JP3682938B2 - 半導体発光素子を形成する方法 - Google Patents
半導体発光素子を形成する方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3682938B2 JP3682938B2 JP14248196A JP14248196A JP3682938B2 JP 3682938 B2 JP3682938 B2 JP 3682938B2 JP 14248196 A JP14248196 A JP 14248196A JP 14248196 A JP14248196 A JP 14248196A JP 3682938 B2 JP3682938 B2 JP 3682938B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- forming
- layer
- semiconductor device
- confinement layer
- light emitting
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 51
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 22
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 19
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005516 deep trap Effects 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- MWNKMBHGMZHEMM-UHFFFAOYSA-N dimethylalumanylium;ethanolate Chemical compound CCO[Al](C)C MWNKMBHGMZHEMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- GCPCLEKQVMKXJM-UHFFFAOYSA-N ethoxy(diethyl)alumane Chemical compound CCO[Al](CC)CC GCPCLEKQVMKXJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 1
- 239000011799 hole material Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 system
- H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system characterised by the doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少数キャリア半導体素子に関するものであり、とりわけ、意図的に不純物を送り込んで発光半導体素子の動作安定性を向上させるための方法、及び、該方法を用いて形成される半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
少数キャリア半導体素子の劣化には、一般に、半導体素子の動作時に半導体素子の非放射再結合の効率が高まることが関係している。この劣化の原因は、半導体素子のタイプ、その構造、材料、及び、動作条件によって決まる。
【０００３】
図１には、既知の二重ヘテロ構造発光ダイオード（ＬＥＤ）が示されている。ＬＥＤ１０は、光学的に透明なＧａＰウィンドウ／電流拡散／接触層１２、高バンド・ギャップのＡｌＩｎＰ上部閉じ込め／注入層１４、低バンド・ギャップの（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層１６、高バンド・ギャップのＡｌＩｎＰ下部閉じ込め／注入層１８、及び、ＧａＡｓまたはＧａＰから形成可能な導電性基板２０を有している。ｐタイプコンタクト２１及びｎタイプコンタクト２３によって、ＬＥＤが完成する。ＬＥＤの上部表面と側面の両方を介して、光の放出が生じる。前記各層には、一般に、活性層の近くまたはその内部にｐ−ｎ接合が位置するようにドーピングが施されており、オーミック・コンタクト２１及び２３が、半導体素子のｐタイプ及びｎタイプ領域に形成されている。該構造は、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、気相成長（ＶＰＥ）、液相成長（ＬＰＥ）、分子線エピタキシアル成長（ＭＢＥ）、その他を含むさまざまな方法の任意の方法によって成長させることが可能である。
【０００４】
図２は、図１に示すＬＥＤのエネルギ・バンド図である。順方向バイアスをかけると、ｐ−ｎ接合を慎重に配置することによって、活性層１６に対する少数キャリアの注入が効率よく実施される。少数キャリアは、高バンド・ギャップの閉じ込め層１４及び１８によって、ＬＥＤの活性層内に閉じ込められる。再結合プロセスは、所望の発光を生じる放射再結合と、発光しない非放射再結合から構成される。非放射再結合は、ＬＥＤ内の結晶の欠陥並びに他の原因によって生じる可能性がある。光は、ＬＥＤのさまざまな透明層及び表面を介してＬＥＤから放出され、各種反射体及びレンズ（図示されていない）によって有用なパターンをなすように焦点が合わせられる。
【０００５】
図１に示すＬＥＤは、少数キャリア半導体素子の一例にすぎない。バイポーラ・トランジスタ、光検出器、及び、太陽電池を含む他のさまざまな少数キャリア半導体素子も、同様の物理的原理に基づいて動作する。半導体レーザは、二重ヘテロ構造をなす場合が多く、同様に放射再結合と非放射再結合との間で競合が生じる。これら全ての半導体素子の性能及び安定性は、半導体素子の動作寿命全体にわたってキャリアの再結合寿命を長く保つことに依存する。
【０００６】
図１のＬＥＤの場合、出力パワーは、内部量子効率に正比例し、次のように表すことが可能である：
ηexternal ∝ ηinternal∝ １／〔１＋（τr／τnr）〕
【０００７】
ここで、ηinternalは、内部量子効率であり、ηexternalは、外部量子効率であり、τrは、放射再結合の寿命であり、τnrは、非放射再結合の寿命である。τnrは、活性領域における非放射再結合中心の数に反比例する。ηexternalと非放射再結合中心濃度との関係が、図３に示すグラフに明らかにされているが、グラフの示すところによれば、外部量子効率ηexternalは、非放射再結合中心の濃度が増すにつれて低下する。
各種の結晶の欠陥は非放射再結合中心として動作する、これらにはＣｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｏ、及び、Ｓｉ、Ｓ、Ｓｅのような浅い準位のドーパント、自己格子間不純物、空孔のような元々ある点欠陥、合成物及び析出に関係する不純物あるいはドーパント、表面及び界面の状態、そして、転位及び拡張した欠陥が含まれる。これらの欠陥は、残留不純物の取り込みまたはエピタキシャル欠陥形成によって、成長プロセス時に生じる可能性がある。
【０００８】
少数キャリア半導体素子は、いくつかの理由により、動作中に劣化する可能性がある。ＬＥＤの場合、キャリア注入効率または光放出効率は、特定の半導体素子構造及び動作条件によって変化する可能性がある。半導体素子の効率低下の最も一般的な原因は、ストレスの作用中に活性領域に欠陥が形成されることによって生じる、非放射再結合効率の上昇である。このプロセスの結果、図４に示すグラフによって明らかなように、時間とともに半導体素子の特性が漸次劣化する。グラフに示すように、ηexternal、すなわち、外部量子効率は、半導体素子がストレス下にある時間期間が長くなるにつれて、低下する。
【０００９】
ＬＥＤの動作中、さまざまな物理的プロセスが、活性領域における非放射再結合中心の増大に寄与する。活性領域内または近接エッジまたは界面において再結合または光で強まった欠陥反応は、前記増大に寄与する可能性がある。他のプロセスには、半導体素子の他の領域から活性層への不純物、固有の点欠陥、ドーパント、及び、転位（暗線欠陥としても知られる）の拡散または伝搬が含まれている。これらの欠陥及び残留不純物または意図されたものではない不純物は、常に半導体素子の性能に有害なものとみなされ、これらの欠陥及び不純物の濃度を最小限に抑えようとして、多大の努力が費やされてきた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
