特許 7097360 放射線放出半導体ボディ、および半導体積層体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-29

(45)【発行日】2022-07-07

(54)【発明の名称】放射線放出半導体ボディ、および半導体積層体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/30 20100101AFI20220630BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20220630BHJP

   C23C 16/30 20060101ALI20220630BHJP

【ＦＩ】

H01L33/30

H01L21/205

C23C16/30

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2019528695

(86)(22)【出願日】2017-11-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-01-16

(86)【国際出願番号】 EP2017080035

(87)【国際公開番号】W WO2018099781

(87)【国際公開日】2018-06-07

【審査請求日】2019-05-28

(31)【優先権主張番号】102016123262.9

(32)【優先日】2016-12-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ－９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】トンキフ アレクサンドル

(72)【発明者】

【氏名】スタウス ペーター

【審査官】大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０７９６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０６０７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７７３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０９７９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２９９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２１８９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３５３６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５８８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２７０４３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－０４７９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１６７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／００ － １６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体積層体（２）を有する放射線放出半導体ボディ（１）であって、
前記半導体積層体（２）が、放射線を生成するために設けられた活性領域（２０）と、ｎ導電性半導体層（２１）と、ｐ導電性半導体層（２２）とを含み、
前記活性領域が前記ｎ導電性半導体層と前記ｐ導電性半導体層との垂直方向の間に配置され、
前記ｐ導電性半導体層が、第１のドーパントを有する第１のドーピング領域（２２１）と、前記第１のドーパントとは異なる第２のドーパントを有する第２のドーピング領域（２２２）とを含み、
前記ｐ導電性半導体層が、さらなるドーピング領域（２２５）を含み、前記さらなるドーピング領域（２２５）は、前記第１のドーパントでドープされ、厚さが２ｎｍ以下であり、
前記第１のドーピング領域（２２１）と前記さらなるドーピング領域（２２５）は垂直方向に互いに空間的に分離され、前記第２のドーピング領域（２２２）の一部が前記第１のドーピング領域（２２１）と前記さらなるドーピング領域（２２５）との間に配置されている、放射線放出半導体ボディ。

【請求項2】

前記第１のドーピング領域の厚さが２ｎｍ以下である、請求項１に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項3】

前記第１のドーパントおよび前記第２のドーパントが、それぞれｐドーピングをもたらす、請求項１または２に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項4】

前記放射線放出半導体ボディがＩＩＩ－Ｖ化合物半導体材料をベースとする、請求項１～３のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項5】

前記第１のドーパントがＶ族格子点に組み込まれている、請求項４に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項6】

前記第１のドーパントが炭素である、請求項１～５のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項7】

前記第２のドーパントがＩＩＩ族格子点に組み込まれている、請求項６に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項8】

前記第１のドーピング領域が、前記活性領域と前記第２のドーピング領域との間に配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項9】

前記第１のドーピング領域と前記第２のドーピング領域とが直接互いに隣接している、請求項１～８のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項10】

前記第１のドーピング領域が電子に対する電荷キャリアバリアを形成する、請求項１～９のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項11】

前記第１のドーピング領域（２２１）と前記さらなるドーピング領域（２２５）との間の垂直方向の距離が、５ｎｍ以下である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項12】

前記ｐ導電性半導体層は、１つのみの第１のドーピング領域（２２１）と１つのみのさらなるドーピング領域（２２５）とを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項13】

前記第１のドーピング領域（２２１）の厚さは、単原子層以上５原子層以下である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディ。

【請求項14】

ａ）基板（５）を提供する工程と、
ｂ）放射線を生成するために設けられた活性領域（２０）と、ｎ導電性半導体層（２１）と、ｐ導電性半導体層（２２）とを含む半導体積層体（２）を成長させる工程と
を含み、
前記活性領域が前記ｎ導電性半導体層と前記ｐ導電性半導体層との垂直方向の間に配置され、
前記ｐ導電性半導体層が、第１のドーパントを有する第１のドーピング領域（２２１）と、前記第１のドーパントとは異なる第２のドーパントを有する第２のドーピング領域（２２２）とを含み、
前記ｐ導電性半導体層が、さらなるドーピング領域（２２５）を含み、前記さらなるドーピング領域（２２５）は、前記第１のドーパントでドープされ、厚さが２ｎｍ以下であり、
前記第１のドーピング領域（２２１）と前記さらなるドーピング領域（２２５）は垂直方向に互いに空間的に分離され、前記第２のドーピング領域（２２２）の一部が前記第１のドーピング領域（２２１）と前記さらなるドーピング領域（２２５）との間に配置されている、半導体積層体の製造方法。

