JP2020508586A - 半導体ボディ - Google Patents

半導体ボディ Download PDF

Info

Publication number
JP2020508586A
JP2020508586A JP2019565986A JP2019565986A JP2020508586A JP 2020508586 A JP2020508586 A JP 2020508586A JP 2019565986 A JP2019565986 A JP 2019565986A JP 2019565986 A JP2019565986 A JP 2019565986A JP 2020508586 A JP2020508586 A JP 2020508586A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
intermediate layer
multilayer body
semiconductor body
indium
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.)
Granted
Application number
JP2019565986A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6924852B2 (ja
Inventor
ヨアヒム エルトコルン
ヨアヒム エルトコルン
マルクス アイヒフェルダー
マルクス アイヒフェルダー
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.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of JP2020508586A publication Critical patent/JP2020508586A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6924852B2 publication Critical patent/JP6924852B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01L33/02—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H01L31/03048—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP comprising a nitride compounds, e.g. InGaN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
    • H01L31/1848—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P comprising nitride compounds, e.g. InGaN, InGaAlN
    • 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
    • H01L33/12—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 stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • 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
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

ｐドープ領域（２０）と、活性領域（３０）と、中間層（４０）と、インジウムを含む重層体（４１）とを備える半導体ボディ（１０）であって、重層体（４１）中のインジウム濃度は積層方向（ｚ）に沿って変化し、重層体（４１）は、ドーパントとは別に、厳密に１種の窒化物化合物半導体材料で形成されており、中間層（４０）はインジウムを実質的に含まず、重層体（４１）と活性領域（３０）との間に配置されていて、重層体（４１）に直接接触しており、中間層（４０）及び／又は重層体（４１）は少なくとも所定の場所でｎドープされており、重層体（４１）のドーパント濃度は少なくとも５×１０１７／ｃｍ３、最大で２×１０１８／ｃｍ３であり、中間層（４０）のドーパント濃度は少なくとも２×１０１８／ｃｍ３、最大で３×１０１９／ｃｍ３である半導体ボディ（１０）を、明細書に記載する。【選択図】 図１

