DE69220942T2 - Blau-gruen diodenlaser - Google Patents

Blau-gruen diodenlaser

Info

Publication number
DE69220942T2
DE69220942T2 DE69220942T DE69220942T DE69220942T2 DE 69220942 T2 DE69220942 T2 DE 69220942T2 DE 69220942 T DE69220942 T DE 69220942T DE 69220942 T DE69220942 T DE 69220942T DE 69220942 T2 DE69220942 T2 DE 69220942T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
semiconductor material
znse
laser diode
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69220942T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69220942D1 (de
Inventor
Hwa Saint Paul Mn 55133-3427 Cheng
James M. Saint Paul Mn 55133-3427 Depuydt
Michael A. Saint Paul Mn 55133-3427 Haase
Jun Saint Paul Mn 55133-3427 Qiu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Co
Original Assignee
Minnesota Mining and Manufacturing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/700,580 external-priority patent/US5213998A/en
Priority claimed from US07/700,606 external-priority patent/US5274269A/en
Application filed by Minnesota Mining and Manufacturing Co filed Critical Minnesota Mining and Manufacturing Co
Application granted granted Critical
Publication of DE69220942D1 publication Critical patent/DE69220942D1/de
Publication of DE69220942T2 publication Critical patent/DE69220942T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0083—Processes for devices with an active region comprising only II-VI compounds
    • H01L33/0087—Processes for devices with an active region comprising only II-VI compounds with a substrate not being a II-VI compound
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
    • H01L33/285—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table characterised by the doping materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/327—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIBVI compounds, e.g. ZnCdSe-laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/347—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIBVI compounds, e.g. ZnCdSe- laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H01L33/145—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2213—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on polyimide or resin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223—Buried stripe structure
    • H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H01S5/3059—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping in II-VI materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3068—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure deep levels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Halbleiter-Laserdioden sind allgemein bekannt und beispielsweise in Kapitel 12 von Physics of Semiconductor Devices, 2. Ausgabe, Seiten 681-742 (1981) von Sze beschrieben. Bis heute werden die meisten kommerziell erhältlichen Laserdioden aus Verbundhalbleitern bzw. Haibleiterverbindungen der Gruppe III-V und ihren Legierungen, wie beispielsweise GaAs und AlGaAs hergestellt. Diese Bausteine emittieren Licht im Infrarot- und Rotbereich des Spektrums, z.B. bei Wellenlängen zwischen 630 und 1550 nm. Derartige Laserdioden haben einen breiten Anwendungsbereich und werden beispielsweise in Kommunikations-, Aufzeichnungs-, Sensor-, und Bild- oder Abbildungssystemen verwendet.
  • Es gibt jedoch viele Anwendungsbereiche, in denen die Wellenlänge des durch Infrarot- und Rotlaserdioden erzeugten Lichts ungeeignet ist. Vermarktbare Laserdioden, die Strahlung bei kürzeren Wellenlängen emittieren, beispielsweise im Grün- und Blaubereich des Spektrums (d.h. bei Wellenlängen zwischen 590 und 430nm) hätten einen breiten Anwendungsbereich. Durch Laserdioden mit kürzeren Wellenlängen würden außerdem der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz und die Leistungs- oder Funktionsfähigkeit vieler Systeme erhöht, in denen gegenwärtig Infrarot- und Rot-Laserdioden verwendet werden.
  • II-VI-Halbleiter und Legierungen mit breiten Energielücken oder Bandabständen, insbesondere ZnSe, wurden für viele Jahre als vielversprechende Materialien zur Herstellung von blau- und grünlichtemittierenden Bausteinen oder Vorrichtungen betrachtet. In den 1960er-Jahren wurde die Laserwirkung für mehrere II-VI-Halbleiter unter Verwendung von Elektronenstrahl-Pumptechniken demonstriert. In Electron Beam Pumped II-VI Lasers, J. Crystal Growth 72, 504 (1985) von Colak et al. ist eine Übersicht über diese Arbeit dargestellt. In Veröffentlichungen jüngeren Datums wurden optisch gepumpte und elektronenstrahlgepumpte Laserwirkungen für epitaxiale II-VI-Halbleitermaterialien dargestellt. Vergl. Potts et al., Electron beam Pumped Lasing In ZnSe Grown By Molecular-Beam-Epitaxy, Appl. Phys. Lett. 50, 7 (1987) und Ding et al., Laser Action In The Blue-Green From Optically Pumped (Zn, Cd)Se/ZnSe Single Quantum Weil Structures, Appl. Phys. Lett. 57, S. 2756 (1990). Mit dem Fortschritt der Forschung bezüglich II-VI-Halbleiterbausteinen mit breitem Bandabstand wurden zahlreiche wesentliche technologische Probleme erkannt. Diese Probleme waren beispielsweise: 1) daß keine p-dotierten ZnSe- und ähnliche Legierungen mit niedrigem Widerstand hergestellt werden konnte; 2) daß keine ohmschen Kontakte mit p-dotierten ZnSe- und ähnlichen Legierungen mit einer für Bausteine geeigneten Qualität hergestellt werden konten; und 3) daß kein geeignetes, bezüglich des Gitters angepaßtes Heterostrukturmaterialsystem verfügbar war.
  • Heute werden moderne Epitaxietechniken, z.B. Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) und ein metallorganisches CVD-Verfahren (MOCVD) verwendet, um undotierte und n-dotierte ZnSe- Schichten mit Bausteinqualität typischerweise auf GaAs- Substraten herzustellen. Außerdem wurde das Wachstum von p- dotierten ZnSe-Material mit niedrigem Widerstand unter Verwendung von Li und N (NH&sub3;) als Dotierstoffe beschrieben. Für einige Zeit schien es, daß der obere Grenzwert der erreichbaren Netto-Akzeptorkonzentrationen (NA-ND) etwa 10 ¹&sup7;cm&supmin;³ beträgt. In jüngster Zeit wurden jedoch wesentlich höhere Netto-Akzeptorkonzentrationen in ZnSe:N erreicht, das durch ein MBE-Verfahren unter Verwendung von durch eine HF- Plasmaquelle erzeugten freien Stickstoffradikalen gebildet wurde. Vergl. z.B. Park et al., P-type ZnSe By Nitrogen Atom Beam Doping During Molecular Beam Epitaxial Growth, Appl. Phys. Lett. 57, 2127 (1990). Die größte durch Verwendung dieser Techniken erreichte Netto-Akzeptorkonzentration in ZnSe beträgt 2x10¹&sup8;cm&supmin;³. Von mehreren Laboratorien wurde berichtet, daß unter Verwendung dieser Technologien blaulichtemittierende Dioden in Anfangsstadien hergestellt wurden. Vergl. z.B. den unmittelbar vorstehend erwähnten Artikel von Park et al. in Appl. Phys. Lett.
  • Von den geeignet entwickelten II-VI-Halbleitersystemen mit breitem Bandabstand, d.h. ZnSeTe, CdZnSe, ZnSSe und CdZnS, weist nur CdZnS-ZnSe ein bezüglich des Gitters angepaßtes System auf. Leider weist dieses System nur einen sehr schmalen Bandabstandunterschied auf (etwa 0,05 eV), der bei weitem zu gering ist für eine Ladungsträgerbegrenzung, die für einfache Doppelheterostruktur-Laserdioden erforderlich ist. Daher wäre es, um einen Bandabstandunterschied von mehr als 0,2 eV zu erhalten, notwendig, ein unter Spannung stehendes Schichtsystem zu verwenden (z.B. ZnSe-CdxZn1-xSe, wobei x ≥ 0,2 ist). Um Versetzungen oder Verschiebungen zu verhindern, durch die der Lumineszenzwirkungsgrad verschlechtert würde, sollte die Dicke der unter Spannung stehenden Schicht geringer sein als die kritische Dicke. Bei einem demgemäß hergestellten Laser mit einfacher Doppelheterostruktur würde die aktive Schicht (aufgrund der für einen ausreichenden Bandabstandunterschieds erforderlichen Fehlanpassung) so dünn sein, daß der optische Wellentyp oder Modus sehr schlecht begrenzt wäre. Daher würde der Begrenzungsfaktor (Überlappung zwischen dem optischen Modus und dem lichterzeugenden Bereich) klein, so daß Substratverluste hoch wären und untragbar hohe Schwellenströme erzeugt würden. Daher sind Laserdioden mit einfacher Doppelheterostruktur in diesen II-VI-Materialien mit breitem Bandabstand praktisch nicht geeignet.
  • Daher waren keine aus II-VI-Verbundhalbleitern hergestellten Laserdioden bekannt. Vermarktbare Laserdioden dieses Typs wären sehr wünschenswert und hätten einen breiten Anwendungsbereich.
  • Aufgrund dieses breiten Bereichs wichtiger Anwendungsmöglichkeiten für diese Bausteine wurden diese Materialien mit beträchtlichem Aufwand untersucht und entwickelt. Im Verlauf dieser Arbeiten wurden viele Haupthindernisse für die Herstellung vermarktbarer II-VI-Bausteine aufgezeigt. Trotz all dieser Forschungen wurden über Anfangsstadien von blaulichtemittierenden Dioden (LEDs), die aus einem epitaxialen II-VI-Halbleiter (ZnSe) hergestellt wurden, erstmals 1988 berichtet. Vergl. Yasuda et al., Appl. Phys. Lett. 52, 57 (1988). Es sind keine Veröffentlichungen über aus diesen Materialien hergestellte Laserdioden bekannt.
  • Ein wesentliches Problem bestand darin, daß ZnSe- Material oder andere geeignete II-VI-Halbleitermaterialien nicht in ausreichenden Netto-Akzeptorkonzentrationen pleitend dotiert werden konnten. In diesem Bereich wurden kürzlich Verbesserungen erzielt. Vergl. z.B. Park et al., P- Type ZnSe By Nitrogen Atom Beam Doping During Molecular Beam Epitaxial Growth, Appl. Phys. Lett., Bd. 57, S. 2127 (1990).
  • Gemäß anderen kürzlich erzielten Fortschritten in der II-VI-Technologie ist das Wachstum von epitaxialen Schichten bei niedrigen Temperaturen unter Verwendung von Molekularstrahl-Epitaxie und einer Quelle zum thermischen Kracken des Elements der Gruppe VI vorgesehen. Vergl. z.B. Cheng et al., Low Temperature Growth Of ZnSe By Molecular Beam Epitaxy Using Cracked Selenium, Appl. Phys. Lett., Bd. 56, S. 848 (1990).
  • Bei der Herstellung ohmscher Kontakte mit niedrigem Widerstand mit dem p- und dem n-dotierten II-VI-Halbeitermaterial ergaben sich ebenfalls Probleme. Gute ohmsche Kontakte sind für vermarktbare II-VI-Bausteine (z.B. mit niedriger Betriebsspannung und geringer Wärmeerzeugung) notwendig.
  • Bei herkömmlichen Verfahren zum Herstellen ohmscher Metall-Halbleiterkontakte wird ein Metallsystem (häufig thermisch legiert) verwendet, um kleinere Barrieren oder Schwellen für Ladungsträgerinjektion zu erzeugen und/oder die Halbleiterkontaktschicht an der Oberfläche der Schicht so stark wie möglich mit (bezüglich des Energiepegels) flachen Störstellen zu dotieren. Aufgrund der geringen Schwellenhöhe und der hohen Dotierungsdichte bzw. des hohen Dotierungsgrades in der Halbleiterschicht sind die Potentialschwellen oder -barrieren so dünn, daß das Durchtunneln von Ladungsträgern durch die Barrieren eine wesentliche Rolle spielt. Bei nahezu allen vermarktbaren Halbleiterbausteinen und integrierten Schaltungen wird dieses Verfahren zur Träger- oder Strominjektion verwendet.
