Wachstums selektiv auf ge­ genüberliegenden seitlichen Oberflächen der Rippe derart aufgebracht, daß die Rippe in der Stromblockierschicht 6 eingebettet ist.
Nach Entfernen der SiN-Maske 15 werden gemäß der Dar­ stellung in Fig. 1(e) aufeinanderfolgend die p-Typ-GaAs-Kon­ taktschicht 7, die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 und die undo­ tierte GaAs-Schicht 11 durch Wachstum aufgebracht. Nach dem Wachstum der undotierten GaAs-Schicht 11 wird der Wafer in einer Wasserstoffatmosphäre abgekühlt, um die Erzeugung von atomarem Wasserstoff zu verhindern. Obgleich die Ober­ fläche der undotierten GaAs-Schicht 11 aufgrund der Ablö­ sung von As-Atomen aus der Oberfläche rauh wird, bereitet diese rauhe Oberfläche keine Probleme, da die undotierte GaAs-Schicht 11 vor der Ausbildung von Elektroden entfernt wird. Die typische Dicke der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 beträgt ungefähr 3 µm. Weiterhin ist anzumerken, daß als p- Typ-Dotierstoff für die p-Typ-GaAs-Kon­ taktschicht 7 Zn verwendet wird und daß die Ladungsträger­ konzentration in der Kontaktschicht 7 1 × 10¹⁹ cm⁻³ be­ trägt. Ferner sei angemerkt, daß als n-Typ- Dotierstoff für die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 Si verwen­ det wird.
Bei dem in Fig. 1(f) gezeigten Verfahrensschritt werden die undotierte GaAs-Schicht 11 und die n-Typ-AlGaInP- Schicht 10 weggeätzt. Die undotierte GaAs-Schicht 11 wird mit Hilfe eines Ätzmittels aus Weinsäure oder Schwefelsäure geätzt. Die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 wird mit Hilfe eines Ätzmittels aus Salzsäure geätzt. Da ein aus Salzsäure be­ stehendes Ätzmittel mit hoher Selektivität AlGaInP ätzt, GaAs jedoch nicht ätzt, wird mit hoher Kontrollierbarkeit lediglich die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 entfernt, ohne daß die Oberfläche der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 aufgerauht wird.
Nach Entfernen der undotierten GaAs-Schicht 11 und der n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 werden auf der hinteren Oberfläche des Substrats 1 eine n-Seiten-Elektrode und auf der Kon­ taktschicht 7 eine p-Seiten-Elektrode ausgebildet, womit die sichtbares Licht erzeugende Halbleiter-Laserdiode fer­ tiggestellt ist.
In den Fig. 2(a) bis 2(c) sind Verfahrensschritte dargestellt, die bei einem Versuch durchgeführt wurden, mittels dem die Auswirkung der auf der p-Typ-GaAs-Kontakt­ schicht 7 aufgewachsenen n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 ge­ prüft werden soll.
Bei diesem Versuch wurden zunächst die p-Typ-AlGaInP- Schicht 4 und die p-Typ-GaAs-Schicht 5 durch Wachstum auf dem GaAs-Substrat 1 ausgebildet und es wurde die Ladungsträ­ gerkonzentration in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 gemessen (siehe Fig. 2(a)). Daraufhin wurden gemäß der Darstellung in Fig. 2(b) die p-Typ-GaAs-Schicht 7, die n-Typ-AlGaInP-Ab­ deckschicht 10 und die undotierte GaAs-Abdeckschicht 11 aufeinanderfolgend durch Wachstum ausgebildet. Schließlich wurden gemäß der Darstellung in Fig. 2(c) die undotierte GaAs-Abdeckschicht 11 und die n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 weggeätzt und es wurde die Ladungsträgerkonzentration in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 gemessen.