少数キャリア半導体素子は、いくつかの理由により、動作中に劣化する可能性があるが、これを有効に防止し、信頼性の高い安定した半導体素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の好適な実施例は、活性領域に隣接する層に対して、劣化プロセス、とりわけ、望ましくない欠陥の形成及び伝搬に対する障壁の働きをする不純物を意図的に送り込むことによって、少数キャリア半導体素子の動作安定性を向上させる方法を含む。この方法を利用して得られる半導体素子も、やはり、本発明の第１の実施例に含まれる。この第１の好適な実施例の場合、エピタキシャル成長ステップにおいて、ＩＩＩ−Ｖ族の光電子半導体素子に酸素（Ｏ）を意図的にドープすることによって不純物が送り込まれる。通常、Ｏは効率のよい深い準位のトラップとみなされ、光電子半導体素子においては望ましくない。しかし、さらに詳細に後述するように、本明細書に解説のやり方でＯを利用すると、半導体素子の効率を損なうことなく、半導体素子の信頼性が向上する。次に、後述する図面に関連して、本発明について詳述する。
【００１２】
【実施例】
（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ材料系を利用して、高効率の可視ＬＥＤを製造することが可能である。こうした半導体素子は、構造が図１に示すＬＥＤと同様である。基板は一般にＧａＡｓまたはＧａＰであり、閉じ込め層は（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐであり（０＜Ｘ＜１）、活性層は（ＡｌYＧａ1-Y）0.5Ｉｎ0.5Ｐであり（０＜Ｙ＜Ｘ）、ウィンドウ層は、ＧａＡｓまたはＧａＰのような光学的に透明な導電性材料である。これらの材料に対して最も一般的に用いられるエピタキシャル成長技法は、ＭＯＣＶＤである。これらの材料では、Ａｌを含む合金にＯが簡単に取り込まれて、望ましくない深い準位の欠陥を生じることになり、この欠陥によって、非放射再結合が効率よく生じ、初期ηexternalが低くなる。これらの合金におけるＯの取り込みを最小限にとどめるため、高基板温度における成長、Ｏの取り込みの効率を低下させる基板配向の利用、及び、高濃度リンガス（ＩＩＩ族の元素ガス濃度よりリンの濃度を高くしたガス）による成長を含むいくつかの技法が用いられる。
エピタキシャル構造におけるＯの量は、ＬＥＤの効率だけでなく、半導体素子の信頼性にも大いに影響する。
【００１３】
意図的に制御されたＯの取り込みを利用し、Ｏをドープした層が導電性のままであるように、Ｏの準位を十分に低く保って、エピタキシャル構造の各種層のそれぞれにおけるＯの濃度を別個に変化させる実験によって、半導体素子の効率は、活性領域におけるＯの濃度に左右されることが明らかになった。しかし、半導体素子の信頼性は、ｐタイプ閉じ込め層におけるＯの量によって決まる。これらの結果が、図５及び６に示されている。図５のグラフから明かなように、ηexternalは、活性層におけるＯの増加とともに低下する。図６に示すように、ｐタイプ閉じ込め層におけるＯの増大につれて、ＬＥＤの劣化が軽減される。Ｏが（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性領域における非放射再結合に影響を及ぼす深いトラップを形成することは、既知のことであるため、活性層におけるＯの含有量の増大に応じたηexternalの低下傾向は予測されていた。ｐタイプ上側閉じこめ層でのＯの含有量の増加が半導体素子の安定性を改善することは予想されていなかった。これらの結果から、エピタキシャル構造のＯのプロファイルを正しく調整することによって、半導体素子の効率及び信頼性を同時に最適化することが可能になる。
【００１４】
ＬＥＤ劣化メカニズムの正確な性質は未知のため、このＯのドーピングによって半導体素子の安定性が向上する正確な理由も未知である。Ｏは、これが無ければ、閉じ込め層、基板、金属接点、不整合界面、エッジ、または、エピタキシャル欠陥から活性領域に自由に伝搬して、半導体素子を劣化させることになる、他の不純物、固有の点欠陥、置換または侵入型ドーパント、または、転位の伝搬を妨害または減速する。
【００１５】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の場合、Ｏは、深い準位の不純物、他の不純物にゲッタリングまたはパッシベーションを施すことが可能な反応性不純物、あるいは、浅い準位の補償不純物になり得る。本書に解説の半導体素子の信頼性の向上は、これらの特性のうちの１つ以上によるものである。同様の特性を備えた、他の一般には望ましくない不純物を選択することによって、同様の結果を得ることが可能である。他の深い準位の不純物には、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ等の遷移金属が含まれる。ゲッタリングまたはパッシベーション特性を備えた他の反応性不純物には、Ｈ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、及び、Ｆが含まれる。浅い補償不純物の選択は、半導体材料の導電性タイプに依存する。ｐタイプ領域の場合、浅い補償不純物は、浅いドナーであり、ｎタイプ領域の場合、浅い補償不純物は、浅いアクセプタである。ｐタイプのＩＩＩ−Ｖ族半導体の場合、浅い補償不純物は、周期表のＩＶＢ及びＶＩＢ列における元素、すなわち、ドナーＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、及び、Ｓｎである。
【００１６】
図７には、本発明の第１の好適な実施例の略図が示されている。該構造におけるＯの濃度を最低にするために利用可能な方法の一部または全ては、活性層１６をできるだけＯのない状態に保つことに重点をおいて、利用されている。ＭＯＣＶＤの場合、Ｏを減少させるための技法には、高成長温度、高濃度リンガス（ＩＩＩ族の元素よりリンの濃度を高くしたガス）による成長、適正な基板方法、ドーピング源の純度、反応器の清潔さ、漏洩の保全等が含まれる。
【００１７】
（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5ＰのＬＥＤの場合、Ｏのドーピング源を利用して、ｐタイプの閉じ込め層１４にＯを制御可能に送り込むことによって、信頼性を向上させる。主たる劣化メカニズム及び半導体素子構造に基づいて、他の半導体素子における他の層に対するドーピングを行うことが可能である。Ｏドーピング源としては、０2、Ｈ2Ｏ、ジメチル・アルミニウムエトキシド及び／またはジエチル・アルミニウムエトキシドのようなアルコキシド源、あるいは他のＯを有する化合物が挙げられる。ｐタイプの閉じ込め層１４に、少なくとも１×１０16ｃｍ-3から５×１０19ｃｍ-3までの濃度でＯのドーピングを施すと、半導体素子の安定性が向上する。ｐタイプの閉じ込め層１４に、約１×１０18ｃｍ-3の濃度でＯのドーピングを施した場合に、最良の結果が生じる。この材料系におけるＯのドーピング上限は、閉じ込め層における導電／絶縁の遷移によって決まる。他の半導体素子及び材料系の場合、これらの範囲はもちろん変動する。用途によっては、ｐタイプ閉じ込め層内におけるＯのプロファイルを変更することが望ましい場合もある。
【００１８】
図７に示す半導体素子に関するＯのプロファイルを慎重に最適化すると、半導体素子の信頼性が向上し、同時に、高初期ηexternalが維持される。このことは、ｐタイプ閉じ込め層１４におけるＯの濃度が高くなればなるほど、ストレスを加えた後時間経過に対してηexternalが高くなることをを表した、図８に示すグラフによって明らかにされている。
【００１９】
この好適な実施例の場合、Ｏはエピタキシャル成長プロセスの一部として送り込むことが可能である。注入または拡散といった他の方法を利用することも可能である。
【００２０】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００２１】
〔実施態様１〕
少数キャリアの再結合寿命が最長化される活性領域１６と、
深い準位の不純物、反応性不純物、及び、浅い補償不純物のグループからの不純物がドープされ、半導体素子の動作時に活性領域において最長化された少数キャリアの再結合寿命を維持する、活性領域に隣接した少なくとも１つの領域１４と、
半導体素子に設けられるコンタクト領域２３、２１を含む、
少数キャリア半導体素子１０。
【００２２】
〔実施態様２〕
