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DE3688064T2 - Halbleitervorrichtung. - Google Patents

Halbleitervorrichtung.

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DE3688064T2
DE3688064T2 DE8686905398T DE3688064T DE3688064T2 DE 3688064 T2 DE3688064 T2 DE 3688064T2 DE 8686905398 T DE8686905398 T DE 8686905398T DE 3688064 T DE3688064 T DE 3688064T DE 3688064 T2 DE3688064 T2 DE 3688064T2
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superlattice structure
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crystal layers
superlattice
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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft die Anwendung einer Übergitter-Halbleiterlage auf ein Halbleiterbauelement, wie einen Halbleiterlaser, eine Licht emittierende Diode, eine Photodiode, einen FET und einen bipolaren Transistor, wobei die Halbleiterlage aus einem Mehrelement-Verbindungshalbleiter hergestellt ist, der aus drei oder weniger Elementen besteht, und der eine Energiebandbreite aufweist, die in ihrer Größe derjenigen eines quartären Verbindungshalbleiters entspricht.
    • Hintergrund - Stand der Technik
  • Aufgrund der Entwicklung von MOCVD (metallorganische, chemische Abscheidung aus der Dampfphase) und MBE (Molekularstrahlepitaxie) wurde vor kurzem ein Verbindungshalbleiter- Bauelement vorgeschlagen, dessen Dicke so eingestellt ist, daß sie im wesentlichen der Dicke einer einzigen Atomlage entspricht.
  • Ebenfalls hat in jüngster Zeit ein Typ eines Halbleiterelements besonders Interesse auf sich gezogen, das die Energiebandbreite einer Mehrelementverbindung nutzt, die aus vier oder mehr Elementen besteht. Jedoch birgt die Technik zum Ausbilden eines quartären Verbindungshalbleiters mit einer Filmdicke von 100 Å oder weniger, insbesondere eines solchen, der aus zwei verschiedenen Elementen in jeder von zwei verschiedenen Gruppen, z. B. InGaAsP auf einem III-V-Substrat in gitterangepaßtem Zustand besteht, noch viele Probleme hinsichtlich der Kontrollierbarkeit (siehe H. Kressel et al, "Semiconductor Lasers and Heterojunction LEDs", Seiten 304 bis 318, Academic Press, (1977)).
  • Um die Schwierigkeiten für die Herstellung tatsächlicher quartärer Halbleiterbauelemente zu vermeiden, beschreibt Appl. Phys. Lett. 45 (11), 1. Dezember 1984, Seiten 1193- 1195 ein pseudoquartäres Bauelement mit einer GaInAs/InP- Übergitterstruktur. Die Dicken der das Übergitter bildenden Lagen sind so ausgewählt, daß eine erwünschte Bandlückenbreite erhalten wird. Wenn jedoch die einzelnen Lagen an das Substrat und aneinander gitterangepaßt sind, ist das in diesem Dokument beschriebene Bauelement immer noch nicht frei von inneren Gitterspannungen und Kristallfehlern sowie Versetzungen, die entweder während der Herstellung auftreten, oder nachdem die Bauelemente extremen Betriebsbedingungen ausgesetzt wurden (Hitze oder hoher Strom).
    • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Halbleiterbauelement anzugeben, das einfach hergestellt werden kann, und das selbst bei extremen Betriebsbedingungen stabil ist.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Gitterspannungen durch das Auftreten von Mischkristallbildung verursacht sind, durch die tatsächliche quartäre Halbleiterbereiche ausgebildet werden, die im allgemeinen nicht gegenüber den benachbarten Halbleiterlagen gitterangepaßt sind.
  • Übrigens ist die Tatsache, daß Mischkristallbildung absichtlich durch Ionenimplantation oder Fremdstoffdiffusion erfolgen kann, in WO 82/03946 offenbart.
  • Der Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht Applied Physics Letters, Vol. 45, Nr. 11, Dezember 1984, Seiten 1193-1195.
  • Die Symbole III¹, III², V¹ und V² bezeichnen im nachfolgenden ein erstes Element der Gruppe III, ein zweites Element der Gruppe III, ein erstes Element der Gruppe V bzw. ein zweites Element der Gruppe V.
  • Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Ausführungsbeispiele sind in abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, daß eine Übergitterstruktur, die aus einer ersten binären III-V(nachfolgend als "III¹-V¹" bezeichnet)-Kristallage, die auf einem III-V-Kristallsubstrat ausgebildet ist und ans Substratgitter angepaßt ist, und einer ternären III-V-(III¹-III²-V²)-Kristalllage aus zwei verschiedenen Elementen der Gruppe III und einem Element der Gruppe V, die ebenfalls ans Substratgitter angepaßt ist, besteht, einfach hergestellt werden kann und eine mittlere Energiebandlücke (Breite) aufweist, die ihrer Größe nach derjenigen einer quartären III-V-(III¹-III²-V¹- V²)-Kristallage entspricht. Die Erfinder haben ferner nach erschöpfender Untersuchung herausgefunden, daß sich eine Übergitterstruktur, die so gebildet wurde, daß das Verhältnis der Filmdicke (L&sub2;) der binären III¹-V¹-Kristallschicht zur Filmdicke (L&sub3;) der ternären III¹-III²-V²-Kristallschicht, d. h. L&sub2;/L&sub3; mit einem Wert übereinstimmt, wie er durch eine später beschriebene Berechnung bestimmt wird, ihren Gitteranpassungszustand zum Substrat selbst dann beibehält, wenn während des Wachstums Mischkristallbildung spontan auftritt, oder wenn Mischkristallbildung durch Zn- Diffusion oder Si-Implantation hervorgerufen wird, und daß daher die Übergitterstruktur extrem stabil ist.
  • Genauer gesagt, liegt das Merkmal der Erfindung in der Verwendung einer Übergitterstruktur aus einem binären (III¹- V¹)- und einem ternären (III¹-III²-V²)-Mischkristall (mit Gitteranpassung zum jeweiligen Substrat) statt einer quartären (III¹-III²-V¹-V²)-Kristallschicht, die auf einem binären III-V-Mischkristall (III¹-V¹) wie GaAs ausgebildet ist, und die Gitteranpassung zum Substrat hat. Anders gesagt wird die Erfindung auf Grundlage der folgenden Erkenntnis erzielt. Wenn angenommen wird, daß diejenige der binären Lage und der ternären Lage, die eine kleinere Energiebandlücke Eg aufweist als "Trog" bezeichnet wird und die andere Lage, die eine größere Energiebandlücke Eg aufweist, als "Barriere" bezeichnet wird, und daß ihre jeweiligen Dicken mit LW bzw. LB bezeichnet werden, dann ist es wichtig, LW/LB vorab für einen Mischkristall mit einer metallurgisch mittleren Zusammensetzung einzustellen, die unter der Annahme gebildet wird, daß die oben beschriebene Übergitterstruktur zu Fehlordnung führt, so daß der Mischkristall auch zum vorigen Kristallgitter angepaßt ist. Es wurde auch herausgefunden, daß dann, wenn das Verhältnis LW/LB innerhalb von ± 15% gegenüber einem berechneten Wert liegt, ähnliche vorteilhafte Wirkungen erzielt werden.
  • Dieses Wachstumsverfahren hat die folgenden Vorteile. Genauer gesagt, ist es möglich, die Strenge erheblich zu lokkern, die zum Einstellen des Elementverhältnisses V¹/V² und der Substrattemperatur erforderlich ist, wenn zwei verschiedene Elemente der Gruppe V gleichzeitig zugeführt werden. Im allgemeinen werden dann, wenn eine binäre Lage zwischen Übergitterkristallagen eingebettet wird, mikroskopische, Unregelmäßigkeiten an den Oberflächen der Kristallagen eingeebnet, um einen Kristall mit extrem flacher Oberfläche, d. h. ausgezeichneter Oberflächenmorphologie zu ergeben, so daß es möglich ist, die Erzeugung von Oberflächenenergieniveaus zu vermeiden, und einen Mehrelement-Mischkristallabschnitt aufzuwachsen, der zum Substrat an der Grenzfläche nicht gitterangepaßt ist. Wenn ein optimales Verhältnis LW/LB gewählt wird, erhält man, selbst wenn die Übergitterstruktur während eines Elementherstellprozesses vermischt wird und Fehlordnung hervorruft, einen gitterangepaßten quartären Mischkristall. Daher wird keinerlei große innere Gitterspannung oder Fehlanpassungsversetzung hervorgerufen.