Description

本発明は半導体ボディに関する。
本開示の目的は、効率良く作動・製造することができる半導体ボディを提供することにある。
本明細書に記載の半導体ボディは、特にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料に基づくものとすることができる。半導体ボディは、特に窒化物化合物半導体材料に基づくものとすることができる。
半導体ボディの少なくとも一実施形態によれば、この半導体ボディはｐドープ領域を備える。このｐドープ領域は少なくとも１種のｐドーパントでドープされている。このｐドープ領域は１層以上のｐドープ半導体層を備えることができる。更に、このｐドープ領域は、半導体ボディの横方向の範囲全体に亘って延在することができる。半導体ボディの横方向範囲は、半導体ボディの積層方向に対して横断する方向、特に垂直な方向である。
少なくとも一実施形態によれば、本半導体ボディは活性領域を備える。ｐドープ領域を活性領域に配置することができる。活性領域では、半導体ボディの機能が作動中に実行される。例えば、活性領域は電磁放射を放出又は検出するように構成することができる。その場合、半導体ボディはオプトエレクトロニクス部品の一部である。活性領域は、例えば、交互に配置された複数の量子井戸層と障壁層を備えることができる。半導体ボディがダイオード、トランジスタ又は集積回路等の電子部品の一部となり得る。そして、この活性領域が適切に設計される。
少なくとも一実施形態によれば、半導体ボディは中間層を備える。この中間層は活性領域に直接接触させることができ、活性領域は中間層に成長させることができる。中間層は半導体材料で形成することができる。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物化合物半導体材料で中間層を形成することができる。窒化物化合物半導体材料の材料組成は、特に製造公差の範囲内であり、中間層中で変化しない。
少なくとも一実施形態によれば、半導体ボディはインジウムを含む重層体を備え、重層体中のインジウム濃度は積層方向に沿って変化し、重層体は、ドーパントとは別に、厳密に１種の窒化物化合物半導体材料で形成されている。例えば、厳密に１種の窒化物化合物半導体材料とは、重層体が含み得る不純物又は外来原子の濃度が５％未満であることを意味する。本重層体が含む不純物又は外来原子の濃度は１％未満であることが好ましい。中間層は重層体に重層、例えば、成長させることができる。重層体は異なる半導体層を備えることができる。従って、この重層体は、インジウムを含む半導体材料で形成することができる。
半導体ボディの積層方向は、重層体の積層方向に対応する。重層体中のインジウム濃度は積層方向に沿って一定ではない。これは、例えば、重層体中のインジウム濃度が積層方向で上昇又は低下し得ることを意味する。重層体中のインジウム濃度は直線的又は他の形態で変化する可能性がある。重層体中のインジウム濃度は準連続的又は連続的に変化することが好ましい。例えば、インジウムの温度又は供給は、重層体の成長中に準連続的又は連続的に変化させることができる。横方向において、重層体中のインジウム濃度を一定とすることができる。
重層体は窒化物化合物半導体材料で形成されている。これは、この重層体全体が同一の半導体材料で形成されており、重層体の異なる領域ではインジウム濃度のみ、場合によってはドーパント濃度のみが異なることを意味する。例えば、この重層体は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で形成することができる。
重層体がインジウムを含むという事実によって、活性領域内への不純物の望ましくない混入を防止又は少なくとも抑制し、ひいては活性領域内の不純物濃度を低下させる。これによって、半導体ボディをより効率的に作動させることができる。
重層体が厳密に１種の窒化物化合物半導体材料で形成されているという事実により、半導体ボディを容易に製造することができる。更に、重層体は静電放電に対する保護に寄与することができる。
半導体ボディの少なくとも一実施形態によれば、中間層はインジウムを実質的に含まず、重層体と活性領域との間に配置されており、中間層は重層体に直接接触している。この場合、中間層がインジウムを実質的に含まないという事実は、特に、中間層の成長中にインジウムが供給されないことを意味する。しかし、隣接層からのインジウムが中間層内に拡散することを排除することはできない。重層体、中間層及び活性領域は積層方向に上下に配置されており、各々が半導体ボディの横方向の範囲全体に亘って延在することができる。
半導体ボディの少なくとも一実施形態によれば、中間層及び／又は重層体は少なくとも所定の場所でｎドープされている。従って、中間層と重層体が部分的に又は完全にｎドープされることも可能である。例えば、重層体の個々の層はｎドープされていてもよく、他の層はドープされていなくてもよい。中間層と重層体は、例えば、ケイ素でドープすることができる。