  • Es wurde allgemein vermutet, daß dieses Verfahren (z.B. Dotieren und Aufdampfen von Gold (Au)) auch geeinet wäre zum Herstellen ohmscher Kontakte mit p-dotiertem ZnSe-Material und anderen II-VI-Halbleitern. Tatsächlich wurde nunmehr, nachdem p-dotiertes ZnSe reproduzierbar hergestellt werden kann, festgestellt, daß durch herkömmliche Verfahren keine zuverlässigen ohmschen Kontakte hergestellt werden können. Das stabile Metallsystem mit niedriger Schwelle und sehr hohe Dotierungsgrade sind für diese Halbleiter bisher nicht verfügbar. Eine Ausnahme eines Materials, das diese Probleme nicht aufweist, ist ZnTe, das leicht p-dotiert werden kann. Außerdem können ohmsche Kontakte für diesen Halbleiter unter Verwendung herkömlicher Verfahren hergestellt werden. Trotzdem ist klar, daß ein Bedarf für eine verbesserte Technologie zum Herstellen ohmscher Kontakte für andere p-dotierte II-VI-Halbleiter mit breitem Bandabstand besteht.
  • In der GB-A-2226698 wird eine II-VI-Halbleiter-Laserdiode beschrieben, bei der eine aktive Schicht zwischen Mantelschichten angeordnet ist.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt eine (nicht maßstabsgerechte) Querschnittansicht zum Darstellen der Struktur einer erfindungsgemäßen II-VI-Halbleiter-Laserdiode;
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zum Herstellen der in Fig. 1 dargestellten Laserdiode verwendeten Molekularstrahl-Epitaxiesystems;
  • Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Strom- Spannungskennlinie (I-V-Kennlinie) von ohmschen Kontakten von Au-Proben auf p-dotiertem ZnSe, die den bei der in Fig. 1 dargestellten Laserdiode vorgesehenen Kontakten ähnlich sind;
  • Fig. 4 zeigt ein Energiebanddiagramm eines ohmschen Kontaktes mit p-dotiertem ZnSe, der dem bei der in Fig. 1 dargestellten Laserdiode vorgesehenen Kontakt ähnlich ist;
  • Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der gemessenen optischen Ausgangsleistung der in Fig. 1 dargestellten Laserdiode als Funktion des zugeführten Stroms;
  • Fig. 6&sub1; zeigt eine graphische Darstellung der gemessenen Intensität eines spontanen (Nicht-Laser-) Lichtausgangssignals (untere Kurve) und eine graphische Darstellung der gemessenen Intensität des stimulierten (Laser-) Lichtausgangssignals (obere Kurve) der in Fig. 1 dargestellten Laserdiode als Funktion der Wellenlänge;
  • Fig. 6&sub2; zeigt eine detaillierte Darstellung des mittleren Wellenlängenbereichs der oberen Kurve von Fig. 61;
  • Fig. 7 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen der Struktur einer alternativen Stegwellenleiterausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Lasers;
  • Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung des Niedertemperatur-Photolumineszenz (PL) -spektrums der p-dotierten ohmschen Kontaktschichtprobe, die der bei der in Fig. 1 dargestellten Laserdiode vorgesehenen Kontaktschicht ähnlich ist;
  • Fig. 9 zeigt ein Diagramm einer Molekularstrahl-Epitaxiekammer zum erfindungsgemäßen Dotieren von Halbleitern;
  • Fig. 10(a) und 10(b) zeigen graphische Darstellungen der Photolumineszenz (PL) -intensität als Funktion der Energie;
  • Fig. 11(a) zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Funktion 1/C² von der Vorspannung für eine im Kapitel "Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen" beschriebene Halbleiterprobe;
  • Fig. 11(b) zeigt eine graphische Darstellung einer Netto-Akzeptordichte als Funktion der Verarmungsbreite für einen im Kapitel "Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen" beschriebenen Halbleiter;
  • Fig. 12(a) zeigt eine (nicht maßstabsgerechte) Querschnittansicht einer im Kapitel "ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen" beschriebenen lichtemittierenden Diode bzw. Leuchtdiode;
  • Fig. 12(b) zeigt eine graphische Darstellung der Elektrolumineszenz (EL) -intensität als Funktion der Wellenlänge für die in Fig. 12(a) dargestellte Leuchtdiode bei 77K;
  • Fig. 13 zeigt eine graphische Darstellung der Elektrolumineszenz (EL) -intensität als Funktion der Wellenlänge für die in Fig. 12(a) dargestellte Leuchtdiode bei Raumtemperatur; und
  • Fig. 14 zeigt eine (nicht maßstabsgerechte) Querschnittansicht einer im Kapitel "ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen" beschriebenen zweiten Ausführungsform einer Leuchtdiode.
    • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Fig. 1 zeigt die allgemeine Struktur einer erfindungsgemäßen Laserdiode 10. Die Laserdiode 10 ist ein II-VI- Baustein mit breitem Bandabstand, der aus heteroepitaxialen Schichten aus ZnSxSe1-x-, ZnSe- und CdyZn1-ySe-Material hergestellt ist, die durch Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) auf einem GaAs-Substrat ausgebildet sind. Prototypen dieses Bausteins zeigten eine Laserwirkung, wobei von einer CdyZn1-ySe- Potentialsenkenstruktur bei einer gepulsten Strominjektion bei 77K kohärentes blau-grünes Licht in der Nähe von 490nm emittiert wird.
  • Die Laserdiode 10 wird auf einem GaAs-Substrat 12 hergestellt und weist eine untere (erste) und eine obere (zweite) ZnSe-Lichtleiterschicht 14 bzw. 16 auf, die durch eine aktive Cd1-yZnySe-Potentialsenkenschicht 18 getrennt sind. Die Oberflächen der Lichtleiterschichten 14 und 16, die an entgegengesetzten Seiten der aktiven Schicht 18 angeordnet sind, sind mit einer oberen und einer unteren ZnSx Se1-x-Mantelschicht 20 bzw. 22 verbunden. Eine untere ohmsche Kontaktschicht 24 aus ZnSe ist auf der der Lichtleiterschicht 14 abgewandten Seite der unteren Mantelschicht 20 angeordnet, und eine obere ohmsche Kontaktschicht 26 aus ZnSe ist auf der der Lichtleiterschicht 16 abgewandten Seite der oberen Mantelschicht 22 angeordnet. Eine GaAs- Pufferschicht 28 trennt das Substrat 12 von der unteren ZnSe-Kontaktschicht 24, um eine hohe Kristallqualität der Kontakt- und der anschließend aufgebrachten Schichten zu gewährleisten. Eine Polyimid-Isolierschicht 34 überdeckt die der unteren Mantelschicht 22 entgegengesetzte Oberfläche der oberen ohmschen Kontaktschicht 26. Ein elektrischer Kontakt mit der ohmschen Kontaktschicht 26 wird durch eine Au- Elektrode 30 hergestellt, die in einem Fensterstreifen in der Isolierschicht 34 ausgebildet ist. Auf der Polyimidschicht 34 und freiliegenden Abschnitten der Au- Elektrode 30 werden eine dünne Ti-Schicht 31 und anschließend eine abschließende Au-Schicht 33 aufgebracht, um eine Verbindung mit einer Zuleitung zu ermöglichen. Ein elektrischer Kontakt mit der Unterseite der Laserdiode 10 wird durch eine In-Elektrode 32 auf der der unteren ohmschen Kontaktschicht 24 abgewandten Oberfläche des Substrats 12 hergestellt.
  • Die Schichten 24, 20 und 14 sind in Prototypen der Laserdiode 10 alle mit Cl n-leitend dotiert (d.h. sie sind von einem ersten Leitungstyp) . Die Schichten 16, 22 und 26 sind alle mit N p-leitend dotiert (d.h. sie sind von einem zweiten Leitungstyp). Die aktive Schicht 18 ist eine untotierte Potentialsenkenschicht aus Cd0.2Zn0.8Se-Halbleitermaterial, das in einer Dicke von 0,01µm aufgebracht ist. Die Lichtleiterschichten 14 und 16 sind beide 0,5µm dick. Die Lichtleiterschicht 14 ist in einer Netto-Donatorkonzentration von 1x10¹&sup7;cm&supmin;³ dotiert, während die obere Lichtleiterschicht 16 in einer Netto-Akzeptorkonzentration von 2x10¹&sup7;cm&supmin;³ dotiert ist. Die Mantelschichten 20 und 22 sind Schichten aus ZnS0.07Se0.93-Halbleitermaterial, die in einer Dicke von 2,5µm bzw. 1,5µm aufgebracht sind. Die Netto-Donatorkonzentration der unteren Mantelschicht beträgt 1x10¹&sup8;cm&supmin;³. Die Netto-Akzeptorkonzentration der oberen Mantelschicht beträgt 2x10¹&sup7;cm&supmin;³. Die ohmschen Kontaktschichten 24 und 26 sind bei diesen Prototypbausteinen beide in einer Dicke von 0,1µm aufgebracht. Die untere Kontaktschicht ist in einer Netto- Donatorkonzentration von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ n-leitend dotiert. Die obere Kontaktschicht ist in einer Netto-Akzeptorkonzentration von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ p-leitend dotiert.
  • Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Laserdioden 10 können auch andere Parameter und Materialien verwendet werden. Beispielsweise können die Dicken der Schichten 24, 20, 14, 16, 22 und 26 nach Erfordernis für verschiedene Anwendungen verändert werden. Typische Dickenbereiche für die Kontakt-, Mantel- und Lichtleiterschichten sind 0,03 bis 1,0µm, 0,5 bis 5,0µm bzw. 0,1 bis 1,0µm. Allgemein sollte die Dicke der Lichtleiterschichten 14 und 16 so gewählt werden, daß die Breite des optischen Modus minimiert wird. Wenn die Schichten 14 und 16 zu dünn sind, erstrecken sich die Dämpfungsausläufer oder evaneszenten Wellenausläufer weit in die Mantelschichten 20 und 22. Die Mantelschichten 20 und 22 müssen dick genug sein, um zu erreichen, daß die Absorption des optischen Modus im Substrat 12 und in der Elektrode 32 vernachlässigbar ist. Die Zusammensetzung der CdxZn1-xSe- Schicht (durch die die Laserwellenlänge bestimmt ist), wobei x etwa 0,2 beträgt, wurde gewählt, um einen ausreichend großen Bandabstandunterschied (ΔEγ von etwa 0,2eV) zu erhalten, um eine effektive Trägerbegrenzung zu ermöglichen. Durch größere Werte für x werden tiefere Potentialsenken erzeugt, wäre jedoch aufgrund zunehmender Gitterfehlanpassungen eine dünnere Schicht erforderlich, wodurch der Wirkungsgrad für die Ansammlung von Trägern in der Potentialsenke abnimmt.
  • Die Zusammensetzung der ZnSySe1-y-Schicht, wobei y etwa 0,07 beträgt, wurde gewählt, um einen ausreichenden Brechungsindexunterschied bezüglich des Brechungsindex der ZnSe-Lichtleiterschichten zu erhalten, um einen verlustarmen Wellenleiter zu erhalten. Durch diese Zusammensetzung wird außerdem eine sehr gute Morphologie erhalten, weil sie bei der Wachstumstemperatur von 300ºC bezüglich des Gitters nahezu an das GaAs-Substrat angepaßt ist.
  • Andere verwendbare n-Dotierstoffe sind z.B. Ga, Al, In, I, F und Br. Außerdem können als p-Dotierstoffe Sauerstoff- oder Li-Akzeptoren verwendet werden. Andere verwendbare p- Dotierstoffe der Gruppe V sind z.B. Arsen und Phosphor. Es können auch höhere Donator- und Akzeptorkonzentrationen verwendet werden, obwohl sie nicht so hoch sein sollten, daß eine übermäßige Absorption freier Träger auftritt.