【請求項15】

前記第１のドーピング領域を６００℃以下の温度で堆積させる、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記半導体積層体がＩＩＩ－Ｖ化合物半導体材料をベースとし、
前記第１のドーピング領域を形成するために、ＩＩＩ族原子およびＶ族原子を含むガスが少なくとも一時的に供給されない条件で、前記第１のドーパントを含むガスのみを供給する、請求項１４または１５に記載の方法。

【請求項17】

請求項１～１３のいずれか一項に記載の放射線放出半導体ボディを製造するための、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、放射線放出半導体ボディ、および半導体積層体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

可視スペクトル領域の発光ダイオード等の放射線放出半導体部品においては、リーク電流によってこれら半導体部品の効率が損なわれる可能性がある。この主な原因の１つは、ポテンシャルバリアが低すぎるときに、放射線を生成するために設けられた活性領域とｐ導電性領域との間の領域の電子がｐ導電性領域に侵入し、そこで放射することなく再結合することである。このような効果は、動作温度の上昇とともに増大する。

【0003】

活性領域の材料と比較して大きなバンドギャップを有する半導体材料の使用では、一部の電子しかｐ導電性領域への侵入から遠ざけておくことができない。加えて、ＡｌＩｎＧａＰのような材料系では、ｐ導電性領域に対してＩＩＩ族元素の割合を適合させることによってさらに高いバンドギャップ、したがって十分に高いポテンシャルバリアを達成することは、もはや不可能であることが多い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の課題は、高効率を特徴とする半導体ボディを提供することである。本発明のさらなる課題は、半導体積層体、特に上記半導体ボディ用の半導体積層体、を効率的かつ確実に製造するための方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題は、とりわけ、特許請求の範囲の独立項に係る半導体ボディまたは方法によって達成される。さらなる態様および利点は、従属項の主題である。

【0006】

半導体積層体を有する放射線放出半導体ボディを提供する。半導体積層体を、例えばＭＯＣＶＤによって、特にエピタキシャルに堆積させる。

【0007】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、半導体積層体は、放射線を生成するために設けられた活性領域と、ｎ導電性半導体層と、ｐ導電性半導体層とを含む。活性領域は、特にｎ導電性半導体層とｐ導電性半導体層との間に配置される。活性領域、ｎ導電性半導体層、およびｐ導電性半導体層は、それぞれが１または複数の層で形成されてもよい。例えば、活性領域は、量子構造を含む。

【0008】

本出願の文脈において量子構造という用語は、特に、その電荷キャリアが閉じ込めによってエネルギー状態の量子化を経験することができる任意の構造を含む。特に、量子構造という用語は、量子化の次元に関するいかなる規定も含まない。したがって、量子構造は、とりわけ、量子井戸、量子細線、量子ロッド、および量子ドット、ならびにこれらの構造の任意の組合せを含む。

【0009】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、ｐ導電性半導体層は、第１のドーパントを有する第１のドーピング領域を含む。第１のドーピング領域の厚さ、すなわち、半導体積層体の半導体層の主延在面に対して垂直な方向の第１のドーピング領域の範囲は、例えば、ｐ導電性半導体層の全体の厚さよりも小さい。例えば、第１のドーピング領域の厚さは、ｐ導電性半導体層の厚さの５％以下である。

【0010】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、ｐ導電性半導体層は、第１のドーパントとは異なる第２のドーパントを有する第２のドーピング領域を含む。第２のドーピング領域の厚さは、例えば、第１のドーピング領域の厚さよりも大きい。例えば、第２のドーピング領域の厚さは、第１のドーピング領域の厚さの少なくとも５倍または少なくとも１０倍である。

【0011】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様において、半導体ボディは、放射線を生成するために設けられた活性領域と、ｎ導電性半導体層と、ｐ導電性半導体層とを含む半導体積層体を含む。活性領域は、ｎ導電性半導体層とｐ導電性半導体層との間に配置され、ｐ導電性半導体層は第１のドーパントを有する第１のドーピング領域と、第１のドーパントとは異なる第２のドーパントを有する第２のドーピング領域とを含む。