  • Die Dicken LW und LB der auszubildenden Filme können auf Å- Genauigkeit durch MBE (Molekularstrahlepitaxie) und OMVPE (organometallische Gasphasenepitaxie) eingestellt werden. In einer Übergitterstruktur, bei der LB ≤ 25 Å (1 nm = 10 Å) ist, kann freies Tunneln von Elektronen stattfinden, und in einem solchen Fall kann diese Übergitterstruktur elektrisch als im wesentlichen mit einem quartären Mischkristall übereinstimmend angesehen werden, der eine metallurgisch mittlere Zusammensetzung aufweist, wie dies aus dem Kronig-Penny- Modell bekannt ist.
  • Unten stehend werden praktische Beispiele beschrieben. Bei einem Beispiel wird eine Übergitterstruktur aus InP und In0,53Ga0,47As auf ein InP-Substrat aufgewachsen; beim anderen Beispiel wird eine Übergitterstruktur aus GaAs und In0,49Ga0,51P auf ein GaAs-Substrat aufgewachsen. Beim ersteren Beispiel dient InGaAs als Trog, während InP als Barriere wirkt, und es wird eine Übergitterstruktur erhalten, die einem metallurgisch mittleren quartären Mischkristall InxGa1-xAsyP1-y entspricht. Damit diese Übergitterstruktur für Gitteranpassung zu InP mischkristallisiert werden kann, ist es erforderlich, die Bedingung y 2,16 (1-x) (siehe "Semiconductor Lasers and Heterojunction LEDs", H. Kressel, J. K. Butler, Academic Press New York (1977), Seite 392) erfüllt sein. Im Fall einer Übergitterstruktur aus InzGa1-zAs (z = 0,537) mit einer Dicke LW, und aus InP mit einer Dicke LB, muß R LW/LB der folgenden quadratischen Gleichung genügen: 1,16(1-z)R²+1,16R-z=0. Aus diesem Grund ist es erforderlich, der Bedingung LW/LB 0,392 zu genügen. Jedoch hat sich herausgestellt, daß es in der Praxis ausreicht, das Verhältnis LW/LB im Bereich von 0,33 bis 0,45 einzustellen.
  • Unter der oben angegebenen Bedingung ist die mittlere Zusammensetzung des quartären Mischkristalls In0,87Ga0,13As0,28 P0,72. Die Energiebandlücken von InP, In0,87Ga0,13As0,28 P0,72 und In0,53Ga0,47As sind 1,35 eV, 1,14 eV bzw. 0,75 eV (siehe "Heterostructure Lasers, Part B", H. C. Casey, Jr. M. B. Panish, Academic Press, New York, (1978), Seite 40). Es ist daher möglich, einen langwelligen Quantentroglaser dadurch zu entwerfen, daß einer optimalen Struktur für GaAlAs- Mehrquantentroglaser gefolgt wird (siehe W. T. Tsang, Appl. Phys. Lett. 39, (1981), Seite 780).