  • Die Prototypen der Laserdiode 10 werden auf einem Sidotierten n&spplus;-GaAs-Substrat 12 mit einer Kristallausrichtung (100) hergestellt. Derartige Substrate 12 sind von zahlreichen Herstellern, z.B. Sumitomo Electric Industries, Ltd., kommerziell erhältlich. Eine GaAs-Pufferschicht 28 ist bei dieser Ausführungsform in einer Dicke von 1µm aufgebracht und in einer Netto-Donatorkonzentration von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ Sidotiert. Es können auch andere geeignete Substrate (z.B. ZnSe, GaInAs oder Ge) und Pufferschichten, z.B. AlGaAs, AlAs, GaInP, AlInP, AlInAs oder GanAs, verwendet werden. Die Dicke der Pufferschicht 28 kann auch verändert werden, wenn eine geeignete hochwertige Oberfläche für das Aufbringen der II-VI-Halbleitermaterialien bereitgestellt wird. Wenn ein geeignetes hochwertiges Substrat verwendet und eine geeignete Oberfläche hergestellt wird, ist die Pufferschicht 28 gegebenenfalls nicht erforderlich.
  • Die Gitterkonstanten der ZnSSe-Mantelschichten 20 und 22 und der angrenzenden ZnSe-Schichten 24, 14 bzw. 16, 26 sind um etwa 0,3% fehlangepaßt. Durch vorläufige Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) -untersuchungen zeigt sich, daß das ZnSe-Material der Lichtleiterschichten 14 und 16 durch an den Grenzflächen der Lichtleiterschichten und der angrenzenden ZnSSe-Mantelschichten 20 bzw. 22 ausgebildete Versetzungen oder Verschiebungen zumindest teilweise entspannt ist. Diese vorläufigen Untersuchungen zeigen auch, daß die Dicke der aktiven CdZnSe-Potentialsenkenschicht 18 geringer ist als die kritische Dicke für dieses Materialsystem. Die aktive Potentialsenkenschicht 18 ist daher pseudomorph, wodurch Versetzungen im Lichtemissionsbereich der Laserdiode 10 minimiert werden. Die maximale pseudomorphe Dikke für unter Spannung stehende epitaxiale Schichten, z.B. 18, hängt von der Zusammensetzung ab und kann gemäß einer von Matthews et al., Defects In Epitaxial Multilayers, J. Crystal Growth, Bd. 27, S. 118 (1974) beschriebenen Formel berechnet werden. Durch Einfügen der Potentialsenkenschicht 18, die auch eine pseudomorphe Schicht aus einem anderen Halbleitermaterial sein könnte, wie beispielsweise ZnSeTe, wird der Betrieb der Laserdiode bei einem niedrigen Stromschwellenwert ermöglicht, wenn sie im dickeren verlustarmen II-VI-Wellenleiter angeordnet ist. Der Wellenleiter kann aus Lichtleiterschichten 14 und 16 mit größerem Brechungsindex und Mantelschichten 20 und 22 mit niedrigerem Brechungsindex hergestellt werden, die einen sehr kleinen Bandabstandunterschied aufweisen können und nicht exakt bezüglich des Gitters angepaßt sein müssen. Die Zusammensetzung der Lichtleiterschichten kann abgestuft sein, um Versetzungen zu minimieren und/oder einen Wellenleiter mit einem Brechungsindexgradienten bzw. einen Gradientenwellenleiter herzustellen.
  • Figur 2 zeigt eine Darstellung eines zum Herstellen der vorstehend beschriebenen Laserdiode 10 verwendeten Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) -systems 50. Das MBE-System 50 weist zwei MBE-Kammern 52 und 54 auf, die durch ein Ultrahochvakuum (UHV) -rohr 56 miteinander verbunden sind. Jede der Kammern 52 und 54 weist eine Hochenergie-Elektronenkanone 58, einen Leuchtstoffschirm 60, eine Substrat- Heizeinrichtung 90 und eine Flußmeß- und -überwachungseinrichtung 62 auf. MBE-Kammern, wie beispielsweise die Kammern 52 und 54, sind allgemein bekannt und kommerziell erhältlich. Zum Herstellen der Prototyp-Laserdioden 10 wurde ein MBE-System Perkin-Elmer Modell 430 verwendet.
  • Die MBE-Kammer 52 wird verwendet, um die GaAs- Pufferschicht 28 auf dem Substrat 12 auszubilden und weist eine Ga-Effusionszelle 64 und eine As-Krackzelle 66 auf. Außerdem ist eine Si-Effusionszelle 68 als Quelle für n- Dotierstoffe vorgesehen. Das Substrat 12 wird gereinigt und unter Verwendung herkömmlicher oder anderweitig bekannter Verfahren vorbereitet und durch In-Lötmittel an einem Molybdänprobenblock (in Fig. 2 nicht dargestellt) befestigt, bevor es in der Kammer 52 angeordnet wird. Beispielsweise wurden Substratvorbereitungsverfahren verwendet, die in einem Artikel von Cheng et al. mit dem Titel Molecular-Beam Epitaxy Growth Of ZnSe Using A Cracked Selenium Source, J. Vac. Sci. Technol., B8, 181 (1990) beschrieben sind, um die Prototyp-Laserdiode 10 herzustellen. Die Si-dotierte Pufferschicht 28 kann auf dem Substrat 12 ausgebildet werden, indem die MBE-Kammer 52 auf herkömmliche Weise betrieben wird, wie beispielsweise in Technology and Physics of Molecular Beam Epitaxy, Herausgeber E.H.C. Parker, Plenum Press, 1985, beschrieben ist. Die erhaltene Pufferschicht 28 weist eine As-reiche oder angereicherte Oberfläche auf, die, wie gemäß einem Reflexionsdiffraktionsverfahren hochenergetischer Elektronen (RHEED) beobachtet wurde, eine c(4x4)- Rekonstruktionsstruktur zeigte. Der Probenblock, der das GaAs- Substrat 12 und die Pufferschicht 28 trägt, wird dann über das UHV-Rohr 56 für eine weitere Verarbeitung in die MBE- Kammer 54 gebracht.
  • Auf die Pufferschicht 28 und die GaAs-Substratschicht 12 werden in der MBE-Kammer 54 Bausteinschichten 24, 20, 14, 18, 16, 22 und 26 aufgebracht. Zu diesem Zweck weist die Kammer 54 eine Zn-Effusionszelle 70, eine Effusionszelle 72 für gekracktes Se, eine ZnS-Effusionszelle 74 (als Quelle für 5), eine Cd-Effusionszelle 76 und eine Standard-Se(d.h. primär Se&sub6;) Effusionszelle 79 auf. Wie dargestellt, weist die Effusionszelle 72 für gekracktes Se einen Massenverdampfer 84 und einen Hochtemperatur-Krackbereich 82 auf und bildet eine Quelle für gekracktes Se (einschließlich Se&sub2; und anderer Se-Moleküle mit weniger als 6 Atomen). Der Massenverdampfer 84 und der Hochtemperatur-Krackbereich 82, die zum Herstellen der Prototyp-Laserdioden 10 verwendet werden, haben einen herkömmlichen Aufbau, und Details und Funktionen davon sind im vorstehend erwähnten Artikel von Cheng et al. in J. Vac. Sci. Technol. Beschrieben. Durch die Cl- Effusionszelle 78, in der ZnCl&sub2;-Quellenmaterial verwendet wird, wird der n-Dotierstoff Cl bereitgestellt. Der p- Dotierstoff wird durch die Quelle 80 für freie Stickstoffradikale erzeugt. Die Quelle 80 für freie Radikale ist über ein Regelventil 88 mit einer Quelle 86 für ultrareines N&sub2; verbunden. Die bei der Herstellung von Laserdioden 10 verwendete Quelle 80 für freie Radikale ist kommerziell erhältlich von Oxford Applied Research Ltd., Oxfordshire, England (Modell Nr. MPD21). Diese Quelle hat eine Länge von 390 mm. Die Strahlaustrittsplatte am Ende der Quelle besteht aus pyrolytischem Bornitrid (PBN), und in der Platte sind neun Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,2 mm ausgebildet. Diese Quelle ist über ein 10"-Verlängerungsrohr auf einer Standardöffnung für eine Effusionszelle montiert. Die zum Herstellen der Laserdioden 10 verwendete N&sub2;-Quelle hat einen für Forschungszecke geeigneten Reinheitsgrad und wird hergestellt von Matheson Gas Products. Der Druck am Einlaß des Regelventils der Quelle 86 beträgt 34,47x10³ Pa (5 psi).
  • Die MBE-Kammer 54 wird auf eine von Cheng et al. in einem Artikel mit dem Titel Growth Of p- and n-Type ZnSe By Molecular Beam Epitaxy, J. Crystal Growth 95, 512 (1989) beschriebene Weise unter Verwendung der Se&sub6;-Quelle 79 als Se- Quelle betrieben, um die n-dotierte Kontaktschicht, die n- dotierte Mantelschicht und die n-dotierte Lichtleiterschicht 24, 20 bzw. 14 der Prototyp-Laserdiode 10 auszubilden. Die aktive Potentialsenkenschicht 18 wird auf eine von Samarth et al. in einem Artikel mit dem Titel Molecular Beam Epitaxy of CdSe and the Derivative Alloys Zn1-xCdxSe and Cd1-xMnxSe, J. Electronic Materials, Bd. 19, Nr. 6, S. 543 (1990) beschriebene Weise ausgebildet.
  • Die MBE-Kammer 54 wird auf eine in der mitanhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/573428 mit dem Titel Doping If IIB-VIA Semiconductors During Molecular Beam Epitaxy, von Parker et al., eingereicht am 24. August 1990, beschriebene Weise unter Verwendung der Se&sub6;-Quelle 79 betrieben, um die p-dotierte Lichtleiterschicht 16 und die p- dotierte Mantelschicht 22 auszubilden. Die in der vorstehend erwähnten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/573428 enthaltene Offenbarung wird nachstehend wiedergegeben.
  • Ein durch eine Quelle für freie Radikale erzeugter atomarer Dopant- oder Dotierstoffstrahl (entweder Stickstoff oder Sauerstoff) wird verwendet, um ZnSe während einer Molekolarstrahl-Epitaxie zu dotieren, wodurch p-dotierte epitaxiale dünne ZnSe-Schichten erzeugt werden. Wenn eine elektromagnetische Leistung mit einer Frequenz von 13,52 MHz an eine HF-Plasmaentladungskammer der Quelle für freie Radikale angekoppelt wird, werden in der Kammer der Quelle für freie Radikale von einer ultrareinen Gasquelle atomare Dotierstoffsorten erzeugt. Eine Diffusorplatte mit 18 Löchern mit einem Durchmesser von jeweils etwa 0,3 mm wurde verwendet, um die Quelle für freie Radikale und die Molekularstrahl- Epitaxiekammer zu trennen. Die Menge der erzeugten atomaren Dotierstoffsorten wird durch den Pegel der an die HF- Plasmaentladungskammer angekoppelten HF-Leistung und den Druck in der HF-Plasmaentladungskammer gesteuert. Die atomaren Dotierstoffsorten, die sich über die Öffnungen in der Diffusorplatte in die Molekularstrahl-Epitaxiekammer ausbreiten, werden während der Molekularstrahl-Epitaxie zum Ausbilden der ZnSe-Schicht als Dotierstoffe verwendet.