例えば、中間層及び／又は重層体中のドーパント濃度は、少なくとも５×１０１７／ｃｍ３、最大で２×１０１８／ｃｍ３とすることができる。中間層のドーパント濃度を２×１０１８／ｃｍ３〜３×１０１９／ｃｍ３とすることもできる。重層体は、ドーパント濃度が少なくとも２×１０１８／ｃｍ３、最大で３×１０１９／ｃｍ３である領域を有することもできる。これらの高濃度ドープ領域の積層方向の厚さは５Å〜３０Åとすることができる。中間層の領域中のドーパント濃度及び／又は重層体の領域中のドーパント濃度を高くすることによって、静電放電に対する保護を得ることができる。従って、静電帯電中の半導体ボディの故障率を低下させることができる。
半導体ボディは基板に成長させることができる。この半導体ボディは有機金属気相成長法によって基板にエピタキシャル成長させることができる。この半導体ボディが成長基板を含まず、成長後に半導体ボディに取り付けられるキャリア要素に配置されることもできる。従って、半導体ボディは成長基板が除去された薄膜半導体ボディとすることができる。
ｐドープ領域、活性領域、中間層及び重層体は、三次元構造体を形成することができ、例えば、立方体状又は円筒状とすることができる。
少なくとも一実施形態によれば、半導体ボディはｐドープ領域、活性領域、中間層及び重層体を備える。重層体はインジウムを含み、重層体中のインジウム濃度は積層方向に沿って変化する。更に、ドーパントとは別に、重層体は厳密に１種の窒化物化合物半導体材料で形成されている。中間層はインジウムを実質的に含まず、重層体と活性領域との間に配置されており、重層体に直接接触している。中間層及び／又は重層体は少なくとも所定の場所でｎドープされている。
本明細書に記載の半導体ボディは、特に、重層体が１種の材料のみで形成されているため、半導体ボディが効率的且つ費用対効果高く製造可能であるという見解に基づいている。重層体がインジウムで形成されているため、半導体ボディを効率的に作動させることもできる。重層体にインジウムを使用すると、活性領域への不純物の望ましくない混入が防止又は少なくとも抑制されることが分かっている。
少なくとも一実施形態によれば、重層体の第１の領域は、中間層に直接接触し、インジウム濃度は、第１の領域内で中間層の方向に低下する。重層体の第１の領域は、半導体ボディの横方向の範囲全体に亘って横方向に延在することができる。第１の領域は複数の半導体層を含むことができる。第１の領域中のインジウム濃度は中間層の方向に低下するため、第１の領域中のインジウム濃度は、中間層との界面で最小値まで低下する。インジウム濃度は、第１の領域内で連続的に低下することができる。第１の領域中のインジウム濃度は、１％未満の最小値まで低下することが好ましい。第１の領域中のインジウム濃度は、０．５％未満の最小値まで低下することが特に好ましい。例えば、重層体がＩｎｘＧａＮで形成されている場合、ｘは好ましくは１％未満、特に好ましくは０．５％未満である。
インジウムを含み、例えば、ＩｎＧａＮで形成された半導体層が、インジウムを含まずに、例えば、ＧａＮで形成された半導体層上で成長する場合、静電負荷の下での半導体ボディの故障率が上がることがある。この実施形態によれば、重層体と中間層との界面でのインジウム濃度は、好都合に最小値まで低下する。インジウム濃度が連続的に低下すると、インジウム濃度が大幅に変化する界面の形成を防ぐことができる。
ＩｎＧａＮとＧａＮの材料は格子定数が異なるので、この２種の材料を互いに重ねて成長させると、材料に張力が生じる。この張力によって圧電界が生じる。従って、ＩｎＧａＮで形成された層とＧａＮで形成された別の層との界面にピエゾ電荷が蓄積する場合がある。このピエゾ電荷は静電帯電中の半導体ボディの故障率に悪影響を及ぼし得ることが分かっている。従って、インジウム濃度が大幅に変化する界面を回避することによって、静電放電に対する保護を強化することができる。
少なくとも一実施形態によれば、重層体の第２の領域は重層体の第１の領域とは反対側に配置されており、第２の領域中のインジウム濃度は、中間層の方向に上昇する。第２の領域は半導体ボディの横方向の範囲全体に亘って延在することができる。第１の領域と第２の領域は積層方向において上下に配置されている。しかし、これらの領域は必ずしも互いに直接接触しているわけではない。第２の領域は複数の半導体層を含むことができる。第２の領域中のインジウム濃度は、積層方向に上昇している。第２の領域中のインジウム濃度は、１％未満、特に好ましくは０．５％未満の最小値から、１．５％の閾値を超えた値まで上昇することが好ましい。閾値は少なくとも２％、最大で４．９％であることが特に好ましい。インジウム濃度は連続的に上昇することができる。第２の領域がＧａＮで形成された重層体の外側の層に接触している場合、界面でのピエゾ電荷の形成は防止される。
少なくとも一実施形態によれば、重層体の第２の領域中のインジウム濃度は、中間層の方向に少なくとも閾値まで上昇し、重層体内の第１の領域のみの領域内で再び閾値未満に低下する。これは、第１の領域内およびと第２の領域内の２箇所のみで、重層体中のインジウム濃度が閾値より低いことを意味する。第１の領域と第２の領域との間に、インジウム濃度が閾値を上回る第３の領域が存在することができる。第１の領域と第２の領域の層厚は各々５ｎｍ未満とすることができる。重層体は１種の窒化物化合物半導体材料のみで形成されているため、重層体内にもピエゾ電荷が形成されない。