【0012】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、第１のドーピング領域の厚さは、５ｎｍ以下、例えば２ｎｍ以下である。例として、第１のドーピング領域の厚さは、単原子層以上５原子層以下である。特に、第１のドーピング領域は、ドーピングの高い、例えば、第１のドーピング領域の少なくとも一方の側に隣接する半導体材料の少なくとも２倍である、ｐ導電性半導体層の領域を形成する。

【0013】

特に、第１のドーピング領域の両側に隣接する半導体材料は、第１のドーパントを含まない、または第１のドーパントを実質的に含まない。本文脈において、「実質的に含まない」とは、隣接する半導体材料の、特に第２のドーピング領域における第１のドーパントの濃度が、第１のドーピング領域における値の１０％以下であることを意味する。

【0014】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、第１のドーパントおよび第２のドーパントは、それぞれがｐ型ドーピングをもたらす。したがって、第１のドーパントと第２のドーパントは、材料に関しては互いに異なるが、どちらもｐドーピングをもたらすものである。言いかえれば、第１のドーパントおよび第２のドーパントは、両方ともアクセプタとして作用する。

【0015】

第１のドーパントおよび第２のドーパントは、例えば、垂直方向に互いに空間的に分離され、その結果、第１のドーピング領域は（第２のドーパントの周辺部拡散を除けば）第１のドーパントのみを含有し、第２のドーピング領域は（第１のドーパントの周辺部拡散を除けば）第２のドーパントのみを含有する。

【0016】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、半導体ボディは、ＩＩＩ－Ｖ化合物半導体材料をベースとする。特に、半導体ボディは、化合物半導体材料系Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｐ_ｚＡｓ_１－ｚをベースとし、但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、および０≦ｚ≦１である。この材料系は、赤色から黄色を超えて緑色のスペクトル領域までの波長を有する放射線の生成に特に適している。本文脈において、「ベースとする」とは、半導体ボディの少なくとも１つの層、例えば半導体ボディのすべての層、が特定の材料を含むか、またはそのような材料からなることを意味する。この場合、この材料は、必ずしも、上記式で表される組成と数学的に一致する組成を有する必要はない。むしろ、この材料は、例えば、１種または複数種のドーパントおよび追加の成分を有することができる。しかしながら、上記の式は、単純化のために、結晶格子に必須の構成要素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ）のみを含むが、これらは少量のさらなる物質で部分的に置換および／または補足されてもよい。

【0017】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、第１のドーパントは、Ｖ族格子点に組み込まれる。例えば、第１のドーパントは、ＩＶ族元素であり、その結果、第１のドーパントは、アクセプタとして作用する。

【0018】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、第１のドーパントは、炭素である。炭素は、半導体ボディ内での拡散が非常に小さいことを特徴とし、その結果、第１のドーピング領域のドーピング濃度を高くすると同時に、その厚さを薄くすることが可能であることが判明した。例えば、炭素によって、１×１０^１９ｃｍ^－３以上のドーピング濃度を達成することができる。これとは対照的に、通常のｐ型ドーパントであるマグネシウムや亜鉛で達成される濃度は、典型的には、５×１０^１８ｃｍ^－３以下である。

【0019】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、第２のドーパントは、ＩＩＩ族格子点に組み込まれる。例えば、第２のドーパントは、マグネシウムまたは亜鉛などのＩＩ族元素である。

【0020】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、第１のドーピング領域は、活性領域と第２のドーピング領域との間に配置される。第１のドーピング領域によって、半導体ボディの動作中に、第２のドーピング領域への電子の侵入を抑制または少なくとも低減することができる。例えば、第１のドーピング領域は、活性領域に直接隣接している。１つまたは複数の量子層を有する活性領域の場合、第１のドーピング領域は、最も近い量子層に直接隣接していてもよいし、または最も近い量子層から離間していてもよい。

【0021】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、第１のドーピング領域と第２のドーピング領域とは、互いに直接隣接している。特に、第１のドーピング領域と第２のドーピング領域とは、垂直方向に上下に配置されている。