  • Bei einer Ausführungsform werden dünne ZnSe-Schichten auf einer gut Dolierten GaAs-Oberfläche ausgebildet, wobei der Flächennormalenvektor im wesentlichen entlang der [001]- Kristallorientierung ausgerichtet ist. Es gibt viele Bezugsquellen für das GaAs-Substrat, das beispielsweise erhältlich ist von Sumitomo Electric Industries, Ltd., 1-1 Koyakita 1- Chome, Itami, Hyogo, 664 Japan, oder die GaAs-Epitaxialschicht, die beispielsweise erhältlich ist von Spire Corporation, Patriots Park, Bedford, Massachusetts, 01730. Bevor sie zum Ausbilden der ZnSe-Schicht im Molekularstrahl- Epitaxiesystem angeordnet werden, werden die GaAs-Substrate in Trichlorethan, Aceton und Isopropanol entfettet, in entionisiertem Wasser entseift und durch hochreines Stickstoffgas trockengeblasen. Die entfetteten Substrate werden in einer Lösung aus sechs Teilen Schwefelsäure, einem Teil Wasserstoffperoxid und einem Teil entionisiertem Wasser für mehrere Minuten (etwa zwei bis fünf Minuten) chemisch geätzt. Das Substrat wird dann in entionisiertem Wasser entseift und durch hochreines Stickstoffgas trockengeblasen. Die entfetteten und chemisch geätzten GaAs-Substrate werden dann unter Verwendung von geschmolzenem, hochreinem In als Lötmittel an einem Mo-Probenblock befestigt. Die Substratanordnung wird unmittelbar danach im Molekularstrahl- Epitaxiesystem angeordnet. Die GaAs-Substrate werden in der Ultrahochvakuum-Wachstumskammer für etwa ein bis fünf Minuten auf etwa 610ºC erhitzt, um die natürlichen Oxide zu desorbieren und die darunterliegende Kristallstruktur freizulegen, auf der das ZnSe mit der gleichen Kristallstruktur ausgebildet werden soll. Die typischen Wachstumsbedingungen für ZnSe durch Molekularstrahl-Epitaxie sind ein Zn- Strahl:Se-Strahl-Aquivalentdruckverhältnis von 1:2 (im Bereich von etwa 1:4 bis 2:1) und eine Wachstumstemperatur von 275ºC (Im Bereich von etwa 250ºC bis 400ºC). Typische Schichtdicken und Wachstumsraten sind 2µm bzw. 0,5µm/h (im Bereich von etwa 0,4µm/h bis 2,0µm/h). Die durch die Quelle für freie Radikale erzeugten atomaren Dotierstoffe werden durch Öffnen der mechanischen Verschlußklappe, durch die die Ziellinie zwischen der Quelle für freie Radikale und den erwärmten Substraten versperrt wird, in das ZnSe-Material eingefügt.
  • Das Hauptaugenmerk der Forschung der letzten Jahre bezüglich des IIB-VIA-Verbundhalbleiters ZnSe (Eg 2,67eV bei Raumtemperatur) mit breitem Bandabstand richtete sich auf die Herstellung von p-dotiertem Material mit niedrigem Widerstand. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für die in-situ-Herstellung epitaxialer Strukturen verwendet, die ZnSe-pn-Übergänge aufweisen. Dies ist nützlich bei der Herstellung effizienter Lichtemissionsvorrichtungen, wie beispielsweise Leuchtdioden und Diodenlaser, die im Blaubereich des sichtbaren Spektrums arbeiten.
  • Stickstoff oder Sauerstoff sind als p-Dotierelement in ZnSe sehr gut geeignet. Außer daß durch Sauerstoff und Stickstoff hohe Netto-Akzeptordichten (größer als etwa 5x10¹&sup5;cm&supmin;³) und eine niedrige Kompensation (ND/NA kleiner als etwa 0,8) erreicht wird, sind Stickstoff und Sauerstoff bei einer Temperatur bis 375ºC in ZnSe stabil.
  • Hohe Konzentrationen von Netto-Stickstoffakzeptorstörstellen werden beispielsweise durch Dotieren mit atomaren Stickstoffstrahlen während der Molekularstrahl-Epitaxie in die ZnSe/GaAs-Epitaxialschichten eingebracht. Im erhaltenen p-dotierten ZnSe-Material wurden Akzeptordichten von beispielsweise 4,9x10 cm gemessen.
  • Fig. 9 zeigt ein Molekularstrahl-Epitaxiesystem 110. Das Molekularstrahl-Epitaxiesystem 110 weist eine Molekularstrahl-Epitaxiekammer 112 auf, in der ein Substrat 114 angeordnet ist. Die Molekularstrahl-Epitaxiekammer 112 weist eine Elektronenkanone 116, einen Leuchtstoffschirm 118 und eine Flußmeßeinrichtung 120 auf. In der Molekularstrahl- Epitaxiekammer 112 sind Effusionszellen 122, 124, 126 und 128 angeordnet. Die Effusionszellen 122, 124, 126 und 128 können beispielsweise Effusionszellen für Zn, Se und ZnCl&sub2; aufweisen. Das Molekularstrahl-Epitaxiesystem 10 weist auch eine Quelle 130 für freie Radikale auf. Die Quelle 130 für freie Radikale kann eine Quelle für beliebige freie Radikale der Gruppe VA oder für freie Sauerstoffradikale aufweisen. Beispielsweise kann die Quelle 130 für freie Radikale eine Quelle für freie Stickstoffradikale aufweisen, wobei der Quelle 130 für freie Radikale von einer Quelle für ultrareines N&sub2; ultrareines N&sub2; über ein Ventil 133 zugeführt wird. Eine Quelle 130 für freie Radikale ist erhältlich von Oxford Applied Research Ltd. (Oxfordshire, Vereinigtes Königreich). Die Quelle 130 für freie Radikale könnte andersartige Quellen aufweisen, durch die freie Radikale erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Elektron-Zyklotron-Resonanz- (ECR-) Quelle für freie Radikale verwendet werden (z.B. erhältlich von Wavemat, Inc., 44780 Helm Street, Plymoth, Michigan). Es kann eine durch ein Mikrowellenrohr in die Gasquelle gekoppelte Mikrowellen-Krackeinrichtung verwendet werden, um freie Radikale zu erzeugen. Außerdem kann eine Gleichstrom(DC-) Plasmaentladungskammer verwendet werden. Darüber hinaus kann eine beliebige geeignete thermische Krackeinrichtung oder Dissoziationszelle (z.B. erhältlich von EPI, 261 East Fifth Street, St. Paul, Minnesota 55101) verwendet werden.
  • ZnSe-Schichten wurden in einem Molekularstrahl- Epitaxiesystem des hierin beschriebenen Typs auf GaAs- Substraten ausgebildet. Diese Schichten wurden bei einer Substrattemperatur von 275 ºC mit einem Zn-Strahl:Se-Strahl- Aquivalentdruckverhältnis von 1:2 ausgebildet (typische Schichtdicken und Wachstumsraten betrugen 2µm bzw. 0,5µm/h). Die ZnSe-Schichten wurde anstatt durch eine herkömmliche Effusionsquelle durch eine im Molekularstrahl-Epitaxiesystem angeordnete Quelle für freie Radikale p-dotiert. Durch die Quelle für freie Radikale wurde in einer HF-Plasmaentladungskammer ein Fluß aus atomarem Stickstoff (zusammen mit einem wesentlich größeren Fluß aus nicht-dissoziiertem N&sub2;) erzeugt. Es wurde eine HF-Frequenz von 13,5 MHz verwendet, um aus einer Quelle für ultrareines gasförmiges N&sub2; atomaren Stickstoff zu erzeugen. Der atomare Stickstoffluß wurde durch geeignetes Einstellen der Intensität der HF- Plasmaentladung gesteuert.
  • Die Menge des in das ZnSe aktiv eingefügten Stickstoffs war unter Verwendung des atomaren Strahls freier Radikale wesentlich größer als bei Verwendung von molekularem Stickstoff, was durch Vergleichen von 10K-Photolumineszenz (PL) - spektren bestätigt wurde, die von ZnSe-Schichten aufgezeichnet wurden, die durch einen nur aus N&sub2; bestehenden Fluß und durch einen aus einer Kombination aus N+N&sub2; bestehenden Fluß ausgebildet wurden. Wie in Fig. 10(a) dargestellt, sind die 10K-PL-Spektren, die von einer ZnSe-Schicht aufgezeichnet wurden, die unter Verwendung eines nur aus N&sub2; bestehenden Flusses gebildet wurde (in diesem Fall wurde ein Gleichgewicht-Untergrunddruck von N&sub2; von 5x10&supmin;&sup7; Torr in der Molekularstrahl-Epitaxiekammer aufrechterhalten), denjenigen gleich, die von undotierten ZnSe-Heteroepitaxialschichten aufgezeichnet wurden (vergl. R.M. Park, C.M. Rouleau, M.B. Troffer, T. Koyama und T.Yodo, J. Mater. Res., 5, 475 (1990)). Die dominanten Peaks im Exzitonbereich sind die getrennten Übergänge freier Exzitonen (Ex) und donatorgebundener Exzitonen (I&sub2;), wobei die Trennung aufgrund der Fehlanpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen ZnSe und GaAs erhalten wird, durch die die ZnSe-Schichten in der gleichen Ebene unter biaxiale Spannung gesetzt werden (vergl. K. Shahzad, D.J. Olego, D.A. Cammack, Phys. Rev. B39, 13016 (1989)). Daher ist bei solchen niedrigen N&sub2;- Untergrund-Partialdrücken molekularer Stickstoff an der ZnSe-Oberfläche vollständig reaktionsunfähig. Die Situation ändert sich jedoch wesentlich, wenn in der Quelle für freie Radikale eine Plasmaentladung erzeugt wird, wie im 10K- Spektrum von Fig. 10(b) dargestellt. Wiederum betrug der N2- Untergrund-Partialdruck in der Molekolarstrahl-Epitaxiekammer während des Wachstums Sx10&supmin;&sup7; Torr, wenn der HF- Plasmaentladung Spannung zugeführt wurde. Der Exzitonenbereich ist aufgrund der Einfügung von Stickstoff-Akzeptor- Störstellen durch getrennte Übergänge akzeptorgebundener Exzitonen (I -Übergänge) dominiert (vergl. P.J. Dean, W. Stutius, G.F. Neumark, B.J. Fitzpatrick und R.N. Bhargava, Phys. Rev. B27, 2419 (1983)). Außerdem wird das vollständige PL-Spektrum von Donator-Akzeptor- (D-A-) Übergängen dominiert (Q stellt den phononenfreien Übergang dar, wodurch auch mehrere LO-Phononenreproduktionen von Q gekennzeichnet sind). Daher ist an der anwachsenden ZnSe-Oberfläche die Rate der Fremdatombeimischung für atomaren Stickstoff wesentlich größer als diejenige für molekularen Stickstoff. Es hat sich gezeigt, daß die Probe, von der das in Fig. 10(b) dargestellte PL-Spektrum erhalten wurde, eine Netto-Akzeptorkonzentration von 1x10¹&sup7;cm&supmin;³ aufwies.
  • Die Netto-Akzeptorkonzentrationen NA-ND in den stickstoffdotierten ZnSe/GaAs-Schichten wurden unter Verwendung einer Kapazität-Spannung- (C-V) Profilmessung bestimmt. Weil die ZnSe-Epitaxieschicht auf halbisolierendem GaAs-Material ausgebildet war, wurde eine Planarprofilmessung zwischen zwei Schottkykontakten auf der ZnSe-Oberfläche ausgeführt. Das Oberflächenkontaktmuster bestand aus einer Serie von Cr/Au-Punkten mit einem Durchmesser von 762µm, die von einer großen umgebenden Cr/Au-Elektrode physikalisch isoliert waren. Der Abstand zwischen den inneren (Punkt-) Elektroden und der Außenelektrode betrug 25µm, wobei ein kleiner Abstand erforderlich ist, um einen niedrigen Serienwiderstand zu erhalten. Das Kontaktmuster wurde erzeugt durch thermisches Aufdampfen von 75Å Cr und anschließend 1000Å Au und durch Photolithographie und einen Abziehprozeß. Bei all diesen Messungen wurde die Außenelektrode auf Erdpotential gehalten und dem inneren Schottkykontakt eine Vorspannung zugeführt.