Das Ergebnis dieses Versuchs ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 3 ist entlang der Abszisse das Zn/III-Verhältnis, d. h. das Verhältnis der Durchflußrate von Zn zum Quellengas eines Gruppe-III-Materials, aufgetragen, während entlang der Ordinate die Ladungsträgerkonzentration in der p-Typ-Al- GaInP-Schicht aufgetragen ist. Mit den Symbolen und sind darüber hinaus die Ladungsträgerkonzentrationen der p- Typ-AlGaInP-Schicht im Verfahrensschritt der Fig. 2(a) bzw. 2(c) für den Fall gezeigt, daß das GaAs-Substrat 1 eine gerade (100)-Oberflächenorientierung auf­ weist. Die im Verfahrensschritt der Fig. 2(a) vorliegende Ladungsträgerkonzentration von 4 × 10⁻¹⁷ cm⁻³ in der p-Typ- AlGaInP-Schicht wird durch das Nachwachsen und die Ätzvor­ gänge auf 7 × 10⁻¹⁷ cm⁻³ erhöht. Der Grund dafür ist fol­ gender: Wenn man die n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 auf der p-Typ-GaAs-Schicht 5 aufwachsen läßt, wird ein p-n-Übergang gebildet, wobei ein am p-n-Übergang erzeugtes Diffusionspo­ tential atomaren Wasserstoff daran hindert, während der Abkühlung des Wafers in die p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 einzudringen, wodurch das Aktivierungsverhältnis von Zn-Do­ tierungsatomen in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 erhöht wird.
In Fig. 3 sind mit den Symbolen ⚫ und ○ die im Verfah­ rensschritt der Fig. 2(a) bzw. 2(c) vorliegenden Ladungsträ­ gerkonzentrationen der p-Typ-AlGaInP-Schicht für den Fall gezeigt, daß die gerade (100)-Oberflä­ chenorientierung des GaAs-Substrats 1 um sieben Grad in der [011]-Richtung geneigt ist. Es stellt sich heraus, daß die gleiche, vorstehend erläuterte Wirkung der n-Typ-AlGaInP- Abdeckschicht 10 selbst dann erzielt werden kann, wenn das GaAs-Substrat 1 einen Versatzwinkel aufweist.
Bei dem anhand der Fig. 1(a) bis 1(f) gezeigten er­ sten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstel­ lungsverfahrens beträgt die Ladungsträgerkonzentration in der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 1 × 10¹⁹ cm⁻³ oder mehr. Falls in diesem Fall die Ladungsträgerkonzentration in der n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 ungefähr 3 × 10¹⁷ cm⁻³ be­ trägt, entsteht am p-n-Übergang zwischen der p-Typ-GaAs- Kontaktschicht 7 und der n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 ein Diffusionspotential, das den atomaren Wasserstoff wirksam daran hindern kann, während der Abkühlung des Wa­ fers in die p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 einzudringen. Zu diesem Zeitpunkt wird am p-n-Übergang eine Verarmungsschicht mit einer Dicke von ungefähr 0,1 µm ausgebildet, so daß die n- Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 dicker als die Verarmungs­ schicht sein sollte. Die Abdeckschicht 10 ist beispielswei­ se ungefähr 0,3 µm dick.
In Fig. 4 ist anhand einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Löcherkonzentration und der Zn-Kon­ zentration in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 mit oder ohne die n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 4 gezeigt. In diesem Diagramm ist entlang der Abszisse die in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 unter Verwendung eines SIMS-Verfahrens (Sekundäre Ionenmas­ sen-Spektrometrie) gemessene Zn-Konzentration, d. h. die An­ zahl der Zn-Atome aufgetragen, während entlang der Ordinate die Löcherkonzentration, d. h. die Anzahl der aktivierten Zn-Atome in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 aufgetragen ist. Das Aktivierungsverhältnis von Zn-Atomen in der p-Typ-Al- GaInP-Schicht 4 wird durch Division der Löcherkonzentration durch die Zn-Konzentration erhalten. Mit dem Symbol ○ ist darüber hinaus das Zn-Aktivierungsverhältnis für den Fall gezeigt, bei dem auf der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 keine n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 vorhanden ist, während mit dem Symbol das Zn-Aktivierungsverhältnis für den Fall dargestellt ist, bei dem die n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 auf der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 vorhanden ist. Während das Zn-Aktivierungsverhältnis in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 ohne die n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 zwischen 60 und 70% liegt, beträgt das Zn-Aktivierungsverhältnis bei vor­ handener n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 100%. Das heißt, das Zn-Aktivierungsverhältnis in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 wird durch die auf die p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 aufge­ wachsene n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 deutlich erhöht.