  • Beim letzteren Beispiel dient GaAs als Trog, während InGaP als Barriere dient, und es hat sich herausgestellt, daß die Bedingung y 1-2,04x, unter der der metallurgisch gemittelte quartäre Mischkristall InxGa1-xAsyP1-y zu GaAs gitterangepaßt ist, im wesentlichen unabhängig vom Verhältnis LW/LB erfüllt ist. Dies bedeutet, daß es möglich ist, eine quartäre Lage InxGa1-xAsyP1-y herzustellen, die jede gewünschte mittlere Zusammensetzung zwischen GaAs und In0,49Ga0,51P dann aufweist, wenn LW und LB geeignet eingestellt werden:
  • Wenn die Übergitterstruktur durch MBE oder OMVPE aufgewachsen wird, ist es darüber hinaus selbst dann, wenn das Filmdickenverhältnis zwischen GaAs und InGaP von einem vorgegebenen Wert abweicht, möglich, da die Gitteranpassungsbedingung erfüllt ist, auf einfache Weise eine Übergitterstruktur zu erzeugen, ohne daß zu befürchten ist, daß es zu Fehlanpassungsversetzung kommt, vorausgesetzt, daß die betroffene Bauelementstruktur es erlaubt, daß eine kleine Abweichung der Zusammensetzung vernachlässigt werden kann. Ferner ermöglicht es eine allmähliche Änderung des Filmdickenverhältnisses, eine Gradationsschicht zu erzeugen, in der das Energieniveau in Dickenrichtung geneigt ist. Ferner ermöglicht es die Verwendung einer (Binär/Ternär)-Übergitterstruktur statt einer quartären Wachstumslage, die Schwierigkeit zu vermeiden, daß es während des Wachstums zu Mischinstabilität aufgrund des Vorhandenseins sogenannter Mischungslücken kommt, wodurch es möglich wird, selbst bei relativ niedrigen Wachstumstemperaturen einen spiegelglatten Epitaxiefilm zu erhalten.
  • Wie oben beschrieben, hat es sich herausgestellt, daß es die erfindungsgemäße Kristallstruktur ermöglicht, Halbleiterbauelemente mit Quantentrogstruktur einfach herzustellen, wie FETs, Bipolartransistoren, Photodioden, lang- und kurzwellige Laser sowie lichtemittierende Dioden, und die Erfindung ist beim Verbessern der Eigenschaften solcher Halbleiterbauelemente besonders wirkungsvoll.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1a zeigt schematisch das Leitungsband eines Quantentroglasers, in dem eine Abdeckschicht durch InP-Wachstum auf einem InP-Substrat festgelegt ist, eine Trogschicht in einer aktiven Quantentrogschicht durch In0,53Ga0,47As festgelegt ist, und eine Barriereschicht hierin durch eine (InP/In0,53Ga0,47As) Übergitterstruktur (die mittlere Zusammensetzung ist dieselbe wie diejenige eines quartären In0,87Ga0,13As0,28P0,72-Mischkristalls) festgelegt ist. Fig. 1b zeigt ein Äquivalenzmodell für das in Fig. 1a dargestellte Leitungsband für den Fall, daß im selben Laser, wie er in Fig. 1a dargestellt ist, ein Elektrontunneleffekt oder eine Fehlordnung der Übergitterstruktur hervorgerufen wird. Die Fig. 2a und 2b zeigen in Kombination einen Quantentroglaser, in dem eine Abdeckschicht durch auf ein GaAs-Substrat aufgewachsenes InGaAlP definiert ist, eine Trogschicht in einer aktiven Quantentrogschicht durch GaAs, und eine Barriereschicht hierin durch eine (GaAs/In0,49Ga0,5P)-Übergitterstruktur (die mittlere Zusammensetzung kann so eingestellt werden, daß sie zwischen den jeweiligen Zusammensetzungen der zwei verschiedenen Verbindungen liegt, was durch Einstellen des Dickenverhältnisses hierfür in gewünschter Weise erfolgt) definiert ist. Dabei zeigt Fig. 2a schematisch das Leitungsband, und Fig. 2b zeigt ein Äquivalenzmodell für das Leitungsband.
  • Die Fig. 3a und 3b sind Darstellungen, wie sie zum Beschreiben einer Quantentrogschicht verwendet werden, in der die Trogschicht in der in Fig. 2a dargestellten Anordnung ebenfalls durch eine (GaAs/In0,49Ga0,51P)-Übergitterstruktur festgelegt wird, um dadurch die Schwingungswellenlänge zu verkürzen.
  • Fig. 4 ist ein Querschnitt eines bei einem Beispiel 4 dargestellten Bauelements.
  • Fig. 5 ist ein Querschnitt eines bei einem Beispiel 5 dargestellten Bauelements.
    • Beste Vorgehensweise zum Ausführen der Erfindung Beispiel 1:
  • Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Übergitter gemäß der Erfindung als Barriereschicht in einer aktiven Quantentrogschicht verwendet wird.