少なくとも一実施形態によれば、重層体の第１の領域と第２の領域はｎドープされており、第３の領域はドープされていない。
少なくとも一実施形態によれば、重層体の第２の領域は、重層体の第１の領域に直接接触している。この場合、この重層体は第３の領域を有さない。この例示的な実施形態では、第１の領域と第２の領域は積層方向で厚さが異なる可能性がある。例えば、第１の領域は第２の領域よりも遥かに薄くてもよい。例えば、第２の領域の厚さは第１の領域の厚さよりも２〜２０倍大きい。第２の領域の厚さは、第１の領域の厚さの３〜４倍であることが好ましい。
少なくとも一実施形態によれば、重層体中のインジウム濃度は中間層の方向に低下する。これは、重層体中のインジウム濃度が中間層の方向に上昇せず、低下するのみであることを意味する。重層体中のインジウム濃度は、中間層の方向に連続的に低下することができる。重層体中のインジウム濃度が中間層との界面で１％未満、好ましくは０．５％未満の最小値まで低下すると、界面でのピエゾ電荷の形成が防止される。この例示的な実施形態では、重層体は１個の領域のみを有するため、半導体ボディの製造プロセスを単純化することができる。
少なくとも一実施形態によれば、重層体中のインジウム濃度は中間層の方向に上昇する。これは、重層体中のインジウム濃度が中間層の方向に低下せず、上昇するのみであることを意味する。この重層体中のインジウム濃度は中間層の方向に連続的に上昇することができる。重層体と中間層との界面でピエゾ電荷の形成を抑制するため、中間層を高濃度にｎドープすることができる。これは、例えば、ドーパント濃度が少なくとも２×１０１８ｃｍ３、最大で３×１０１９／ｃｍ３であることを意味する。
少なくとも一実施形態によれば、重層体は少なくとも１対の交互層を備えており、各対の第１の層はｎドープされており、各対の第２の層は実質的にドープされていない。交互層は重層体の第１の領域と第２の領域との間に配置されている。交互層中のインジウム濃度は一定とすることができる。各対の第１の層は、例えば、ケイ素でｎドープすることができる。各対の第２の層が実質的にドープされていないという事実は、第２の層の成長中にドーパントが供給されないことを意味する。しかし、隣接層からドーパントが第２の層に混入する可能性がある。しかし、第２の層のドーパント濃度は隣接層中のドーパント濃度よりも大幅に低い。例えば、第２の層中のドーパント濃度は、最大で５×１０１６／ｃｍ３である。重層体は複数対の交互層を備えることが好ましい。交互層は静電放電に対する保護の向上に寄与することができる。
少なくとも一実施形態によれば、各対の第１の層のインジウム濃度は、各対の第２の層とは異なる。従って、第１の層および第２の層の各々のインジウム濃度は一定である。第１の層中のインジウム濃度は、第２の層中のインジウム濃度より高くても、低くてもよい。例えば、第１の層と第２の層との絶対インジウム濃度の差は、１％とすることができる。例えば、インジウム濃度は第１の層内で２％、第２の層内で３％とすることができる。
少なくとも一実施形態によれば、重層体は中間層と積層体との間に配置されており、積層体は実質的にインジウムを含まない。この積層体は複数の半導体層を備えることができる。更に、積層体は重層体に直接接触することができる。これは、積層体、重層体及び中間層が積層方向に上下に配置されていることを意味する。積層体が実質的にインジウムを含まないという事実は、積層体の成長中にインジウムが供給されないことを意味する。しかし、隣接層からインジウムが積層体に混入する可能性がある。
この積層体は静電放電に対する保護の向上に寄与するように設計されている。この目的のため、具体的に既存の転位が使用される。電流パルスは、活性領域を損傷させずに、転位に起因する積層体の凹凸を越えて流れることができる。これによって、静電帯電中の半導体ボディの故障率を低下させることができる。このような積層体は、国際公開ＷＯ２０１１／０８０２１９号Ａ１の、第１の半導体積層体に関連して記載されており、その開示内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
少なくとも一実施形態によれば、活性領域は電磁放射、特に光の発生又は検出用に設計されている。半導体ボディは、例えば、発光ダイオードとすることができる。例えば、発光ダイオードは特定のスペクトル領域の電磁放射を放出することができる。
少なくとも一実施形態によれば、重層体の積層方向における層厚は少なくとも５ｎｍ、最大で１５０ｎｍである。重層体の好ましい層厚は少なくとも１５ｎｍである。重層体の層厚は少なくとも３０ｎｍ、最大で９０ｎｍであることが特に好ましい。例えば、積層体の層厚は６０ｎｍとすることができる。重層体の層厚の選択は、重層体の弛緩を防止でき、ひいては結晶欠陥の形成が最小限に抑えられるように行うことが有利である。
少なくとも一実施形態によれば、重層体の積層方向における層厚は２０ｎｍ未満である。重層体の好ましい層厚は少なくとも５ｎｍ、２０ｎｍ未満である。好都合なことに、このような重層体の小さな厚さによって結晶欠陥の形成が大幅に抑制される。
