DE19629720A1 - Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die als Lichtquelle für optische Meßinstrumente, optische Informationsspeicher und optische Informationsprozessoren verwendbar ist. Diese Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Herstellungsverfahren für eine solche lichtemittierende Halbleitervorrichtung.

Ein Nitridhalbleiter der Gruppe III, der durch die allge­ meine Formel In_xGa_yAl_1-x-yN ausgedrückt wird (wobei 0x1, 0x+y1 ist, und der im folgenden als InGaAlN bezeichnet wird) zieht viel Aufmerksamkeit als Halbleitervorrichtung, die blaues oder grünlich-blaues Licht emittiert. Da große Einkristalle von Nitridhalbleitern der Gruppe III wie InN, GaN, AlN, InGaAlN nicht hergestellt werden können, verwen­ det ein bekanntes Epitaxiwachstumsverfahren Saphir (α- Al₂O₃) als Substrat.

Die aufgrund von Gitterfehlanpassung erzeugte Grenzflächen­ energie, die etwa 11-23% beträgt, und der Unterschied der chemischen Eigenschaften zwischen Saphir und InGaAlN bewirken ein bemerkenswertes dreidimensionales Kristall­ wachstum, wenn InGaAlN-Kristalle direkt auf einem Saphir­ substrat gebildet werden. Wegen der Schwierigkeit bei der Schaffung einer flachen Kristallfläche und der verbesserten Kristallinität können desweiteren die elektrischen und op­ tischen Eigenschaften nicht verbessert werden. Als Ergebnis kann ein auf einem Saphirsubstrat ausgebildete lichtemit­ tierende InGaAlN-Halbleitervorrichtung keine ausreichende Emissionseffizienz und lange Lebensdauer erreichen, und aufgrund dessen war sie zur Verwendung als Lichtquelle in einem optischen Meßinstrument, einem optischen Informati­ onsspeicher oder in einem optischen Informationsprozessor nicht geeignet.

Zur Lösung der oben genannten Nachteile beschreibt die of­ fengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2-229476 ein Verfahren zur Ausbildung einer AlN-Pufferschicht auf einem Saphirsubstrat, und die japanische offengelegte Pa­ tentanmeldung (Kokai) Nr. 4-297023 beschreibt ein Verfahren zur Ausbildung einer Ga_xAl_1-xN-Pufferschicht (0<x1) bei einer niedrigen Wachstumstemperatur.

Die Fehlanpassungsversetzungen, die durch die Gitterfehlan­ passung an der Grenzfläche des Substrats und der Puffer­ schicht auftreten, können nicht ausreichend reduziert wer­ den, da diese Pufferschichten nicht perfekt an das Gitter des Saphirsubstrats angepaßt sind. Aufgrund dessen ist die Verbesserung der Kristallinität, der Emissionseffizienz und der Vorrichtungslebenszeit der InGaAlN-Lichtemissionsvor­ richtung schwierig.

Demgegenüber beschreiben die japanischen offengelegten Pa­ tentanmeldungen (Kokai) Nr. 4-209577 und 4-236478 ein Ver­ fahren der Verwendung eines Einkristallsubstrats aus Oxiden wie ZnO, MnO, MgAl₂O₄, MgO und CaO. Auf diesen Substraten ist ein gitterangepaßtes epitaktisches Kristallwachstum möglich durch Auswahl der Zusammensetzung von InGaAlN. Auch die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 5- 283744 schlägt ein Verfahren des Einbringens einer homoepi­ taktisch gewachsenen ZnO-Pufferschicht auf einem ZnO-Ein­ kristallsubstrat vor.