前記深い準位の不純物が、少なくとも、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、及び、Ａｕを含む遷移金属を含むことを特徴とする、実施態様１に記載の半導体素子１０。
【００２３】
〔実施態様３〕
前記反応性不純物が、少なくとも、Ｈ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｏ、及び、Ｆを含むことを特徴とする、実施態様１に記載の半導体素子１０。
【００２４】
〔実施態様４〕
前記不純物が、浅い補償不純物を含むことを特徴とする、実施態様１に記載の半導体素子１０。
【００２５】
〔実施態様５〕
前記活性領域１６が発光ダイオードの発光領域を含み、前記隣接領域１４が発光ダイオードの注入領域を含むことを特徴とする実施態様１に記載の少数キャリア半導体素子１０。
【００２６】
〔実施態様６〕
前記活性領域１６が、さらに、二重ヘテロ構造発光ダイオードを含み、前記隣接領域１４が、さらに、二重ヘテロ構造発光ダイオードの閉じ込め層を含むことを特徴とする実施態様５に記載の少数キャリア半導体素子１０。
【００２７】
〔実施態様７〕
前記不純物が０で、ドーピング濃度が１×１０16ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間である
ことを特徴とする実施態様６に記載の少数キャリア半導体素子１０。
【００２８】
〔実施態様８〕
基板２０と、
前記基板２０の上に重なる第１の閉じ込め層１８と、
第１の閉じ込め層１８に重なり、放射再結合効率を最大にする、光を発生するための活性領域１６と、
活性層１６に重なる第２の閉じ込め層１４と、
第２の閉じ込め層１４に重なるウィンドウ層１２と、
基板２０とウィンドウ層１２に配置された電気コンタクト２１、２３を含み、少なくとも１つの閉じ込め層１４、１８に、深い準位の不純物、反応性不純物、及び、浅い補償不純物からなる不純物グループからの不純物がドープされることと、ドーピングを施された閉じ込め層１４、１５によって、半導体素子が動作ストレス下で被ることになる量子効率の損失が減少する
ことを特徴とする発光半導体素子１０。
【００２９】
〔実施態様９〕
前記深い準位の不純物が、少なくとも、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、及び、Ａｕを含む遷移金属を含むことを特徴とする実施態様８に記載の半導体素子１０。
【００３０】
〔実施態様１０〕
前記反応性不純物が、少なくとも、Ｈ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｏ、及び、Ｆを含むことを特徴とする実施態様８に記載の半導体素子。
【００３１】
〔実施態様１１〕
前記不純物が浅い補償不純物を含むことを特徴とする実施態様８に記載の半導体素子。
【００３２】
〔実施態様１２〕
前記不純物が酸素であり、第２の閉じ込め層１４がｐタイプであることと、ｐタイプの閉じ込め層における酸素のドーピング濃度が、１×１０16ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間であることを特徴とする実施態様８に記載の発光半導体素子１０。
【００３３】
〔実施態様１３〕
前記ｐタイプの閉じ込め層１４における酸素のドーピング濃度が、約１×１０18ｃｍ-3であることを特徴とする実施態様１２に記載の発光半導体層１０。
【００３４】
〔実施態様１４〕
少なくとも１つの活性領域１６と少なくとも１つの隣接領域１４を含む少数キャリア半導体素子１０において、少なくとも１つの隣接領域１４に、深い準位の不純物、反応性不純物、及び、浅い補償不純物のグループからの不純物の１つをドープし、このドーピングによって、半導体素子が動作ストレス下で被ることになる性能の劣化を減少させるステップを含む、半導体素子１０の信頼性を向上させるための方法。
【００３５】
〔実施態様１５
前記深い準位の不純物が、少なくとも、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、及び、Ａｕを含む遷移金属から構成されることを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
【００３６】
〔実施態様１６〕
前記反応性不純物が、Ｈ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｏ、及び、Ｆを含むことを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
【００３７】
〔実施態様１７〕
前記不純物が浅い補償不純物を含むことを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
【００３８】
〔実施態様１８〕
前記活性領域１６が発光ダイオードの発光領域を含み、前記隣接領域１４が発光ダイオードの注入領域を含む
ことを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
【００３９】
〔実施態様１９
前記活性領域１６が、さらに、二重ヘテロ構造発光ダイオードを含み、前記隣接領域１４が、さらに、二重ヘテロ構造発光ダイオードの閉じ込め層を含むことを特徴とする実施態様１８に記載の方法。
【００４０】
〔実施態様２０〕
前記不純物が０で、前記ドーピング濃度が１×１０16ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間であることを特徴とする、実施態様１９に記載の方法。
【００４１】
【発明の効果】
本発明につながる研究以前には、ＩＩＩ−ＩＶ族半導体に対するＯのドーピングは、Ｏに関連した深い準位の欠陥の研究、及び、半絶縁材料の成長のためだけにしか利用されなかった。前述のように、活性領域のＯは、常に効率を低下させるものとして知られてきた。既知の文献において、閉じ込め層に対するＯのドーピングを利用して、半導体素子の性能を高めることを示唆したものはない。本発明の教示は、さらに、半導体レーザ、光検出器、太陽電池、バイポーラ接合トランジスタ、及び、他の少数キャリア半導体素子の製造に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発光半導体素子の断面図である。
【図２】 図１に示す発光半導体素子のエネルギ・バンド図である。
【図３】 図１に示す半導体素子に関する非放射再結合中心の濃度対外部量子効率のグラフである。
【図４】 図１に示す半導体素子に関するストレス時間対外部量子効率のグラフである。
【図５】 ηexternalに対する活性領域におけるＯの影響を示す図である。
【図６】 △ηexternalに対するｐタイプ閉じ込め層におけるＯの影響を示す図である。
【図７】 本発明の第１の好適な実施例による教示に基づく、半導体素子の各層における酸素濃度を示すグラフである。
【図８】 本発明に基づいて形成された半導体素子の外部量子効率ηexternal対ストレス時間のグラフである。
【符号の説明】
１０ 少数キャリア半導体素子
１２ ウインドウ層
１４ 第２の閉じ込め層
１６ 活性層
１８ 第１の閉じ込め層
【産業上の利用分野】
本発明は、少数キャリア半導体素子に関するものであり、とりわけ、意図的に不純物を送り込んで発光半導体素子の動作安定性を向上させるための方法、及び、該方法を用いて形成される半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
少数キャリア半導体素子の劣化には、一般に、半導体素子の動作時に半導体素子の非放射再結合の効率が高まることが関係している。この劣化の原因は、半導体素子のタイプ、その構造、材料、及び、動作条件によって決まる。
【０００３】
図１には、既知の二重ヘテロ構造発光ダイオード（ＬＥＤ）が示されている。ＬＥＤ１０は、光学的に透明なＧａＰウィンドウ／電流拡散／接触層１２、高バンド・ギャップのＡｌＩｎＰ上部閉じ込め／注入層１４、低バンド・ギャップの（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層１６、高バンド・ギャップのＡｌＩｎＰ下部閉じ込め／注入層１８、及び、ＧａＡｓまたはＧａＰから形成可能な導電性基板２０を有している。ｐタイプコンタクト２１及びｎタイプコンタクト２３によって、ＬＥＤが完成する。ＬＥＤの上部表面と側面の両方を介して、光の放出が生じる。前記各層には、一般に、活性層の近くまたはその内部にｐ−ｎ接合が位置するようにドーピングが施されており、オーミック・コンタクト２１及び２３が、半導体素子のｐタイプ及びｎタイプ領域に形成されている。該構造は、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、気相成長（ＶＰＥ）、液相成長（ＬＰＥ）、分子線エピタキシアル成長（ＭＢＥ）、その他を含むさまざまな方法の任意の方法によって成長させることが可能である。