少なくとも一実施形態によれば、重層体中のインジウム濃度は５％未満である。重層体中のインジウム濃度は３％未満であることが好ましい。重層体中のインジウム濃度は約２．７％であることが特に好ましい。重層体中のインジウム濃度は比較的低いので、重層体を高品質で成長させることができる。これは、例えば、重層体内で張力が生じにくいことを意味する。
以下、例示的な実施形態及び対応する図面を参照して、本明細書に記載の半導体ボディをより詳細に説明する。
図１は、例示的実施形態に係る半導体ボディの概略断面図を示す。 図２は、更なる例示的実施形態に係る半導体ボディの概略断面図を示す。 図３は、更なる例示的実施形態に係る半導体ボディの概略断面図を示す。 図４は、更なる例示的実施形態に係る半導体ボディの概略断面図を示す。 図５は、更なる例示的実施形態に係る半導体ボディの概略断面図を示す。 図６は、更なる例示的実施形態に係る半導体ボディの概略断面図を示す。
図面において、同一、類似又は同等の要素には同じ参照符号を付けている。図面自体や図面内に示す要素の比率は、縮尺通りであると見なすべきではない。むしろ、表現性及び／又は理解力を向上させるために、個々の要素を誇張して大きく示すことがある。
図１は、半導体ボディ１０の概略断面図を示す。半導体ボディ１０は重層体４１を備え、この重層体４１には中間層４０が重層されている。中間層４０には活性領域３０が重層されている。更に、半導体ボディ１０は、活性領域３０に重層されたｐドープ領域２０を備える。
重層体４１は、中間層４０と直接接触する第１の領域４２を有する。更に、重層体４１は、重層体４１の第１の領域４２とは反対側に配置された第２の領域４３を有する。第１の領域４２と第２の領域４３との間には、第３の領域４４が存在する。重層体４１は、ドーパントとは別に、厳密に１種の窒化物化合物半導体材料で形成されている。１種の窒化物化合物半導体材料とは、重層体が含み得る不純物又は外来原子の濃度が５％未満であることを意味する。重層体が含む不純物又は外来原子の濃度が１％未満であることが好ましい。重層体４１もインジウムを含む。
重層体４１中のインジウム濃度は一定ではない。第２の領域４３では、インジウム濃度は積層方向ｚに閾値を超えた値まで上昇する。積層方向ｚは半導体ボディ１０の横方向の範囲に対して垂直である。第２の領域４３中のインジウム濃度は、１％未満、好ましくは０．５％未満の最小値から、閾値を超える値まで上昇することが好ましい。図１は、半導体ボディ１０の積層方向ｚをｚ軸上に示し、重層体４１中のインジウム濃度をｙ軸上に示す。従って、第２の領域４３では、インジウム濃度が連続的に上昇する。重層体４１の第３の領域４４では、インジウム濃度は一定である。重層体４１の第１の領域４２では、インジウム濃度は再び閾値未満に低下する。この場合、インジウム濃度は連続的に低下する。第１の領域４２中のインジウム濃度は、１％未満、好ましくは０．５％未満の最小値まで低下することが好ましい。例えば、インジウム濃度の閾値は、少なくとも１．５％、最大で４．９％とすることができる。閾値は少なくとも２％、最大で３％であることが好ましい。インジウム濃度が比較的低いので、重層体４１は品質を向上させて、即ち、張力と転位を抑制して成長させることができる。
例えば、重層体４１の成長中及びインジウムの供給中に温度、成長速度又は圧力を変えることによって、第１の領域４２内および第２の領域４３内のインジウム濃度を変えることができる。
重層体４１は、例えば、ＩｎＧａＮで形成することができ、少なくとも所定の場所でｎドープすることができる。例えば、重層体４１はケイ素でドープすることができる。
重層体４１の厚さは少なくとも５ｎｍ、最大で１５０ｎｍとすることができる。第１の領域４２と第２の領域４３の各々の厚さは５ｎｍ未満とすることができる。
中間層４０は重層体４１に直接接触しており、重層体４１と活性領域３０との間に配置されている。中間層４０は実質的にインジウムを含まない。これは、中間層４０の成長中にインジウムが供給されないことを意味する。しかし、隣接層からインジウムが中間層４０に混入する可能性がある。中間層４０はＧａＮで形成することができる。更に、中間層４０は部分領域でｎドープすることができる。中間層４０中のドーパント濃度は、少なくとも２×１０１８／ｃｍ３、最大で３×１０１９／ｃｍ３とすることができる。重層体４１は、ドーパント濃度がこの範囲内にある領域又は層を有することもできる。
インジウムを含む層がインジウムを含まない層に接触する場合、この２層間の界面にピエゾ電荷が形成されることがある。この例示的な実施形態では、ピエゾ電荷の形成は、第１の領域４２中のインジウム濃度が非常に低い値まで低下するという事実によって防止される。これによって、重層体４１と中間層４０との界面でのピエゾ電荷の形成が防止される。更に、第２の領域４３と重層体４１に属さない下層との界面でのピエゾ電荷の形成が防止される。
活性領域３０は中間層４０に直接接触し、中間層４０上に成長されている。活性領域３０は、電磁放射、特に光を発生又は検出するように設計することができる。例えば、活性領域３０は、交互に配置された複数の量子井戸層と障壁層を備えた多重量子井戸構造を有することができる。障壁層はＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ又はＧａＮで形成することができ、量子井戸層はＩｎＡｌＧａＮ又はＩｎＧａＮで形成することができる。ｐドープ領域２０は活性領域３０に配置されている。
重層体４１がインジウムを含むという事実により、活性領域３０内への不純物の望ましくない混入を抑制し、ひいては活性領域３０内の不純物濃度を低下させることができる。従って、半導体ボディ１０をより効率的に作動させることができる。
重層体４１が厳密に１種の窒化物化合物半導体材料で形成されているという事実により、半導体ボディ１０を容易に製造することができる。更に、半導体ボディ１０は、多数の異なる材料を用いて製造された半導体ボディよりも頑丈である。
図２は、他の例示的な実施形態に係る半導体ボディ１０の概略断面図を示す。半導体ボディ１０の構造は図１に示す構造に対応する。しかし、この例示的な実施形態では、重層体４１の第３の領域４４は複数対の交互層を有する。各対の第１の層４５はｎドープされており、各対の第２の層４６は実質的にドープされていない。第１の層４５は、例えば、ケイ素でドープすることができる。第２の層４６が実質的にドープされていないという事実は、第２の層４６の成長中にドーパントが供給されないことを意味する。しかし、隣接層からドーパントが第２の層４６に混入する可能性がある。
図３は、他の例示的な実施形態に係る半導体ボディ１０の概略断面図を示す。半導体ボディ１０の構造は図１に示す構造に対応する。更に、半導体ボディ１０は、積層体５０を有する。重層体４１は中間層４０と積層体５０との間に配置されており、積層体５０は実質的にインジウムを含まない。積層体５０はＧａＮで形成することができ、静電放電に対する保護に寄与することができる。この目的のため、具体的に積層体５０内の既存の転位が使用される。電流パルスは、活性領域３０を損傷させずに、転位に起因する積層体５０の凹凸を越えて流れることができる。従って、静電帯電中の半導体ボディ１０の故障率を低下させることができる。好都合なことに、重層体４１と積層体５０との界面にはピエゾ電荷が形成されないが、これは、第２の領域４３中のインジウム濃度がこの界面では非常に低いためである。
図４は、他の例示的な実施形態に係る半導体ボディ１０の概略断面図を示す。重層体４１の領域において２種の代替案が示されている。左側に示す第１の場合では、重層体４１中のインジウム濃度は、中間層４０の方向に連続的に上昇する。従って、この場合、重層体４１は、第１の領域４２のみを有する。中間層４０との界面で重層体４１中のインジウム濃度は最大になる。界面でのピエゾ電荷の形成を少なくとも抑制するために、中間層４０を部分的に高濃度でｎドープすることができる。右側に示す第２の場合では、重層体４１中のインジウム濃度は、中間層４０の方向に低下する。中間層４０との界面で重層体４１中のインジウム濃度は最小になる。これによって、この界面でのピエゾ電荷の形成が防止される。この例示的な実施形態では、重層体４１は第１の領域４２のみを有するので、半導体ボディ１０を特に容易に製造することができる。
図５は、他の例示的な実施形態に係る半導体ボディ１０の概略断面図を示す。半導体ボディ１０の構造は、図２に示す構造に対応する。この場合、第１の層４５がｎドープされており、第２の層４６がドープされていないという点だけでなく、第１の層４５のインジウム濃度が第２の層４６とは異なるという点でも、第１の層４５と第２の層４６とは相違する。インジウム濃度は第１の層４５全てにおいて同じであり、第２の層４６のインジウム濃度とは異なる。第２の層４６全てにおいてもインジウム濃度は同じである。従って、第１の層４５中のインジウム濃度は、第２の層４６中のインジウム濃度より高くても低くてもよい。例えば、第１の層４５と第２の層４６とのインジウム濃度の差は、１％とすることができる。
図６は、他の例示的な実施形態に係る半導体ボディ１０の概略断面図を示す。半導体ボディ１０の構造は図１に示す構造に対応する。図１とは対照的に、この例示的な実施形態における重層体４１は、第１の領域４２および第２の領域４３のみを有する。第１の領域４２は第２の領域４３に直接接触している。積層方向ｚにおける第２の領域４３の厚さは第１の領域４２の厚さよりもかなり大きい。例えば、第２の領域４３の厚さは、第１の領域４２の厚さよりも２〜２０倍大きい。第２の領域４３の厚さは、第１の領域４２の厚さよりも３〜４倍大きいことが好ましい。
本発明は、例示的な実施形態を用いた説明によって限定されるものではない。むしろ、本発明は、あらゆる新しい特徴を含むと共に、あらゆる特徴の組み合わせ（特に特許請求の範囲におけるあらゆる特徴の組み合わせ）を含み、これは、特許請求の範囲又は例示的な実施形態において、特徴又は組み合わせ自体が明記されていない場合にも適用される。
ドイツ特許出願ＤＥ１０２０１７１０４３７０．５の優先権を主張するものであり、その開示内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
１０：半導体ボディ
２０：ｐドープ領域
３０：活性領域
４０：中間層
４１：重層体
４２：第１の領域
４３：第２の領域
４４：第３の領域
４５：第１の層
４６：第２の層
５０：積層体
ｚ：積層方向

Claims (13)

  1. ｐドープ領域（２０）と、
    活性領域（３０）と、
    中間層（４０）と、
    インジウムを含む重層体（４１）と
    を備える半導体ボディ（１０）であって、
    前記重層体（４１）中のインジウム濃度は積層方向（ｚ）に沿って変化し、前記重層体（４１）は、ドーパントとは別に、厳密に１種の窒化物化合物半導体材料で形成されており、
    前記中間層（４０）はインジウムを実質的に含まず、前記重層体（４１）と前記活性領域（３０）との間に配置されていて、前記重層体（４１）に直接接触しており、
    前記中間層（４０）及び／又は前記重層体（４１）は、少なくとも所定の場所でｎドープされており、
    前記重層体（４１）のドーパント濃度は、少なくとも５×１０１７／ｃｍ３、最大で２×１０１８／ｃｍ３であり、
    前記中間層（４０）のドーパント濃度は、少なくとも２×１０１８／ｃｍ３、最大で３×１０１９／ｃｍ３である、半導体ボディ（１０）。
  2. 前記重層体（４１）の第１の領域（４２）は、前記中間層（４０）に直接接触しており、前記第１の領域（４２）中のインジウム濃度は、前記中間層（４０）の方向に低下している、請求項１に記載の半導体ボディ（１０）。
  3. 前記重層体（４１）の第２の領域（４３）は、前記重層体（４１）の前記第１の領域（４２）とは反対側に配置されており、前記第２の領域（４３）中のインジウム濃度は前記中間層（４０）の方向に上昇する、請求項１または２に記載の半導体ボディ（１０）。
  4. 前記重層体（４１）の前記第２の領域（４３）中のインジウム濃度は、前記中間層（４０）の方向に少なくとも閾値まで上昇し、前記重層体（４１）内の前記第１の領域（４２）のみの領域内で再び閾値未満に低下する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ボディ（１０）。
  5. 前記重層体（４１）の前記第２の領域（４３）は、前記重層体（４１）の前記第１の領域（４２）に直接接触している、請求項４に記載の半導体ボディ（１０）。
  6. 前記重層体（４１）中のインジウム濃度は、前記中間層（４０）の方向に低下する、請求項１に記載の半導体ボディ（１０）。
  7. 前記重層体（４１）中のインジウム濃度は、前記中間層（４０）の方向に上昇する、請求項１に記載の半導体ボディ（１０）。
  8. 前記重層体（４１）は、少なくとも１対の対の交互層を備えており、各対の第１の層（４５）はｎドープされており、各対の第２の層（４６）は実質的にドープされていない、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体ボディ（１０）。
  9. 各対の前記第１の層（４５）のインジウム濃度は各対の前記第２の層（４６）のインジウム濃度とは異なる、請求項８に記載の半導体ボディ（１０）。
  10. 前記重層体（４１）は、前記中間層（４０）と積層体（５０）との間に配置されており、前記積層体（５０）は実質的にインジウムを含まない、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体ボディ（１０）。
  11. 前記活性領域（３０）は、電磁放射、特に光、の発生又は検出用に設計されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体ボディ（１０）。
  12. 前記重層体（４１）の前記積層方向（ｚ）の層厚は、少なくとも５ｎｍ、２０ｎｍ未満である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体ボディ（１０）。
  13. 前記重層体（４１）中のインジウム濃度は５％未満である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体ボディ（１０）。
JP2019565986A 2017-03-02 2018-02-28 半導体ボディ Active JP6924852B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017104370.5A DE102017104370A1 (de) 2017-03-02 2017-03-02 Halbleiterkörper
DE102017104370.5 2017-03-02
PCT/EP2018/054906 WO2018158302A1 (de) 2017-03-02 2018-02-28 Halbleiterkörper

