WO2019042894A1 - Halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterkörpers - Google Patents

Halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterkörpers Download PDF

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WO2019042894A1
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magnesium
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Massimo DRAGO
Alexander Frey
Joachim Hertkorn
Ingrid Koslow
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H10H20/8252—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN characterised by the dopants

Definitions

  • One of the objects to be solved is, inter alia, to specify a semiconductor body which has improved electrical and / or optical properties.
  • Another object to be solved is to specify a method for producing such a semiconductor body.
  • the semiconductor body is, for example, a semiconductor body of an optoelectronic
  • semiconductor chips or an electronic semiconductor chip may be adapted to operate in normal operation electromagnetic
  • the semiconductor body is set up in the
  • Wavelength range and the wavelength range of UV radiation to produce are examples of UV radiation.
  • Nitride compound semiconductor material having a p-type region is in the
  • Nitride compound semiconductor material around a III-V semiconductor which, for example, with gallium and nitrogen is formed.
  • the semiconductor body has a p-type region in which the
  • Nitride compound semiconductor material is p-doped.
  • the semiconductor body is p-doped by means of magnesium.
  • the semiconductor body may have an n-doped region in which the nitride compound semiconductor material is n-doped.
  • an active region is arranged between the p-type region and the n-type region, in which the function of the semiconductor body is perceived during normal operation
  • Example electromagnetic radiation can be generated.
  • the p-type region has a barrier zone and a contact zone.
  • the barrier zone and the contact zone are part of the p-type region.
  • the barrier zone and the contact zone are part of the p-type region.
  • Barrier zone and the contact zone in the growth direction of the semiconductor body arranged side by side.
  • the barrier zone and the contact zone each extend in the main extension plane of the semiconductor body over the entire cross-sectional area of the semiconductor body.
  • the contact zone and the barrier zone are in successive process steps of a common
  • the barrier zone and the contact zone can each with
  • Nitride compound semiconductor material which comprises the same materials from the third and fifth main group.
  • the barrier zone has a first magnesium concentration and a first one Aluminum concentration on.
  • the first magnesium concentration and the first one are
  • Aluminum concentration in each case by an average concentration of magnesium atoms and aluminum atoms within the barrier zone.
  • the aluminum atoms are part of the nitride compound semiconductor material with the
  • the magnesium atoms may be a p-type dopant, by means of which concentration in the
  • Nitride compound semiconductor is adjustable.
  • substance concentrations are the concentration of a substance in the semiconductor body.
  • the contact zone has a second magnesium concentration and a second one
  • Aluminum concentration in each case by an average concentration of magnesium atoms and aluminum atoms within the contact zone.
  • the first one is aluminum concentration.
  • the first one is aluminum concentration.
  • Magnesium concentration at least tenfold, in particular at least one hundred times smaller than the second magnesium concentration.
  • the contact zone forms an outwardly exposed surface of the semiconductor body.
  • the contact zone forms a main surface of the semiconductor body, via which the semiconductor body
  • the barrier zone adjoins the contact zone.
  • the barrier zone and the contact zone are at the exposed to the outside
  • the barrier zone and the contact zone are materially mechanically bonded to one another so that the mechanical connection between the barrier zone and the contact zone can be released only by destroying the barrier zone and / or the contact zone.
  • the barrier zone and the contact zone are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • Nitride compound semiconductor material having a p-type region.
  • the p-type region has a barrier zone and a contact zone, wherein the barrier zone is a first
  • the contact zone has a second magnesium concentration and a second aluminum concentration, the first aluminum concentration greater than the second
  • Aluminum concentration is, the first magnesium concentration is less than the second magnesium concentration, the
  • a semiconductor body described here is based inter alia on the following considerations.
  • the p-type region of a semiconductor body based on a nitride compound semiconductor material is grown epitaxially.
  • the semiconductor material is particularly highly p-doped.
  • the nitride compound semiconductor material is p-doped by means of magnesium.
  • the high magnesium doping leads to an increased
  • the semiconductor body described here makes use of the idea of increasing the aluminum concentration in regions in the p-type region and thus of distributing the magnesium atoms within the p-type region
  • AlGaN aluminum gallium nitride
  • GaN gallium nitride
  • the zone with, for example, aluminum gallium nitride forms a barrier zone by which the diffusion of magnesium atoms within the p-type region is reduced.
  • a proportion of substance describes a proportion of a substance in a gas phase, which forms during the epitaxial growth in the process chamber in which the semiconductor body
  • the barrier zone allows a particularly thin contact zone with a particularly high Magnesium concentration, whereby the semiconductor body has a particularly high transparency and a particularly low electrical contact resistance.
  • the semiconductor body has a particularly high transparency and a particularly low electrical contact resistance.
  • Nitride compound semiconductor material and includes a p-type region.
  • the p-type region has a
  • barrier zone is a semiconductor material of the fifth main group and a
  • Semiconductor material of the third main group in a second ratio is smaller than the second ratio.
  • third-group semiconductor material of the barrier zone comprises all materials of the third main group which are present in the barrier zone
  • Main group "of the contact zone all materials of the fifth main group, which are present in the contact zone.
  • Gas phase during the production of the barrier zone a lower nitrogen content than during the production of Contact zone on.
  • the gas phase surrounding the semiconductor body may have a greater gallium concentration during the production of the barrier zone than during the production of the contact zone.
  • this allows a particularly large amount of magnesium atoms on the surface of the barrier
  • the second magnesium concentration is at least 0.5 ⁇ 10 -9 atoms / cm 2.
  • the second magnesium concentration is at least 1 ⁇ 10 -4 atoms / cm 2.
  • the second magnesium concentration is on average at least 0.5 ⁇ 10 19
  • a high second magnesium concentration allows a particularly low electrical resistance in the electrical contacting of the
  • the semiconductor body The semiconductor body.
  • the maximum rate of change is the
  • the contact zone has a thickness of at least 0.5 nm inclusive and at most including 100 nm perpendicular to its main extension plane. In particular, the contact zone has a thickness of at least perpendicular to its main extension plane
  • the thickness is measured along the growth direction of the semiconductor body.
  • the contact zone has a particularly small thickness, so that only a small proportion of the contact zone passing through
  • electromagnetic radiation is absorbed in the contact zone.
  • Contact zone has a lower resistivity than the barrier zone.
  • the first is N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl
  • Atoms / cm- ⁇ and 1, 8 x 10 22 atoms / cm- ⁇ corresponds to an alloy with between 0.1% and 40% aluminum.
  • the first aluminum concentration may be between
  • the contact zone is nominally free of aluminum.
  • the second aluminum concentration is at most 1 ⁇ ⁇ - ⁇ atoms / cm- ⁇ .
  • Aluminum concentration within the contact zone a particularly high solubility of magnesium atoms within the contact zone, so that the contact zone has a particularly high conductivity.
  • Semiconductor body disclosed features are also disclosed for the method and vice versa.
  • Nitride compound semiconductor material becomes a p-type region having at least one barrier region and one
  • the barrier zone is grown during a first time period and the contact zone is grown for a second time period, the second time period chronologically following the first time period, and during the first time period a first aluminum level is provided and during the second time period a second aluminum level is provided.
  • the first aluminum content is greater than the second aluminum content.
  • the nitride compound semiconductor material is, for example, gallium nitride. Save the p-type
  • an n-type region and an active region can be grown epitaxially.
  • the barrier zone is arranged between the contact zone and the active region. It is possible that the
  • an electron-blocking layer between the barrier zone and at least one of the two components mentioned is arranged.
  • the contact zone on an opposite side of the active zone forms an outer surface of the
  • the semiconductor body is about the contact zone.
  • Semiconductor body for example, electrically conductive
  • the second period directly follows the first period.
  • the barrier zone and contact zone grown in successive periods directly adjoin one another.
  • the barrier zone and the contact zone are firmly bonded to one another in a material-locking manner.