【０００４】
図２は、図１に示すＬＥＤのエネルギ・バンド図である。順方向バイアスをかけると、ｐ−ｎ接合を慎重に配置することによって、活性層１６に対する少数キャリアの注入が効率よく実施される。少数キャリアは、高バンド・ギャップの閉じ込め層１４及び１８によって、ＬＥＤの活性層内に閉じ込められる。再結合プロセスは、所望の発光を生じる放射再結合と、発光しない非放射再結合から構成される。非放射再結合は、ＬＥＤ内の結晶の欠陥並びに他の原因によって生じる可能性がある。光は、ＬＥＤのさまざまな透明層及び表面を介してＬＥＤから放出され、各種反射体及びレンズ（図示されていない）によって有用なパターンをなすように焦点が合わせられる。
【０００５】
図１に示すＬＥＤは、少数キャリア半導体素子の一例にすぎない。バイポーラ・トランジスタ、光検出器、及び、太陽電池を含む他のさまざまな少数キャリア半導体素子も、同様の物理的原理に基づいて動作する。半導体レーザは、二重ヘテロ構造をなす場合が多く、同様に放射再結合と非放射再結合との間で競合が生じる。これら全ての半導体素子の性能及び安定性は、半導体素子の動作寿命全体にわたってキャリアの再結合寿命を長く保つことに依存する。
【０００６】
図１のＬＥＤの場合、出力パワーは、内部量子効率に正比例し、次のように表すことが可能である：
ηexternal ∝ ηinternal∝ １／〔１＋（τr／τnr）〕
【０００７】
ここで、ηinternalは、内部量子効率であり、ηexternalは、外部量子効率であり、τrは、放射再結合の寿命であり、τnrは、非放射再結合の寿命である。τnrは、活性領域における非放射再結合中心の数に反比例する。ηexternalと非放射再結合中心濃度との関係が、図３に示すグラフに明らかにされているが、グラフの示すところによれば、外部量子効率ηexternalは、非放射再結合中心の濃度が増すにつれて低下する。
各種の結晶の欠陥は非放射再結合中心として動作する、これらにはＣｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｏ、及び、Ｓｉ、Ｓ、Ｓｅのような浅い準位のドーパント、自己格子間不純物、空孔のような元々ある点欠陥、合成物及び析出に関係する不純物あるいはドーパント、表面及び界面の状態、そして、転位及び拡張した欠陥が含まれる。これらの欠陥は、残留不純物の取り込みまたはエピタキシャル欠陥形成によって、成長プロセス時に生じる可能性がある。
【０００８】
少数キャリア半導体素子は、いくつかの理由により、動作中に劣化する可能性がある。ＬＥＤの場合、キャリア注入効率または光放出効率は、特定の半導体素子構造及び動作条件によって変化する可能性がある。半導体素子の効率低下の最も一般的な原因は、ストレスの作用中に活性領域に欠陥が形成されることによって生じる、非放射再結合効率の上昇である。このプロセスの結果、図４に示すグラフによって明らかなように、時間とともに半導体素子の特性が漸次劣化する。グラフに示すように、ηexternal、すなわち、外部量子効率は、半導体素子がストレス下にある時間期間が長くなるにつれて、低下する。
【０００９】
ＬＥＤの動作中、さまざまな物理的プロセスが、活性領域における非放射再結合中心の増大に寄与する。活性領域内または近接エッジまたは界面において再結合または光で強まった欠陥反応は、前記増大に寄与する可能性がある。他のプロセスには、半導体素子の他の領域から活性層への不純物、固有の点欠陥、ドーパント、及び、転位（暗線欠陥としても知られる）の拡散または伝搬が含まれている。これらの欠陥及び残留不純物または意図されたものではない不純物は、常に半導体素子の性能に有害なものとみなされ、これらの欠陥及び不純物の濃度を最小限に抑えようとして、多大の努力が費やされてきた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
少数キャリア半導体素子は、いくつかの理由により、動作中に劣化する可能性があるが、これを有効に防止し、信頼性の高い安定した半導体素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の好適な実施例は、活性領域に隣接する層に対して、劣化プロセス、とりわけ、望ましくない欠陥の形成及び伝搬に対する障壁の働きをする不純物を意図的に送り込むことによって、少数キャリア半導体素子の動作安定性を向上させる方法を含む。この方法を利用して得られる半導体素子も、やはり、本発明の第１の実施例に含まれる。この第１の好適な実施例の場合、エピタキシャル成長ステップにおいて、ＩＩＩ−Ｖ族の光電子半導体素子に酸素（Ｏ）を意図的にドープすることによって不純物が送り込まれる。通常、Ｏは効率のよい深い準位のトラップとみなされ、光電子半導体素子においては望ましくない。しかし、さらに詳細に後述するように、本明細書に解説のやり方でＯを利用すると、半導体素子の効率を損なうことなく、半導体素子の信頼性が向上する。次に、後述する図面に関連して、本発明について詳述する。
【００１２】
【実施例】
（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ材料系を利用して、高効率の可視ＬＥＤを製造することが可能である。こうした半導体素子は、構造が図１に示すＬＥＤと同様である。基板は一般にＧａＡｓまたはＧａＰであり、閉じ込め層は（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐであり（０＜Ｘ＜１）、活性層は（ＡｌYＧａ1-Y）0.5Ｉｎ0.5Ｐであり（０＜Ｙ＜Ｘ）、ウィンドウ層は、ＧａＡｓまたはＧａＰのような光学的に透明な導電性材料である。これらの材料に対して最も一般的に用いられるエピタキシャル成長技法は、ＭＯＣＶＤである。これらの材料では、Ａｌを含む合金にＯが簡単に取り込まれて、望ましくない深い準位の欠陥を生じることになり、この欠陥によって、非放射再結合が効率よく生じ、初期ηexternalが低くなる。これらの合金におけるＯの取り込みを最小限にとどめるため、高基板温度における成長、Ｏの取り込みの効率を低下させる基板配向の利用、及び、高濃度リンガス（ＩＩＩ族の元素ガス濃度よりリンの濃度を高くしたガス）による成長を含むいくつかの技法が用いられる。
エピタキシャル構造におけるＯの量は、ＬＥＤの効率だけでなく、半導体素子の信頼性にも大いに影響する。
【００１３】
意図的に制御されたＯの取り込みを利用し、Ｏをドープした層が導電性のままであるように、Ｏの準位を十分に低く保って、エピタキシャル構造の各種層のそれぞれにおけるＯの濃度を別個に変化させる実験によって、半導体素子の効率は、活性領域におけるＯの濃度に左右されることが明らかになった。しかし、半導体素子の信頼性は、ｐタイプ閉じ込め層におけるＯの量によって決まる。これらの結果が、図５及び６に示されている。図５のグラフから明かなように、ηexternalは、活性層におけるＯの増加とともに低下する。図６に示すように、ｐタイプ閉じ込め層におけるＯの増大につれて、ＬＥＤの劣化が軽減される。Ｏが（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性領域における非放射再結合に影響を及ぼす深いトラップを形成することは、既知のことであるため、活性層におけるＯの含有量の増大に応じたηexternalの低下傾向は予測されていた。ｐタイプ上側閉じこめ層でのＯの含有量の増加が半導体素子の安定性を改善することは予想されていなかった。これらの結果から、エピタキシャル構造のＯのプロファイルを正しく調整することによって、半導体素子の効率及び信頼性を同時に最適化することが可能になる。
【００１４】
ＬＥＤ劣化メカニズムの正確な性質は未知のため、このＯのドーピングによって半導体素子の安定性が向上する正確な理由も未知である。Ｏは、これが無ければ、閉じ込め層、基板、金属接点、不整合界面、エッジ、または、エピタキシャル欠陥から活性領域に自由に伝搬して、半導体素子を劣化させることになる、他の不純物、固有の点欠陥、置換または侵入型ドーパント、または、転位の伝搬を妨害または減速する。
【００１５】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の場合、Ｏは、深い準位の不純物、他の不純物にゲッタリングまたはパッシベーションを施すことが可能な反応性不純物、あるいは、浅い準位の補償不純物になり得る。本書に解説の半導体素子の信頼性の向上は、これらの特性のうちの１つ以上によるものである。同様の特性を備えた、他の一般には望ましくない不純物を選択することによって、同様の結果を得ることが可能である。他の深い準位の不純物には、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ等の遷移金属が含まれる。ゲッタリングまたはパッシベーション特性を備えた他の反応性不純物には、Ｈ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、及び、Ｆが含まれる。浅い補償不純物の選択は、半導体材料の導電性タイプに依存する。ｐタイプ領域の場合、浅い補償不純物は、浅いドナーであり、ｎタイプ領域の場合、浅い補償不純物は、浅いアクセプタである。ｐタイプのＩＩＩ−Ｖ族半導体の場合、浅い補償不純物は、周期表のＩＶＢ及びＶＩＢ列における元素、すなわち、ドナーＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、及び、Ｓｎである。
【００１６】
図７には、本発明の第１の好適な実施例の略図が示されている。該構造におけるＯの濃度を最低にするために利用可能な方法の一部または全ては、活性層１６をできるだけＯのない状態に保つことに重点をおいて、利用されている。ＭＯＣＶＤの場合、Ｏを減少させるための技法には、高成長温度、高濃度リンガス（ＩＩＩ族の元素よりリンの濃度を高くしたガス）による成長、適正な基板方法、ドーピング源の純度、反応器の清潔さ、漏洩の保全等が含まれる。
【００１７】
（ＡｌXＧａ1-X）0.5Ｉｎ0.5ＰのＬＥＤの場合、Ｏのドーピング源を利用して、ｐタイプの閉じ込め層１４にＯを制御可能に送り込むことによって、信頼性を向上させる。主たる劣化メカニズム及び半導体素子構造に基づいて、他の半導体素子における他の層に対するドーピングを行うことが可能である。Ｏドーピング源としては、０2、Ｈ2Ｏ、ジメチル・アルミニウムエトキシド及び／またはジエチル・アルミニウムエトキシドのようなアルコキシド源、あるいは他のＯを有する化合物が挙げられる。ｐタイプの閉じ込め層１４に、少なくとも１×１０16ｃｍ-3から５×１０19ｃｍ-3までの濃度でＯのドーピングを施すと、半導体素子の安定性が向上する。ｐタイプの閉じ込め層１４に、約１×１０18ｃｍ-3の濃度でＯのドーピングを施した場合に、最良の結果が生じる。この材料系におけるＯのドーピング上限は、閉じ込め層における導電／絶縁の遷移によって決まる。他の半導体素子及び材料系の場合、これらの範囲はもちろん変動する。用途によっては、ｐタイプ閉じ込め層内におけるＯのプロファイルを変更することが望ましい場合もある。
【００１８】
図７に示す半導体素子に関するＯのプロファイルを慎重に最適化すると、半導体素子の信頼性が向上し、同時に、高初期ηexternalが維持される。このことは、ｐタイプ閉じ込め層１４におけるＯの濃度が高くなればなるほど、ストレスを加えた後時間経過に対してηexternalが高くなることをを表した、図８に示すグラフによって明らかにされている。
【００１９】
この好適な実施例の場合、Ｏはエピタキシャル成長プロセスの一部として送り込むことが可能である。注入または拡散といった他の方法を利用することも可能である。
【００２０】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００２１】
〔実施態様１〕
少数キャリアの再結合寿命が最長化される活性領域１６と、
深い準位の不純物、反応性不純物、及び、浅い補償不純物のグループからの不純物がドープされ、半導体素子の動作時に活性領域において最長化された少数キャリアの再結合寿命を維持する、活性領域に隣接した少なくとも１つの領域１４と、
半導体素子に設けられるコンタクト領域２３、２１を含む、
少数キャリア半導体素子１０。
【００２２】
〔実施態様２〕
前記深い準位の不純物が、少なくとも、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、及び、Ａｕを含む遷移金属を含むことを特徴とする、実施態様１に記載の半導体素子１０。
【００２３】
〔実施態様３〕
前記反応性不純物が、少なくとも、Ｈ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｏ、及び、Ｆを含むことを特徴とする、実施態様１に記載の半導体素子１０。
【００２４】
〔実施態様４〕
前記不純物が、浅い補償不純物を含むことを特徴とする、実施態様１に記載の半導体素子１０。
【００２５】
〔実施態様５〕
前記活性領域１６が発光ダイオードの発光領域を含み、前記隣接領域１４が発光ダイオードの注入領域を含むことを特徴とする実施態様１に記載の少数キャリア半導体素子１０。
【００２６】
〔実施態様６〕
前記活性領域１６が、さらに、二重ヘテロ構造発光ダイオードを含み、前記隣接領域１４が、さらに、二重ヘテロ構造発光ダイオードの閉じ込め層を含むことを特徴とする実施態様５に記載の少数キャリア半導体素子１０。
【００２７】
〔実施態様７〕
前記不純物が０で、ドーピング濃度が１×１０16ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間である
ことを特徴とする実施態様６に記載の少数キャリア半導体素子１０。
【００２８】
〔実施態様８〕
基板２０と、
前記基板２０の上に重なる第１の閉じ込め層１８と、
第１の閉じ込め層１８に重なり、放射再結合効率を最大にする、光を発生するための活性領域１６と、
活性層１６に重なる第２の閉じ込め層１４と、
第２の閉じ込め層１４に重なるウィンドウ層１２と、
基板２０とウィンドウ層１２に配置された電気コンタクト２１、２３を含み、少なくとも１つの閉じ込め層１４、１８に、深い準位の不純物、反応性不純物、及び、浅い補償不純物からなる不純物グループからの不純物がドープされることと、ドーピングを施された閉じ込め層１４、１５によって、半導体素子が動作ストレス下で被ることになる量子効率の損失が減少する
ことを特徴とする発光半導体素子１０。
【００２９】
〔実施態様９〕
前記深い準位の不純物が、少なくとも、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、及び、Ａｕを含む遷移金属を含むことを特徴とする実施態様８に記載の半導体素子１０。
【００３０】
〔実施態様１０〕
前記反応性不純物が、少なくとも、Ｈ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｏ、及び、Ｆを含むことを特徴とする実施態様８に記載の半導体素子。
【００３１】
〔実施態様１１〕
前記不純物が浅い補償不純物を含むことを特徴とする実施態様８に記載の半導体素子。
【００３２】
〔実施態様１２〕
前記不純物が酸素であり、第２の閉じ込め層１４がｐタイプであることと、ｐタイプの閉じ込め層における酸素のドーピング濃度が、１×１０16ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間であることを特徴とする実施態様８に記載の発光半導体素子１０。
【００３３】
〔実施態様１３〕
前記ｐタイプの閉じ込め層１４における酸素のドーピング濃度が、約１×１０18ｃｍ-3であることを特徴とする実施態様１２に記載の発光半導体層１０。
【００３４】
〔実施態様１４〕
少なくとも１つの活性領域１６と少なくとも１つの隣接領域１４を含む少数キャリア半導体素子１０において、少なくとも１つの隣接領域１４に、深い準位の不純物、反応性不純物、及び、浅い補償不純物のグループからの不純物の１つをドープし、このドーピングによって、半導体素子が動作ストレス下で被ることになる性能の劣化を減少させるステップを含む、半導体素子１０の信頼性を向上させるための方法。
【００３５】
〔実施態様１５
前記深い準位の不純物が、少なくとも、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、及び、Ａｕを含む遷移金属から構成されることを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
【００３６】
〔実施態様１６〕