  • Der Majoritätsträgertyp ist gemäß der nachstehenden Vorzeichenregel durch das Vorzeichen der Steigung der Kurve 1/C² als Funktion der Spannung V gegeben; eine positive Steigung würde anzeigen, daß das Material p-leitend bzw. p- dotiert ist. Die Netto-Akzeptorkonzentration (NA-ND) ist der Steigung von 1/C² als Funktion von V proportional. Die Darstellung 1/C² als Funktion von V bzw. des Profils von NA-ND als Funktion der Verarmungsbreite, das von einer stark dotierten ZnSe-Schicht erhalten wird, sind in Fig. 11(a) bzw. 11(b) dargestellt. Wie in Fig. 11(a) und 11(b) dargestellt, ist das Material p-dotiert und weist eine Netto-Akzeptorkonzentration von etwa 3,4x10¹&sup7;cm&supmin;³ auf. Wie in Fig. 11(b) dargestellt, ist das Dotierungsprofil ausgehend von einer Vorspannung von null (0,068 µm) bis zu einem Bereich, wo ein Sperrspannungsdurchbruch auftritt (1,126 µm) ziemlich flach. Der Durchbruch trat bei 3,8 V auf, was mit einem Lawinendurchbruch im ZnSe-Material übereinstimmt, das mit dieser Dichte, d.h. 3,4x10¹&sup7;cm&supmin;³, p-dotiert ist.
  • Ein weiterer Beweis des p-dotierten Charakters des stickstoffdotierten ZnSe-Materials wurde durch Herstellen von blaulichtemittierenden Dioden basierend auf epitaxialem Ausbilden von ZnSe:N/ZnSe:Cl-pn-Homoübergängen erhalten. Die n-dotierten ZnSe-Schichten in diesen pn-Übergängen wurden unter Verwendung von Cl als Dotierelement ausgebildet, wobei die Quelle der Cl-Atome eine im Molekularstrahl-Epitaxiesystem angeordnete ZnCl&sub2;-Effusionsquelle war.
  • Es wurden zahlreiche ZnSe-Proben geprüft, die unter Verwendung von Molekolarstrahl-Epitaxie hergestellt wurden. Dabei ergaben sich folgende Ergebnisse:
  • 1. Undotiertes ZnSe:
  • Zn-Strahl: Se-Strahl-Äquivalentdruckverhältnis: 1 : 2
  • Wachstumstemperatur: 275ºC
  • Ergebnisse: Das Niedrigtemperatur-Photolumineszenzspektrum zeigte, daß die Probe nicht p-dotiert war. Die C-V-Messung zeigte, daß die Probe isolierte.
  • 2. Dotiertes ZnSe unter Verwendung von N&sub2; ohne zur Quelle für freie Radikale zugeführte HF-Spannung:
  • Zn-Strahl: Se-Strahl-Äquivalentdruckverhältnis: 1:2
  • Wachstumstemperatur: 275ºC
  • HF-Leistung: 0 Watt
  • Untergrunddruck: 5x10&supmin;&sup7; Torr
  • Ergebnisse: Das Niedrigtemperatur-Photolumineszenzspektrum zeigte, daß die Probe nicht p-dotiert war. Die C-V-Messung zeigte, daß die Probe isolierte.
  • 3. Dotiertes ZnSe unter Verwendung von N&sub2; mit zur Quelle für freie Radikale zugeführter HF-Spannung:
  • Zn-Strahl : Se-Strahl-Äquivalentdruckverhältnis: 1:2
  • Wachstumstemperatur: 275ºC
  • HF-Leistung: 320 Watt
  • Untergrunddruck: 5x10&supmin;&sup7; Torr
  • Ergebnisse: Das Niedrigtemperatur-Photolumineszenzspektrum, die Strom-Spannungsmessung und die Kapazität-Spannungsmessung zeigten, daß die Probe p-dotiert war. ND/NA≤0,8 (hoher Dotierungswirkungsgrad) und NA-ND=3,4x10¹&sup7;cm&supmin;³.
  • 4. Dotiertes ZnSe unter Verwendung von O&sub2; mit zur Quelle für freie Radikale zugeführter HF-Spannung:
  • Zn-Strahl: Se-Strahl-Äquivalentdruckverhältnis: 1:2
  • Wachstumstemperatur: 275ºC
  • HF-Leistung: 320 Watt
  • Untergrunddruck: 5x10&supmin;&sup7; Torr
  • Ergebnisse: Das Niedrigtemperatur-Photolumineszenzspektrum, die Strom-Spannungsmessung und die Kapazität-Spannungsmessung zeigten, daß die Probe p-dotiert war und NA-ND=3,0x10¹&sup6;cm&supmin;³ betrug.
  • Fig. 12(a) zeigt eine Leuchtdiode 134. Die Leuchtdiode 134 weist ein p-dotiertes GaAs-Substrat 136 auf. Das p- dotierte GaAs-Substrat 136 bildet die Basis für eine Molekularstrahl-Epitaxie. Eine p-leitende stickstoffdotierte ZnSe- Schicht 138 ist auf dem p-dotierten GaAs-Substrat 136 aufgebracht. Die p-dotierte ZnSe-Schicht 138 wird erfindungsgemäß unter Verwendung einer Quelle für freie Stickstoffradikale aufgebracht. Eine n-leitende chlordotierte ZnSe-Schicht 140 ist auf der p-dotierten ZnSe-Schicht 138 aufgebracht. Eine n&spplus;-ZnSe-Deckschicht 142 ist auf der n-dotierten ZnSe-Schicht 140 aufgebracht. Die Schichten 138, 140 und 142 werden durch Molekularstrahl-Epitaxie aufgebracht. Durch ohmsche Kontakte 144 und 146 werden elektrische Kontakte mit der n&spplus;-ZnSe- Deckschicht 142 bzw. mit dem p-dotierten GaAs-Substrat 136 hergestellt. Bei einer Ausführungsform weist die p-dotierte ZnSe-Schicht 138 eine Dicke von 2µm und eine Netto- Akzeptorkonzentration von 1x10¹&sup7;cm&supmin;³ auf. Die n-dotierte ZnSe-Schicht 140 weist eine Dicke von 0,5µm und eine Netto- Donatorkonzentration von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ auf. Die n&spplus;-ZnSe-Deckschicht 142 weist eine Dicke von 500Å und eine Netto-Donatorkonzentration von 5x10¹&sup8;cm&supmin;³ auf.
  • Fig. 12(a) zeigt, daß die p-dotierte ZnSe-Schicht zunächst auf einem p&spplus;-dotierten GaAs-Substrat ausgebildet wird. Durch eine derartige "eingebettete p-dotierte Schicht" -Struktur werden die ernsten Probleme vermieden, die mit der Herstellung eines ohmschen Kontaktes mit p-dotiertem ZnSe- Material verbunden sind (vergl. M.A. Haase, H.Cheng, J.M. DePuydt und JE. Potts, J. Appl. Phys. 67, 448 (1990)). Ein Nachteil dieser Bausteinstruktur besteht jedoch darin, daß an der p&spplus;-GaAs/p-ZnSe-Hetero-Grenzfläche eine große Löcherschwelle vorhanden ist (vergl. L. Kassel, H. Abad, J.W. Garland, P.M. Raccah, J.E. Potts, M.A. Haase und H. Cheng, Appl. Phys. Lett. 56, 42 (1990)). Bei einem derartigen Baustein wird eine Löcherinjektion über die p&spplus;-GaAs/p-ZnSe- Hetero-Grenzfläche nur bei einem Lawinendurchbruch erhalten. Daher sind hohe Einschaltspannungen erforderlich, um eine mit dem ZnSe-pn-Homoübergang verbundene Elektrolumineszenz zu beobachten.
  • Leuchtdioden wurden unter Verwendung herkömmlicher Photolithographietechniken hergestellt, wobei die Bausteinisolierung durch chemischen Naßätzen erreicht wurde, um Mesastrukturen mit einem Durchmesser von 400µm herzustellen. Der obere Elektrodenmetallüberzug war ringförmig und wurde durch Aufdampfen und Abziehen ausgebildet. Es wurde ein Ultraschall-Goldkugelverbindungsverfahren verwendet, um einen Kontakt mit den Bausteinen herzustellen, um das Elektrolumineszenzverhalten zu bestimmen.
  • Ein typisches Elektrolumineszenzspektrum, das für die in Fig. 12(a) dargestellte Leuchtdiode 134 bei 77K aufgezeichnet wurde, ist in Fig. 12(b) dargestellt. Die Bausteinbetriebsspannung und der Bausteinbetriebsstrom betrugen für das in Fig. 12(a) dargestellte Spektrum 13,5V bzs. 40mA. Wie in Fig. 12(b) dargestellt, ist die sichtbare Elektrolumineszenz durch Blauemission dominiert, wobei das Spektrum mehrere aufgelöste Linien im wesentlichen bei 447,7nm, 459,6nm und 464,7nm aufweist. Die zwei höchsten Energiepeaks im Spektrum entsprechen hinsichtlich der Energie etwa den Elektrolumineszenzpeaks, die bei 77K von blaulichtemittierenden Dioden beobachtet werden, die unter Verwendung eines Ionenimplantations- und Glühverfahrens hergestellt wurden, das beispielsweise von Akimoto et al. beschrieben wird (vergl. K. Akimoto, T. Miyajima und Y. Mori, Jpn. J. Appl. Phys., 28, L528 (1989)). Von diesen Bausteinen wurde (gleichzeitig mit der Blauemission) auch Infrarotemission bei 844nm beobachtet, was möglicherweise als Ergebnis der Elektroneninjektion in das p&spplus;-GaAs-Material unter Lawinendurchbruchbedingungen beim Heteroübergang auftritt (in Fig. 12(b) nicht dargestellt).
  • Ein bei Raumtemperatur von der in Fig. 12(a) dargestellten Bausteinstruktur aufgezeichnetes Elektrolumineszenzspektrum (nur sichtbarer Bereich) ist in Fig. 13 dargestellt. Wie in dieser Figur verdeutlicht ist, wird eine dominante Emission im Blaubereich des sichtbaren Spektrums beobachtet, wobei ein Spitzenwert der Intensität bei einer Wellenlänge von 465nm auftritt. Für das in Fig. 13 dargestellte besondere Spektrum betrugen die zugeführte Spannung und der aufgenommene Strom 22V bzw. 20mA.
  • Fig. 14 zeigt eine Leuchtdiode 148. Die Leuchtdiode 148 ist ein p-auf-n-Baustein, der ähnlich arbeitet wie die Leuchtdiode 134 von Fig. 12(a). Die Leuchtdiode 148 weist ein n&spplus;-GaAs-Substrat 150, eine n-dotierte ZnSe-Schicht 152 und eine p-dotierte ZnSe-Schicht 154 auf. Durch Anschlüsse 156 und 158 wird ein elektrischer Kontakt mit deü p- dotierten ZnSe-Schicht 154 und dem n&spplus;-GaAs-Substrat 150 hergestellt. Die p-dotierte ZnSe-Schicht 154 wird durch Molekularstrahl-Epitaxie und eine vorstehend beschriebene Quelle für freie Radikale der Gruppe VA aufgebracht. Bei einer Ausführungsform weist die n-dotierte ZnSe-Schicht 152 der in Fig. 14 dargestellten Diode eine Netto-Donatorkonzentration von etwa 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ und eine Dicke von 2,0µm auf, und die p- dotierte ZnSe-Schicht 154 weist eine Netto-Akzeptorkonzentration von etwa 1x10¹&sup7;cm&supmin;³ und eine Dicke von 0,5µm auf.