  • the barrier zone may be configured to be finished
  • a growth substrate may be provided on which the nitride compound semiconductor material is epitaxially deposited.
  • the growth substrate is for example in one
  • Periods a first and a second magnesium content and / or a first and a second aluminum content.
  • a first portion of magnesium is provided during the first period and a second portion of magnesium is provided during the second period. Further, during the first period, the barrier zone becomes a first
  • Magnesium concentration For example, in the method, the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the different magnesium concentration in the
  • Barrier zone and the contact zone are controlled by means of providing different levels of magnesium during the first and during the second period.
  • the different magnesium concentration in the first and during the second period are controlled by means of providing different levels of magnesium during the first and during the second period.
  • a particularly high magnesium concentration can be achieved within the contact zone, so that the contact zone has a particularly high conductivity.
  • Magnesium content at least as great as the second Magnesium content. For example, during the first
  • the provision of a high first aluminum content reduces the solubility of magnesium atoms, so that during the first period at least part of the provided first magnesium content is deposited on the surface of the semiconductor body.
  • a lower aluminum content is then provided than during the first period, thus increasing the solubility of magnesium atoms in the semiconductor body.
  • Nitride compound semiconductor material which is grown during the first period, a lower solubility for magnesium within the
  • Nitride compound semiconductor material as the Nitride compound semiconductor material which is epitaxially grown during the second period.
  • a magnesium reservoir may be formed on the surface of the
  • Semiconductor body can be increased with a particularly high rate of change.
  • the barrier zone in the finished semiconductor body acts as a diffusion barrier, by means of which a diffusion of
  • the barrier zone thus enables enrichment of magnesium during production, so that a particularly high magnesium concentration can be produced within the semiconductor body, and in addition the barrier zone makes it possible to produce a contact zone adjacent to the barrier zone, the contact zone having a contact zone
  • the provided first aluminum content is provided during the first period of time.
  • the aluminum content increases continuously along the growth direction, until this one Maximum value is reached, and then decreases continuously.
  • the band gap in the p-type region does not abruptly change along the growth direction, so that the p-type region has a particularly low electrical resistance.
  • a growth rate of the semiconductor body is higher during the first period than during the second period.
  • the growth rate during the first period is at least 15 nm / min.
  • the growth rate during the second period is at most 4 nm / min.
  • a particularly low growth rate during the second period allows a particularly high magnesium concentration within the contact zone.
  • the contact zone is nominally free of aluminum. For example, no aluminum is provided during the second period.
  • a contact zone which is nominally free of aluminum, allows a particularly high
  • a semiconductor material of the fifth main group and a semiconductor material of the third main group are provided in a first ratio during the first period.
  • the fifth main group semiconductor material and the third main group semiconductor material are in a second ratio
  • the first ratio is smaller than the second ratio.
  • nitrogen (N) in the form of ammonia (NH3) and gallium in the form of Trimethylgallium, (Ga (01 ⁇ 3) 3) provided.
  • nitrogen to gallium ratio with which
  • the nitrogen to gallium ratio at which nitrogen and gallium are provided during the second period is at least 5000: 1.
  • the semiconductor body has within the
  • Barrier zone has a lower concentration of nitrogen than in the contact zone.
  • a further method for producing a semiconductor body is specified. With the method, in particular, a semiconductor body described here
  • a semiconductor material of the fifth main group and a semiconductor material of the third main group are provided in a first ratio during the first period.
  • the fifth main group semiconductor material and the third main group semiconductor material are in a second ratio provided.
  • the first ratio is smaller than the second ratio.
  • Trimethylgallium (Ga (01 ⁇ 3) provided.
  • the nitrogen to gallium ratio with which
  • the nitrogen to gallium ratio at which nitrogen and gallium are provided during the second period is at least 5000: 1.
  • Nitride compound semiconductor material having a p-type region with a barrier zone and a contact zone, wherein the barrier zone a
  • Semiconductor material of the third main group in a second ratio is the first ratio
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a
  • Figure 2 is a graph in which the proportions of magnesium and aluminum provided during a first period and a second period of a
  • Embodiment of a method described here for producing a semiconductor body are shown.
  • Figure 3 is a graph in which the concentrations of aluminum and magnesium along the direction of growth in the contact zone and in the barrier zone of a
  • FIG. 4 shows a graph in which the minimum energy of the conduction band, the maximum energy of the valence band and the Fermi level along the growth direction in the
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of an exemplary embodiment of one described here Semiconductor body 10.
  • the semiconductor body 10 is arranged on a growth substrate 500.
  • the growth substrate 500 In particular, the
  • the semiconductor body 10 is based on a
  • Nitride compound semiconductor material includes a p-type region 100, an n-type region 200, and an active region 300.
  • the active region 300 is disposed in the growth direction X between the n-type region 200 and the p-type region 100.
  • the p-type region 100, the n-type region 200 and the active region 300 are by an epitaxial growth method
  • the n-type region 200, the active region 300 and the p-type region 100 are bonded to one another in a mechanically strong manner.
  • the p-type region 100 is arranged on a side of the active region 300 facing away from the growth substrate 500.
  • the p-type region 100 has a barrier zone 110 and a contact zone 120.
  • the barrier zone 110 has a first magnesium concentration M110 and a first one
  • the contact zone 120 has a second magnesium concentration M120 and a second one
  • Aluminum concentration A110 is greater than the second
  • the first magnesium concentration M110 is smaller than the second magnesium concentration M120.
  • the first magnesium concentration M110 is, for example, at most 2 ⁇ 10 19 atoms / cm 2.
  • the second magnesium concentration M120 is at least 0.5 ⁇ 10 -9 atoms / cm 2, in particular at least 1 ⁇ 10 -4 atoms / cm 2.
  • aluminum concentration A110 is at least 4, 4 x 10 20 atoms / cm- ⁇ .
  • the second is
  • the contact zone forms an outwardly exposed surface 10a of the semiconductor body 10 and the barrier zone 110 adjoins the contact zone 120.
  • the contact zone a major surface of the semiconductor body 10.
  • the contact zone has a thickness of at least 0.5 nm inclusive and at most including 100 nm.
  • the contact zone 120 is nominally free of aluminum.
  • FIG. 2 shows a graph in which aluminum contents and magnesium fractions provided during the
  • epitaxial production of the semiconductor body 10 are shown according to an embodiment. According to this embodiment of the method for producing a semiconductor body 10 based on a
  • a p-type region 100 is grown epitaxially with at least one barrier zone 110 and a contact zone 120.
  • the barrier zone 110 is grown during a first period T1 and the contact zone 120 is grown during a second period T2.
  • the second period T2 follows the first period T1 chronologically.
  • a first aluminum content TIA is provided.
  • a second aluminum portion T2A is provided.
  • the first aluminum content TIA is greater than the second aluminum content T2A.
  • the first aluminum component TIA and the second aluminum component T2A for example, by means of different
  • Aluminum content provided together with hydrogen or nitrogen as a carrier gas.
  • the second aluminum portion T2A is provided at a flow rate of at most 50 sccm.
  • Magnesium portion TIM is provided and during the second period T2, a second magnesium portion T2M
  • the barrier zone 110 is grown with a first magnesium concentration M110.
  • Contact zone 120 grown with a second magnesium concentration M120.
  • a magnesium-containing gas is provided at a flow rate of between 50 sccm and 500 sccm inclusive.
  • the first magnesium content TIM is at least as large as the second magnesium content T2M.
  • the first magnesium component TIM and the second magnesium component T2M are the same size.
  • the magnesium content in this graph is not necessarily shown relative to the aluminum content.
  • Main group are provided in a first ratio Rl.
  • the first ratio Rl describes the proportion of the semiconductor material provided from the fifth main group relative to the portion of the provided
  • nitrogen and gallium are provided in a first ratio R1.
  • the semiconductor material of the fifth main group and the semiconductor material of the third main group are provided in a second ratio R2.
  • the second ratio R2 describes the proportion of the provided
  • nitrogen and gallium are provided in a second ratio R2.
  • the first ratio Rl is smaller than the second ratio R2. In other words, during the first period T1 is relative to the
  • Nitrogen provided as during the second period is 500: 1, and during the second period T2 is 5000: 1.
  • FIG. 3 shows a graph in which the aluminum and magnesium concentrations C along the growth direction X in the barrier zone 110 and the contact zone 120 according to an exemplary embodiment are shown.
  • FIG. 4 shows a graph in which the first magnesium concentration M110 of the barrier zone is less than the second magnesium concentration M120 of the contact zone 120 Contact zone 120, so that the magnesium in the contact zone 120 does not diffuse in the direction of the barrier zone 110 within the p-type region 100.
  • FIG. 4 shows a graph in which the
  • Semiconductor body 10 are shown according to an embodiment.
  • the semiconductor material has a
  • the semiconductor body 10 has a highest energy state of the
  • Valence band VB on which varies along the growth direction X of the semiconductor body 10. In a range which is energetically between the lowest energy state of the conduction band CB and the highest energy state of the CB
  • Valence band VB is, the Fermi level EF of the runs
  • Semiconductor body 10 has a larger band gap between the lowest energy state of the conduction band CB and the highest energy state of the valence band VB than in the
  • the contact resistance between the contact zone 120 and a metallization disposed on the contact zone 120 is less than that

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

Halbleiterkörper (10) basierend auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial mit einem p-leitenden Bereich (100), bei dem - der p-leitende Bereich (100) eine Barrierezone (110) und eine Kontaktzone (120) aufweist, wobei - die Barrierezone (110) eine erste Magnesiumkonzentration (M110) und eine erste Aluminiumkonzentration (A110) aufweist, - die Kontaktzone (120) eine zweite Magnesiumkonzentration (M120) und eine zweite Aluminiumkonzentration (A120) aufweist, - die erste Aluminiumkonzentration (A110) größer als die zweite Aluminiumkonzentration (A120) ist, - die erste Magnesiumkonzentration (M110) kleiner als die zweite Magnesiumkonzentration (M120) ist, - die Kontaktzone (120) eine nach außen freiliegende Fläche (10a) des Halbleiterkörpers (10) bildet, und - die Barrierezone (110) an die Kontaktzone (120) angrenzt.

Description

Beschreibung
HALBLEITERKÖRPER UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES
HALBLEITERKÖRPERS
Es wird ein Halbleiterkörper angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers
angegeben . Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, einen Halbleiterkörper anzugeben, der verbesserte elektrische und/oder optische Eigenschaften aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterkörpers anzugeben.
Bei dem Halbleiterkörper handelt es sich beispielsweise um einen Halbleiterkörper eines optoelektronischen
Halbleiterchips oder eines elektronischen Halbleiterchips. Insbesondere kann der Halbleiterkörper dazu eingerichtet sein, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische
Strahlung zu detektieren oder zu emittieren. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper dazu eingerichtet, im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, zwischen dem infraroten
Wellenlängenbereich und dem Wellenlängenbereich von UV- Strahlung, zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert der
Halbleiterkörper auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial mit einem p-leitenden Bereich. Insbesondere handelt es sich bei dem
Nitridverbindungshalbleitermaterial um einen III-V- Halbleiter, welcher beispielsweise mit Gallium und Stickstoff gebildet ist. Der Halbleiterkörper weist einen p-leitenden Bereich auf, in welchem das
Nitridverbindungshalbleitermaterial p-dotiert ist.
Beispielsweise ist der Halbleiterkörper mittels Magnesium p- dotiert.
Weiter kann der Halbleiterkörper einen n-dotierten Bereich aufweisen, in welchem das Nitridverbindungshalbleitermaterial n-dotiert ist. Beispielsweise ist zwischen dem p-leitenden Bereich und dem n-leitenden Bereich ein aktiver Bereich angeordnet, in welchem im bestimmungsgemäßen Betrieb die Funktion des Halbleiterkörpers wahrgenommen wird, zum
Beispiel elektromagnetische Strahlung erzeugbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der p-leitende Bereich eine Barrierezone und eine Kontaktzone auf.
Insbesondere sind die Barrierezone und die Kontaktzone Teil des p-leitenden Bereichs. Beispielsweise sind die
Barrierezone und die Kontaktzone in der Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers nebeneinander angeordnet. Beispielsweise erstrecken sich die Barrierezone und die Kontaktzone jeweils in der Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers über die gesamte Querschnittsfläche des Halbleiterkörpers.
Beispielsweise sind die Kontaktzone und die Barrierezone in aufeinanderfolgenden Prozessschritten eines gemeinsamen
Herstellungsprozesses hergestellt. Die Barrierezone und die Kontaktzone können jeweils mit
Nitridverbindungshalbleitermaterial gebildet sein, welches gleiche Materialien aus der dritten und fünften Hauptgruppe umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Barrierezone eine erste Magnesiumkonzentration und eine erste Aluminiumkonzentration auf. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Magnesiumkonzentration und der ersten
Aluminiumkonzentration jeweils um eine mittlere Konzentration von Magnesium-Atomen und Aluminium-Atomen innerhalb der Barrierezone. Insbesondere sind die Aluminium-Atome Teil des Nitridverbindungshalbleitermaterials mit dem der
Halbleiterkörper gebildet ist. Die Magnesium-Atome können ein p-Dotierstoff sein, mittels dessen Konzentration im
Halbleiterkörper die p-leitfähigkeit des
Nitridverbindungshalbleiters einstellbar ist. Vorliegend bezeichnen Stoffkonzentrationen, die Konzentration eines Stoffes im Halbleiterkörper.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kontaktzone eine zweite Magnesiumkonzentration und eine zweite
Aluminiumkonzentration auf. Insbesondere handelt es sich bei der zweiten Magnesiumkonzentration und der zweiten
Aluminiumkonzentration jeweils um eine mittlere Konzentration von Magnesium-Atomen und Aluminium-Atomen innerhalb der Kontaktzone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Aluminiumkonzentration größer als die zweite
Aluminiumkonzentration. Beispielsweise ist die erste
Aluminiumkonzentration zumindest um ein Zehnfaches,
insbesondere zumindest um ein Hundertfaches, größer als die zweite Aluminiumkonzentration.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Magnesiumkonzentration kleiner als die zweite
Magnesiumkonzentration. Insbesondere ist die erste
Magnesiumkonzentration zumindest um ein Zehnfaches, insbesondere zumindest um ein Hundertfaches, kleiner als die zweite Magnesiumkonzentration.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Kontaktzone eine nach außen freiliegende Fläche des Halbleiterkörpers. Insbesondere bildet die Kontaktzone eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers, über welche der Halbleiterkörper
elektrisch leitend kontaktierbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die Barrierezone an die Kontaktzone an. Insbesondere stehen die Barrierezone und die Kontaktzone an der der nach außen freiliegenden
Fläche abgewandten Seite der Kontaktzone in direktem
mechanischem Kontakt zueinander. Beispielsweise sind die Barrierezone und die Kontaktzone Stoffschlüssig mechanisch fest miteinander verbunden, sodass die mechanische Verbindung zwischen der Barrierezone und der Kontaktzone nur unter Zerstörung der Barrierezone und/oder der Kontaktzone lösbar ist. Insbesondere sind die Barrierezone und die Kontaktzone elektrisch leitend miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert der
Halbleiterkörper auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial mit einem p-leitenden Bereich. Der p-leitende Bereich weist eine Barrierezone und eine Kontaktzone auf, wobei die Barrierezone eine erste
Magnesiumkonzentration und eine erste Aluminiumkonzentration aufweist, die Kontaktzone eine zweite Magnesiumkonzentration und eine zweite Aluminiumkonzentration aufweist, die erste Aluminiumkonzentration größer als die zweite
Aluminiumkonzentration ist, die erste Magnesiumkonzentration kleiner als die zweite Magnesiumkonzentration ist, die
Kontaktzone eine nach außen freiliegende Fläche des Halbleiterkörpers bildet und die Barrierezone an die
Kontaktzone angrenzt.
Einem hier beschriebenen Halbleiterkörper liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Der p-leitende Bereich eines auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basierenden Halbleiterkörpers wird zum Beispiel epitaktisch gewachsen. Um einen niedrigen Kontaktwiderstand zwischen dem p-leitenden Bereich des Halbleiterkörpers und einer
angrenzenden Metallisierung, die beispielsweise mit Silber oder Nickel gebildet ist, zu erreichen, wird in dem Bereich, in welchem der Halbleiterkörper an die Metallisierung angrenzt, das Halbleitermaterial besonders stark p-dotiert. Beispielsweise wird das Nitridverbindungshalbleitermaterial mittels Magnesium p-dotiert.
Die hohe Magnesiumdotierung führt zu einer erhöhten
Lichtabsorption, einer erhöhten Rauigkeit des
Halbleiterkörpers und erschwert die Kontrolle der
Magnesiumkonzentration in an die Kontaktzone angrenzenden
Bereichen des Halbleiterkörpers, da das Magnesium innerhalb des Halbleiterkörpers diffundiert. Weiter können besonders dicke Schichten mit hoher Magnesiumkonzentration eine reduzierte Konzentration von Akzeptoratomen aufweisen, wodurch die Leitfähigkeit und der ohmsche Kontakt
verschlechtert werden. Weiter können Bereiche des
Halbleiterkörpers mit hoher Magnesiumkonzentration zu
Magnesiumeinschlüssen und Inversionsbereichen führen, wodurch die externe Quanteneffizienz eines lichtemittierenden
Halbleiterchips verschlechtert werden kann. Diese negativen Einflüsse werden insbesondere durch eine große Dicke der magnesiumdotierten Schicht verstärkt. Der hier beschriebene Halbleiterkörper macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, die Aluminiumkonzentration bereichsweise im p-leitenden Bereich zu erhöhen und so die Verteilung der Magnesiumatome innerhalb des p-leitenden
Bereichs zu beeinflussen. Dabei wird unter anderem
ausgenutzt, dass Magnesiumatome in einem aluminiumhaltigen Halbleitermaterial wie Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) eine geringere Löslichkeit als in einem Halbleitermaterial mit weniger oder keinem Aluminium wie Galliumnitrid (GaN) aufweisen. Somit wird während des epitaktischen Wachstums von zum Beispiel Aluminiumgalliumnitrid nur eine geringe
Magnesiumkonzentration in den Halbleiterkörper eingebaut, auch wenn ein hoher Magnesiumanteil während des epitaktischen Wachstums bereitgestellt wird. Weiter bildet die Zone mit zum Beispiel Aluminiumgalliumnitrid eine Barrierezone, mittels der die Diffusion von Magnesiumatomen innerhalb des p- leitenden Bereichs reduziert wird. Wird während des
epitaktischen Wachstums der Barrierezone ein hoher
Magnesiumanteil bereitgestellt, so lagern sich die
Magnesiumatome zunächst an der Oberfläche des
Halbleiterkörpers an. Wird die Aluminiumkonzentration
reduziert, so steigt die Löslichkeit der Magnesiumatome innerhalb des p-leitenden Bereichs, sodass die während des Wachstums der Barrierezone angelagerten Magnesiumatome mit hoher Konzentration in einer besonders dünnen Kontaktzone in den Halbleiterkörper eingebaut werden können. Vorliegend beschreibt ein Stoffanteil einen Anteil eines Stoffs in einer Gasphase, welcher sich während des epitaktischen Wachstums in der Prozesskammer in welcher der Halbleiterkörper
abgeschieden wird ausfüllt.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Barrierezone eine besonders dünne Kontaktzone mit einer besonders hohen Magnesiumkonzentration, wodurch der Halbleiterkörper eine besonders hohe Transparenz und einen besonders geringen elektrischen Kontaktwiderstand aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert der
Halbleiterkörper auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial und umfasst einen p- leitenden Bereich. Der p-leitende Bereich weist eine
Barrierezone und eine Kontaktzone auf, wobei die Barrierzone ein Halbleitermaterial der fünften Hauptgruppe und ein
Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem ersten Verhältnis aufweist. Weiter weist die Kontaktzone ein
Halbleitermaterial der fünften Hauptgruppe und ein
Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem zweiten Verhältnis auf. Dabei ist das erste Verhältnis kleiner als das zweite Verhältnis.
Hier und im Folgenden umfasst „Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe" der Barrierezone alle Materialien der dritten Hauptgruppe, welche in der Barrierezone vorliegen. Hier und im Folgenden umfasst „Halbleitermaterial der fünften
Hauptgruppe" der Barrierezone alle Materialien der fünften Hauptgruppe, welche in der Barrierezone vorliegen. Hier und im Folgenden umfasst „Halbleitermaterial der dritten
Hauptgruppe" der Kontaktzone alle Materialien der dritten
Hauptgruppe, welche in der Kontaktzone vorliegen. Hier und im Folgenden umfasst „Halbleitermaterial der fünften
Hauptgruppe" der Kontaktzone alle Materialien der fünften Hauptgruppe, welche in der Kontaktzone vorliegen.
Beispielsweise weist die den Halbleiterkörper umgebende
Gasphase während der Herstellung der Barrierezone einen geringeren Stickstoffanteil als während der Herstellung der Kontaktzone auf. Weiter kann die den _Halbleiterkörper umgebende Gasphase während der Herstellung der Barrierezone eine größere Galliumkonzentration als während der Herstellung der der Kontaktzone aufweisen. Vorteilhafterweise ermöglicht dies während des Wachstums der Barrierezone, eine besonders große Menge von Magnesiumatomen an der Oberfläche des
Halbleiterkörpers anzulagern. Weiter ermöglicht dies während des Wachstums der Kontaktzone, eine besonders große Menge von Magnesiumatomen in den Halbleiterkörper einzubauen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die zweite Magnesiumkonzentration zumindest 0,5 x 10^-9 Atome/cm-^.
Insbesondere beträgt die zweite Magnesiumkonzentration zumindest 1 x 10^0 Atome/cm-^. Beispielsweise beträgt die zweite Magnesiumkonzentration im Mittel zumindest 0,5 x 1019
Atome/cm-^. Insbesondere steigt die zweite
Magnesiumkonzentration in Wachstumsrichtung des
Halbleiterkörpers von 0,5 x 10^-9 Atome/cm-^ auf zumindest 1 x 10^0 Atome/cm-^ an. Insbesondere weist der Halbleiterkörper in einem Bereich, welcher an eine nach außen freiliegende Fläche grenzt, zumindest eine Magnesiumkonzentration von 1 x 1020
Atome/cm-^ auf. Vorteilhafterweise ermöglicht eine hohe zweite Magnesiumkonzentration einen besonders geringen elektrischen Widerstand bei der elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterkörpers.
Beispielsweise beträgt die maximale Änderungsrate der
Magnesiumkonzentration entlang der Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers beim Übergang von der Barrierezone zur Kontaktzone zumindest ±1χ1020 Atome/cm3 pro ym, bevorzugt zumindest ±1χ1021 Atome/cm3 pro ym. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kontaktzone senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene eine Dicke von zumindest einschließlich 0,5 nm und maximal einschließlich 100 nm auf. Insbesondere weist die Kontaktzone senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene eine Dicke von zumindest
einschließlich 0,5 nm und maximal einschließlich 20 nm auf. Insbesondere wird die Dicke entlang der Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers gemessen. Vorteilhafterweise weist die Kontaktzone eine besonders geringe Dicke auf, sodass nur ein geringer Anteil der die Kontaktzone durchlaufenden
elektromagnetischen Strahlung in der Kontaktzone absorbiert wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterkörper in der Barrierezone eine größere Bandlücke als in der Kontaktzone auf. Insbesondere weist die
Kontaktzone einen geringeren spezifischen Widerstand als die Barrierezone auf. Vorteilhafterweise ist eine derartige
Kontaktzone besonders gut elektrisch leitend kontaktierbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die erste
Aluminiumkonzentration zwischen einschließlich 4,4 x 1019
Atome/cm-^ und 1 , 8 x 1022 Atome/cm-^. Dies entspricht einer Legierung mit zwischen 0,1 % und 40 % Aluminium. Insbesondere kann die die erste Aluminiumkonzentration zwischen
einschließlich 4 , 4 x 1020 Atome/cm-^ und 1 , 8 x 1022 Atome/cm-^ betragen. Dies entspricht einer Legierung mit zwischen 1% und 40% Aluminium. Beispielsweise nimmt die
Aluminiumkonzentration innerhalb der Barrierezone in
Wachstumsrichtung zunächst zu, bis diese einen Maximalwert aufweist und nimmt anschließend in Wachstumsrichtung wieder ab. Vorteilhafterweise ermöglicht eine derartige erste Aluminiumkonzentration, die Diffusion von Magnesium innerhalb des Halbleiterkörpers einzuschränken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktzone nominell frei von Aluminium. Insbesondere beträgt die zweite Aluminiumkonzentration maximal 1 x ΙΟ-^ Atome/cm-^.
Vorteilhafterweise ermöglicht eine besonders geringe
Aluminiumkonzentration innerhalb der Kontaktzone eine besonders hohe Löslichkeit von Magnesiumatomen innerhalb der Kontaktzone, sodass die Kontaktzone eine besonders hohe Leitfähigkeit aufweist.
Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers angegeben. Mit dem Verfahren kann
insbesondere ein hier beschriebener Halbleiterkörper
hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für den
Halbleiterkörper offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterkörpers basierend auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial wird ein p-leitender Bereich mit zumindest einer Barrierezone und einer
Kontaktzone epitaktisch gewachsen. Die Barrierezone wird während eines ersten Zeitraums gewachsen und die Kontaktzone wird während eines zweiten Zeitraums gewachsen, wobei der zweite Zeitraum dem ersten Zeitraum chronologisch folgt, und während des ersten Zeitraums wird ein erster Aluminiumanteil bereitgestellt und während des zweiten Zeitraums wird ein zweiter Aluminiumanteil bereitgestellt. Dabei ist der erste Aluminiumanteil größer als der zweite Aluminiumanteil. Bei dem Nitridverbindungshalbleitermaterial handelt es sich beispielsweise um Galliumnitrid. Außer dem p-leitenden
Bereich kann zusätzlich ein n-leitender Bereich und ein aktiver Bereich epitaktisch gewachsen werden. Insbesondere ist die Barrierezone zwischen der Kontaktzone und dem aktiven Bereich angeordnet. Dabei ist es möglich, dass die
Barrierezone direkt an die Kontaktzone und den aktiven
Bereich grenzt oder weitere Schichten, zum Beispiel eine Elektronen-Blockier-Schicht zwischen der Barrierezone und zumindest einer der beiden genannten Komponenten angeordnet ist .
Beispielsweise bildet die Kontaktzone auf einer von der aktiven Zone abgewandten Seite eine Außenfläche des
Halbleiterkörpers. Über die Kontaktzone ist der
Halbleiterkörper beispielsweise elektrisch leitend
kontaktierbar .
Beispielsweise folgt der zweite Zeitraum dem ersten Zeitraum direkt. Somit grenzen die in aufeinanderfolgenden Zeiträumen gewachsenen Barrierezone und Kontaktzone direkt aneinander an. Insbesondere sind die Barrierezone und die Kontaktzone Stoffschlüssig fest miteinander verbunden. Die Barrierezone beispielsweise kann dazu eingerichtet sein, im fertigen
Halbleiterkörper die Diffusion und den Einbau von p-
Dotierstoff innerhalb des Halbleiterkörpers zu verringern.
Zum Durchführen des Epitaxieverfahrens kann beispielsweise ein Aufwachssubstrat bereitgestellt werden, auf welchem das Nitridverbindungshalbleitermaterial epitaktisch abgeschieden wird. Das Aufwachssubstrat ist beispielsweise in einer
Prozesskammer angeordnet, in welche unterschiedliche
Materialien in gasförmiger und/oder flüssiger Form einleitbar sind. Abhängig davon, welche Konzentration eines Materials in dem aufzuwachsenden Halbleiterkörper erreicht werden soll, umfasst das zugeführte Gas und/oder die zugeführte
Flüssigkeit verschiedene Anteile unterschiedlicher
Materialien. Beispielsweise weist das zugeführte Gas und/oder die zugeführte Flüssigkeit während unterschiedlicher
Zeiträume einen ersten und einen zweiten Magnesiumanteil und/oder einen ersten und einen zweiten Aluminiumanteil auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird während des ersten Zeitraums ein erster Magnesiumanteil bereitgestellt und während des zweiten Zeitraums ein zweiter Magnesiumanteil bereitgestellt. Weiter wird während des ersten Zeitraums die Barrierezone mit einer ersten
Magnesiumkonzentration gewachsen und während des zweiten Zeitraums die Kontaktzone mit einer zweiten
Magnesiumkonzentration gewachsen. Dabei ist die zweite
Magnesiumkonzentration größer als die erste
Magnesiumkonzentration. Beispielsweise kann bei dem Verfahren die unterschiedliche Magnesiumkonzentration in der
Barrierezone und der Kontaktzone mittels eines Bereitstellens unterschiedlicher Magnesiumanteile während des ersten und während des zweiten Zeitraums gesteuert werden. Weiter kann die unterschiedliche Magnesiumkonzentration in der
Barrierezone und in der Kontaktzone mittels Bereitstellens unterschiedlicher Aluminiumanteile während des ersten und zweiten Zeitraums gesteuert werden. Vorteilhafterweise kann somit eine besonders hohe Magnesiumkonzentration innerhalb der Kontaktzone erzielt werden, sodass die Kontaktzone eine besonders hohe Leitfähigkeit aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste
Magnesiumanteil zumindest genau so groß wie der zweite Magnesiumanteil. Beispielsweise wird während des ersten
Zeitraums ein genauso großer Magnesiumanteil bereitgestellt wie während des zweiten Zeitraums. Insbesondere wird dann der Einbau von Magnesiumatomen mittels des Bereitstellens
unterschiedlicher Aluminiumanteile während des ersten und des zweiten Zeitraums gesteuert.
Vorteilhafterweise wird durch das Bereitstellen eines hohen ersten Aluminiumanteils die Löslichkeit von Magnesiumatomen reduziert, sodass während des ersten Zeitraums zumindest ein Teil des bereitgestellten ersten Magnesiumanteils an der Oberfläche des Halbleiterkörpers angelagert wird. Während des zweiten Zeitraums wird dann ein geringerer Aluminiumanteil bereitgestellt als während des ersten Zeitraums, sodass die Löslichkeit von Magnesiumatomen im Halbleiterkörper erhöht wird. Somit werden beim epitaktischen Wachstum während des zweiten Zeitraums ein Teil der Magnesiumatome, die während des ersten Zeitraums an der Oberfläche angelagert wurden, und der bereitgestellte zweite Magnesiumanteil in den
Halbleiterkörper eingebaut. Vorteilhafterweise wird somit bei gleichem ersten und zweiten Magnesiumanteil eine
unterschiedliche erste und zweite Magnesiumkonzentration im Halbleiterkörper erzielt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist während des ersten Zeitraums eine größere Menge Magnesium an einer dem
Aufwachssubstrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterkörpers angelagert als während des zweiten Zeitraums. Beispielsweise weist die Zusammensetzung des
Nitridverbindungshalbleitermaterials , welches während des ersten Zeitraums gewachsen wird, eine geringere Löslichkeit für Magnesium innerhalb des
Nitridverbindungshalbleitermaterials auf als das Nitridverbindungshalbleitermaterial , welches während des zweiten Zeitraums epitaktisch gewachsen wird. Somit kann mittels Bereitstellens eines erhöhten ersten Aluminiumanteils und eines erhöhten ersten Magnesiumanteils während des ersten Zeitraums ein Magnesiumreservoir an der Oberfläche des
Halbleiterkörpers gebildet werden. In einem darauffolgenden Verfahrensschritt, bei dem während des zweiten Zeitraums ein geringerer Aluminiumanteil als während des ersten Zeitraums bereitgestellt wird, wobei der Aluminiumanteil während des zweiten Zeitraums 0 sein kann, steht somit an der Oberfläche des Halbleiterkörpers bereits Magnesium zum Einbau in den Halbleiterkörper bereit. Somit kann die
Magnesiumkonzentration in Wachstumsrichtung des
Halbleiterkörpers mit einer besonders hohen Änderungsrate erhöht werden.
Weiter fungiert die Barrierezone im fertigen Halbleiterkörper als Diffusionssperre, mittels der eine Diffusion von
Magnesiumatomen innerhalb des Halbleiterkörpers reduziert wird. Vorteilhafterweise ermöglicht somit die Barrierezone während der Herstellung ein Anreichern von Magnesium, sodass eine besonders hohe Magnesiumkonzentration innerhalb des Halbleiterkörpers herstellbar ist, und zusätzlich ermöglicht die Barrierezone das Herstellen einer an die Barrierezone angrenzenden Kontaktzone, wobei die Kontaktzone eine
besonders hohe Magnesiumkonzentration aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während der ersten Zeitspanne der bereitgestellte erste Aluminiumanteil
kontinuierlich erhöht und anschließend kontinuierlich
verringert. Beispielsweise steigt im p-leitenden Bereich, insbesondere in der Barrierezone, der Aluminiumanteil entlang der Wachstumsrichtung kontinuierlich an, bis dieser einen Maximalwert erreicht, und fällt anschließend kontinuierlich ab. Vorteilhafterweise ändert sich somit die Bandlücke im p- leitenden Bereich entlang der Wachstumsrichtung nicht schlagartig, sodass der p-leitende Bereich einen besonders geringen elektrischen Widerstand aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist während des ersten Zeitraums eine Wachstumsrate des Halbleiterkörpers höher als während des zweiten Zeitraums. Beispielsweise beträgt die Wachstumsrate während des ersten Zeitraums zumindest 15 nm/min. Insbesondere beträgt die Wachstumsrate während des zweiten Zeitraums maximal 4 nm/min. Vorteilhafterweise ermöglicht eine besonders geringe Wachstumsrate während des zweiten Zeitraums eine besonders hohe Magnesiumkonzentration innerhalb der Kontaktzone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktzone nominell frei von Aluminium. Beispielsweise wird während des zweiten Zeitraums kein Aluminium bereitgestellt.
Vorteilhaferweise ermöglicht eine Kontaktzone, die nominell frei von Aluminium ist, eine besonders hohe
Magnesiumkonzentration innerhalb der Kontaktzone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden während des ersten Zeitraums ein Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und ein Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem ersten Verhältnis bereitgestellt.
Während des zweiten Zeitraums werden das Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und das Halbleitermaterial aus der dritten Hauptgruppe in einem zweiten Verhältnis
bereitgestellt. Dabei ist das erste Verhältnis kleiner als das zweite Verhältnis. Beispielsweise wird Stickstoff (N) in Form von Ammoniak (NH3) und Gallium in Form von Trimethylgallium, (Ga (01^3)3) bereitgestellt. Insbesondere beträgt das Stickstoff-zu-Gallium-Verhältnis, mit dem
Stickstoff und Gallium während des ersten Zeitraums
bereitgestellt werden, maximal 500:1. Insbesondere beträgt das Stickstoff-zu-Gallium-Verhältnis, mit dem Stickstoff und Gallium während des zweiten Zeitraums bereitgestellt werden, zumindest 5000:1.
Insbesondere weist der Halbleiterkörper innerhalb der
Barrierezone eine geringere Stickstoffkonzentration als in der Kontaktzone auf. Weiter kann der Halbleiterkörper
innerhalb der Barrierezone eine größere Galliumkonzentration als in der Kontaktzone aufweisen. Vorteilhafterweise
ermöglicht dies während des Wachstums der Barrierezone, eine besonders große Menge von Magnesiumatomen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers anzulagern. Weiter ermöglicht dies während des Wachstums der Kontaktzone, eine besonders große Menge von Magnesiumatomen in den Halbleiterkörper einzubauen. Es wird des Weiteren ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebener Halbleiterkörper
hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für den
Halbleiterkörper offenbarten Merkmale sind auch für das
Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden während des ersten Zeitraums ein Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und ein Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem ersten Verhältnis bereitgestellt.
Während des zweiten Zeitraums werden das Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und das Halbleitermaterial aus der dritten Hauptgruppe in einem zweiten Verhältnis bereitgestellt. Dabei ist das erste Verhältnis kleiner als das zweite Verhältnis. Beispielsweise wird Stickstoff (N) in Form von Ammoniak (NH3) und Gallium in Form von
Trimethylgallium (Ga (01^3)3) bereitgestellt. Insbesondere beträgt das Stickstoff-zu-Gallium-Verhältnis, mit dem
Stickstoff und Gallium während des ersten Zeitraums
bereitgestellt werden, maximal 500:1. Insbesondere beträgt das Stickstoff-zu-Gallium-Verhältnis, mit dem Stickstoff und Gallium während des zweiten Zeitraums bereitgestellt werden, zumindest 5000:1.
Mit einem solchen Verfahren kann insbesondere ein
Halbleiterkörper basierend auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial hergestellt werden, der einen p-leitenden Bereich mit einer Barrierezone und einer Kontaktzone aufweist, wobei die Barrierzone ein
Halbleitermaterial der fünften Hauptgruppe und ein
Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem ersten Verhältnis aufweist und die Kontaktzone ein
Halbleitermaterial der fünften Hauptgruppe und ein
Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem zweiten Verhältnis aufweist. Dabei ist das erste Verhältnis
insbesondere kleiner als das zweite Verhältnis. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des Halbleiterkörpers und des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterkörpers ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen .
Es zeigt: Die Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Halbleiterkörpers . Die Figur 2 einen Graphen, in welchem die bereitgestellten Anteile von Magnesium und Aluminium während eines ersten Zeitraums und eines zweiten Zeitraums eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterkörpers dargestellt sind.
Die Figur 3 einen Graphen, in welchem die Konzentrationen von Aluminium und Magnesium entlang der Wachstumsrichtung in der Kontaktzone und in der Barrierezone eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Halbleiterkörpers dargestellt sind.
Die Figur 4 einen Graphen, in welchem die minimale Energie des Leitungsbandes, die maximale Energie des Valenzbandes und das Ferminiveau entlang der Wachstumsrichtung in der
Barrierezone und in der Kontaktzone eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Halbleiterkörpers dargestellt sind.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Halbleiterkörpers 10. Der Halbleiterkörper 10 ist auf einem Aufwachssubstrat 500 angeordnet. Insbesondere ist der
Halbleiterkörper 10 auf dem Aufwachsubstrat 500 hergestellt. Der Halbleiterkörper 10 basiert auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial und umfasst einen p- leitenden Bereich 100, einen n-leitenden Bereich 200 und einen aktiven Bereich 300. Der aktive Bereich 300 ist in Wachstumsrichtung X zwischen dem n-leitenden Bereich 200 und dem p-leitenden Bereich 100 angeordnet. Insbesondere sind der p-leitende Bereich 100, der n-leitende Bereich 200 und der aktive Bereich 300 mittels eines Epitaxieverfahrens
hergestellt. Der n-leitende Bereich 200, der aktive Bereich 300 und der p-leitende Bereich 100 sind Stoffschlüssig mechanisch fest miteinander verbunden. Der p-leitende Bereich 100 ist auf einer dem Aufwachssubstrat 500 abgewandten Seite des aktiven Bereichs 300 angeordnet.
Der p-leitende Bereich 100 weist eine Barrierezone 110 und eine Kontaktzone 120 auf. Dabei weist die Barrierezone 110 eine erste Magnesiumkonzentration M110 und eine erste
Aluminiumkonzentration A110 auf. Die Kontaktzone 120 weist eine zweite Magnesiumkonzentration M120 und eine zweite
Aluminiumkonzentration A120 auf. Die erste
Aluminiumkonzentration A110 ist größer als die zweite
Aluminiumkonzentration A120. Die erste Magnesiumkonzentration M110 ist kleiner als die zweite Magnesiumkonzentration M120. Die erste Magnesiumkonzentration M110 beträgt beispielsweise maximal 2 x 1019 Atome/cm-^. Insbesondere beträgt die zweite Magnesiumkonzentration M120 zumindest 0,5 x 10^-9 Atome/cm-^, insbesondere zumindest 1 x 10^0 Atome/cm-^. Die erste
Aluminiumkonzentration A110 beträgt beispielsweise zumindest 4 , 4 x 1020 Atome/cm-^. Insbesondere beträgt die zweite
Aluminiumkonzentration A120 maximal 4,4 x 1018 Atome/cm-^.
Die Kontaktzone bildet eine nach außen freiliegende Fläche 10a des Halbleiterkörpers 10 und die Barrierezone 110 grenzt an die Kontaktzone 120 an. Insbesondere bildet die
Kontaktzone eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers 10. In Wachstumsrichtung X weist die Kontaktzone eine Dicke von zumindest einschließlich 0,5 nm und maximal einschließlich 100 nm auf. Insbesondere ist die Kontaktzone 120 nominell frei von Aluminium.
Die Figur 2 zeigt einen Graphen, in welchem bereitgestellte Aluminiumanteile und Magnesiumanteile während der
epitaktischen Herstellung des Halbleiterkörpers 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels dargestellt sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterkörpers 10 basierend auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial , wird ein p-leitender Bereich 100 mit zumindest einer Barrierezone 110 und einer Kontaktzone 120 epitaktisch gewachsen. Die Barrierezone 110 wird während eines ersten Zeitraums Tl gewachsen und die Kontaktzone 120 wird während eines zweiten Zeitraums T2 gewachsen. Der zweite Zeitraum T2 folgt dem ersten Zeitraum Tl chronologisch. Während des ersten Zeitraums Tl wird ein erster Aluminiumanteil TIA bereitgestellt. Während des zweiten Zeitraums wird ein zweiter Aluminiumanteil T2A bereitgestellt. Dabei ist der erste Aluminiumanteil TIA größer als der zweite Aluminiumanteil T2A.
Der erste Aluminiumanteil TIA und der zweite Aluminiumanteil T2A werden beispielsweise mittels unterschiedlicher
Flussraten eines aluminiumhaltigen Gases bereitgestellt. Beispielsweise werden der erste und der zweite
Aluminiumanteil zusammen mit Wasserstoff oder Stickstoff als Trägergas bereitgestellt. Beispielsweise wird während des ersten Zeitraums Tl das aluminiumhaltige Gas mit einer
Flussrate von zumindest 400 sccm bereitgestellt. Weiter wird während des zweiten Zeitraums T2 der zweite Aluminiumanteil T2A mit einer Flussrate von maximal 50 sccm bereitgestellt.
Während des ersten Zeitraums Tl wird ein erster
Magnesiumanteil TIM bereitgestellt und während des zweiten Zeitraums T2 wird ein zweiter Magnesiumanteil T2M
bereitgestellt. Während des ersten Zeitraums Tl wird die Barrierezone 110 mit einer ersten Magnesiumkonzentration M110 gewachsen. Während des zweiten Zeitraums T2 wird die
Kontaktzone 120 mit einer zweiten Magnesiumkonzentration M120 gewachsen. Beispielsweise wird während des ersten und/oder zweiten Zeitraums Tl ein magnesiumhaltiges Gas mit einer Flussrate von zwischen einschließlich 50 sccm und 500 sccm bereitgestellt .
Der erste Magnesiumanteil TIM ist zumindest genauso groß wie der zweite Magnesiumanteil T2M. Insbesondere sind der erste Magnesiumanteil TIM und der zweite Magnesiumanteil T2M gleich groß. Die Magnesiumanteile sind in diesem Graphen nicht zwangsläufig relativ zu den Aluminiumanteilen dargestellt.
Insbesondere ist während des ersten Zeitraums Tl die
Wachstumsrate des Halbleiterkörpers 10 höher als während des zweiten Zeitraums T2. Weiter kann während des ersten
Zeitraums Tl ein Halbleitermaterial aus der fünften
Hauptgruppe und ein Halbleitermaterial aus der dritten
Hauptgruppe in einem ersten Verhältnis Rl bereitgestellt werden. Das erste Verhältnis Rl beschreibt dabei den Anteil des bereitgestellten Halbleitermaterials aus der fünften Hauptgruppe relativ zu dem Anteil des bereitgestellten
Halbleitermaterials aus der dritten Hauptgruppe während des ersten Zeitraums Tl. Beispielsweise wird während des ersten Zeitraums Stickstoff und Gallium in einem ersten Verhältnis Rl bereitgestellt. Während des zweiten Zeitraums T2 werden das Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und das Halbleitermaterial aus der dritten Hauptgruppe in einem zweiten Verhältnis R2 bereitgestellt. Das zweite Verhältnis R2 beschreibt dabei den Anteil des bereitgestellten
Halbleitermaterials aus der fünften Hauptgruppe relativ zu dem Anteil des bereitgestellten Halbleitermaterials aus der dritten Hauptgruppe während des zweiten Zeitraums T2.
Insbesondere werden Stickstoff und Gallium in einem zweiten Verhältnis R2 bereitgestellt. Dabei ist das erste Verhältnis Rl kleiner als das zweite Verhältnis R2. Mit anderen Worten wird während des ersten Zeitraums Tl relativ zu der
bereitgestellten Menge Gallium eine geringere Menge
Stickstoff bereitgestellt als während des zweiten Zeitraums. Beispielsweise beträgt das Stickstoff-zu-Gallium-Verhältnis, welches während dem ersten Zeitraum Tl bereitgestellt wird, 500:1 und während des zweiten Zeitraums T2 5000:1.
Die Figur 3 zeigt einen Graphen, in welchem die Aluminium- und Magnesiumkonzentration C entlang der Wachstumsrichtung X in der Barrierezone 110 und der Kontaktzone 120 gemäß eines Ausführungsbeispiels dargestellt sind. Die erste
Aluminiumkonzentration AHO der Barrierezone 110 ist größer als die zweite Aluminiumkonzentration A120 der Kontaktzone 120. Weiter ist die erste Magnesiumkonzentration M110 der Barrierezone kleiner als die zweite Magnesiumkonzentration M120 der Kontaktzone 120. Insbesondere dient die Barrierezone als Diffusionssperre für die Magnesiumatome in der Kontaktzone 120, sodass das Magnesium in der Kontaktzone 120 nicht in Richtung der Barrierezone 110 innerhalb des p- leitenden Bereichs 100 diffundiert. Die Figur 4 zeigt einen Graphen, in welchem die
Energiezustände E entlang der Wachstumsrichtung X des
Halbleiterkörpers 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels dargestellt sind. Das Halbleitermaterial weist einen
niedrigsten Energiezustand des Leitungsbandes CB auf, welcher entlang der Wachstumsrichtung X variiert. Weiter weist der Halbleiterkörper 10 einen höchsten Energiezustand des
Valenzbandes VB auf, welcher entlang der Wachstumsrichtung X des Halbleiterkörpers 10 variiert. In einem Bereich, welcher energetisch zwischen dem niedrigsten Energiezustand des Leitungsbandes CB und dem höchsten Energiezustand des
Valenzbandes VB liegt, verläuft das Ferminiveau EF des
Halbleiterkörpers 10. In der Barrierezone 110 weist der
Halbleiterkörper 10 eine größere Bandlücke zwischen dem niedrigsten Energiezustand des Leitungsbandes CB und dem höchsten Energiezustand des Valenzbandes VB als in der
Kontaktzone 120 auf. Insbesondere ist der Kontaktwiderstand zwischen der Kontaktzone 120 und einer auf der Kontaktzone 120 angeordneten Metallisierung geringer als der
Kontaktwiderstand zwischen einer Metallisierung und der
Barrierezone 110.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102017120302.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
10 Halbleiterkörper
100 p-leitender Bereich
110 Barrierezone
120 Kontaktzone
300 aktiver Bereich
200 n-leitender Bereich
500 Aufwachssubstrat
E Energiezustände
F bereitgestellter Anteil eines Materials
T Zeit
Tl erster Zeitraum
T2 zweiter Zeitraum
C Konzentration eines Materials im Halbleiterkörper
X Wachstumsrichtung
CB minimale Energie im Leitungsband
VB maximale Energie im Valenzband
EF Fermienergie
TIM erster Magnesiumanteil
T2M zweiter Magnesiumanteil
TIA erster Aluminiumanteil
T2A zweiter Aluminiumanteil
M110 erste Magnesiumkonzentration
M120 zweite Magnesiumkonzentration
AHO erste Aluminiumkonzentration
A120 zweite Aluminiumkonzentration
Rl erstes Verhältnis
R2 zweites Verhältnis

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterkörper (10) basierend auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial mit einem p- leitenden Bereich (100), bei dem
- der p-leitende Bereich (100) zumindest eine
Barrierezone (110) und eine Kontaktzone (120) aufweist, wobei
- die Barrierezone (110) eine erste
Magnesiumkonzentration (M110) und eine erste
Aluminiumkonzentration (AHO) aufweist,
- die Kontaktzone (120) eine zweite
Magnesiumkonzentration (M120) und eine zweite
Aluminiumkonzentration (A120) aufweist,
- die erste Aluminiumkonzentration (AHO) größer als die zweite Aluminiumkonzentration (A120) ist,
- die erste Magnesiumkonzentration (M110) kleiner als die zweite Magnesiumkonzentration (M120) ist,
- die Kontaktzone (120) eine nach außen freiliegende Fläche (10a) des Halbleiterkörpers (10) bildet, und
- die Barrierezone (110) an die Kontaktzone (120) angrenzt .
2. Halbleiterkörper (10) basierend auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial mit einem p- leitenden Bereich (100), bei dem
- der p-leitende Bereich (100) eine Barrierezone (110) und eine Kontaktzone (120) aufweist, wobei
- die Barrierezone (110) ein Halbleitermaterial der fünften Hauptgruppe und ein Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem ersten Verhältnis (Rl) aufweist,
- die Kontaktzone (120) ein Halbleitermaterial der fünften Hauptgruppe und ein Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem zweiten Verhältnis (R2) aufweist, wobei
- das erste Verhältnis (Rl) kleiner als das zweite Verhältnis (R2) ist.
Halbleiterkörper (10) nach dem vorherigen Anspruch, be dem
die Barrierezone (110) eine erste
Magnesiumkonzentration (M110) aufweist und die
Kontaktzone (120) eine zweite Magnesiumkonzentration (M120) aufweist.
Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zweite Magnesiumkonzentration (M120) zumindest 0,5 x lO1^ Atome/cm-^ beträgt.
Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kontaktzone (120) senkrecht zu ihrer
Haupterstreckungsebene eine Dicke von zumindest einschließlich 0,5 nm und maximal einschließlich 100 n: aufweist .
Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (10) in der Barrierezone
(110) eine größere Bandlücke als in der Kontaktzone
(120) aufweist.
Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Aluminiumkonzentration (AHO) zwischen einschließlich 4,4 x 1019 Atome/cm3 und 1,8 x 1022 Atome/cm3 beträgt.
8. Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kontaktzone (120) nominell frei von
Aluminium ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers (10) basierend auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial , wobei
- ein p-leitender Bereich (100) mit zumindest einer Barrierezone (110) und einer Kontaktzone (120)
epitaktisch gewachsen wird,
- die Barrierezone (110) während eines ersten Zeitraums (Tl) gewachsen wird und die Kontaktzone (120) während eines zweiten Zeitraums (T2) gewachsen wird,
- der zweite Zeitraum (T2) dem ersten Zeitraum (Tl) chronologisch folgt, und
- während des ersten Zeitraums (Tl) ein erster
Aluminiumanteil (TIA) bereitgestellt wird und während des zweiten Zeitraums (T2) ein zweiter Aluminiumanteil (T2A) bereitgestellt wird, wobei der erste
Aluminiumanteil (Tl) größer als der zweite
Aluminiumanteil (T2A) ist.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- während des ersten Zeitraums (Tl) ein erster
Magnesiumanteil (TIM) bereitgestellt und während des zweiten Zeitraums (T2) ein zweiter Magnesiumanteil (T2M) bereitgestellt wird,
- während des ersten Zeitraums (Tl) die Barrierezone (110) mit einer ersten Magnesiumkonzentration (M110) gewachsen wird,
- während des zweiten Zeitraums (T2) die Kontaktzone (120) mit einer zweiten Magnesiumkonzentration (M120) gewachsen wird, und - die zweite Magnesiumkonzentration (M120) größer als die erste Magnesiumkonzentration (M110) ist.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei der erste Magnesiumanteil (TIM) zumindest genau so groß wie der zweite Magnesiumanteil (T2M) ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei während des ersten Zeitraums (Tl) eine größere Menge Magnesium an einer einem Aufwachssubstrat (5) abgewandten Oberfläche (10a) des Halbleiterkörpers (10) angelagert ist als während des zweiten Zeitraums (T2) .
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei während des ersten Zeitraums (Tl) der
bereitgestellte erste Aluminiumanteil (TIA)
kontinuierlich erhöht und anschließend kontinuierlich verringert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei während des ersten Zeitraums (Tl) eine
Wachstumsrate des Halbleiterkörpers (10) höher ist als während des zweiten Zeitraumes (T2) .
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Kontaktzone nominell frei von Aluminium ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- während des ersten Zeitraums (Tl) ein
Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und ein Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem ersten Verhältnis (Rl) bereitgestellt wird,
- während des zweiten Zeitraums (T2) das Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und das Halbleitermaterial aus der dritten Hauptgruppe in einem zweiten Verhältnis (R2) bereitgestellt werden, wobei
- das erste Verhältnis (Rl) kleiner als das zweite Verhältnis (R2) ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers (10) basierend auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial , wobei
- ein p-leitender Bereich (100) mit zumindest einer Barrierezone (110) und einer Kontaktzone (120)
epitaktisch gewachsen wird,
- die Barrierezone (110) während eines ersten Zeitraums (Tl) gewachsen wird und die Kontaktzone (120) während eines zweiten Zeitraums (T2) gewachsen wird,
- der zweite Zeitraum (T2) dem ersten Zeitraum (Tl) chronologisch folgt, und
- während des ersten Zeitraums (Tl) ein
Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und ein Halbleitermaterial der dritten Hauptgruppe in einem ersten Verhältnis (Rl) bereitgestellt wird,
- während des zweiten Zeitraums (T2) das
Halbleitermaterial aus der fünften Hauptgruppe und das Halbleitermaterial aus der dritten Hauptgruppe in einem zweiten Verhältnis (R2) bereitgestellt werden, wobei
- das erste Verhältnis (Rl) kleiner als das zweite Verhältnis (R2) ist.
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