【0022】

例えば、第１のドーピング領域および第２のドーピング領域は、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素に関して実質的に同じ組成を有する。言いかえれば、第１のドーピング領域および第２のドーピング領域は、それぞれの領域に導入されたドーパントによって実質的に異なる。例えば、第１のドーピング領域中のＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）のパーセンテージには、第２のドーピング領域中のそれぞれのパーセンテージに対して、５％ポイント以下の差がある。Ａｌ含有量については、一例においては｜ｘ_１－ｘ_２｜≦０．０５であり、ここでｘ_１は第１のドーピング領域のＡｌ含有量であり、ｘ_２は第２のドーピング領域のＡｌ含有量である。これは、残りのＩＩＩ族元素、特にＩｎ含有量ｙにも同様に当てはまる。

【0023】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、第１のドーピング領域は、電子に対する電荷キャリアバリアを形成する。垂直方向に空間的に画定されており、それと同時に高いドーピング濃度は、第１のドーピング領域において効率的な電荷バリアを達成可能であることが判明した。特に、従来の電荷キャリアバリアとは対照的に、この電荷キャリアバリアは、半導体材料のＩＩＩ族元素を変えることによって得ることはできず、ドーピング濃度が比較的高い場合にのみ、または主としてこのような場合に達成される。

【0024】

放射線放出半導体ボディの少なくとも１つの態様によると、ｐ導電性半導体層は、第１のドーパントでドープされた、さらなる第１のドーピング領域を含む。さらなる第１のドーピング領域は、特に第１のドーピング領域に関連して述べた特徴のうちの１種または複数種を有することができる。例えば、さらなる第１のドーピング領域の厚さは、２ｎｍ以下である。第１のドーピング領域およびさらなる第１のドーピング領域は、垂直方向に互いに離間している。第１のドーピング領域とさらなる第１のドーピング領域との間の距離は、例えば、５ｎｍ以下である。ｐ導電性半導体層は、複数の第１のドーピング領域を含んでいてもよい。

【0025】

さらに、半導体積層体の製造方法を提供する。

【0026】

本方法の一態様によると、基板を提供し、そして光線を生成するために設けられた活性領域と、ｎ導電性半導体層と、ｐ導電性半導体層とを含む半導体積層体を成長させる。活性領域は、ｎ導電性半導体層とｐ導電性半導体層との間に配置され、ｐ導電性半導体層は、第１のドーパントを有する第１のドーピング領域、および第１のドーパントとは異なる第２のドーパントを有する第２のドーピング領域を含む。

【0027】

特に、名目上は、第１のドーパントは第１のドーピング領域にのみ提供され、第２のドーパントは第２のドーピング領域にのみ提供される。

【0028】

本方法の少なくとも１つの態様によると、第１のドーピング領域を、６００℃以下、特に５８０℃以下の温度で成長させる。

【0029】

これまでの文献によれば、炭素では効率的なｐドーピングは達成できないと考えられてきた。しかしながら、上記温度より低い温度、例えば５６０℃または５４０℃では、第１のドーパント、特に第１のドーパントとしての炭素、の導入が効率的に実施可能であることが判明した。これとは対照的に、ＡｌＩｎＧａＰに用いる７００℃などの従来の成長温度では、炭素の効率的な組み込みは達成されない。

【0030】

第２のドーピング領域の堆積のための成長温度は、例えば７００℃まで上昇させることができる。

【0031】

さらに、活性領域の堆積も、第１のドーピング領域の堆積よりも高い温度で行うことができる。したがって、第１のドーピング領域の形成のための成長温度の低下が、活性領域の堆積と第２のドーピング領域の堆積との間で一時的に起こり得る。

【0032】

半導体積層体は、特にＩＩＩ－Ｖ化合物半導体材料、例えばＡｌＩｎＧａＡｓＰをベースとする。

【0033】

本方法の少なくとも１つの態様によると、第１のドーピング領域は、ＩＩＩ－Ｖ比の低い条件で形成される。この比の減少は、第１のドーパントの組み込み、特にＩＶ族格子点への組み込みの効率を向上させる。例えば、ＩＩＩ－Ｖ比は、活性領域および／または第２のドーピング領域を堆積させる条件に対して、少なくとも１０分の１である、または少なくとも１００分の１である。

【0034】

本方法の少なくとも１つの態様によると、第１のドーピング領域を形成するために、ＩＩＩ族原子およびＶ族原子を含むガスが少なくとも一時的に供給されない条件で、第１のドーパントを含むガスのみを供給する。こうすることで、第１のドーピング領域において特に高い第１のドーパントの濃度を達成することができる。