Es ist jedoch schwierig, einen großvolumigen Einkristall aus ZnO, MnO, MgAl₂O₄, MgO, CaO etc. zu erhalten, und auf­ grund dessen sind diese Substrate für die kommerzielle Her­ stellung von InGaAlN-Lichtemissionsvorrichtungen in großem Maßstab nicht geeignet. Desweiteren ist die Löslichkeit dieser Oxidsubstrate in saurem oder basischem Material hoch, so daß die chemische Stabilität der Oxidsubstrate ein Kostenpunkt im Hinblick auf die Massenproduktion von hoch­ zuverlässigen Lichtemissions-Halbleitervorrichtungen ist.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Lösung der oben dargestellten Probleme und der Schaffung einer lichtemit­ tierenden Halbleitervorrichtung mit hoher Emissionseffizi­ enz und langer Lebensdauer durch Verbesserung der Kristal­ linität von InGaAlN, das auf Saphirsubstraten wächst, das ökonomisch in Form von relativ großvolumigen Kristallen er­ halten werden kann, oder auf Si-Substraten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Herstel­ lungsverfahrens dafür.

Die vorliegende Erfindung schafft eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit zumindest einer Schicht aus In_xGa_yAl_1-x-yN (wobei 0x1, 0x+y1), die auf einem Sa­ phirsubstrat oder einem Siliziumsubstrat gebildet ist, wo­ bei eine ZnO-Pufferschicht direkt auf und in Kontakt mit dem Saphirsubstrat oder dem Siliziumsubstrat steht. Vor­ zugsweise ist die ZnO-Pufferschicht eine dünne Einkristall­ schicht, die epitaktisch auf dem Saphirsubstrat oder dem Si-Substrat aufgewachsen ist. Es kann jedoch eine dünne Einkristallschicht mit einigen Polykristallen in solchem Ausmaß sein, daß die Ätzgrubendichte, die durch die Kri­ stalldefekte verursacht wird, beim Ätzen der Kristallober­ fläche kleiner als 1×10⁸/cm² ist.

Der genaue Mechanismus der Verbesserung der Kristallinität des epitaktischen InGaAlN-Films durch Einfügung einer ZnO- Pufferschicht wird wie folgt erklärt. Die Kristallstruktur von InGaAlN ist eine zu dem hexagonalen System gehörende Wurtzit-Struktur. Andererseits ist die von Saphir (α- Al₂O₃), ein normalerweise für das Kristallwachstum von InGaAlN verwendetes Substrat, eine Korundstruktur, die zum trigonalen System gehört.

Fig. 1 zeigt Bandlücken- und Gitterkonstantendaten für GaN, AlN und InN, wobei die Gitterkonstante auf der Ab­ szisse und die Bandlücke auf der Ordinate aufgetragen sind. Vorausgesetzt, Vegards Gesetz ist gültig, können eine Git­ terkonstante und eine Bandlücke in dem dreieckigen Bereich, der in der Figur durch durchgezogene Linien umgeben ist, durch Mischen der drei binären Halbleiter GaN, AlN und InN in einem geeigneten Verhältnis realisiert werden.

Die gestrichelte Linie L₁ in der Figur zeigt eine Linie, die der Gitterkonstanten von 2,75 Å von Saphir entspricht, dessen Gitterfehlanpassung an InGaAlN sich auf 11-23% beläuft.

Es ist somit sehr schwierig, eine gute epitaktische Schicht auf einem Saphirsubstrat auf zuwachsen, aufgrund der extre­ men Differenz hinsichtlich der Kristallstruktur und der Gitterkonstanten. Wenn ein (111)-Si mit diamantähnlicher Hexagonalstruktur als Substrat für das Wachstum eines InGaAlN-Kristalls verwendet wird, beträgt die Gitterkon­ stante in dem zweidimensionalen Gitter auf der (1 1 1)-Flä­ che von Si 3,84 Å, und die Gitterfehlanpassung bezüglich InGaAlN beträgt 9-25%, was, zusammen mit der großen Dif­ ferenz der Kristallstrukturen zwischen den beiden, es sehr schwierig macht, eine gute epitaktisch InGaAlN-Schicht auf Si zu bilden.

Demgegenüber ist die Kristallstruktur der ZnO-Pufferschicht gemäß der Erfindung eine Wurtzit-Struktur, gerade wie bei InGaAlN. Da desweiteren die Gitterkonstante 3,25 Å beträgt, wird eine Gitteranpassung an InGaAlN durch Auswahl eines geeigneten Mischungsverhältnisses, das durch die Linie L₂ in Fig. 1 dargestellt ist, möglich. Aus dem oben erläuter­ ten Grund ist es relativ leicht, einen epitaktischen InGaAlN-Film mit guter Kristallinität auf ZnO auszubilden.

Desweiteren hat ZnO die Eigenschaft, daß das Wachstum eines epitaktischen Einkristallfilms mit bemerkenswerter hoher Kristallinität auf einem Saphirsubstrat oder einem Si-Sub­ strat bei relativ geringer Temperatur von 300°C-700°C möglich ist. Auch ist das Wachstum eines C-Achsen-orien­ tierten polykristallinen Films mit hoher Kristallinität auf einem Si-Oxidfilm möglich, der auf einem Si-Substrat oder einem amorphen Material wie ein Glassubstrat gebildet wird.

Verglichen mit AlN und GaAlN, die konventionell als Zwi­ schenschicht verwendet wurden, ist ZnO, das erfindungsgemäß als Zwischenschicht verwendet wird, hinsichtlich der Ein­ fachheit des epitaktischen Wachstums auf einem Saphirsub­ strat oder einem Si-Substrat und der Kristallqualität des darauf erhaltenden InGaAlN-Films hervorragend.

Dies wird durch die Tatsache gestützt, daß auf verschie­ denen Substraten ausgebildete ZnO-Filme kommerziell als akustische Oberflächenfilter mit geringen Verlusten verwen­ det werden, und zwar aufgrund der exzellenten Kristallini­ tät, der elektrischen Eigenschaften und der Oberflä­ chenglattheit. Wegen seiner exzellenten optischen Eigen­ schaften werden Forschungen mit dem Ziel der Entwicklung von optisch funktionellen Wellenleitervorrichtungen durch­ geführt, die seinen akusto-optischen Effekt, elektro-opti­ schen Effekt und den nichtlinearen optischen Effekt ausnut­ zen.

Dünne Einkristallfilme aus ZnO oder solche C-Achsen-orien­ tierten Filme, die auf Substrate verschiedener Arten aufge­ bracht sind, zeigen im Vergleich mit einem großvolumigen Einkristall hochqualitative Kristallinität. Sie können auf einem billigen großen Substrat mit glatter Fläche ausgebil­ det werden. Aufgrund dessen wird epitaktisches Wachstum von gitterangepaßtem InGaAlN mit hoher Kristallinität möglich, ohne Einsatz von Einkristallsubstraten aus ZnO, MnO, MgAl₂O₄, MgO and CaO, von denen trotz der geringen Gitter­ fehlanpassung an InGaAlN großvolumige Einkristalle nicht einfach erhältlich sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Einbringen einer ZnO-Pufferschicht, die an In_xGa_yAl_1-x-yN (wobei 0x1, 0x+y1) gitterangepaßt werden kann, eine ökono­ mische Herstellung im großen Maßstab einer hellen kurzwel­ ligen Lichtemissionsvorrichtung möglich, die eine hohe Ef­ fizienz und eine lange Lebensdauer aufweist, und zwar auf­ grund verminderter Fehlanpassungsversetzungen.

Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vor­ teile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefüg­ ten Zeichnungen deutlich.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Bandlücke vs. Gitterkonstan­ ten von Nitridverbindungshalbleitern der Gruppe III und ihrer Legierungskristalle,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit Doppelheterostruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung in Doppelheterostruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern ver­ schiedene Variationen und Verbesserungen umfaßt.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die lichtemittierende Vorrichtung umfaßt eine epitaktische einkristalline (0001)-ZnO-Filmpufferschicht 2 mit einer Filmdicke von etwa 500 Å, die auf der Hauptfläche eines (0001)-Saphirsubstrats ausgebildet ist, eine In_0,24Ga_0,55Al_0,21N-Pufferschicht 3 mit einer Filmdicke von 200 Å, die bei niedriger Temperatur gewachsen wurde, eine In_0,24Ga_0,55Al_0,21N-Deckschicht 4 vom n-Typ mit niedrigem Widerstand, die mit Silizium dotiert ist und eine Filmdicke von 5 µm aufweist, eine undotierte In_0,2Ga_0,78Al_0,02N-Ak­ tivschicht 5 mit einer Dicke von 0,5 µm, eine In_0,24Ga_0,55Al_0,21N-Deckschicht 6 vom p-Typ, die mit Mg do­ tiert ist, mit einer Filmdicke von 2 µm, eine Ohm′sche Elektrode 7 auf der p-Deckschicht 6 und einer Ohm′schen Elektrode 8 auf der n-Deckschicht 4.

Die Zusammensetzungen der InGaAlN-Pufferschicht 3, der n- Deckschicht 4, der Aktivschicht 5 und der p-Deckschicht 6 wurden so ausgewählt, daß sie an ZnO gitterangepaßt sind und daß die Bandlückenenergie der InGaAlN-Pufferschicht 3 und der Deckschichten 4 und 6 um 0,3 eV größer ist als die der Aktivschicht 5. Insbesondere beträgt die Energieband­ lücke der In_0,2Ga_0,78Al_0,02N-Aktivschicht 5 etwa 3,313 eV, und die der In_0,24Ga_0,55Al_0,21N-Schichten beträgt etwa 3,60 eV.

Als Ergebnis wird der Brechungsindex der Aktivschicht 5 um etwa 10% größer als der der Pufferschicht 3 und der Deck­ schichten 4 und 5, und so wird es möglich, Träger und Pho­ tonen effektiv in der Aktivschicht 5 zu begrenzen. Wenn eine positive bzw. eine negative Spannung den Elektroden 7 und 8 angelegt werden, emittiert die Aktivschicht Licht mit einer Wellenlänge von 440 nm mit einer externen Quantenef­ fizienz von 2,7%.

Im folgenden wird ein Verfahren des Kristallwachstums der oben dargestellten Vorrichtung mit Bezug auf die bekannte metallorganische Dampfphasenepitaxie erläutert (im folgenden als MOCVD-Verfahren bezeichnet). Zunächst wird ein naß­ gereinigtes Saphirsubstrat 1 auf der Aufnahme in dem Reak­ tionsbehälter plaziert, und native Oxide auf dem Substrat werden durch Heizen der Aufnahme auf eine Temperatur von 1000°C oder mehr unter Verwendung von Radiofrequenzheizung in einer reduzierenden Gasatmosphäre entfernt.

Nach dem allmählichen Absenken der Temperatur der Aufnahme auf 600°C werden Reaktionsgase zum Wachsen von ZnO, d. h. Diethylzink (DEZ) und Sauerstoff, in den Reaktionsbehälter geliefert, und eine 500 Å dicke Pufferschicht 2 aus einem einkristallinen (0001)-ZnO-Film wird epitaktisch auf dem Saphirsubstrat 1 gebildet. Die Temperatur der Aufnahme zur Ausbildung der ZnO-Pufferschicht liegt vorzugsweise im Be­ reich von 300°C-700°C und ist nicht auf 600°C beschränkt. Bei Temperaturen unterhalb 300°C wird ein brauchbarer ZnO- Einkristallfilm nicht epitaktisch gebildet. Demgegenüber ist bei einer Temperatur von 700°C oder mehr der Film wegen der schlechten Oberflächenglattheit nicht als Pufferschicht geeignet.

Die Filmdicke der ZnO-Pufferschicht 2 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 100 Å-5.000 Å. Wenn die Filmdicke unter­ halb von 100 Å liegt, ist sie so dünn, daß sie nicht ange­ messen als Pufferschicht zum Ausgleichen von Spannungen aufgrund von Gitterfehlanpassung zwischen dem Saphirsub­ strat und dem InGaAlN arbeiten kann. Wenn die Dicke ober­ halb von 5.000 Å liegt, neigen die Oberflächenglattheit und die Kristallinität des InGaAlN-Kristalls, der auf der Puf­ ferschicht gebildet wird, zu Beschädigungen entsprechend der Beschädigung der Oberflächenglattheit der ZnO-Puffer­ schicht.

Als nächstes werden die Reaktionsgase für das InGaAlN-Kri­ stallwachstum nach dem Wachstum der ZnO-Pufferschicht 2 eingeleitet. Wenn jedoch eine ZnO-Pufferschicht einem Re­ duktionsmittel wie NH₃, das eine Stickstoffquelle ist, bei einer Temperatur von etwa 1.000°C ausgesetzt wird, der für das epitaktische Wachstum von InGaAlN-Deck- und Aktiv­ schichten erforderlichen Temperatur, wird Sauerstoff aus der Oberfläche von ZnO desorbiert, und die Atomanordnung an der ZnO-Oberfläche wird verschlechtert. Dies führt zu einer Abnahme der Kristallqualität des InGaAlN, das auf der Puf­ ferschicht ausgebildet wird.

Um diesen Effekt zu vermeiden, werden zunächst etwa 200 Å einer InGaAlN-Pufferschicht 3 auf der Oberfläche der ZnO- Pufferschicht aufgewachsen, wobei die Temperatur der Auf­ nahme bei etwa 600°C gehalten wird oder nach dem Absenken der Aufnahmetemperatur auf etwa 400°C. Die Dicke der bei eine solchen geringen Temperatur aufgewachsenen InGaAlN- Pufferschicht beträgt vorzugsweise 50-2.000 Å. Falls die Dicke geringer ist als 50 Å, arbeitet sie nicht ausreichend als Pufferschicht. Wenn demgegenüber die Dicke mehr als 2.000 Å beträgt, wird die Kristallinität der später bei hö­ heren Temperaturen zu bildenden epitaktischen InGaAlN- Schicht aufgrund der Abnahme der Glattheit der Puffer­ schicht beeinträchtigt.

Anschließend wird die Aufnahme auf etwa 1.000°C aufgeheizt, eine Deckschicht 4 aus n-artigem InGaAlN, das mit Si do­ tiert ist und eine Filmdicke von 5 µm aufweist, eine Aktiv­ schicht 5 aus einem undotierten InGaAlN mit einer Filmdicke von 0,5 µm und eine Deckschicht 6 aus InGaAlN, das mit Mg dotiert ist und eine Filmdicke von 2 µm aufweist, werden aufeinanderfolgend epitaktisch aufgewachsen. Organometalle wie Trimethylindium (TMI), Triethylgallium (TMG), Tri­ methylaluminium (TMA) etc. und NH₃ als Stickstoffquelle können als Reaktionsquellgase für das Kristallwachstum der Nitride der Gruppe III verwendet werden. Derselbe Effekt kann jedoch durch Verwendung von Halogenidverbindungen, anderen Metallen oder anderen Stickstoffverbindungen wie N₂H₂ oder organischen Aminen erzielt werden.

H₂ oder N₂ können als Trägergas oder Blasengas verwendet werden. Es ist jedoch möglich, inerte Gase wie He oder Ar anstatt von H₂ und N₂ zu verwenden. Desweiteren sind die Dotierungsmaterialien nicht auf Si und Mg beschränkt.

In dem obenstehenden Ausführungsbeispiel wurde das Kri­ stallwachstum anhand des MOCVD-Verfahrens erläutert. Es ist jedoch auch möglich, InGaAlN mit hoher Kristallinität durch Einfügen einer ZnO-Pufferschicht unter Verwendung anderer Kristallwachstumsverfahren wie Molekularstrahlepitaxie (MBE-Verfahren) etc. zu erhalten. Es ist möglich, andere Kristallwachstumsverfahren oder -vorrichtungen für das Wachstum der ZnO-Pufferschicht als für das Wachstum der InGaAlN verwendete anzuwenden.

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer lichtemittieren­ den Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die lichtemittierende Vorrichtung umfaßt einen 1.000 Å dicken Al-dotierten epitaxialen ZnO-(0001)-Einkri­ stallfilm mit niedrigem Widerstand als Pufferschicht 10, der auf einem n-artigen Si-(1 1 1)-Substrat 9 mit niedrigem Widerstand ausgebildet ist, eine 200 Å dicke Si-dotierte In_0,24Ga_0,55Al_0,21N-Pufferschicht 11, die bei niedriger Temperatur aufgewachsen wurde, eine 2 µm dicke Si-dotierte n-artige In_0,24Ga_0,55Al_0,21N-Deckschicht 4 mit niedrigem Widerstand, eine 0,5 µm dicke undotierte e In_0,2Ga_0,78Al_0,02N-Aktivschicht 5, eine 2 µm Mg-dotierte p- artige In_0,24Ga_0,55Al_0,21N-Deckschicht 4, eine Ohm′sche Elektrode 7 auf der p-Deckschicht und eine Ohm′sche Elek­ trode 12 auf der Rückfläche auf dem n-Si-Substrat.

Bei der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die InGaAlN-Pufferschicht 3, die n-Deckschicht 4 und die Aktivschicht 5 und die p-Deckschicht 6 an das ZnO-Gitter gitterangepaßt. Die Photonen und Träger werden effektiv in der Aktivschicht 5 durch Auswahl der Materialzusammenset­ zungen derart, daß die Bandlückenenergie der InGaAlN-Puf­ ferschicht 11 und der Deckschichten 4 und 6 um 0,3 eV größer ist als die der InGaAlN-Aktivschicht 5, begrenzt.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Widerstände der ZnO-Pufferschicht 10 und der InGaAlN-Pufferschicht 11, die bei niedriger Temperatur gewachsen sind, durch Dotieren mit Al und Si jeweils abgesenkt, so daß die n-Elektrode 12 di­ rekt auf dem n-Si-Substrat 9 mit niedrigem Widerstand aus­ gebildet werden kann.

Aus dem oben genannten Grund kann das vorliegende Ausfüh­ rungsbeispiel den Herstellungsprozeß der n-Elektrode, verg­ lichen mit Vorrichtungen, die ein Saphirsubstrat verwenden, deutlich vereinfachen. Bei dem letzten Typ muß wegen der bemerkenswert hohen Isolierfähigkeit des Saphirsubstrats die obenstehende Elektrode 13 für die n-Deckschicht 4 nach Entfernen eines Teils der p-InGaAlN-Deckschicht 6, der InGaAlN-Aktivschicht 5 und der n-InGaAlN-Deckschicht 4 durch selektives Ätzen in derselben Weise, wie im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, gebildet werden. Wenn ge­ eignete Spannungen an die Elektroden 7 und 12 angelegt wer­ den, emittiert die Aktivschicht Licht von 440 nm Wellen­ länge. Eine hocheffiziente Lichtemission mit einer externen Quanteneffizienz von 2,5% kann erzielt werden, was mit der von Vorrichtungen vergleichbar ist, die auf einem Saphir­ substrat gefertigt sind.

Erfindungsgemäß ist es möglich, eine bemerkenswert hohe Kristallqualität eines InGaAlN-Epitaxiefilms auf einem Sa­ phirsubstrat zu erzielen. Aufgrund der Einfügung einer ZnO- Pufferschicht, die an InGaAlN gitterangepaßt ist, wird es desweiteren möglich, die Kristallinität von epitaktisch auf einem großen Saphirsubstrat ausgebildeten InGaAlN-Film zu verbessern. Dies ist vorteilhaft, da solche Saphirsubstrate sehr kostengünstig im Vergleich mit Einkristalloxidsubstra­ ten wie ZnO, MnO, MgAl₂O₄, MgO, CaO etc. erhalten werden können, auf denen ein gitterangepaßtes epitaktisches Wachs­ tum möglich ist, wobei aber die Ausbildung großvolumiger Einkristalle schwierig ist. Auf diese Weise liefert die vorliegende Erfindung eine hochökonomische InGaAlN-Licht­ emissions-Halbleitervorrichtung mit hoher Emissionseffizienz und langer Lebensdauer.

Da desweiteren Einkristall-ZnO-Filme mit hochqualitativer Kristallinität, die an InGaAlN gitterangepaßt sind, auf einem Si-Substrat ausgebildet werden können, ist möglich, einen epitaktischen InGaAlN-Film mit hoher Kristallqualität selbst dann zu erzielen, wenn Si als Substrat verwendet wird. Auf diese Weise schafft die vorliegende Erfindung eine hochökonomische InGaAlN-Lichtemissions-Halbleitervor­ richtung mit hoher Emissionseffizienz und langer Lebens­ dauer.

Claims (17)

1. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einer Schicht aus In_xGa_yAl_1-x-yN (wobei 0x1, 0x+y1), die auf einem Saphirsubstrat ausgebildet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine ZnO-Pufferschicht auf der Oberfläche des Saphirsubstrats ausgebildet ist.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ZnO- Pufferschicht epitaktisch auf einer (0001)-Oberfläche des Saphirsubstrats ausgebildet ist.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine epitaktische In_xGa_yAl_1-x-yN-Pufferschicht (wobei 0x1, 0x+y1), die bei einer Temperatur von weniger oder gleich 1.000°C aufgewachsen wurde, direkt auf der ZnO- Pufferschicht ausgebildet ist.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine epitaktische In_xGa_yAl_1-x-yN-Pufferschicht (wobei 0x1, 0x+y1) direkt auf der ZnO-Pufferschicht ausgebildet ist, wobei die In_xGa_yAl_1-x-yN-Pufferschicht eine Dicke von 5 bis 200 nm aufweist.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine epitaktische In_xGa_yAl_1-x-yN-Pufferschicht (wobei 0x1, 0x+y1) direkt auf der ZnO-Pufferschicht ausgebildet ist, wobei die ZnO-Pufferschicht eine Dicke von 10 bis 500 nm aufweist.

6. Verfahren der Herstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit den Schritten:
Ausbilden einer ZnO-Pufferschicht auf einem Saphirsubstrat und
Ausbilden einer Schicht aus In_xGa_yAl_1-x-yN (wobei 0x1, 0x+y1) auf der ZnO-Pufferschicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die ZnO-Pufferschicht auf dem Saphirsubstrat bei einer Temperatur des Saphirsubstrates im Bereich von 300 bis 700°C ausgebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die ZnO-Pufferschicht auf dem Saphirsubstrat mit einer Temperatur von 600°C ausgebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Schicht aus In_xGa_yAl_1-x-yN (wobei 0x1, 0x+y1) auf dem Substrat mit einer Temperatur des Saphirsubstrates von weniger oder gleich 1.000°C aufgebracht wird.

10. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einer Schicht aus In_xGa_yAl_1-x-yN (wobei 0x1, 0x+y1), die auf einem Si-Substrat ausgebildet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine (0001)-ZnO-Pufferschicht auf einer (1 1 1)-Fläche des Si-Substrats ausgebildet ist.

11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine epitaktische In_xGa_yAl_1-x-yN-Pufferschicht (wobei 0x1, 0x+y1), die bei einer Temperatur von weniger oder gleich 1.000°C aufgewachsen wurde, direkt auf der ZnO- Pufferschicht ausgebildet ist.

12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine epitaktische In_xGa_yAl_1-x-yN-Pufferschicht (wobei 0x1, 0x+y1) direkt auf der ZnO-Pufferschicht ausgebildet wird, wobei die In_xGa_yAl_1-x-yN-Pufferschicht eine Dicke von 5 bis 200 nm aufweist.

13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine epitaktische In_xGa_yAl_1-x-yN-Pufferschicht (wobei 0x1, 0x+y1) direkt auf der ZnO-Pufferschicht ausgebildet wird, wobei die ZnO-Pufferschicht eine Dicke von 10 bis 500 nm aufweist.

14. Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit den Schritten:
Ausbilden einer (0001)-ZnO-Pufferschicht auf einer (1 1 1)- Fläche eines Si-Substrats und
Ausbilden einer Schicht aus In_xGa_yAl_1-x-yN (wobei 0x1, 0x+y1) auf der ZnO-Pufferschicht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die ZnO- Pufferschicht auf dem Si-Substrat bei einer Temperatur des Substrats im Bereich von 300 bis 700°C gebildet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die ZnO- Pufferschicht auf dem Si-Substrat mit einer Temperatur von 600°C aufgebracht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schicht aus In_xGa_yAl_1-x-yN (wobei 0x1, 0x+y1) auf dem Si-Substrat mit einer Substrattemperatur von weniger oder gleich 1.000°C ausgebildet wird.