Da bei dem Herstellungsverfahren gemäß dieses ersten Ausführungsbeispiels das Zn-Aktivierungsverhältnis gemäß vorstehender Beschreibung erhöht wird, bietet eine 60%- bis 70%-Dosis des Zn-Dotierungsstoffs die gleiche Ladungsträ­ gerkonzentration, wie sie bei einem herkömmlichen Herstel­ lungsverfahren erhalten wird. In Fig. 5 ist eine graphische Darstellung bzw. Kennlinie gezeigt, in der die Temperatur­ abhängigkeit des Schwellenstroms einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode, die mittels des in den Fig. 9(a) bis 9(e) gezeigten herkömm­ lichen Verfahrens hergestellt worden ist und bei der das Zn/III-Verhältnis während des Wachstums der p-Typ-AlGaInP- Überzugsschicht 104 gleich 1 ist, d. h. bei der die Do­ sis des Zn-Dotierstoffs 100% beträgt, im Vergleich zu derjenigen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter- Laserdiode dargestellt ist, die mittels des in den Fig. 1(a) bis 1(f) gezeigten Verfahrens hergestellt worden ist und bei der das Zn/III-Verhältnis gleich 0,7 ist, d. h. bei der die Dosis des Zn-Dotierstoffs 70% beträgt. In die­ sein Diagramm ist entlang der Abszisse die Temperatur aufge­ tragen, während entlang der Ordinate der Oszillations- bzw. Schwingungs-Schwellenstrom aufgetragen ist. Mittels des Symbols sind die Eigenschaften bzw. Charakteristika der mittels des herkömmlichen Verfahrens hergestellten, sicht­ bares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode dargestellt, während mittels des Symbols ○ die Eigenschaften der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellten, sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode darge­ stellt sind. Wie aus dieser Kennlinie hervorgeht, ist die Temperaturabhängigkeit des Schwellenstrom-Konzentrations­ profils der mittels des herkömmlichen Verfahrens herge­ stellten Laserdiode mit dem Zn/III-Verhältnis von 1 die gleiche wie diejenige der nach der Lehre der Erfindung herge­ stellten Laserdiode mit dem Zn/III-Verhältnis von 0,7. Dies bedeutet, daß die beiden Laserdioden die gleiche Ladungs­ trägerkonzentration der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht aufweisen. Das heißt, mit Hilfe des ersten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird mit einer im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren ge­ ringeren Dosis des Zn-Dotierstoffes die gleiche La­ dungsträgerkonzentration erreicht.
Obgleich bei dem vorstehend beschriebenen ersten Aus­ führungsbeispiel die undotierte GaAs-Schicht 11 durch Wachstum auf der n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 ausgebildet wird, da es bei einem MOCVD-Gerät vorzuziehen ist, das kri­ stalline Wachstum mit dem Wachstum der keinen Phosphor (P) aufweisenden Halbleiterschicht zu beenden, kann die undo­ tierte GaAs-Schicht 11 auch weggelassen werden. Selbst in diesem Fall werden die gleichen Wirkungen erzielt, wie sie vorstehend erläutert wurden.
Während der Wafer bei dem vorstehend beschriebenen er­ sten Ausführungsbeispiel nach dem Wachstum der undotierten GaAs-Schicht 11 in einer Wasserstoffatmosphäre gekühlt wird, kann es sich bei der kühlenden Atmosphäre auch um Stickstoff, ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff, oder um Arsen handeln. Wenn der Wafer in einer Arsenatmo­ sphäre gekühlt wird, wird an der Oberfläche des Wafers atomarer Wasserstoff erzeugt. Da das am p-n-Übergang zwischen der n-Typ-AlGaInP-Abdeckschicht 10 und der p-Typ- GaAs-Schicht 7 erzeugte Diffusionspotential den atomaren Wasserstoff jedoch daran hindert, in die p-Typ-Al- GaInP-Überzugsschicht 4 einzudringen, wird das Zn-Akti­ vierungsverhältnis in der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 4 nicht verringert.
In den Fig. 6(a) bis 6(f) sind anhand perspektivi­ scher Darstellungen die bei einem zweiten Ausführungsbei­ spiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode durchge­ führten Verfahrensschritte gezeigt. In diesen Figuren sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1(a) bis 1(f) gleiche oder entsprechende Teile bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 20 ist eine n-Typ-AlGaInP-Schicht bezeichnet, während das Bezugszeichen 21 eine undotierte GaAs-Schicht bezeichnet.
Gemäß der Darstellung in Fig. 6(a) werden zunächst auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 durch Wachstum aufeinanderfolgend die n-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 2, die undotierte ak­ tive GaAs-Schicht 3, die p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 4, die p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 5, die n-Typ-AlGaInP- Schicht 20 sowie die undotierte GaAs-Schicht 21 ausgebil­ det. Das Wachstum dieser Schichten wird mittels eines MOCVD-Verfahrens durchgeführt.
Bei dem in Fig. 6(b) gezeigten Verfahrensschritt werden die undotierte GaAs-Schicht 21 und die n-Typ-AlGaInP- Schicht 20 weggeätzt. Die undotierte GaAs-Schicht 21 wird mit Hilfe eines Ätzmittels aus Weinsäure oder Schwefelsäure geätzt, während die n-Typ-AlGaInP-Schicht 20 mit Hilfe ei­ nes Ätzmittels aus Salzsäure geätzt wird. Der Ätzvorgang wird mit hoher Kontrollierbarkeit und ohne Aufrauhen der Oberfläche der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 5 durchgeführt, so daß die Qualität einer auf der Abdeckschicht 5 aufgewachse­ nen Kristallschicht nicht herabgesetzt wird.
Die in den Fig. 6(c) bis 6(f) gezeigten Verfahrens­ schritte entsprechen denjenigen Verfahrensschritten, die bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 1(b) bis 1(e) be­ schrieben wurden. Demzufolge wird gemäß der Darstellung in Fig. 6(c) ein SiN-Film 15 auf der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 5 ausgebildet und die Struktur wird unter Verwendung des SiN- Films 15 als Maske geätzt, um gemäß der Darstellung in Fig. 6(d) eine Rippe auszubilden. Anschließend wird gemäß Fig. 6(e) die n-Typ-GaAs-Stromblockierschicht 6 durch erneu­ tes Wachstum mittels eines MOCVD-Verfahrens aufgebracht. Gemäß Fig. 6(f) werden nach Entfernen der SiN-Maske 15 die p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7, die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 sowie die undotierte GaAs-Schicht 11 aufeinanderfolgend durch Wachstum aufgebracht. Nach dem Wachstum der undotier­ ten GaAs-Schicht 11 wird der Wafer in einer Wasserstoffat­ mosphäre abgekühlt. Anschließend werden die undotierte GaAs-Schicht 11 und die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 durch Ät­ zen entfernt. Um die Herstellung der sichtbares Licht erze­ ugenden Halbleiter-Laserdiode zu vollenden, werden auf der hinteren Oberfläche des Substrats 1 und auf der Kontakt­ schicht 7 eine n-Seiten-Elektrode bzw. eine p-Seiten-Elek­ trode ausgebildet.
Da der Wafer bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Arsenatmosphäre nach dem ersten kristallinen Wachstum, d. h. nach dem Wachs­ tum der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht 5, abgekühlt wird, um in der GaAs-Abdeckschicht 5 befindliche As-Atome am Entweichen zu hindern, dringt atomarer Wasserstoff während des Abkühlvorgangs in die p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 4 ein, so daß die Zn-Dotierungsatome in der p-Typ-AlGaInP- Überzugsschicht 4 nach dem ersten kristallinen Wachstum nicht hundertprozentig aktiviert sind. Das heißt, am Ende des ersten kristallinen Wachstums sind in der p-Typ-Al- GaInP-Überzugsschicht 4 eine große Anzahl nicht akti­ vierter Zn-Atome vorhanden, wobei diese Zn-Atome während des anschließenden kristallinen Wachstumsvorgangs in nach­ teiliger Weise in die aktive Schicht eindiffundieren, wo­ durch die Oszillationsschwelle erhöht und die Zuverlässig­ keit der Laserdiode verringert wird.