  • Die Fig. 1a und 1b zeigen das Leitungsband eines Abschnitts einer aktiven Schicht eines langwelligen Quantentroglasers, der dadurch gebildet ist, daß aufeinanderfolgend eine n-InP- Abdeckschicht (n 1·10¹&sup8;, 3 um) eine undotierte, aktive Quantentrogschicht und eine p-InP-Abdeckschicht (p 1·10¹&sup8;, 2 um) auf ein n&spplus;-InP-Substrat durch OMVPE aufgewachsen werden. Bei dieser Anordnung besteht die aktive Quantentrogschicht aus einer Quantentrogschicht, die durch eine einzige Lage aus In0,53Ga0,47As mit einer Dicke von dw = 7 Å 120 Å und einer Barriereschicht festgelegt wird, die durch eine (InP/In0,53Ga0,47As)-Übergitterstruktur gemäß der Erfindung festgelegt wird. Die Dicke LB des als Barriereschicht in der Übergitterschicht dienenden InP wurde so eingestellt, daß der Bedingung LB ≤ 25 Å genügt wurde, so daß Elektronentunneln mit guter Wirkung stattfinden sollte, und es wurden zwei verschiedene Übergitterschichten gemäß der Bedingung LW/LB 0,392 hergestellt, d. h. (LW/LB) (8 Å/20 ) und (LW/LB) (4 Å/10 Å). Die Dicke db der einen Gruppe von Übergittern, die die Barriereschicht bilden, wurde auf dB 84 112 Å eingestellt, so daß verhindert wurde, daß Elektronen innerhalb jedes der Tröge in der Mehrquantentrogstrukturtunneln konnten. Die oben beschriebenen, eine quantenstrukturbildenden Halbleiterschichten wurden unter Verwendung eines bekannten MBE-Verfahrens hergestellt. Dieser Kristall wurde durch herkömmliche Photolithographie in Mesaform mit einer Breite von 2 um geätzt und dann Flüssigphasenepitaxie unterzogen, um einen (BH)-Laser mit vergrabener Struktur zu erzeugen. Dadurch war es möglich, ein Bauelement zu erhalten, daß einen Schwellenstromwert aufwies, der etwa die Hälfte (10 mA oder weniger) desjenigen von herkömmlichen InGaAsP/InP-Lasern war, wie sie durch Flüssigphasenepitaxie hergestellt werden und eine Wellenlänge von 1,3 bis 1,55 um aufweisen, und die ausgezeichnete Temperatureigenschaften zeigten. Ein durch MBE hergestellter Laser wies ähnlich wie der obige ebenfalls ausgezeichnete Eigenschaften auf. Es ist zu beachten, daß ähnliche Ergebnisse unter der Bedingung LW/ LB = 0,33 bis 0,45 erhalten wurden.
    • Beispiel 2:
  • Die Fig. 2a und 2b zeigen das Leitungsband eines Abschnitts einer aktiven Schicht eines Quantentroglasers für sichtbares Licht, der durch aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer n-Inu GavAl1-u-vP-Abdeckschicht (n 1·10¹&sup8;, 3 um), einer undotierten, aktiven Quantentrogschicht, einer p-(InuGavAl1-u-v P)-Abdeckschicht (p 1·10¹&sup8;, 2 um) und einer p-GaAs-Lükkenschicht (1 um) auf n&spplus;-GaAsSubstrat durch MBE erhalten wurden. Bei dieser Anordnung besteht die aktive Quantentrogschicht aus einer Quantentrogschicht, die durch eine einzige GaAs-Schicht mit einer Dicke von dW = 40 Å 100 - und eine Barriereschicht definiert wird, die durch eine (GaAs/In0,49 Ga0,51P)-Übergitterstruktur gemäß der Erfindung definiert ist. Die Dicke LB des InGaP wurde so eingestellt, daß sie der Bedingung LB &le; 25 Å genügt, damit Elektronentunneln in ausreichendem Maße stattfinden sollte. Die Dicke dB einer Gruppe von Übergittern, die die Barriereschicht bilden, wurde zu dB 60 Å 100 Å eingestellt, damit die Elektronen in jedem Trog am Tunneln gehindert wurden. In diesem Fall wurde das Verhältnis LW/LB geeignet innerhalb eines Bereichs von LW/LB < 30 Å abhängig von der Schwingungswellenlänge eingestellt. Die Zusammensetzung (InuGavAl1-u-vP) der Abdeckschicht wurde geeignet innerhalb eines Bereichs von In0,49Ga0,51P (Eg 1,88 eV) bis In0,59Ga0,41P (Eg 2,25 eV) eingestellt, damit Gitteranpassung zum GaAs abhängig von der Schwingungswellenlänge erhalten wurde. Aus diesem Kristall wurde ein Streifenlaser unter Verwendung eines SiO&sub2;-Films als Strombegrenzungsschicht hergestellt. Das erhaltene Bauelement wies niedrige Schwellenstromdichte, nämlich 1 kA/ cm², eine Schwingungswellenlänge von 0,75 um bis 0,65 um auf, und es zeigte ausgezeichnete Temperatureigenschaften. Was die optische Ausgangsleistung betrifft, wurde eine Strom/optische Ausgangsleistung-Charakteristik erzielt, die bis zu 20 mW ausgezeichnete Linearität aufwies.