【0035】

第１のドーパントを効率的に組み込むために、上述した手段の２つ以上、例えば低い成長温度と低いＩＩＩ－Ｖ比、または低い成長温度と第１のドーパントを含むガスのみの供給を組み合わせることも可能である。

【0036】

ここに記載した方法は、上述した半導体ボディ用の半導体積層体を製造するのに特に好適である。したがって、半導体ボディに関連して列挙した特徴は、本方法にも使用することができ、その逆もまた同様である。

【0037】

さらなる態様および利点は、図面と共にしめす例示的な態様に関する以下の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1A】半導体ボディの例示的な態様の概略断面図である。

【図1B】成長方向Ｚに沿った伝導帯Ｅ_Ｃおよび価電子帯Ｅ_Ｖに関連付けられた、概略バンド端プロファイルを示す図である。

【図2】２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）測定によって得られた、侵入深さｄの関数としての炭素濃度（曲線６６）およびアルミニウム濃度（曲線６７）の測定結果を示す図である。

【図3】半導体ボディのエレクトロルミネセンスの相対強度Ｉ_ＲＥＬの測定結果（測定結果６１）、および４つの参照サンプルの関連参照結果６２を示す図である。

【図4】エレクトロルミネセンスの相対強度Ｉ_ＲＥＬの増加、相対外部量子効率ＥＱＥ_ＲＥＬの増加、および順方向バイアスの変化を、それぞれ印加された電流の関数として得た測定結果を示す図である。

【図5】半導体ボディの例示的な態様の概略断面図である。

【図6A】概略断面図に示される中間工程に基づく、半導体積層体の製造方法の例示的な態様を示す図である。

【図6B】概略断面図に示される中間工程に基づく、半導体積層体の製造方法の例示的な態様を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

図において、同一の、同様の、または同じ働きをする要素には、同じ参照符号を付与した。

【0040】

図は、いずれの場合も概略図であり、したがって、必ずしも縮尺通りではない。むしろ、明瞭にするために、比較的小さな要素および特に層厚は、誇張して大きく表す場合がある。

【0041】

図１Ａは、半導体ボディ１の例示的な態様を示す。半導体ボディは、半導体積層体２を含む。半導体積層体は、基板５、例えば半導体積層体２をエピタキシャル堆積させるための成長基板上に配置されている。

【0042】

半導体積層体２は、ｎ導電性半導体層２１とｐ導電性半導体層２２との間に配置された、放射線を生成するために設けられた活性領域２０を含む。半導体ボディによって形成された放射線放出部品、例えば発光ダイオード半導体チップは、ｎ導電性半導体層２１およびｐ導電性半導体層２２を電気的に接触させるために外部からアクセス可能な電気コンタクトを含むことが有利である。こうすることで、コンタクト間に外部電圧を印加することによって、電荷キャリアを両側から活性領域２０に注入し、この活性領域２０において放射線の放出下で再結合することができる。これらのコンタクトは、表現を簡略にするために明示的に示されていない。

【0043】

活性領域２０は、複数の量子層２０１およびそれらの間に配置されたバリア層２０２を有する量子構造を含む。図では、例として３つの量子層が示されている。しかしながら、活性領域は、１つのみもしくは２つの量子層、または４つ以上の量子層を含むこともできる。

【0044】

ｐ導電性半導体層２１は、第１のドーパントを有する第１のドーピング領域２２１を含む。例えば、第１のドーパントは、炭素である。炭素は、Ｖ族格子点に組み込まれることによってアクセプタとして作用する。

【0045】

ｐ導電性半導体層２２は、第１のドーパントとは異なる第２のドーパントを有する第２のドーピング領域２２２をさらに含む。例えば、第２のドーパントは、マグネシウムまたは亜鉛である。マグネシウムまたは亜鉛は、ＩＩＩ族格子点に組み込まれることによってｐドーピングをもたらす。

【0046】

以下の説明は、化合物半導体材料系Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｐ_ｚＡｓ_１－ｚをベースとする半導体積層体に基づいて行われる。上記式には、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、および０≦ｚ≦１が適用される。しかしながら、本方法は、他の化合物半導体材料系にも適用することができる。