  • Unter Verwendung des Verfahrens und der Vorichtung, die vorstehend beschrieben wurden, kann auch eine n-dotierte IIB-VIA-Halbleiterschicht hergestellt werden. Die erhaltene IIB-VIA-Halbleiterschicht kann in pn-Übergangsbausteinen, z.B. Leuchtdioden und Lichtdetektoren sowie Laserdioden und Transistoren, verwendet werden. Die Quelle für freie Radikale wird in einer Molekularstrahl-Epitaxiekammer angeordnet, um einem IIB-VIA-Halbleiter während der Molekularstrahl- Epitaxie einen Dotierungsstoff zuzuführen. Die Quelle für freie Radikale kann Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Antimon sein. Außerdem kann Sauerstoff als geeignete Quelle für freie Radikale verwendet werden. Das Verfahren und die Vorrichtung kann zum Dotieren von ZnSe mit N oder O verwendet werden. P-dotierte ternäre IIB-VIA-Halbleiter sind z.B. Zn1-xCdxSe, Znse1-xTex, Znse1-xSx, ZnS1-xTex und Zn1-xCdxS.
  • Gemäß Fig. 1, in der die Struktur einer erfindungsgemäßen II-VI-Halbleiter-Laserdiode dargestellt ist, ist die untere ZnSSe-Mantelschicht 20 unter Verwendung der ZnCl&sub2;- Quelle n-dotiert. Andere Aspekte der Verfahren zum Ausbilden von Mantelschichten 20, 22 sind im Artikel von Matsumura et al. mit dem Titel Optimum Composition In MBE-ZnSxSe1-x/ZnSe For High Quality Heteroepitaxial Growth, J. Cryst. Growth, Bd. 99, S. 446 (1990) beschrieben.
  • Eine p-dotierte ohmsche Kontaktschicht 26 aus ZnSe mit niedrigem Widerstand wurde hergestellt durch Ausbilden der Kontaktschicht bei niedriger Temperatur in der MBE-Kammer 54 unter Verwendung der Quelle 72 für gekracktes Se (d.h., des Krackbereichs 82 und des Verdampfers 84), während gleichzeitig das Halbleitermaterial der Kontaktschicht gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren p-dotiert wurde. Das zum Herstellen der Kontaktschicht 26 der Prototyp-Laserdiode 10 verwendete Niedrigtemperaturwachstumsverfahren ist allgemein von Cheng et al. in einem Artikel mit dem Titel Low Temperature Growth Of ZnSe By Molecular Beam Epitaxy Using Cracked Selenium, Appl. Phys. Lett. (Feb. 1990) beschrieben. Der Halbleiterkörper mit Schichten 28, 24, 20, 14, 18, 16 und 22 auf einem Substrat 12 wird auf eine Temperatur von weniger als 250ºC erwärmt, wobei die Temperatur jedoch hoch genug ist, um das Kristallwachstum des mit N als p-Dotierstoff in einer Netto-Akzeptorkonzentration von mindestens 1x10¹&sup7;cm&supmin;³ dotierten ZnSe-Materials zu unterstützen. Eine Netto- Akzeptorkonzentration von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ wurde in der ohmschen Kontaktschicht 26 der Prototyp-Laserdioden 10 erreicht, wenn sie bei einer Substrattemperatur von etwa 150ºC ausgebildet wurden. Es wird jedoch vermutet, daß ohmsche Kontaktschichten 26 mit geeigneten Eigenschaften bei anderen Wachstumstemperaturen bis herab zu mindestens 130ºC hergestellt werden können. Andere zum Herstellen der ohmschen Kontaktschicht 26 der Prototyp-Laserdioden 10 verwendbare Betriebsparameter der MBE-Kammer 54 sind folgende:
  • Zn-Strahl-Äquivalentdruck: 1,0x10&supmin;&sup7; Torr*
  • Se-Krackbereichtemperatur: 600ºC*
  • Se-Massenverdampfertemperatur: 250ºC*
  • Wachstumsgeschwindigkeit: 0,3-0,6µm/h
  • Oberflächenrekonstruktion: Zn-stabilisiert
  • Stickstoffdruck in Kammer: > 3,5x10&supmin;&sup7; Torr*
  • HF-Leistung: 150-250W*
  • * Parameter sind abhängig vom besonderen Aufbau des MBE-Systems
  • Figur 3 zeigt die Strom-Spannungskennlinie einer Probe mit zwei koplanaren Au-Metallelektroden auf einer p-dotierten ZnSe-Kontaktschicht, die für Testzwecke auf ähnliche Weise wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde. Die ohmsche Eigenschaft dieses Kontaktes wird durch den im wesentlichen linearen Verlauf der Kurve im Bereich von -6 bis +6V angezeigt.
  • Die Mechanismen, durch die vermutlich die ohmsche Eigenschaft der Kontaktschicht 26 erhalten wird, kann bezüglich Figur 4 beschrieben werden, die ein Energiebanddiagramm der Grenzfläche zwischen der Au- und der p-dotierten ZnSe- Kontaktschicht darstellt. Außer dem erwarteten flachen Störstellenniveau 100, das bei herkömmlichen ohmschen Kontakten ausgenutzt wird, sind in der Kontaktschicht zusätzliche elektronische Energiezustände 102 ausgebildet. Diese zusätzlichen Energiezustände 102 sind bezüglich des Valenzbandmaximums im Vergleich zur Tiefe des flachen Störstellenniveaus relativ tief (innerhalb des verbotenen Bandes). Die Energiezustände 102 sind tatsächlich Zwischenenergiezustände, die bei einer Energie angeordnet sind, die geringer ist als das Au-Ferminiveau und größer als das flache Störstellenniveau 100. Weil die Wahrscheinlichkeit dafür, daß Ladungsträger zwischen zwei vorgegebenen Energiezuständen tunneln, mit abnehmendem Abstand zwischen diesen beiden Zuständen exponentiell zunimmt, nimmt durch zusätzliche Energiezustände 102 die Tunnelwahrscheinlichkeit wesentlich zu, weil ein vorübergehender Verweilbereich für die Träger bereitgestellt und mehrstufiges oder Kaskadentunneln ermöglicht wird. Die optimale Bedingung ist in Figur 4 dargestellt, wobei EF die Fermienergie und EA die Akzeptorenergie darstellen. Figur 4 zeigt auch eine Diagrammdarstellung eines Elektrons, das einen mehrstufigen Tunnelübergang zwischen der ZnSe- und der Au-Schicht durch die zusätzlichen Energiezustände ausführt. Noch bessere Kontakte können durch elektronische Zustände bei mehr als einem Energieniveau erreicht werden, so daß ein Tunnelvorgang von Zustand zu Zustand über die Schwelle auftritt.
  • Es wird vermutet, daß die zusätzlichen Energiezustände 102 durch mehrere Verfahren eingefügt werden können. Es können ein Dotierungsverfahren während des Wachstums, ein Diffusions-, ein Ionenimplantationsverfahren oder andere bekannte Verfahren verwendet werden, um Störstellen einzufügen, durch die tiefe Niveaus erzeugt werden. Eine wichtige Art einer Störstelle mit tiefem Niveau ist die isoelektronische Haftstelle. Beispielsweise wird vermutet, daß durch Te eine Lochhaftstelle in ZnSe gebildet wird. Die zusätzlichen Energiezustände 102 können auch durch Einfügen geeigneter natürlicher Kristalldefekte, wie beispielsweise Versetzungen, Leer- oder Fehlstellen, Zwischenstellen oder Komplexen, in die Kontaktschicht 26 erzeugt werden. Dies kann durchgeführt werden, während die Kontaktschicht aufgebracht wird, indem die molekulare Art des Vorstoffes geeignet gewählt wird, und/oder durch andere geeignete Wachstumsbedingungen. Natürliche Defekte können auch durch Nachwachstumsbeharidlungen erzeugt werden, wie beispielsweise durch Bestrahlen durch Elektronenstrahlen, Ionenstrahlen, Radikalenstrahlen oder elektromagnetische Bestrahlung. Diese Verfahren müssen jedoch ausgeführt werden, ohne daß die Leitfähigkeit des ZnSe-Materials oder eines anderen Halbleitermaterials, das für die Kontaktschicht verwendet wird, beeinträchtigt wird.
  • Daraus ergibt sich, daß eine geeignete p-dotierte Kontaktschicht 26 mehrere Eigenschaften aufweist. Die Netto- Akzeptordichte MA-ND ist groß und beträgt vorzugsweise mindestens 1x10¹&sup8;cm&supmin;³. Dies dient dazu, die Breite der Schwelle zu vermindern, die die Ladungsträger durchtunneln müssen. Die p-Dotierstoffkonzentration (in der Laserdiode 10 Stickstoff) muß ebenfalls groß sein und beträgt vorzugsweise mindestens 1x10¹&sup9;cm&supmin;³. Außer daß flache Akzeptorniveaus gebildet werden, wirken vermutlich auch die Stickstoffstörstellen bei der Bildung der tiefen Energieniveaus mit. Die erforderliche minimale Stickstoffmenge ist die, durch die geeignete Konzentrationen beider Niveauarten bereitgestellt werden. Die Wachstumsbedingungen müssen ebenfalls geeignet sein, um die Defekte an den vorstehend beschriebenen Energieniveaus zu bilden. Es hat sich gezeigt, daß durch das vorstehend beschriebene Niedrigtemperaturwachstumsverfahren diese Matenaleigenschaften erzeugt werden (es wurden Kontaktwiderstände von weniger als 0, 4 Ohm/cm² erreicht).
  • Figur 8 zeigt das Niedrigtemperatur-Photolumineszenz (PL) -spektrum von einer guten ohmschen Kontaktschicht, z.B. 26. Die beobachtete Kennlinie weist auf: 1) die sehr schwache Photolumineszenz des randnahen Bandes, 2) das Auftreten des Defektbandes bei 2,3 eV (18500 cm&supmin;¹) und 3) das Vorhandensein eines (vermutlich einer Donator-Akzeptor-Paarrekombination zugeordneten) Bandes bei etwa 2,5 eV (20400 cm&supmin;¹). Es wird erwartet, daß die Bandrandphotolumineszenz für Materialien, die wesentliche Konzentrationen tiefer Niveaus aufweisen, schwach ist, weil durch die tiefen Niveaus große Wellenlängen und nichtstrahlende Kanäle erzeugt werden, die in Konkurrenz treten mit den bandrandnahen Prozessen. Das Emissionsband bei etwa 2,3ev ist einem Übergang vom Leitungsband zu einem tiefen (Akzeptor) Niveau, etwa 0,5ev über dem Valenzbandmaximum, zugeordnet. Dies ist in der Nähe der Energieposition, die vermutlich für einen Kaskadentunnelprozeß am wirksamsten ist. Das Emissionsband bei 2,5ev ist vermutlich Übergängen von Donator- zu Akzeptorzuständen zugeordnet. Keine oder minimale Donatorzustände wären bevorzugt, um diesen Übergang zu eliminieren oder sein Auftreten zu etwas höheren Energien zu verschieben.