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020508586A true JP2020508586A (ja) 2020-03-19
JP6924852B2 JP6924852B2 (ja) 2021-08-25

Family

ID=61557273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019565986A Active JP6924852B2 (ja) 2017-03-02 2018-02-28 半導体ボディ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11018278B2 (ja)
JP (1) JP6924852B2 (ja)
CN (1) CN110383505B (ja)
DE (2) DE102017104370A1 (ja)
WO (1) WO2018158302A1 (ja)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002314129A (ja) * 2001-03-29 2002-10-25 Lumileds Lighting Us Llc Ｉｉｉ族窒化物デバイスのための窒化ガリウムインジウム平滑構造
JP2003059938A (ja) * 2001-06-07 2003-02-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 窒化物半導体積層体及びその半導体素子
WO2007138658A1 (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体発光素子
WO2008153130A1 (ja) * 2007-06-15 2008-12-18 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体の製造方法
JP2009071277A (ja) * 2007-09-14 2009-04-02 Cree Inc 窒化物ベースのダイオード内への分極ドーピング
US20130026484A1 (en) * 2011-07-08 2013-01-31 Rosestreet Labs Energy, Inc. Multi-Color Light Emitting Devices with Compositionally Graded Cladding Group III-Nitride Layers Grown on Substrates
JP2013065630A (ja) * 2011-09-15 2013-04-11 Toshiba Corp 半導体発光素子、ウェーハ、半導体発光素子の製造方法及びウェーハの製造方法
JP2013516781A (ja) * 2010-01-05 2013-05-13 ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド 発光ダイオード及びその製造方法
JP2015511776A (ja) * 2012-03-29 2015-04-20 ソウル バイオシス カンパニー リミテッドＳｅｏｕｌ Ｖｉｏｓｙｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 発光素子
WO2016129493A1 (ja) * 2015-02-10 2016-08-18 ウシオ電機株式会社 半導体発光素子
JP2018050021A (ja) * 2015-11-30 2018-03-29 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6833564B2 (en) * 2001-11-02 2004-12-21 Lumileds Lighting U.S., Llc Indium gallium nitride separate confinement heterostructure light emitting devices
CN101038947A (zh) * 2006-03-17 2007-09-19 中国科学院物理研究所 不需荧光粉转换的白光GaN发光二极管外延材料及制法
JP2007318044A (ja) * 2006-05-29 2007-12-06 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置とその製造方法
KR100835095B1 (ko) * 2006-11-21 2008-06-03 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자
US8536615B1 (en) 2009-12-16 2013-09-17 Cree, Inc. Semiconductor device structures with modulated and delta doping and related methods
DE102009060750A1 (de) * 2009-12-30 2011-07-07 OSRAM Opto Semiconductors GmbH, 93055 Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102009060747A1 (de) 2009-12-30 2011-07-07 OSRAM Opto Semiconductors GmbH, 93055 Halbleiterchip
CN102244162B (zh) * 2011-07-14 2013-03-13 北京燕园中镓半导体工程研发中心有限公司 一种发光二极管的制备方法
US20130105817A1 (en) * 2011-10-26 2013-05-02 Triquint Semiconductor, Inc. High electron mobility transistor structure and method
WO2014198550A1 (de) 2013-06-11 2014-12-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines nitridverbindungshalbleiter-bauelements
JP6488891B2 (ja) 2015-06-03 2019-03-27 三菱電機ビルテクノサービス株式会社 保守作業間隔決定装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002314129A (ja) * 2001-03-29 2002-10-25 Lumileds Lighting Us Llc Ｉｉｉ族窒化物デバイスのための窒化ガリウムインジウム平滑構造
JP2003059938A (ja) * 2001-06-07 2003-02-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 窒化物半導体積層体及びその半導体素子
WO2007138658A1 (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体発光素子
WO2008153130A1 (ja) * 2007-06-15 2008-12-18 Rohm Co., Ltd. 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体の製造方法
JP2009071277A (ja) * 2007-09-14 2009-04-02 Cree Inc 窒化物ベースのダイオード内への分極ドーピング
JP2013516781A (ja) * 2010-01-05 2013-05-13 ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド 発光ダイオード及びその製造方法
US20130026484A1 (en) * 2011-07-08 2013-01-31 Rosestreet Labs Energy, Inc. Multi-Color Light Emitting Devices with Compositionally Graded Cladding Group III-Nitride Layers Grown on Substrates
JP2013065630A (ja) * 2011-09-15 2013-04-11 Toshiba Corp 半導体発光素子、ウェーハ、半導体発光素子の製造方法及びウェーハの製造方法
JP2015511776A (ja) * 2012-03-29 2015-04-20 ソウル バイオシス カンパニー リミテッドＳｅｏｕｌ Ｖｉｏｓｙｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 発光素子
WO2016129493A1 (ja) * 2015-02-10 2016-08-18 ウシオ電機株式会社 半導体発光素子
JP2018050021A (ja) * 2015-11-30 2018-03-29 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018158302A1 (de) 2018-09-07
US11018278B2 (en) 2021-05-25
DE112018001095A5 (de) 2019-12-19
US20200006594A1 (en) 2020-01-02
CN110383505B (zh) 2022-07-22
JP6924852B2 (ja) 2021-08-25
DE102017104370A1 (de) 2018-09-06
CN110383505A (zh) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9437775B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting device
JP6026116B2 (ja) 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
TWI493753B (zh) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
US9099572B2 (en) Semiconductor light emitting element and method of manufacturing semiconductor light emitting element
WO2014178248A1 (ja) 窒化物半導体発光素子
KR20120024462A (ko) 반도체 발광 장치
JPWO2014061692A1 (ja) 窒化物半導体発光素子
US9305773B2 (en) Semiconductor device, nitride semiconductor wafer, and method for forming nitride semiconductor layer
JP5983684B2 (ja) Ｌｅｄ素子
JP6486401B2 (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
JP6940572B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子および半導体レーザ装置
JP6924852B2 (ja) 半導体ボディ
JP2013183126A (ja) 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
KR20140102422A (ko) 질화물계 반도체 발광소자
KR20140017443A (ko) 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
JP6426359B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
TWI545798B (zh) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP7481618B2 (ja) 窒化物半導体素子の製造方法
JP5800251B2 (ja) Ｌｅｄ素子
CN109891607B (zh) 半导体本体
KR20150046666A (ko) InGaN 완충층을 이용한 질화물 반도체 발광소자
KR101510057B1 (ko) 반도체 발광소자
CN116314493A (zh) 发光元件
JP6478685B2 (ja) 半導体発光素子
JP2006190803A (ja) 半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190821

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200818

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200825

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20201110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210219

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210706

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210802

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6924852

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150