【0047】

例えば、ヒ化ガリウムは、半導体積層体用の成長基板として好適である。特に、ｚ≧０．９、例えばｚ＝１のものを活性領域に適用する。

【0048】

しかしながら、代替として、別の半導体材料、特に異なるＩＩＩ－Ｖ化合物半導体材料を使用することもできる。

【0049】

第１のドーピング領域２２１の厚さは、第２のドーピング領域２２２と比べて比較的薄い。例えば、第２のドーピング領域は、第１のドーピング領域２２１の少なくとも５倍の厚さ、または少なくとも１０倍の厚さである。

【0050】

第１のドーピング領域２２１は、活性領域２０と第２のドーピング領域２２２との間に配置されている。特に、第１のドーピング領域２２１は、活性領域２０に直接隣接している。したがって、ｎ導電性半導体層２１から活性領域の方向に見た垂直方向（すなわち成長方向Ｚに平行であり、且つ半導体積層体の半導体層の主延在面に垂直な方向）において、第１のドーピング領域２２１は、半導体ボディ１の第１のｐ導電性半導体層である。

【0051】

堆積条件を適切に選択することによって、特に炭素でドープされた第１のドーピング領域２２１が製造可能であり、当該領域は、高い二次元面ドーピング濃度を特徴とし、垂直方向の厚さが小さいことが判明した。例えば、第１のドーピング領域２２１の厚さは、単層以上２ｎｍ以下である。

【0052】

特に、炭素ドーピングは、炭素原子が半導体ボディ内部で拡散しないか、または少なくともごくわずかな割合までしか拡散しないことを特徴とする。その結果、従来用いられているドーパントであるマグネシウムおよび亜鉛よりも高いドーピング濃度、特により高い面ドーピング濃度を達成することができる。炭素は、Ｖ族格子点に組み込まれ、したがってアクセプタとして作用する。

【0053】

ｐ導電性半導体層２２は、したがって２つのドーピング領域を有し、これらの領域のそれぞれにおいて、ｐ型ドーピングが行われる。第１のドーピング領域においては、第１のドーパントの組み込みがＶ族格子点で行われ、第２のドーピング領域２２２においては、第２のドーパントの組み込みがＩＩＩ族格子点で行われる。

【0054】

ここに示した例示的な態様では、ｐ導電性半導体層２２は、半導体ボディを垂直方向に画定するコンタクト層２２３をさらに含む。低リン含有量、例えば、ｚ≦０．１またはｚ＝０である半導体材料、例えばＡｌＧａＡｓ半導体層をこのコンタクト層に使用することができる。コンタクト層は、特に、半導体ボディに施されたコンタクト（明示的には示されていない）を介して半導体ボディの電気的接触を改善するのに役立つ。

【0055】

図１Ｂに示す伝導帯Ｅ_Ｃおよび価電子帯Ｅ_Ｖに対するバンド端プロファイルが示すように、第１のドーピング領域２２１によって電荷キャリアバリアが伝導帯に形成される。この電荷キャリアバリアは、電子が活性領域２０からｐ導電性半導体層２２へと通過するのを阻止する。その結果、電荷キャリアが活性領域内で放射するように再結合する確率が高まる。ＩＩＩ族成分に関しては、第１のドーピング領域２２１と、第１のドーピング領域に隣接する第２のドーピング領域２２２の材料とは、この目的のために異なる必要はない。

【0056】

図２に、炭素含有量（曲線６６）およびアルミニウム含有量（曲線６７）についてのＳＩＭＳ測定の測定結果を示す。後半のＡｌ含有量は比較的低いことから、アルミニウム含有量に基づいて活性領域の空間的位置を明確に見ることができる。曲線６６は、ＳＩＭＳ測定中に、高濃度且つ垂直方向の広がりの小さな炭素の混入が、侵入深さｄに沿って生じていることを示す。混入は、特にリンの割合の高い（例えばｚ≧０．９、ほぼｚ＝１のリン含有量を有する）半導体材料において起こる。これまでは、そのような半導体材料への炭素の混入は、効率的に行うことができないと考えられていた。

【0057】

第１のドーピング領域２２１のドーピング濃度は、例えば、１×１０^１９ｃｍ^－３以上、１×１０^２２ｃｍ^－３以下であり、図２に示す例示的な態様では、例えば、３．２７×１０^２１ｃｍ^－３である。２ｎｍの厚さに対しては、これは、２×１０^１２ｃｍ^－２以上、２×１０^１５ｃｍ^－２以下の面ドーピング濃度に相当し、具体例では、６．５４×１０^１４ｃｍ^－２である。

【0058】

図３は、ｎ＝４のサンプルにおける、このような半導体積層体のエレクトロルミネセンス測定の測定結果６１を示し、それぞれｎ＝１、２、３および５である４つのさらなるサンプルが参照結果６２を提供している。参照測定値に基づくサンプルは、それらが第１のドーピング領域２２１を有していないという点で異なる。したがって、測定値は、測定結果６１の強度が、対応する参照結果６２よりも１０％を超えて高いことを明らかにした。そのような半導体積層体から製造された半導体部品の場合、効率の向上は、図４を参照して以下で説明されるように、とりわけ動作電流にも依存する。

【0059】

図４に示す測定結果は、曲線７１としてエレクトロルミネセンスの相対強度の増加ΔＩ_ＲＥＬを示し、曲線７２として相対外部量子効率の増加ΔＥＱＥ_ＲＥＬを示し、曲線７３として順方向バイアスの変化ΔＶ_Ｆを示し、いずれの場合も印加電流の関数としての結果である。

【0060】

ΔＩ_ＲＥＬを決定するために、面積が１ｍｍ^２、発光波長が５９０ｎｍである２０００個のＬＥＤ半導体チップの測定値に対する平均化を行った。ここで参照サンプルは、試験サンプルとは対照的に、第１のドーピング領域を有していない。ΔＩ_ＲＥＬについては、ΔＩ_ＲＥＬ＝（Ｉ_Ｔ－Ｉ_Ｒ）／Ｉ_Ｒ＊１００％が適用され、ここでＩ_Ｔは、試験サンプルのエレクトロルミネセンスの平均強度であり、Ｉ_Ｒは、参照サンプルのエレクトロルミネセンスの平均強度である。

【0061】

したがって、次式のΔＥＱＥ_ＲＥＬ＝（ＥＱＥ_Ｔ－ＥＱＥ_Ｒ）／ＥＱＥ_Ｒ＊１００％が適用され、ここで、ＥＱＥ_Ｔは、１１個の測定値にわたって平均化した試験サンプルの外部量子効率であり、ＥＱＥ_Ｒは、１１個の測定値にわたって平均化した参照サンプルの外部量子効率である。

【0062】

順方向バイアスの増加であるΔＶ_ｆ＝Ｖ_ｆＴ－Ｖ_ｆＲを決定するために、試験サンプルの順方向バイアスＶ_ｆＴおよび参照サンプルの順方向バイアスＶ_ｆＲを、いずれの場合も２０００個の測定値にわたって平均化した。

【0063】

測定値は、外部量子効率およびエレクトロルミネセンスの両方について明らかな増加が生じ、小電流の場合の増加は、より高い電流の場合よりも強いことを明らかにした。１ｍＡ～１０ｍＡの電流については、いずれの場合も増加は５０％を超え、一部は６０％を超える。

【0064】

試験サンプルにおいて順方向電圧Ｖ_ｆは、１ｍＡ～１０ｍＡの小電流で、参照サンプルと比べて約１２ｍＶ増加する。より高い電流値については、増加は、概して連続的に減少し、１００ｍＡの電流でさえほぼ６ｍＶの値に低下する。

【0065】

総合すると、順方向バイアスのほんのわずかな増加のみで、エレクトロルミネセンスおよび外部量子効率のかなりの増加を達成することができ、１００ｍＡ未満、特に１０ｍＡ未満の電流での効率の増加が特に高い。

【0066】

半導体ボディについて図５に示す例示的な態様は、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明した例示的な態様に実質的に対応する。これとは対照的に、ｐ導電性半導体層２２は、第１のドーピング領域２２１および第２のドーピング領域２２２に加えて、さらなる第１のドーピング領域２２５を含む。さらなる第１のドーピング領域２２５は、特に第１のドーピング領域２２１に関連して説明したように形成することができる。したがって、ｐ導電性半導体層２２は、第１のドーパントを有する２つのドーピング領域を含み、第２のドーピング領域２２２の一部領域がこれらの２つのドーピング領域間に配置されている。