  • Allgemein, und mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Unterschiede, werden herkömmliche Verfahren (d.h. für Si- und II-V-Halbleiterbausteine verwendete Verfahren) verwendet, um die Herstellung der Prototyp-Laserdiode 10 abzuschließen. Nach dem Aufbringen der Kontaktschicht 26 wird die noch unvollständige Laserdiode 10 aus der MBE-Kammer 54 entnommen. Die Elektrode 30 enthält Au, das auf die Kontaktschicht 26 aufgedampft und unter Verwendung herkömmlicher Photolithographie- und Abziehtechniken als Streifen ausgebildet wird (typischerweise mit einer Breite von etwa 20µm). Daraufhin wird eine Isolierschicht 34 auf der Elektrode 30 und der freiliegenden Oberfläche der Kontaktschicht 26 aufgebracht. Als Isolator, der bei niedrigen Temperaturen aufgebracht werden kann, ist Polyimid-Photoresist bevorzugt. Zum Herstellen der Laserdiode 10 wurde Probimide 408 von Ciba-Geigy Corp. verwendet. Ein Streifen (mit einer Breite von etwa 20µm) der Polyimidschicht 34 unmittelbar über der Elektrode 30 wird durch UV-Bestrahlung durch eine Photomaske und Entwickeln unter Verwendung einer vom Hersteller empfohlenen Verarbeitungsvorschrift, mit Ausnahme einer Nachentwicklungsaushärtung, entfernt. Um das ausgehärtete Polyimid zu entwickeln, wurde der Baustein durch UV-Licht mit einer Intensität von 1 J/cm² von einem Maskaligner bestrahlt und bei 125 ºC auf einer Wärmeplatte in Luft für 3 Minuten getrocknet. Daraufhin wird eine Ti-Au-Schicht 31 auf die freiliegende Oberfläche der Au-Elektrode 30 und der Polyimidschicht 34 aufgedapft, um eine Anschluß- oder Zuleitungskontaktierung zu ermöglichen. Das für das MBE-Substratkontaktieren verwendete In diente auch als Elektrode 32 auf dem Substrat 12. Entgegengesetzte Enden des Bausteins wurden entlang den (110)-Ebenen gespalten, um Kristallspiegelflächen zu bilden. Die Hohlraum- oder Resonatorlänge der Prototyp-Bausteine 10 beträgt etwa 1000µm. Die Laserdioden 10 wurden dann mit der p-dotierten Seite nach oben durch silbergefülltes Epoxid mit Keramikprobenhaltern verbunden.
  • Verbesserte Eigenschaften dieser Laserbausteine können durch eine bessere laterale Begrenzung des optischen Modus erreicht werden. Dies kann errreicht werden durch Ausbilden eines indexgeführten Lasers 10', wie beispielsweise des in Figur 7 dargestellten Lasers. Der indexgeführte Laser 10' ist dem Laser 10 ähnlich und kann mit den gleichen II-VI- Halbleiterschichten hergestellt werden. Teile des Lasers 10', die denjenigen des Lasers 10 entsprechen, sind durch gleiche, jedoch mit Strich versehene (z.B. "X'") Bezugszeichen bezeichnet. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Laser 10' einen Wellenleiter oder Steg 35 in der Mantelschicht 22' und eine Kontaktschicht 26' auf. Der Steg 35 kann durch Ionenstrahlätzen durch einen Xe- oder Ar- Ionenstrahl oder durch chemisches Naßätzen zu einer Breite von etwa 5µm ausgebildet werden. Ein herkömmliches Photoresist kann für diesen Prozeß als Maske verwendet werden. Andere bekannte und herkömmliche Verfahren können ebenfalls verwendet werden, um eine laterale oder seitliche Wellenführung bereitzustellen. Bei diesen Verfahren werden beispielsweise Substrate verwendet, in die Vertiefungen geätzt wurden (d.h. es wird ein Laser mit mit Kanälen versehenen Substraten hergestellt) oder ein Steg geätzt und eine obere Mantelschicht neu ausgebildet werden (d.h. es wird ein Laser mit "eingebetteter Heterostruktur" hergestellt). Verbesserungen des Schwellenstroms oder der differentiellen Quanten- oder Lumineszenzausbeute können durch dielektrische Beschichtungen der Kristallflächen erreicht werden, um die Reflexionsvermögen einzustellen.
  • Die Prototyp-Laserdioden wurden Anfangstests bei 77K durch pulsierendes Betreiben der Bausteine mit Pulsen von typischerweise 500ns und einer Periode von 500µs unterzogen. Strommessungen wurden durch eine Einrichtung zur Mittelwertbildung von Impulsspitzen (box-car averager) durchgeführt, während ein großer Si-Photodetektor verwendet wurde, um die Ausgangslichtintensität von einer Endkristallfläche des Bausteins zu erfassen und zu überwachen. Figur 5 zeigt die gemessene Ausgangslichtintensität als Funktion des Stroms (d.h. die L-I-Kennlinie) von einem der Bausteine. Der Schwellenstrom beträgt 74mA, was einer Schwellenstromdichte von 320A/cm² entspricht. Es wurden differentielle Quanten- oder Lumineszenzausbeuten von über 20% je Kristallfläche gemessen, was gepulsten Ausgangsleistungen von mehr als 100mw je Kristallfläche entspricht. Das kohärente Licht ist stark TE-polarisiert, und ein "Fleckenmuster" ist deutlich sichtbar. Der Laserausgangsstrahl hat ein elliptisches Fernfeldmuster mit einer Divergenz von etwa 40ºx4º für die zentrale Keule. Es sind Seitenkeulen sichtbar, was auf Quermodi höherer Ordnung hinweist.
  • Die gemessene L-I-Kennlinien, wie beispielsweise die im Figur 5 dargestellte Kennlinie, zeigen eine gewisse Abhängigkeit von der Impulslänge. Bei hohen Stromdichten tendiert die Verstärkung der Prototyp-Bausteine mit einer einzigen Potentialsenke zu einem Sättigungszustand. Gleichzeitig ist der Brechungsindex aufgrund der Injektion überschüssiger Ladungsträger vermindert, wodurch der Bereich unter dem Streifen der Elektrode 30 dazu tendiert, einen nichtlichtleitenden Zustand anzunehmen. Bei diesen Stromdichten werden thermische Effekte wichtig, weil durch Temperaturgradienten und die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex eine laterale oder seitliche optische Begrenzung erhalten wird. Es wird erwartet, daß diese Einflüsse durch indexgeführte Ausführungsformen, wie beispielsweise die Laserdiode 10', vermindert werden.
  • Die Figure 6&sub1; und 6&sub2; zeigen graphische Darstellungen der für die Prototyp-Laserdioden 10 bei 77K charakteristischen optischen Spektren. Die in Fig. 6&sub1; und 6&sub2; dargestellten Spektren wurden unter Verwendung eines Doppelmonochromators SPEX 1403 aufgenommen. Bei Strömen unterhalb des Schwellenwertes tritt die spontane Emission bei 490nm auf und weist eine Halbhöhenspitzenbreite (FWHM) von etwa 3nm auf. Oberhalb des Schwellenwertes arbeitet der 1060µm lange Baustein in vielen Längsmodi, die bei 489,6µm zentriert und um 0,03nm getrennt sind.
  • Ein Laserbetrieb wurde bei den Prototyp-Laserdioden 10 für kurze Zeitdauern bei Temperaturen von 200K beobachtet. Bei Raumtemperatur emittieren die Bausteine bei 502nm, senden jedoch keine Laserstrahlen aus.
  • Die Betriebsspannung der Prototyp-Laserdioden 10 beträgt beim Schwellenstrom etwa 15V. Diese Kenngröße zeigt an, daß Spielraum vorhanden ist zum Verbessern des ohmschen Kontaktes zwischen der Elektrode 30 und der Kontaktschicht 26 und/oder zum Verbessern der Leitfähigkeit der p-dotierten Schichten 16, 22 und 26. Es wird erwartet, daß durch Vermindem des Serienwiderstandes und durch Verbessern der Wärmesenken des Bausteins (d.h. durch Anlöten mit der p-dotierten Seite nach unten) der CW-Laserbetrieb bei höheren Temperaturen ermöglicht wird.
  • Es wird erwartet, daß die Konzepte, die hierin beschrieben wurden und zum Herstellen einer Prototyp- Laserdiode 10 verwendet werden, gleichermaßen gut geeignet sind zur Herstellung von Laserdioden aus verschiedenartigen anderen II-VI-Verbundhalbleiterlegierungen, insbesondere von anderen ZnSe-Legierungen. Beispielsweise werden verbesserte Betriebsbedingungen erhalten unter Verwendung von bezüglich des Gitters angepaßten Materialien, wie beispielsweise CdxZn1-xS (wobei x etwa 0,61 beträgt), und ZnSe, um den Wellenleiter zu bilden. Die Potentialsenke in einem solchen Baustein kann CdZnSe aufweisen. Dieses Halbleitersystem wird keine nachteiligen Versetzungen aufweisen, durch die der Wirkungsgrad und die nutzbare Lebensdauer der Bausteine vermindert wird. Außerdem kann die einzelne pseudomorphe Potentialsenkenschicht 18 durch eine aktive Schicht mit mehreren Potentialsenken, die aus unter Spannung stehenden Übergitterschichten hergestellt ist, ersetzt werden.
  • Die ohmsche Kontaktschicht 26 könnte auch verbessert werden, indem dünne Schichten aus II-VI-Legierungen mit kleineren Bandabständen, wie beispielsweise Znse1-xTex, CdxZn1-xSe und HgxZn1-xSe, verwendet werden. Es können von Se&sub2; verschiedene Quellen für Materialien der Gruppe VI verwendet werden, um erfindungsgemäße ohmsche Kontakte herzustellen. Andere Arten Xm der Gruppe VI, wobei m< 6 ist, und andere Quellen dieser Arten sind geeignete Ersatzmaterialien. Als Elektroden können auch andere Metalle (z.B. Pt) oder andere elektrisch leitfähige Materialien mit einer großen Austrittsarbeit (z.B. > 5eV) verwendet werden, die für eine stabile Halbleitergrenzfläche geeignet sind.

Claims (11)

1. II-VI-Verbundhalbleiter-Laserdiode (10) mit mehreren Schichten aus II-VI-Halbleitermaterial, durch die ein pn-Übergangsbereich gebildet wird, einer innerhalb des pn-Übergangsbereichs angeordneten aktiven Quantenquellenschicht (18) aus II-VI-Halbleitermaterial, einem Halbleitersubstrat (12) zum Halten der Schichten aus II-VI-Halbleitermaterial und einer ersten und einer zweiten Elektrode (32, 33), die an entgegengesetzten Seiten der Schichten aus JI-VI-Halbleitermaterial angeordnet sind, um der Laserdiode elektrische Energie zuzuführen; gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite lichtleitende Schicht (14, 16) aus II-VI-Halbleitermaterial innerhalb der Schichten des den pn- Übergangsbereich bildenden II-VI-Halbleitermaterials, wobei die aktive Quantenquellenschicht zwischen der ersten und der zweiten lichtleitenden Schicht angeordnet ist.
2. Laserdiode nach Anspruch 1, mit:
einer zwischen dem Substrat (12) und der ersten lichtleitenden Schicht (14) angeordneten ersten Mantelschicht (20) aus II-VI-Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps; und
einer auf der bezüglich der ersten Manteischicht (20) entgegengesetzten Seite der ersten lichtleitenden Schicht (14) angeordneten zweiten Mantelschicht (22) aus II-VI-Halbleitermaterial eines zweiten Leitungstyps.
3. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schichten aus II-VI-Halbleitermaterial aufweisen:
eine auf dem Substrat (12) angeordnete erste lichtleitende Schicht (14) aus II-VI-Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps; und
eine auf der ersten lichtleitenden Schicht (14) angeordnete zweite lichtleitende Schicht (16) aus II- VI-Halbleitermaterial eines zweiten Leitungstyps, wobei die erste und die zweite lichtleitende Schicht den pn- Übergang bilden.
4. Laserdiode nach Anspruch 3, ferner mit:
einer zwischen dem Substrat (12) und der ersten lichtleitenden Schicht (14) angeordneten ersten Mantelschicht (20) aus II-VI-Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps; und
einer bezüglich der ersten lichtleitenden Schicht (14) auf der entgegengesetzten Seite der zweiten lichtleitenden Schicht (16) angeordneten zweiten Mantelschicht (22) aus II-VI-Halbleitermaterial des zweiten Leitungstyps.
5. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem in mindestens einer der Schichten aus II-VI- Haibleitermaterial ausgebildeten Wellenleitersteg (35).
6. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die aktive Schicht (18) eine aktive Quantenquellenschicht aufweist.
7. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die aktive Schicht (18) eine aktive Mehrquantenquellenschicht aufweist.
8. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die aktive Schicht (18) Zink und Selen aufweist.
9. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die aktive Schicht (18) außerdem Cadmium aufweist.
10. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens eine p-dotierte Schicht aus II-VI-Halbleitermaterial mit p-dotierten Dotierungsstoffen aus einer Quelle freier Radikale in einer Netto-Akzeptorkonzentration von mindestens 1x10¹&sup7;cm&supmin;³ dotiert ist.
11. Elektronisches System mit einer II-VI-Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Emittieren eines kohärenten Lichtstrahls im blauen und/oder grünen Bereich des Spektrums.
DE69220942T 1991-05-15 1992-05-12 Blau-gruen diodenlaser Expired - Fee Related DE69220942T2 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US70060191A 1991-05-15 1991-05-15
US07/700,580 US5213998A (en) 1991-05-15 1991-05-15 Method for making an ohmic contact for p-type group II-VI compound semiconductors
US07/700,606 US5274269A (en) 1991-05-15 1991-05-15 Ohmic contact for p-type group II-IV compound semiconductors
PCT/US1992/003782 WO1992021170A2 (en) 1991-05-15 1992-05-12 Blue-green laser diode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69220942D1 DE69220942D1 (de) 1997-08-21
DE69220942T2 true DE69220942T2 (de) 1998-03-05

Family

ID=27418708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69220942T Expired - Fee Related DE69220942T2 (de) 1991-05-15 1992-05-12 Blau-gruen diodenlaser

Country Status (16)

Country Link
EP (2) EP0670593A3 (de)
JP (1) JP3269558B2 (de)
KR (1) KR100247682B1 (de)
CN (2) CN1097317C (de)
AU (1) AU654726B2 (de)
BR (1) BR9205993A (de)
CA (1) CA2109310C (de)
DE (1) DE69220942T2 (de)
ES (1) ES2104931T3 (de)
FI (1) FI110971B (de)
HK (1) HK1001353A1 (de)
IL (1) IL101857A (de)
MY (2) MY111574A (de)
RU (1) RU2127478C1 (de)
SG (1) SG46466A1 (de)
WO (1) WO1992021170A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019205376A1 (de) * 2019-04-15 2020-10-15 Forschungszentrum Jülich Herstellen eines ohmschen Kontakts sowie elektronisches Bauelement mit ohmschem Kontakt
DE102021004609A1 (de) 2021-09-11 2023-03-16 Eques Consulting GmbH Vorrichtung und damit durchführbares Verfahren zur non-invasiven Konzentrationsbestimmung von Komponenten im menschlichen Blutkreislauf und Verwendung des Verfahrens.

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5396103A (en) * 1991-05-15 1995-03-07 Minnesota Mining And Manufacturing Company Graded composition ohmic contact for P-type II-VI semiconductors
US5341001A (en) * 1992-02-13 1994-08-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Sulfide-selenide manganese-zinc mixed crystal photo semiconductor and laser diode
JP3453787B2 (ja) * 1993-06-18 2003-10-06 ソニー株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
US5640409A (en) * 1993-07-02 1997-06-17 Sony Corporation Semiconductor laser
US5422902A (en) * 1993-07-02 1995-06-06 Philips Electronics North America Corporation BeTe-ZnSe graded band gap ohmic contact to p-type ZnSe semiconductors
MY111898A (en) * 1993-07-02 2001-02-28 Sony Corp Semiconductor laser
JPH07231142A (ja) * 1994-02-18 1995-08-29 Mitsubishi Electric Corp 半導体発光素子
JPH07263372A (ja) * 1994-03-24 1995-10-13 Sharp Corp Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体装置およびその製造方法
US5442204A (en) * 1994-05-12 1995-08-15 Philips Electronics North America Corporation III-V Semiconductor heterostructure contacting a P-type II-VI compound
US6876003B1 (en) 1999-04-15 2005-04-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Semiconductor light-emitting device, method of manufacturing transparent conductor film and method of manufacturing compound semiconductor light-emitting device
DE10260183A1 (de) * 2002-12-20 2004-07-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Vertikal emittierender, optisch gepumpter Halbleiterlaser mit externem Resonator
JP4085953B2 (ja) * 2003-10-22 2008-05-14 住友電気工業株式会社 半導体光素子
JP4411540B2 (ja) * 2005-09-15 2010-02-10 ソニー株式会社 半導体レーザ装置
CN105161402B (zh) * 2010-04-30 2020-08-18 波士顿大学理事会 具有能带结构电位波动的高效紫外发光二极管
CN102185058B (zh) * 2011-04-02 2013-09-25 映瑞光电科技(上海)有限公司 一种氮化物led结构及其制备方法
CN102185060B (zh) * 2011-04-15 2014-07-16 映瑞光电科技(上海)有限公司 一种氮化物led结构及其制备方法
US10209517B2 (en) 2013-05-20 2019-02-19 Digilens, Inc. Holographic waveguide eye tracker
US20180275402A1 (en) 2015-01-12 2018-09-27 Digilens, Inc. Holographic waveguide light field displays
CN111323867A (zh) * 2015-01-12 2020-06-23 迪吉伦斯公司 环境隔离的波导显示器
EP3359999A1 (de) 2015-10-05 2018-08-15 Popovich, Milan Momcilo Wellenleiteranzeige
JP7207365B2 (ja) * 2019-06-19 2023-01-18 株式会社デンソー 半導体レーザ光源モジュール、半導体レーザ装置
WO2021041949A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 Digilens Inc. Evacuating bragg gratings and methods of manufacturing
CN115498077A (zh) * 2022-09-22 2022-12-20 深圳市思坦科技有限公司 红光微型led芯片制备方法、红光微型led芯片以及显示装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5863183A (ja) * 1981-10-09 1983-04-14 Semiconductor Res Found ２−６族間化合物の結晶成長法
JPS60178684A (ja) * 1984-02-24 1985-09-12 Nec Corp 半導体レ−ザ
JPH0728052B2 (ja) * 1986-01-27 1995-03-29 株式会社東芝 半導体発光素子およびその製造方法
JPS63185077A (ja) * 1987-01-27 1988-07-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 青色発光ダイオ−ド
DE3810245A1 (de) * 1987-03-27 1988-10-06 Japan Incubator Inc Lichtemittierendes element und verfahren zu seiner herstellung
JPS63288072A (ja) * 1987-05-20 1988-11-25 Seiko Epson Corp 半導体発光装置
JPH01140663A (ja) * 1987-11-27 1989-06-01 Toshiba Corp 半導体装置の電極
JPH01184977A (ja) * 1988-01-20 1989-07-24 Inkiyuubeetaa Japan:Kk 可視発光半導体レーザ装置
US4992837A (en) * 1988-11-15 1991-02-12 Kokusai Denshin Denwa Co., Ltd. Light emitting semiconductor device
US5081632A (en) * 1989-01-26 1992-01-14 Hitachi, Ltd. Semiconductor emitting device
US5028561A (en) * 1989-06-15 1991-07-02 Hughes Aircraft Company Method of growing p-type group II-VI material
US5248631A (en) * 1990-08-24 1993-09-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Doping of iib-via semiconductors during molecular beam epitaxy using neutral free radicals

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019205376A1 (de) * 2019-04-15 2020-10-15 Forschungszentrum Jülich Herstellen eines ohmschen Kontakts sowie elektronisches Bauelement mit ohmschem Kontakt
DE102021004609A1 (de) 2021-09-11 2023-03-16 Eques Consulting GmbH Vorrichtung und damit durchführbares Verfahren zur non-invasiven Konzentrationsbestimmung von Komponenten im menschlichen Blutkreislauf und Verwendung des Verfahrens.

Also Published As

Publication number Publication date
AU2026492A (en) 1992-12-30
EP0584236A1 (de) 1994-03-02
WO1992021170A3 (en) 1993-03-04
JPH06508003A (ja) 1994-09-08
ES2104931T3 (es) 1997-10-16
CN1097317C (zh) 2002-12-25
MY110622A (en) 1998-09-30
BR9205993A (pt) 1994-08-02
FI935022A (fi) 1993-11-12
RU2127478C1 (ru) 1999-03-10
AU654726B2 (en) 1994-11-17
CN1321488C (zh) 2007-06-13
KR100247682B1 (ko) 2000-03-15
CN1066936A (zh) 1992-12-09
HK1001353A1 (en) 1998-06-12
DE69220942D1 (de) 1997-08-21
EP0670593A2 (de) 1995-09-06
WO1992021170A2 (en) 1992-11-26
JP3269558B2 (ja) 2002-03-25
EP0670593A3 (de) 1996-02-07
MY111574A (en) 2000-08-30
FI110971B (fi) 2003-04-30
CA2109310C (en) 2001-10-02
CA2109310A1 (en) 1992-11-16
FI935022A0 (fi) 1993-11-12
IL101857A (en) 1998-12-06
CN1474485A (zh) 2004-02-11
IL101857A0 (en) 1992-12-30
SG46466A1 (en) 1998-02-20
EP0584236B1 (de) 1997-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69220942T2 (de) Blau-gruen diodenlaser
DE69414828T2 (de) Ii-vi laserdiode mit vergrabener stegstruktur und herstellungsverfahren
DE69533511T2 (de) Lichtemittierende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
DE69133443T2 (de) Elektromagnetische Umwandler
US5291507A (en) Blue-green laser diode
DE69319854T2 (de) Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung
DE69838313T2 (de) Optoelektronische Halbleiteranordnung auf Basis einer Nitridverbindung der Gruppe III
DE69328929T2 (de) Ii-vi laserdioden mit durch atomlagen- und migrationsverstaerkte epitaxie aufgewachsenen quantum wells
DE69009216T2 (de) Epitaxialstruktur für lichtemittierende Halbleiteranordnungen und lichtemittierende Halbleiteranordnung mit dieser Struktur.
DE69510129T2 (de) Oberflächenemittierende lumineszente Halbleitervorrichtung
DE69430524T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden ohmschen Kontakts mit variabler Zusammensetzung für p-Typ II-VI Halbleiter
DE69301821T2 (de) Ii-vi laserdiode mit einzelnem quantum well ohne mantelschichten
DE68908373T2 (de) Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser mit nichtabsorbierender Spiegelstruktur.
US4599728A (en) Multi-quantum well laser emitting at 1.5 μm
US5274269A (en) Ohmic contact for p-type group II-IV compound semiconductors
DE102017108949B4 (de) Halbleiterchip
US5213998A (en) Method for making an ohmic contact for p-type group II-VI compound semiconductors
DE112006001084T5 (de) Licht emittierende Bauelemente mit aktiven Schichten, die sich in geöffnete Grübchen erstrecken
DE69501511T2 (de) Vorrichtung mit II-VI-Halbleiterverbindung und Herstellungsverfahren
DE19729396A1 (de) Elektrischer Kontakt für ein II-VI-Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen des elektrischen Kontaktes
DE69610567T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
EP0752165B1 (de) Quantenschichtstruktur
DE69711942T2 (de) Be-HALTIGE BLAU-GRÜNE II-VI LASERDIODEN
US5513199A (en) Blue-green laser diode
DE69633460T2 (de) Herstellungsverfahren für iii-v/ii-vi-halbleiter-grenzfläche

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee