JP6526227B2 - オプトエレクトロニクス半導体エレメントとオプトエレクトロニクス半導体エレメントを製造する方法 - Google Patents
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Description
2 注入領域
3 マスク
4 格子転位/Vピット
10 第1の層
11 活性層
12 第2の層
13 キャリア
30 窓
100 オプトエレクトロニクス半導体ボディ
110 量子井戸層
111 障壁層
Claims (20)
- 第1の導電型である第1の層(10)と、第2の導電型である第2の層(12)と、前記第1の層(10)と前記第2の層(12)との間に配置されており、意図した通り動作させるときに電磁放射を吸収または放出する活性層(11)とを含む半導体積層体(1)と、
複数の注入領域(2)であって、成長した前記半導体積層体(1)に重ね合わされており、横方向に互いに隣接して配置されており、前記半導体積層体(1)が前記注入領域(2)全体にわたって前記第1の層(10)と同じ導電型を示すように前記半導体積層体(1)が各注入領域(2)内においてドープされている、複数の注入領域(2)とを備えており、
各注入領域(2)は前記第1の層(10)から少なくとも部分的に前記活性層(11)を貫通しており、各注入領域(2)は横方向で前記活性層(11)の連続するトラック(track)に囲まれており、ここで前記活性層(11)は前記注入領域(2)におけるよりも少なくまたは前記注入領域(2)とは逆の導電型にドープされており、
動作時に、電荷キャリアは前記第1の層(10)から少なくとも部分的に前記注入領域(2)に到達しそこから直接前記活性層(11)に注入され、
各注入領域(2)全体にわたって、ドーピング濃度は1立方センチメートル当たり少なくとも1018個のドーピング原子であり、
前記活性層(11)は、少なくとも1つの量子井戸層(110)を含む量子井戸構造を有する、オプトエレクトロニクス半導体ボディ(100)。 - 前記注入領域(2)は、完全に前記活性層(11)を貫通し、少なくとも部分的に前記第2の層(12)に突出している、請求項1に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ(100)。
- 前記注入領域(2)の位置が平均して前記半導体積層体(1)のいかなる結晶欠陥の位置とも相関関係がないように、前記注入領域(2)が成長した前記半導体積層体(1)に重ね合されている、請求項1または2に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ(100)。
- 前記半導体積層体(1)の前記注入領域(2)内において格子転位を見つける確率は50%未満であり、
前記活性層は少なくとも50%の前記注入領域(2)内において平面状に連続して延びる、請求項1から3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ボディ(100)。 - 各注入領域(2)全体にわたって、ドーピング濃度は1立方センチメートル当たり少なくとも1018個のドーピング原子であり、
前記注入領域(2)の外側の前記活性層(11)内におけるドーピング濃度は、前記注入領域(2)におけるドーピング濃度より少なくとも2桁低いかまたは前記注入領域(2)とは逆の導電型である、請求項1から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ボディ(100)。 - 全ての隣接する2つの量子井戸層(110)の間には少なくとも1つの障壁層(111)が配置されており、
価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップは前記量子井戸層(110)の領域において前記障壁層(111)の領域におけるバンドギャップよりも小さく、
前記障壁層(111)と前記量子井戸層(110)の主延在方向は前記半導体積層体(1)の主延在方向と実質的に平行である、請求項1から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ボディ(100)。 - 前記注入領域(2)は前記第1の層(10)から離れる方向に先細りし、
前記注入領域(2)は完全に前記活性層(11)を貫通して前記第2の層(12)に突出し、
前記注入領域(2)は前記第2の層(12)に50nm以上300nm未満突出している、請求項1から6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ボディ(100)。 - 前記半導体積層体(1)は窒化物化合物半導体材料系であり、
前記第1の層(10)と前記注入領域(2)はp型ドープされており、前記第1の導電型である正孔を含有する、請求項1から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ボディ(100)。 - 前記活性層(11)の上面図において前記注入領域(2)は規則格子の格子点に配置されている、請求項1から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ボディ(100)。
- 前記注入領域(2)はそれぞれ前記活性層(11)内における横方向の直径が100nm以上500nm未満である、請求項1から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ボディ(100)。
- 前記注入領域(2)の表面被覆密度は前記活性層(11)全体に沿って0.5%以上30%以下である、請求項1から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ボディ(100)。
- 前記注入領域(2)は第1の層から離れる方向に先細りしドーム形に形成されており、
前記注入領域(2)内において前記ドーピング濃度は横方向において内側から外側に向かって連続的に減少している、請求項1から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ボディ(100)。 - 前記半導体積層体(1)はキャリア(13)に載置されており、
前記キャリア(13)は前記半導体積層体(1)の前記第1の層(10)と反対または対向する側に載置されており、
前記半導体ボディ(100)は面発光体または体積発光体(volume emitter)の形態である、請求項1から12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ボディ(100)。 - 前記半導体積層体(1)は、AlInGaN半導体積層体であり、
各注入領域(2)内のインジウム含量は、隣接する前記半導体積層体(1)内のインジウム含量に対して、増加または減少される、請求項1から13のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ(100)。 - オプトエレクトロニクス半導体ボディ(100)を製造する方法であって、
A)第1の導電型である第1の層(10)と、第2の導電型である第2の層(12)と、前記第1の層(10)と前記第2の層(12)との間に配置され、意図した通り動作させるときに電磁放射を吸収または放出する活性層(11)とを含む半導体積層体(1)を準備する工程と、
B)前記半導体積層体(1)の少なくとも横方向に限定および横方向に制限された注入領域(2)にターゲットを絞って前記半導体積層体(1)をドープする工程であって、各注入領域(2)全体にわたって、ドーピング濃度は1立方センチメートル当たり少なくとも1018個のドーピング原子である、工程とを含み、
工程Aにおいて前記活性層(11)が、少なくとも1つの量子井戸層(110)を含む量子井戸構造を有し、
工程Bにおいて前記半導体積層体(1)が前記注入領域(2)全体にわたって前記第1の層(10)と同じ導電型となるようにドーピングが行われ、
前記注入領域(2)は前記第1の層(10)から少なくとも部分的に前記活性層(11)を貫通し、
工程Bにおける前記ドーピングの後に、前記注入領域(2)は、前記活性層(11)の連続するトラックに横方向で囲まれ、前記活性層(11)は前記注入領域(2)よりも少なくまたは前記注入領域(2)とは逆の導電型にドープされている、方法。 - 工程Bの前に、マスク(3)が前記活性層(11)とは反対側の前記第1の層(10)に形成され、
前記マスク(3)は前記半導体積層体(1)が露出されている窓(30)を少なくとも1つ有し、
前記ドーピングはイオン注入工程で行われ、ドーピング原子は前記活性層(11)とは反対の前記マスク(3)側から前記マスク(3)に発射され、
前記半導体積層体(1)のドーピングは前記窓(30)の領域で行われ、
前記マスク(3)の下の前記半導体積層体(1)のドーピングは前記マスク(3)によって抑制される、請求項15に記載の方法。 - 前記マスク(3)の製造のために、まずマスク層が前記半導体積層体(1)に形成され、
その後、リソグラフィ法またはナノインプリントリソグラフィ法によって少なくとも1つの前記窓(30)が前記マスク層に作られ、
前記マスク(3)は金属を含む、請求項16に記載の方法。 - 前記イオン注入工程の後に前記半導体積層体(1)は熱アニーリング工程を経る、請求項16または17に記載の方法。
- 工程Aの前に前記半導体積層体(1)が成長基板(4)上に成長され、ここではまず前記第2の層(12)、次に前記活性層(11)、続いて前記第1の層(10)が成長され、
工程Bにおける前記半導体積層体(1)の前記ドーピングは、前記成長基板(4)とは反対側から行われ、
工程Bの後に、前記成長基板(4)と反対側の前記半導体積層体(1)に補助キャリアが載置され、前記成長基板(4)が外される、請求項15から18のいずれか一項に記載の方法。 - 工程Bにおいて、前記注入領域(2)が前記第1の層(10)から完全に前記活性層(11)を貫通し、少なくとも部分的に前記第2の層(12)に突出するようにドーピングが行われる、請求項15から19のいずれか一項に記載の方法。
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