【0067】

第１のドーピング領域２２１とさらなる第１のドーピング領域２２５との間の距離は、好ましくは５ｎｍ以下である。

【0068】

このようなさらなる第１のドーピング領域は、電荷キャリアバリアの効果の強化をもたらすことができる。

【0069】

半導体積層体の製造方法の例示的な態様を図６Ａおよび図６Ｂに示す。基板５、特に成長基板の形態の基板、を提供する。例えば、ＧａＡｓが適している。

【0070】

放射線を生成するために設けられ、ｎ導電性半導体層２１とｐ導電性半導体層２２との間に配置された活性領域２０を含む半導体積層体を基板上に成長させる。ｐ導電性半導体層は、第１のドーパントを有する第１のドーピング領域２２１、および第１のドーパントとは異なる第２のドーパントを有する第２のドーピング領域２２２を含む。第１のドーピング領域の製造中の堆積パラメータは、第１のドーパントの効率的な組み込みが行われるように選択される。

【0071】

６００℃以下、例えば５８０℃以下、約５６０℃または５４０℃の比較的低い成長温度によって、Ｖ族格子点への炭素の効率的な組み込みが得られることが判明した。対照的に、半導体材料系ＡｌＩｎＧａＡｓに用いられる従来の堆積温度である７００℃以上では、第１のドーピング領域への炭素の効率的な組み込みは達成されない。

【0072】

しかしながら、成長温度の低下の代替として、またはこれに加えて、第１のドーパント（例えば炭素）の組み込みを達成するために、他の手段を実施することもできる。

【0073】

例えば、低いＩＩＩ／Ｖ比で第１のドーピング領域２２１を堆積させることによって、組み込みの効率を達成することができる。例えば、第１のドーピング領域２２１の堆積中のＩＩＩ－Ｖ比は、活性領域２０および／または第２のドーピング領域２２２の堆積中に対して、少なくとも１０分の１である、または少なくとも１００分の１である。

【0074】

代替として、第１のドーピング領域を製造する際に、ＩＩＩ族原子およびＶ族原子（例えば、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩなどの有機金属化合物またはＰおよびＡｓ）を提供するガスを供給することなく、少なくとも一時的に第１のドーパントを有するガスのみを供給することができる。例えば発光ダイオード半導体チップのような半導体部品を製造するために、半導体積層体を引き続きさらに処理して、個々の半導体ボディを形成することができる。

【0075】

一例として、ｎ導電性半導体層２１およびｐ導電性半導体層２２のそれぞれがＡｌＩｎＰを含み、これらの層は、例えば、格子定数の最大相対偏差が２％の状態で格子整合される、または少なくともほぼ格子整合されるように、便宜上、成長基板（例えばＧａＡｓ）に対して配置される。この場合、リン含有量は、ｚ＝１である。しかしながら、より低いリン含有量、例えばｚ≧０．９も使用することができる。

【0076】

したがって、効率を低下させるリーク電流を、第１のドーピング領域２２１によって効果的に抑制し、結果としてより高い効率の放射線生成がもたらされる。

【0077】

ドーピング濃度が特に高いドーピング領域による電荷キャリアバリアを含むここに記載した構成は、ＩＩＩ族原子の組成を変えることによるバンドギャップの増加がもはや容易ではない半導体層に特に適している。

【0078】

本特許出願は、独国特許出願第１０ ２０１６ １２３ ２６２．９号明細書の優先権を主張するものであり、その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる。

【0079】

本発明は、例示的な態様に関する記載によって限定されるものではない。むしろ、本発明は、あらゆる新しい特徴を含むと共にあらゆる特徴の組み合わせ（特に特許請求の範囲におけるあらゆる特徴の組み合わせ）を含み、これは、特許請求の範囲又は例示的な実施形態において前記特徴又は前記組み合わせ自体が明記されていない場合にも適用される。

【符号の説明】

【0080】

１ 半導体ボディ
２ 半導体積層体
２０ 活性領域
２０１ 量子層
２０２ バリア層
２１ ｎ導電性半導体層
２２ ｐ導電性半導体層
２２１ 第１のドーピング領域
２２２ 第２のドーピング領域
２２３ コンタクト層
２２５ さらなる第１のドーピング領域
５ 基板
６１ 測定結果
６２ 参照結果
６６ 曲線
６７ 曲線
７１ 曲線
７２ 曲線
７３ 曲線

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】