    • Beispiel 3:
  • Die Fig. 3a und 3b zeigen in Kombination einen Laser, bei dem die Trogschicht in der aktiven Schicht ebenfalls durch eine erfindungsgemäße Übergitterstruktur festgelegt ist. Mit diesem Beispiel war es möglich, ein Bauelement mit einer Schwingungswellenlänge von 0,70 bis 0,65 um zu erhalten.
    • Beispiel 4:
  • Ein Beispiel eines FET mit der in Fig. 4 dargestellten Anordnung wird nachfolgend erläutert.
  • Eine undotierte (Fremdstoffkonzentration von 10¹&sup4; cm&supmin;³ oder weniger) InP-Pufferschicht 102 mit einer Filmdicke von 5000 Å wurde auf einem halbisolierenden InP-Substrat 101 durch ein bekannte Epitaxieverfahren ausgebildet, und auf der Schicht 102 wurde eine durch eine erfindungsgemäße Übergitterstruktur festgelegte Kanalschicht 103 ausgebildet. Die Kanalschicht 103 wurde durch ein bekanntes MBE-Verfahren dadurch hergestellt, daß abwechselnd 100 InP-Schichten (Filmdicke: 15 Å) 113 mit einer Fremdstoffkonzentration von 1· 10¹&sup7; cm&supmin;³ sowie 100 InGaAs-Schichten (Filmdicke: 6 Å) 123 ausgebildet wurden. Eine undotierte Hetero-InAlAs-Lückenschicht 124 (Filmdicke: 5000 Å) wurde in einem Gateausbildungsbereich auf der Kanalschicht 103 ausgebildet, und Al mit einer Filmdicke von 20000 Å wurde auf der Schicht 104 durch Aufdampfen erzeugt, um eine Gateelektrode 105 zu schaffen.
  • Sowohl im Source- als auch im Drainbereich auf der Kanalschicht 103 wurde AuGe/Ni/Au (Filmdicke: 2000 Å) durch Sputtern aufgebracht und durch eine Wärmebehandlung bei 400ºC für 3 Minuten legiert, wodurch Source- und Drainelektroden 106 und 107 gebildet wurden. Der erhaltene FET wies die folgenden Eigenschaften auf: Gatelänge 0,3 um; Source/Drain-Abstand 1 um; Vorwärtsleitwert etwa 300 ms/mm und Grenzfrequenz 60 GHz.
    • Beispiel 5:
  • Ein Beispiel, bei dem die Erfindung auf eine Photodiode angewendet wird, wird nachfolgend erläutert.
  • Auf einem n&spplus;-InP-Substrat 201 wurde eine n&spplus;-InP-Pufferschicht 202 durch Epitaxie ausgebildet, und eine Übergitterschicht 203 gemäß der Erfindung wurde als lichtabsorbierende Schicht durch Molekularstrahlepitaxie und/oder metallorganische Gasphasenepitaxie auf der Pufferschicht 202 ausgebildet. Die Übergitterschicht wurde durch Übereinanderstapeln von InGaAs-Schichten 213 und InP-Schichten 223 durch ein Verfahren ähnlich wie beim Beispiel 4 hergestellt.
  • Auf der Übergitterschicht wurde eine n-InP-Schicht 204 mit einer Filmdicke von 1 um ausgebildet, und Zn wurde in einen Bereich 205 zum Erzeugen eines p-Bereichs eindiffundiert, wodurch innerhalb der n-InP-Schicht 204 ein Pn-Übergang ausgebildet wurde. Ferner wurden eine CrAuP-Elektrode 206 und eine AuGeNiAu-Elektrode 207 durch herkömmliche Verfahren hergestellt, um das Bauelement fertigzustellen.
  • Dieses Bauelement wies eine in der Praxis anwendbare Empfindlichkeit bei Wellenlängen von 1,33 bis 1,55 um auf.
  • Es war auch möglich, die Erfindung auf eine lichtemittierende Diode, einen Bipolartransistor usw. anzuwenden, zusätzlich zu den oben beschriebenen Beispielen.
  • Es ist zu beachten, daß es bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich ist, eine teilweise Änderung in den optischen oder elektrischen Eigenschaften auszunutzen, wie sie durch spontane Mischkristallbildung eines Teils der Übergitterstruktur oder durch Mischkristallbildung derselben durch Fremdstoffdiffusion oder Ionenimplantation hervorgerufen wird.
    • Industrielle Anwendbarkeit
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein hochleistungsfähiges Halbleiterbauelement anzugeben, z. B. einen FET (Feldeffekttransistor), einen Bipolartransistor und einen Phototransistor, die mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, sowie ein Halbleiterlaser-Bauelement, das entweder im Bereich langer oder kurzen Wellenlängen stabil schwingt. Da die Erfindung es ermöglicht, daß ein quartärer Kristall der Gruppe III-V mit ausgezeichneter Qualität auf einfache Weise auf einem Substrat der Gruppe III-V hergestellt werden kann, ist es möglich, verschiedene Arten von Halbleiterbauelementen mit bemerkenswert verbesserten Eigenschaften zu erhalten.

Claims (7)

1. Halbleitervorrichtung mit einem binären III¹-V¹-Kristall-Substrat (101; 201) und
einer Übergitter-Struktur (103; 203), die aus einer Vielzahl von abwechselnden binären III¹-V¹-Kristall-Lagen (113; 223) und ternären III¹-III²-V²-Kristall-Lagen (123; 213) zusammengesetzt ist, wobei jede der Kristall-Lagen (113, 123; 213, 223) an das Substrat (101; 201) im wesentlichen Gitter-angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis LW/LB der Lagendicken zwischen den beiden Typen von Kristall-Lagen (113, 123; 213, 223) so gewählt ist, daß ein als Ergebnis einer Mischkristallisation der Übergitterstruktur (103; 203) erzeugter Stoff mit dem Substrat (101; 201) im wesentlichen Gitter-angepaßt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (101; 201) durch InP definiert ist, wobei die Übergitterstruktur (103; 203) durch eine Kombination von InP-Kristall-Lagen (113; 223), die jeweils eine Dicke LB aufweisen, und InzGa1-zAs-Kristall-Lagen (123; 213) mit z&sim;0,537, die jeweils eine Dicke LW aufweisen, definiert ist und wobei das Dickenverhältnis LW/LB 0,33 bis 0,45 beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Übergitterstruktur die aktive Schicht und/oder eine optische Leiter- Schicht und/oder eine Deckschicht einer Halbleiterlaservorrichtung definiert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Substrat durch GaAs, die aktive Schicht und/oder optische Leiter-Schicht durch eine Übergitter-Schicht, die aus einer Kombination von GaAs-Kristall-Lagen und InzGa1-zP-Kristall-Lagen hergestellt sind, und wobei die Deckschicht durch eine InGaAlP- Schicht definiert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Übergitter-Schicht durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) und/ oder metallorganische Gasphasenepitaxie (OMVPE) gebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Übergitterstruktur einen Mischkristallbereich aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Mischkristallbereich spontan, durch Störstoffdiffusion in der Übergitterstruktur oder durch Ionenimplantation in die Übergitterstruktur gebildet ist.
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