前記反応性不純物が、Ｈ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｏ、及び、Ｆを含むことを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
【００３７】
〔実施態様１７〕
前記不純物が浅い補償不純物を含むことを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
【００３８】
〔実施態様１８〕
前記活性領域１６が発光ダイオードの発光領域を含み、前記隣接領域１４が発光ダイオードの注入領域を含む
ことを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
【００３９】
〔実施態様１９
前記活性領域１６が、さらに、二重ヘテロ構造発光ダイオードを含み、前記隣接領域１４が、さらに、二重ヘテロ構造発光ダイオードの閉じ込め層を含むことを特徴とする実施態様１８に記載の方法。
【００４０】
〔実施態様２０〕
前記不純物が０で、前記ドーピング濃度が１×１０16ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間であることを特徴とする、実施態様１９に記載の方法。
【００４１】
【発明の効果】
本発明につながる研究以前には、ＩＩＩ−ＩＶ族半導体に対するＯのドーピングは、Ｏに関連した深い準位の欠陥の研究、及び、半絶縁材料の成長のためだけにしか利用されなかった。前述のように、活性領域のＯは、常に効率を低下させるものとして知られてきた。既知の文献において、閉じ込め層に対するＯのドーピングを利用して、半導体素子の性能を高めることを示唆したものはない。本発明の教示は、さらに、半導体レーザ、光検出器、太陽電池、バイポーラ接合トランジスタ、及び、他の少数キャリア半導体素子の製造に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発光半導体素子の断面図である。
【図２】 図１に示す発光半導体素子のエネルギ・バンド図である。
【図３】 図１に示す半導体素子に関する非放射再結合中心の濃度対外部量子効率のグラフである。
【図４】 図１に示す半導体素子に関するストレス時間対外部量子効率のグラフである。
【図５】 ηexternalに対する活性領域におけるＯの影響を示す図である。
【図６】 △ηexternalに対するｐタイプ閉じ込め層におけるＯの影響を示す図である。
【図７】 本発明の第１の好適な実施例による教示に基づく、半導体素子の各層における酸素濃度を示すグラフである。
【図８】 本発明に基づいて形成された半導体素子の外部量子効率ηexternal対ストレス時間のグラフである。
【符号の説明】
１０ 少数キャリア半導体素子
１２ ウインドウ層
１４ 第２の閉じ込め層
１６ 活性層
１８ 第１の閉じ込め層
Claims (6)
- （ＡｌyＧａ1-y）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０≦ｙ≦１）
という組成を含む活性層がｎ型閉じ込め層とｐ型閉じ込め層の間に配置されている半導体発光素子を形成する方法であって、
意図的に導入された酸素ドーピング源が実質的にない環境で前記活性層を形成すること、および
前記ｐ型閉じ込め層の形成の際に酸素ドーピング源を導入すること、
を含むことを特徴とする半導体発光素子を形成する方法。 - 前記ｐ型閉じ込め層は、
（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｘ≦１）
という組成を含む、請求項１に記載の半導体発光素子を形成する方法。 - さらに、前記ｐ型閉じ込め層に、酸素を、１×１０16cm-3と５×１０19cm-3の間の濃度となるようにドーピングすることを含む、請求項１に記載の半導体発光素子を形成する方法。
- さらに、前記ｐ型閉じ込め層に、酸素を、少なくとも１×１０18cm-3の濃度となるようにドーピングすることを含む、請求項１に記載の半導体発光素子を形成する方法。
- さらに、基板を設けること、
前記基板上にｎ型閉じ込め層を形成すること、
前記ｎ型閉じ込め層の上に活性層を形成すること、
前記活性層の上にｐ型閉じ込め層を形成すること、
前記ｐ型閉じ込め層の上に透明なウィンドウ層を形成すること、
を含む、請求項１に記載の半導体発光素子を形成する方法。 - さらに、前記透明なウィンドウ層に第一のコンタクトを形成すること、および
前記基板に第二のコンタクトを形成すること、
を含む、請求項５に記載の半導体発光素子を形成する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US46337195A | 1995-06-05 | 1995-06-05 | |
| US463,371 | 1995-06-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08330626A JPH08330626A (ja) | 1996-12-13 |
| JP3682938B2 true JP3682938B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=23839854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14248196A Expired - Fee Related JP3682938B2 (ja) | 1995-06-05 | 1996-06-05 | 半導体発光素子を形成する方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5909051A (ja) |
| JP (1) | JP3682938B2 (ja) |
| DE (1) | DE19615179B4 (ja) |
| GB (1) | GB2301934B (ja) |
| TW (1) | TW319916B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210143612A1 (en) * | 2018-12-11 | 2021-05-13 | Nuvoton Technology Corporation Japan | Nitride-based semiconductor light-emitting element and manufacturing method thereof, and manufacturing method of nitride-based semiconductor crystal |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6794731B2 (en) * | 1997-02-18 | 2004-09-21 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Minority carrier semiconductor devices with improved reliability |
| JP3461112B2 (ja) * | 1997-12-19 | 2003-10-27 | 昭和電工株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| US20010020703A1 (en) * | 1998-07-24 | 2001-09-13 | Nathan F. Gardner | Algainp light emitting devices with thin active layers |
| US6469314B1 (en) | 1999-12-21 | 2002-10-22 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Thin multi-well active layer LED with controlled oxygen doping |
| US6885035B2 (en) | 1999-12-22 | 2005-04-26 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Multi-chip semiconductor LED assembly |
| US6514782B1 (en) | 1999-12-22 | 2003-02-04 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Method of making a III-nitride light-emitting device with increased light generating capability |
| US6903376B2 (en) | 1999-12-22 | 2005-06-07 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Selective placement of quantum wells in flipchip light emitting diodes for improved light extraction |
| US6486499B1 (en) | 1999-12-22 | 2002-11-26 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-nitride light-emitting device with increased light generating capability |
| US6573537B1 (en) | 1999-12-22 | 2003-06-03 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Highly reflective ohmic contacts to III-nitride flip-chip LEDs |
| US6555457B1 (en) * | 2000-04-07 | 2003-04-29 | Triquint Technology Holding Co. | Method of forming a laser circuit having low penetration ohmic contact providing impurity gettering and the resultant laser circuit |
| US6429460B1 (en) * | 2000-09-28 | 2002-08-06 | United Epitaxy Company, Ltd. | Highly luminous light emitting device |
| CN1207937C (zh) * | 2000-10-09 | 2005-06-22 | 诺基亚公司 | 无线电资源管理 |
| US6608328B2 (en) * | 2001-02-05 | 2003-08-19 | Uni Light Technology Inc. | Semiconductor light emitting diode on a misoriented substrate |
| US6563142B2 (en) * | 2001-07-11 | 2003-05-13 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Reducing the variation of far-field radiation patterns of flipchip light emitting diodes |
| US6891202B2 (en) | 2001-12-14 | 2005-05-10 | Infinera Corporation | Oxygen-doped Al-containing current blocking layers in active semiconductor devices |
| KR100916489B1 (ko) * | 2007-07-27 | 2009-09-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| US8237049B2 (en) * | 2007-08-29 | 2012-08-07 | The Boeing Company | Photovoltaic cells with selectively patterned transparent conductive coatings, and associated methods |
| DE102010035489A1 (de) * | 2010-08-26 | 2012-03-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelement |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3812516A (en) * | 1970-05-01 | 1974-05-21 | Bell Telephone Labor Inc | Spontaneously emitting hetero-structure junction diodes |
| US3806774A (en) * | 1972-07-10 | 1974-04-23 | Bell Telephone Labor Inc | Bistable light emitting devices |
| US3869281A (en) * | 1974-02-14 | 1975-03-04 | Nl Industries Inc | Removal of nickel from molten magnesium metal |
| US3936322A (en) * | 1974-07-29 | 1976-02-03 | International Business Machines Corporation | Method of making a double heterojunction diode laser |
| US4160261A (en) * | 1978-01-13 | 1979-07-03 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Mis heterojunction structures |
| JPS54152485A (en) * | 1978-05-23 | 1979-11-30 | Toshiba Corp | Electrode forming method for gallium phosphide light- emitting diode |
| US4231050A (en) * | 1979-01-30 | 1980-10-28 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Reduction of surface recombination current in GaAs devices |
| US4297783A (en) * | 1979-01-30 | 1981-11-03 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method of fabricating GaAs devices utilizing a semi-insulating layer of AlGaAs in combination with an overlying masking layer |
| US4548654A (en) * | 1983-06-03 | 1985-10-22 | Motorola, Inc. | Surface denuding of silicon wafer |
| US4719497A (en) * | 1984-06-15 | 1988-01-12 | Hewlett-Packard Company | High efficiency light-emitting diode |
| US4888624A (en) * | 1984-06-15 | 1989-12-19 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Semiconductor devices employing high resistivity in-based compound group III-IV epitaxial layer for current confinement |
| JPS61178497A (ja) * | 1985-02-04 | 1986-08-11 | Mitsubishi Monsanto Chem Co | 低転位密度ひ化ガリウム単結晶の成長方法 |
| US4610731A (en) * | 1985-04-03 | 1986-09-09 | At&T Bell Laboratories | Shallow impurity neutralization |
