JP2016521005A - オプトエレクトロニクス半導体部品及びオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ｐ型ドープ層と、ｎ型ドープ層と、ｎ型ドープ層およびｐ型ドープ層の間に配置された電磁放射を生成するための活性ゾーンとを備える積層体を備えるオプトエレクトロニクス半導体部品であって、ｎ型ドープ層（２，５）は、少なくともＧａＮを含み、中間層（４）が、前記ｎ型ドープ層（２，５）内に配置され、中間層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含み、中間層は、マグネシウムを含む、オプトエレクトロニクス半導体部品および方法に関する。【選択図】図５
Description
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体部品及びオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法に関する。
特許文献１は、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム、窒化アルミニウムガリウム、および／または窒化インジウムアルミニウムガリウムに基づく半導体積層体を備えるオプトエレクトロニクス半導体部品を開示する。上記半導体積層体は、ｐ型ドープ積層体と、ｎ型ドープ積層体と、ｐ型ドープ積層体およびｎ型ドープ積層体の間に位置する光放射を生成するための活性ゾーンとを備える。さらに、この半導体積層体は、窒化アルミニウムガリウムに基づく少なくとも１層の中間層を備える。この中間層は、活性ゾーンの、ｎ型ドープ積層体と同じ側に位置し、また、低粘度の液体に対する特定の化学薬品透過性を有し、この化学薬品透過性は、半導体積層体の、当該中間層に隣接する一部の領域の特定の化学薬品透過性よりも低い。
改良された中間層を備える半導体部品を提供することが達成すべき目的である。
本明細書に記載の半導体部品の利点の一つは、中間層の化学薬品透過性が低く、特に、中間層の成膜中の横方向の成長性が向上していることにより、中間層の不透過性が高まることである。その結果、穴がより効率的に閉じられるかまたは小さくなる。
かかる利点は、本中間層が、横方向の成長を支援するマグネシウムを含むことによっても実現される。
さらなる一実施形態では、本中間層は、ｐ型にドープされる。ｐ型ドーピングは、ドーパントの濃度の結果として生じる。その結果、半導体部品内にｐｎ接合を設けることができ、ｐｎ接合は、半導体部品の電気的性質等を向上させる。
さらなる一実施形態では、本中間層にはｎ型ドーパントが添加され、本中間層は、全体として、ｎ型にドープされる。その結果、中間層を介して、ｎ型接触部から活性ゾーンへの電流フローを生成することができる。
さらなる一実施形態では、ｎ型ドーパントは、シリコンおよび／またはゲルマニウム等として具現化される。好ましくは、ｎ型ドーパントの濃度を、ｐ型ドーパントの濃度の少なくとも１％とすることができる。特にマグネシウムに対するｎ型ドーパントの活性を高めるという理由で、上記濃度は中間層のｎ型導電性にとって十分である。
さらなる一実施形態では、第２の中間層が、上記中間層から離間して配置される。第１のおよび第２の中間層は、接触層によって互いに離間している。第２の中間層は、第１の中間層と同様に具現化されることができる。しかしながら、例えば、第１のおよび第２の中間層の導電型は、異なることができる。特に、第２の中間層をｎ型に、第１の中間層をｐ型にドープすることができる。選択される実施形態に応じて、第１のおよび第２の中間層を同一にドープすることも、アンドープとすることもできる。
さらなる一実施形態では、電気接触部が、上記２層の中間層間に配置された接触層に電気接続される。このように、電気接触部から活性ゾーンのｎ型側への電気接続を形成することができる。
さらなる一実施形態では、ｐ型層および活性ゾーンを貫通して半導体部品のｎ型側まで、特に接触層まで通じるめっきスルーホールが設けられる。このように、半導体部品の小型の構成が実現されることができる。
さらなる一実施形態では、本中間層は、半導体部品の出射面と活性ゾーンとの間に配置される。
さらなる一実施形態では、マグネシウムのドーピング濃度は、５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲内である。これにより、中間層の製造中の良好な横方向の成長性が実現され、その結果、中間層が成膜される層の開口部のクラックが、首尾よく閉じられる。
このように、本中間層は、液状の化学薬品、特に、低粘度の液体に対して高い不透過性を有する。このように、本中間層の透過性は、半導体部品の、本中間層に隣接するさらなる層の透過性より低い。例えば、本中間層の硝酸に対する透過性は、半導体部品の、本中間層に隣接する層より低い。
その結果、半導体部品の製造中の高い良品率および高い信頼性が実現される。ほとんどの液状の化学薬品が半導体部品の処理中に半導体部品内に浸透できないこと、または、半導体部品の処理中に半導体部品内に浸透することができる液状の化学薬品が極めて少ないことが、本中間層によって確実になる。
ｎ型ドープ層を、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、および／またはＧａＮ層等として形成することができ、本中間層は、当該ｎ型ドープ層上またはｎ型ドープ層内に形成される。特に、ｎ型ドープ層は、複数の層を備えることができる。さらに、本中間層には、特に電気めっきスルーホールの形成中の良品率を向上させる利点がある。
選択される実施形態に応じて、本中間層は、電気接触部と活性ゾーンとの間の電流フロー内に配置されることができる。かかる実施形態では、本中間層は、ｎ型にドープされ、この場合も、マグネシウムを含む。
本発明の上述の性質、特徴、および利点、ならびに、これら性質、特徴、および利点を実現する方法が、図面と関連して詳細に説明される例示的実施形態の以下の記載と関連して、より明確になり、より明確に理解される。
図１〜図３は、中間層を製造するための必須のステップを概略的に示す。
図１では、第１の層２がキャリア１に設けられる。キャリア１は、サファイア等から形成される。サファイアの代わりに他の材料を使用することもできる。第１の層２は、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム、窒化アルミニウムガリウム、および／または、窒化インジウムアルミニウムガリウム等を含む窒化物ベースの層として構成され、特に、窒化ガリウム層、窒化インジウムガリウム層、窒化アルミニウムガリウム層、および／または、窒化インジウムアルミニウムガリウム層として具現化される。第１の層２は、例えば、ＭＯＶＰＥ法等を用いてエピタキシャル成長することができる。穴３が第１の層２内に形成され得、この穴は、さらなる処理の実施のために好ましくない。図示の例示的実施形態には、１つの穴３のみが図示されている。実際には、複数の穴、クラック、切欠き部等が第１の層２内に形成され得、表面まで、または、表面付近まで延在し得る。
次いで、図２に示すさらなる方法ステップでは、中間層４が第１の層２に設けられる。中間層４は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮベースの中間層として具現化され、アルミニウムの濃度は、０超〜１の間の値ｘをとることができる。さらに、中間層４に、横方向の成長を支援するマグネシウムを添加する。中間層４の横方向の成長は、マグネシウムによって支援され、その結果、穴３は、中間層４内でほとんど先には延びず、好ましくは、まったく先には延びない。第１の層２に隣接する中間層４の表面構造は、均質かつ不透過性であり、また、実質的に欠陥が存在しない。図３に示す後続の方法ステップでは、第２の層５が中間層４に設けられている。第２の層５は、第１の層２と一致するように具現化されることができる。
マグネシウムに加えて、シリコン、ゲルマニウム、カルシウム、および／または、インジウムを中間層４内に添加することもできる。選択される実施形態に応じて、中間層４を、特に、シリコンまたはゲルマニウムでｎ型にドープすることができる。１種のまたは複数種のドーパントの選択される濃度に応じて、中間層４は、実質的にアンドープであるか、ｐ型にドープされるか、または、ｎ型にドープされる。
第１の層２、中間層４、および、第２の層５は、オプトエレクトロニクス半導体部品の、活性ゾーンに隣接するｎ型側を構成することができる。活性ゾーンは、電磁放射を生成するために使用される。活性ゾーンとの接触を行なうためのｐ型層が、活性ゾーンのｎ型側とは反対側に形成される。図４以降の図では、半導体部品のさまざまな可能な実施形態を記載するが、すべての実施形態を記載するわけではない。
図４は、第１の層２が形成されたキャリア１を備える半導体部品の第１の基本構造を示す。中間層４が第１の層２上に設けられている。第２の層５が中間層４上に設けられている。第１の層２は、例えば、図３の第１の層２に一致する。中間層４は、例えば、図３の中間層４に一致する。第２の層５は、例えば、図３の第２の層５に一致する。
活性ゾーン６が第２の層５上に設けられている。活性ゾーン６は、電磁放射を生成するように設計されている。この場合、活性ゾーンは、例えば、任意の次元の量子井戸構造、好ましくは、多重量子井戸構造を有することができる。例えば、半導体部品の作動中に、活性ゾーン６において紫外線放射、青色光または緑色光が生成される。
ｐ型ドープ層７が活性ゾーン６上に設けられている。ｐ型ドープ層７は、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム、窒化アルミニウムガリウム、および／もしくは、窒化インジウムアルミニウムガリウムをベースにするか、または、特に、窒化ガリウム層、窒化インジウムガリウム層、窒化アルミニウムガリウム層、および／もしくは、窒化インジウムアルミニウムガリウム層として具現化される。
図４の基本構造から、キャリア１を除去し、第１の層２のキャリア１に対向する面に粗面化部１１を形成し、第１の電気接触部８を設け、ミラー層１０をｐ型ドープ層７に設け、かつ、第２の電気接触部９をミラー層１０に設けることによって、図５に示す第１の半導体部品を得ることができる。選択される半導体部品に応じて、ミラー層１０は、銀層等から形成されることができ、第２の電気接触部９内に、または、第２の電気接触部９に隣接して形成されることができる。キャリア１は、レーザリフトオフ法等によって除去される。さらに、粗面化部１１は、エッチング処理によって形成される。図５の実施形態では、中間層４は、機械的に切断されていない。粗面化部１１は、第１の層２上に中間層４とは反対側に形成される。ＫＯＨ等の液状の化学薬品が、キャリア１の除去および粗面化部１１の形成のために使用される。液状の化学薬品の第２の層５内への浸透は、中間層４によって安全にかつ確実に回避される。粗面化部１１は、電磁放射の取出しを向上させるため、ＬＥＤとして具現化される半導体部品が放射を出射する面上に配置される。
図６は、図４の基本構造に基づき製造されたさらなる一実施形態を示す。この実施形態では、キャリア１は除去され、次いで、第１の層２の開放面に粗面化部１１が設けられている。さらに、ミラー層１０および第２の電気接触部９がｐ型層７に設けられている。選択される実施形態に応じて、ミラー層１０を不要とすることもできるか、または、ミラー層１０および第２の電気接触部９は、１つの層として具現化される。これは、図５にも適用される。
さらに、ミラー層１０、第２の電気接触部９、ｐ型層７、第２の層５に隣接する活性ゾーン６には、開口部１３が設けられている。絶縁層１２が開口部１３の側壁と、第２の電気接触部９の上面とに設けられる。絶縁層１２は、例えば、二酸化ケイ素または窒化シリコン等の透明材料から形成されることができる。次いで、第１の電気接触部８が絶縁層１２に設けられ、第２の層５に隣接する開口部１３内に導入される。図６の例では、活性ゾーン６を作動させるための電流フローは、中間層４を通過しない。図６の実施形態では、中間層４はｎ型にドープされることができ、また、中間層４がｎ型にドープされた第２の層５内に形成されるとしても、中間層４は、アンドープであることも、ｐ型にドープされることもできる。
中間層４のマグネシウム濃度は、例えば、５×１０１８／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３、特に、５×１０１９／ｃｍ３の間である。
中間層４の厚さを、例えば、１５ｎｍ〜２５０ｎｍの間とすることができる。さらに、アルミニウム濃度の値ｘを、０．０３〜０．５の間とすることができる。
図７は、図４の基本構造から製造された半導体部品のさらなる例示的実施形態を示す。この実施形態では、キャリア１は除去されていない。ｐ型ドープ層７の、および、活性ゾーン６の一部が除去されている。次いで、第１の電気接触部８が第２の層５に設けられている。さらに、第２の電気接触部９がｐ型ドープ層７に設けられている。かかる実施形態では、中間層４は、アンドープであることも、ｐ型にドープされることもでき、または、シリコンまたはゲルマニウム等でｎ型にドープされることもできる。
図８は、図４の基本構造から製造されたさらなる一実施形態を示す。この実施形態では、図７の実施形態とは異なり、ｐ型ドープ層７および活性ゾーン６に加えて、第２の層５および中間層４も、一部の領域において、除去されている。次いで、第１の電気接触部８が第１の層２に設けられている。さらに、第２の電気接触部９がｐ型ドープ層７に設けられている。この実施形態では、中間層４は、シリコンまたはゲルマニウム等によってｎ導電型にドープされる。さらに、中間層４は、やはり、マグネシウムを含む。この実施形態では、活性ゾーン６を動作させるための電流は、中間層４を通って伝導する。
図９は、図４の基本構造に実質的に一致するが、中間層４に加えて、第２の中間層１４が設けられているさらなる基本構造を示す。上記第２の中間層は、同様に、ｎ型ドープ積層体内に形成されている。第２の中間層１４は、ｎ型にドープされた接触層１５によって、中間層４から離間している。さらに、第２の層５は、第２の中間層１４と活性ゾーン６との間に配置されている。選択される実施形態に応じて、中間層４および第２の中間層１４を、図３または図４を参照して説明したように、同一に具現化することができる。
接触層１５は、例えば、第１の層２または第２の層５と同じ材料から形成される。選択される実施形態に応じて、接触層１５のｎ型ドーピングを増加させることができる。例えば、接触層１５のドーピングを、１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２２／ｃｍ３の範囲内とすることができる。特に第２の接触層１５のｎ型ドーピングを、第２の層５のｎ型ドーピングよりも高くすることができる。
さらに、図示の例示的実施形態では、中間層４は、ｎ型にドープされることも、アンドープであることも、ｐ型にドープされることもできる。第２の中間層１４は、ｎ型にドープされ、かつ、マグネシウムを含む。選択される実施形態に応じて、第２の中間層１４は、マグネシウムを含まずに具現化されることもできる。この実施形態では、ｎ型にドープされた層１５，５の化学薬品に対する保護は、中間層４のみによって実現される。この実施形態では、第２の中間層１４は、例えば、ビアエッチングの終点検出のときに使用されることができる。この目的のために、開口部１３のエッチング中にＡｌの存在を特定する質量分析計が使用される。
図１０は、図４の基本構造に基づき構成された半導体部品の一例を示す。この例では、キャリア１は除去され、第１の層２の露出面は粗面化されている。さらに、第２の電気接触部９、および、好ましくは、ミラー層１０がｐ型ドープ層７に設けられている。さらに、開口部１３が、第２の電気接触部９、ミラー層１０、ｐ型ドープ層７、活性ゾーン６、第２の層５、および第２の中間層１４を貫通して接触層１５まで導入されている。次いで、絶縁層１２が開口部１３の側面と、ミラー層１０および第２の電気接触部９の上面とに設けられている。第１の電気接触部８が、その上から、絶縁層１２に設けられ、かつ、接触層１５に隣接するように、開口部１３内に導入されている。
中間層４は、切断されず、また、中間層４のマグネシウムによるドーピングは、例えば、約５×１０１９／ｃｍ３である。
選択される実施形態に応じて、中間層４内、および／または、第２の中間層１４内における、ガリウムの格子サイトのアルミニウム原子による占有率ｘを０．０３〜０．２（両端値を含む）の間、または、０．０３〜０．５（両端値を含む）の間、好ましくは、０．０７〜０．１３（両端値を含む）の間の値、例えば、約０．１の値とすることができる。
選択される実施形態に応じて、中間層４、および／または、第２の中間層１４の厚さを、５ｎｍ〜５０ｎｍ（両端値を含む）または１５ｎｍ〜２００ｎｍ（両端値を含む）の間、特に、２５ｎｍ〜１００ｎｍ（両端値を含む）の間とすることができる。
半導体部品の各半導体層の少なくとも一部、特にそのすべてを、エピタキシャル成長させる。
中間層４および／または第２の中間層１４の厚さは、好ましくは、１５ｎｍ〜５００ｎｍの間、特に、２５ｎｍ〜１５０ｎｍの間である。これら中間層４，１４は、窒化アルミニウムガリウムをベースとし、純粋な窒化ガリウムと比較して、例えば、３％〜２０％、特に、約１０％の比率のガリウムの格子サイトがアルミニウムで占有される。
選択される実施形態に応じて、中間層４が粗面化部１１に隣接するように形成されている図５，６，１０の例における中間層４を、対応するエッチングによって完全に除去することもできる。かかる実施形態では、粗面化部１１は、第２の層５に、または、接触層１５によって形成される。
好ましい例示的な実施形態を用いて、本発明を具体的に図示し、詳細に説明したが、本発明は、開示した例に限定されない。また、当業者であれば、開示した例に基づき、本発明の保護範囲から逸脱することなく、他の変形形態を得ることができる。
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１３１０４１９２．２号の優先権を主張し、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。
Claims (17)
- ｐ型ドープ層（７）と、ｎ型ドープ層（２，５）と、前記ｎ型ドープ層（２，５）および前記ｐ型ドープ層（７）の間に配置された電磁放射を生成するための活性ゾーン（６）とを備える積層体を備えるオプトエレクトロニクス半導体部品であって、
前記ｎ型ドープ層（２，５）は、少なくともＧａＮを含み、
中間層（４）が、前記ｎ型ドープ層（２，５）内に配置され、
前記中間層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含み、
前記中間層は、マグネシウムを含む、
オプトエレクトロニクス半導体部品。 - 前記中間層（４）は、ｐ型にドープされ、
前記マグネシウムの濃度は、５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲内である、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 前記中間層（４）は、ｎ型ドーパントを含む、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 前記ｎ型ドーパントは、シリコンまたはゲルマニウムであり、かつ、少なくとも１％の濃度の前記マグネシウムを含む、
請求項３に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 第２の中間層（１４）は、接触層（１５）によって前記中間層（４）から離間して前記ｎ型ドープ層（２，５）内に設けられ、
前記第２の中間層（１４）は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（０＜ｘ≦１）を有し、かつ、シリコンでｎ型にドープされ、
前記接触層（１５）は、ｎ型接触部（８）に接続している、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - めっきスルーホール（１３）の形態のｎ型接触部が、前記ｐ型ドープ層（７）および前記活性ゾーン（６）を貫通して接触層（１５）に通じ、
前記接触層（１５）は、前記活性ゾーン（６）と前記中間層（４）との間に配置されている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 前記中間層（４，１５）は、ｐ型接触部（９）とｎ型接触部（８）との間の電流フローの途中に配置されている、
請求項３〜５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 前記中間層（４，１５）は、出射面（２，１１）と前記活性ゾーン（６）との間に配置されている、
請求項１〜５および７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 前記マグネシウムの濃度は、５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲内である、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 前記中間層（４）は、ｐ型にドープされている、
請求項１〜９のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 前記中間層（４）は、ｎ型にドープされている、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。 - 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法であって、
ｐ型ドープ層と、ｎ型ドープ層と、前記ｎ型ドープ層および前記ｐ型ドープ層の間に配置される電磁放射を生成するための活性ゾーンとを備える積層体を製造し、
前記ｎ型ドープ層は、少なくともＧａＮを含み、
中間層を前記ｎ型ドープ層内に形成し、
前記中間層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含み、
前記中間層は、マグネシウムを含む、
製造方法。 - 前記中間層は、ｎ型にドープされ、
シリコンまたはゲルマニウムが、特にｎ型ドーパントとして使用され、
前記ｎ型ドーパントは、少なくとも１％の前記マグネシウムの濃度を含む、請求項１２に記載の製造方法。 - 第２の中間層は、前記ｎ型ドープ層内に、接触層によって前記中間層から離間されるように形成され、
前記第２の中間層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を備え、かつ、ｎ型にドープされ、
前記接触層は、ｎ型接触部に接続される、
請求項１２または１３に記載の製造方法。 - めっきスルーホールの形態の前記ｎ型接触部は、前記ｐ型ドープ層および前記活性ゾーンを貫通して前記接触層に通じる、
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の製造方法。 - 前記マグネシウムの濃度は、５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲内である、
請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の製造方法。 - 前記中間層は、エッチングプロセスによって除去される、
請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の製造方法。
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