Da die n-Typ-AlGaInP-Schicht 20 bei dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung hingegen beim ersten kristalli­ nen Wachstumsvorgang auf der p-Typ-GaAs-Schicht 5 ausgebil­ det wird, dringt während der Abkühlung des Wafers kein atomarer Wasserstoff in die p-Typ-AlGaInP-Überzugs­ schicht 4 ein. Die in der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 4 enthaltenen Zn-Atome werden daher am Ende der ersten kri­ stallinen Wachstumsphase zu 100% aktiviert, so daß während der anschließenden kristallinen Wachstumsphase keine Zn-Atome in die aktive Schicht eindiffundieren, womit die vorstehend beschriebenen Probleme, d. h. die Zunahme der Oszillationsschwelle und die verringerte Zuverlässig­ keit vermieden werden.
In Fig. 7 ist die Abhängigkeit der Ladungsträgerkonzen­ tration in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 von den nachgewach­ senen Strukturen für den Fall gezeigt, daß die n-Typ- AlGaInP-Schicht 20 im ersten kristallinen Wachstumsschritt auf der p-Typ-GaAs-Schicht 5 ausgebildet wird. Obgleich die in der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht 4 befindlichen Zn- Dotieratome bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung am Ende der ersten kristallinen Wachstumsphase zu 100% aktiviert werden, wird die n-Typ-AlGaInP- Schicht 10 durch Wachstum auf der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 ausgebildet. Der Grund hierfür ist folgender: Falls die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 im Anschluß an das Nachwachsen der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 nicht ausgebildet wird, wird das Aktivierungsverhältnis der Zn-Dotieratome gegenüber dem Wert 100% verringert und die Ladungsträgerkonzentration in der p-Typ-AlGaInP-Schicht 4 wird gemäß der Darstellung durch den Pfeil B der Fig. 7 herabgesetzt. Da bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 durch Wachstum auf der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 ausge­ bildet wird, wird die Ladungsträgerkonzentration in der p- Typ-AlGaInP-Schicht 4 gemäß der Darstellung durch den Pfeil A hingegen nicht herabgesetzt.
Während bei den vorstehend beschriebenen beiden Ausfüh­ rungsbeispielen die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 im Anschluß an das Nachwachsen der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 ausgebildet wird, ist es möglich, das Abkühlen des Wafers in einer Ar­ senatmosphäre zwischen dem Nachwachsen der p-Typ-GaAs-Kont­ aktschicht 7 und dem Wachstum der n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 durchzuführen. In diesem Fall wird der Wafer nach dem Ab­ kühlvorgang erneut erwärmt und die n-Typ-AlGaInP-Schicht 10 wird durch Wachstum auf der Kontaktschicht 7 ausgebildet, wodurch die Ladungsträgerkonzentration in der p-Typ-AlGaInP- Überzugsschicht 4 erhöht wird, wie dies durch den Pfeil C der Fig. 7 angedeutet ist.
Obgleich bei dem vorstehend beschriebenen zweiten Aus­ führungsbeispiel die undotierte GaAs-Schicht 21 durch Wachstum auf der n-Typ-AlGaInP-Schicht 20 ausgebildet wird, da es bei einem MOCVD-Gerät vorzuziehen ist, das kri­ stalline Wachstum mit dem Wachstum der keinen Phosphor (P) enthaltenden Halbleiterschicht zu beenden, kann die undo­ tierte GaAs-Schicht 21 auch weggelassen werden. Auch in diesem Fall werden die gleichen Wirkungen wie vorstehend erläutert erzielt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeu­ genden Halbleiter-Laserdiode durch metallorganische Gasphasenepitaxie auf einem Wafer mit folgenden Schritten:
aufeinanderfolgendes Ausbilden einer aktiven Schicht (3), einer p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht (4) und einer p-Typ- GaAs-Abdeckschicht (5) durch Wachstum auf einem Halbleitersubstrat (1);
Ausbilden einer p-Typ-GaAs-Kontaktschicht (7) durch Nachwachsen auf der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht (5);
Ausbilden einer ersten p-Typ-AlGaInP-Schicht (10) durch Wachstum auf der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht (7) und anschließendes Abkühlen des Wafers; und
Wegätzen der ersten p-Typ-AlGaInP-Schicht (10), wobei ein die p-Typ-GaAs-Kontaktschicht (7) nicht ätzendes Ätzmittel eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht (4) unter gleichzeitigem Hinzufügen von Zn als p-Typ-Dotierstoff durch Wachstum gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer vor dem Wegätzen der ersten n-Typ- AlGaInP-Schicht (10) in Wasserstoff, Stickstoff oder einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff abgekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste n-Typ-AlGaInP-Schicht (10) mit Salzsäure geätzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausbilden der ersten n- Typ-AlGaInP-Schicht (10) darauf eine erste GaAs-Schicht (11) aufgewachsen wird, die vor der ersten n-Typ-AlGaInP-Schicht (10) weggeätzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste GaAs-Schicht (11) mit Weinsäure oder Schwefelsäure geätzt wird.
7. Verfahren zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeu­ genden Halbleiter-Laserdiode, durch metallorganische Gasphasenepitaxie auf einem Wafer, mit folgende Schritten:
aufeinanderfolgendes Ausbilden einer n-Typ-AlGaInP- Überzugsschicht (2), einer aktiven GaInP-Schicht (3), einer p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht (4) und einer p-Typ-GaAs-Abdeckschicht (5) durch Wachstum auf einem n-Typ-GaAs-Substrat (1);
Abkühlen des Wafers;
Ausbilden eines streifenförmigen Isolierfilmmusters (15) auf einem Teil der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht (5);
Entfernen von Bereichen der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht (5) und der p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht (4) durch Ätzen unter Verwendung des Isolierfilmmusters (15) als Maske, um eine streifenförmige Rippe zu bilden;
Verwenden des Isolierfilmmusters (15) als Maske, um selek­ tiv eine n-Typ-GaAs-Stromblockierschicht (6) auf der p-Typ- AlGaInP-Überzugsschicht (4) wachsen zu lassen, die gegenüberliegende Seitenwände der Rippe kontaktiert;
Ausbilden einer p-Typ-GaAs-Kontaktschicht (7) durch Wachstum auf der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht (5) und der n-Typ- GaAs-Stromblockierschicht (6) im Anschluß an das Entfernen des Isolierfilmmusters (15) und aufeinanderfolgendes Ausbil­ den einer n-Typ-AlGaInP-Schicht (10) sowie einer GaAs- Schicht (11) durch Wachstum auf der p-Typ-GaAs-Kontakt­ schicht (7) und anschließendes Abkühlen des Wafers;
jeweils selektives Wegätzen der GaAs-Schicht (11) und der n-Typ-AlGaInP-Schicht (10); und
Ausbilden einer p-Seiten-Elektrode auf der p-Typ-GaAs- Kontaktschicht (7) und einer n-Seiten-Elektrode auf der hin­ teren Oberfläche des n-Typ-GaAs-Substrats (1).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Typ-AlGaInP-Überzugsschicht (4) durch Wachstum ausgebildet wird, während Zn als p-Dotierstoff hinzugefügt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wafer nach dem Ausbilden der n-Typ-AlGaInP-Schicht (10) sowie der GaAs-Schicht (11) in Wasserstoff, Stickstoff oder einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff abgekühlt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die n-Typ-AlGaInP-Schicht (10) mit Salzsäure geätzt wird und daß die GaAs-Schicht (11) mit Weinsäure oder Schwefelsäure weggeätzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Wachstum der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht (5) eine zweite n-Typ-AlGaInP-Schicht (20) auf der p-Typ-GaAs-Abdeckschicht (5) durch Wachstum ausgebildet wird, worauf der Wafer abgekühlt wird; und daß
die zweite n-Typ-AlGaInP-Schicht (20) weggeätzt wird, wobei ein die p-Typ-GaAs-Abdeckschicht (5) nicht ätzendes Ätzmittel eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite n-Typ-AlGaInP-Schicht (20) mit Salzsäure geätzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten n-Typ-AlGaInP-Schicht (20) eine zweite GaAs-Schicht (21) ausgebildet wird, die vor der zweiten n- Typ-AlGaInP-Schicht (20) weggeätzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite GaAs-Schicht (21) Weinsäure oder Schwefelsäure geätzt wird.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5539153A (en) * 1994-08-08 1996-07-23 Hewlett-Packard Company Method of bumping substrates by contained paste deposition
KR100347544B1 (ko) 1999-02-13 2002-08-07 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 접합 제조 방법
KR100314276B1 (ko) 1999-04-12 2001-11-15 박종섭 반도체 소자의 제조방법
KR100353526B1 (ko) 1999-06-18 2002-09-19 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 제조방법
KR100345681B1 (ko) 1999-06-24 2002-07-27 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의 삼중웰 형성방법
KR100332119B1 (ko) 1999-06-28 2002-04-10 박종섭 반도체 소자 제조 방법
KR100332108B1 (ko) 1999-06-29 2002-04-10 박종섭 반도체 소자의 트랜지스터 및 그 제조 방법
KR100332107B1 (ko) 1999-06-29 2002-04-10 박종섭 반도체 소자의 트랜지스터 제조 방법
KR100332106B1 (ko) 1999-06-29 2002-04-10 박종섭 반도체 소자의 트랜지스터 제조 방법
KR100301246B1 (ko) 1999-06-30 2001-11-01 박종섭 반도체 소자의 제조 방법
KR20010061029A (ko) 1999-12-28 2001-07-07 박종섭 엘리베이티드 소오스/드레인 구조의 모스 트랜지스터형성방법
KR100510996B1 (ko) 1999-12-30 2005-08-31 주식회사 하이닉스반도체 선택적 에피텍셜 성장 공정의 최적화 방법
KR100327596B1 (ko) 1999-12-31 2002-03-15 박종섭 Ｓｅｇ 공정을 이용한 반도체소자의 콘택 플러그 제조방법
WO2009008082A1 (ja) * 2007-07-12 2009-01-15 Fujitsu Microelectronics Limited 半導体デバイス及び半導体デバイスの製造方法
DE102007062050B4 (de) * 2007-09-28 2019-06-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaser und Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers
JP2010251458A (ja) * 2009-04-14 2010-11-04 Sony Corp 半導体層およびその製造方法ならびに半導体レーザおよびその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3789695T2 (de) * 1986-08-08 1994-08-25 Toshiba Kawasaki Kk Doppelheterostruktur-Halbleiterlaser mit streifenförmigem Mesa-Wellenleiter.
US5029175A (en) * 1988-12-08 1991-07-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser
JP2807250B2 (ja) * 1989-02-22 1998-10-08 株式会社東芝 半導体レーザ装置
JPH03104183A (ja) * 1989-09-18 1991-05-01 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ及びその製造方法
US5058120A (en) * 1990-02-28 1991-10-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Visible light emitting semiconductor laser with inverse mesa-shaped groove section
US5268328A (en) * 1990-09-07 1993-12-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of fabricating a semiconductor laser
JPH04144185A (ja) * 1990-10-04 1992-05-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
JP2863648B2 (ja) * 1991-04-16 1999-03-03 三菱電機株式会社 可視光半導体レーザ
JPH05211372A (ja) * 1992-01-14 1993-08-20 Nec Corp 半導体レーザの製造方法
US5441912A (en) * 1993-07-28 1995-08-15 The Furukawa Electric Co., Ltd. Method of manufacturing a laser diode

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