| JPS6286785A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| DE3810245A1 (de) * | 1987-03-27 | 1988-10-06 | Japan Incubator Inc | Lichtemittierendes element und verfahren zu seiner herstellung |
| US4861976A (en) * | 1988-06-06 | 1989-08-29 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Optical or opto-electronic device having a trapping layer in contact with a semiconductive layer |
| US5153889A (en) * | 1989-05-31 | 1992-10-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device |
| JP2588280B2 (ja) * | 1989-07-10 | 1997-03-05 | シャープ株式会社 | 化合物半導体発光素子 |
| JPH0797780A (ja) * | 1993-05-17 | 1995-04-11 | Tokai Senko Kk | 捺染布帛の蒸熱処理における含水率調整装置 |
| JP2795195B2 (ja) * | 1994-09-28 | 1998-09-10 | 信越半導体株式会社 | 発光素子 |
-
1995
- 1995-09-07 TW TW084109373A patent/TW319916B/zh not_active IP Right Cessation
-
1996
- 1996-04-17 DE DE19615179A patent/DE19615179B4/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-28 GB GB9611093A patent/GB2301934B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-06-05 JP JP14248196A patent/JP3682938B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-02-18 US US08/802,183 patent/US5909051A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210143612A1 (en) * | 2018-12-11 | 2021-05-13 | Nuvoton Technology Corporation Japan | Nitride-based semiconductor light-emitting element and manufacturing method thereof, and manufacturing method of nitride-based semiconductor crystal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19615179B4 (de) | 2004-04-08 |
| US5909051A (en) | 1999-06-01 |
| DE19615179A1 (de) | 1996-12-12 |
| GB9611093D0 (en) | 1996-07-31 |
| GB2301934A (en) | 1996-12-18 |
| GB2301934B (en) | 2000-01-19 |
| TW319916B (ja) | 1997-11-11 |
| JPH08330626A (ja) | 1996-12-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3682938B2 (ja) | 半導体発光素子を形成する方法 | |
| US6846686B2 (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP3183296B2 (ja) | 転倒型透明基板光電子装置とその製造 | |
| KR101677770B1 (ko) | 반도체 발광 장치를 위한 콘택트 | |
| US5834331A (en) | Method for making III-Nitride laser and detection device | |
| US8934513B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor | |
| US20080217646A1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| CN101188263B (zh) | 氮化物半导体发光器件的制造方法 | |
| US7485902B2 (en) | Nitride-based semiconductor light-emitting device | |
| KR19980064764A (ko) | 고 발광 효율을 갖는 반도체 발광 장치 | |
| US4503539A (en) | Semiconductor laser | |
| KR100586955B1 (ko) | 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 | |
| US6831304B2 (en) | P-n junction type boron phosphide-based semiconductor light-emitting device and production method thereof | |
| JP3504976B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2000101133A (ja) | 発光素子用エピタキシャルウェハ及びその製造方法 | |
| KR20140094807A (ko) | 발광소자 | |
| US6794731B2 (en) | Minority carrier semiconductor devices with improved reliability | |
| US5022037A (en) | Semiconductor laser device | |
| JP3016241B2 (ja) | ３族窒化物半導体発光素子 | |
| JP2000223741A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2003142730A (ja) | 半導体発光素子 | |
| KR20110081650A (ko) | 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| JP3341484B2 (ja) | ３族窒化物半導体発光素子 | |
| JPH10284756A (ja) | 発光ダイオード | |
| JP3494841B2 (ja) | ３族窒化物半導体発光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041012 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20050112 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20050117 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050412 |
|
| 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: 20050516 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050523 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090603 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |