用于发射辐射的半导体器件的生长结构和发射辐射的半导体器件制造技术

提出一种用于发射辐射的半导体器件(10)的生长结构(1)，其包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于发射辐射的半导体器件的生长结构和发射辐射的半导体器件
[0001]提出一种用于发射辐射的半导体器件的生长结构，该生长结构尤其包含基于砷化物化合物半导体的材料。
[0002]由GaAs构成的生长衬底是已知的，该生长衬底存在相对较高的位错密度的问题。虽然硅晶片通常具有低于100cm
‑2的非常低的位错密度，但在GaAs晶片中的位错密度却为105cm
‑2。在此，GaAs衬底中出现的位错能够进一步迁移到生长的半导体结构的位于该GaAs衬底之上的层中。因此，在具有这种半导体结构或这种发光二极管结构的发射辐射的半导体器件中，能够在操作中出现自发故障和加剧的老化。迄今为止使用的缓冲层或ELOG(“外延横向过度生长”)掩蔽层不能防止该问题，或者仅能够通过相当大的花费来防止该问题。
[0003]当前，要实现的目的在于：在制造费用可接受的情况下提出具有改进的晶体质量的生长结构或发射辐射的半导体器件。该目的尤其通过具有独立主题权利要求的特征的生长结构或发射辐射的半导体器件来实现。
[0004]生长结构或发射辐射的半导体器件的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
[0005]提出一种用于发射辐射的半导体器件的生长结构。该生长结构尤其适用于激光二极管。根据至少一个实施方式，生长结构包括半导体衬底，该半导体衬底包含基于砷化物化合物半导体的材料。此外，生长结构具有缓冲结构，该缓冲结构设置在半导体衬底上并且包含基于砷化物化合物半导体的材料。
[0006]“基于砷化物化合物半导体”在本文中表示：如此描述的结构或该结构的一部分优选地包括Al
n
Ga
m
In1‑
n
‑
m
As，其中0≤n≤1、0≤m≤1和n+m≤1。此时，该材料不必强制性具有根据上式的数学上精确的组成。更确切地说，该材料能够具有基本上不改变材料的物理特性的一种或更多种掺杂材料以及附加的组成部分。
[0007]根据至少一个实施方式，将由GaAs构成的半导体衬底用于生长结构。基于砷化物化合物半导体的半导体衬底或基于砷化物化合物半导体的生长结构特别适用于制造基于砷化物化合物半导体或磷化物化合物半导体的发射辐射的半导体器件。
[0008]缓冲结构包括缓冲层，该缓冲层具有含有氧的至少一个n掺杂层。至少一个n掺杂层因此是含氧的。此时，n掺杂层中氧的物质量占比为10
15
cm
‑3至10
19
cm
‑3。特别地，n掺杂层中的氧的物质量占比大于10
15
cm
‑3并且至多为10
19
cm
‑3。在此，氧
‑
例如如掺杂材料一样
‑
能够嵌入到n掺杂层的晶体结构中，有利地，n掺杂层中的氧有助于补偿半导体衬底的位错密度。
[0009]在一个优选的设计方案中，n掺杂的含氧层中的氧的物质量占比为10
17
cm
‑3至10
18
cm
‑3。换言之，物质量占比能够为至少100ppm且至多20000ppm。在此，高达10％的偏差也是完全可容忍的。如果物质量占比在所给出的范围内，大部分的位错线可能折弯，使得它们无法到达生长衬底的设置用于生长发光二极管结构的表面。
[0010]优选地，缓冲层或缓冲结构整体上是n掺杂的，这在发射辐射的半导体器件操作时确保了缓冲层或缓冲结构的导电性。特别地，利用相同的掺杂材料对包含在缓冲结构中的多个层进行n掺杂。
[0011]根据至少一个实施方式，缓冲结构或包含在缓冲结构中的层在半导体衬底上生
长。这能够通过外延沉积来进行，例如借助于MOCVD(“金属有机化学气相沉积”)、MBE(“分子束外延”)或LPE(“液相外延”)来进行。与在半导体衬底上产生ELOG掩蔽层的生长结构的制造相比，此时省略了掩蔽层的极其昂贵的结构化。
[0012]将上述位错密度理解为：结晶固体中每单位体积的所有位错线的总长度。在传统的半导体器件中，位错线从生长衬底延伸到发光二极管结构中并在那里导致晶格缺陷。当前，该问题尤其是借助于缓冲层来解决。
[0013]根据至少一个实施方式，半导体衬底具有位错线，该位错线延伸到缓冲结构中并且借助于缓冲层折弯。专利技术人已经发现：尤其是缓冲层中使用的氧会引起半导体衬底的位错线的折弯，使得这些位错线的绝大部分不能延伸到发光二极管结构中，从而发光二极管结构在很大程度上是无位错的，或位错密度所达到的数量级是微不足道的。
[0014]根据至少一个实施方式，至少一个n掺杂的含氧层包含AlGaAsO。由于AlGaAs或AlGaAsO具有与GaAs几乎相同的晶格常数，所以能够有利地至少部分地通过常见的铝来代替不常见的镓。此时，铝的物质量占比优选为1％和100％，其中包括边界值，特别优选为1％至60％，其中包括边界值。换言之，至少一个n掺杂层(5)包含Al
m
Ga1‑
m
As:O，其中，0.01≤m≤1，特别优选0.01≤m≤0.6。在此，高达10％的偏差是完全可容忍的。例如，将氧和复合的铝化合物一起引入到GaAs材料中，其中，构成AlGaAsO。特别地，至少一个n掺杂的含氧层由AlGaAsO构成。
[0015]此外，至少一个n掺杂的含氧层优选不含铟。
[0016]在一个有利的实施例中，缓冲层由n掺杂的含氧层组成。在该情况下，缓冲层是所谓的“主体层(bulk layer)”。换言之，缓冲层绝大部分是均质的(即仅由单一材料构成)，并且相对较厚地或稳定地构成。例如，n掺杂的含氧层或缓冲层能够具有50nm至800nm的厚度，其中包括边界值。优选地考虑AlGaAsO(即掺有氧的AlGaAs)作为用于n掺杂的含氧层或缓冲层的材料。此外，n掺杂层能够n掺杂有例如Te和/或Si的掺杂材料。此外，缓冲层尤其是在很大程度上连续地构成。
[0017]在另外一个实施例中，缓冲层能够具有至少一个n掺杂的无氧层(即没有氧的层)和至少一个n掺杂的含氧层，所述n掺杂的无氧层和n掺杂的含氧层彼此上下设置。特别地，缓冲层具有分别n掺杂的多个无氧层和分别n掺杂的多个含氧层，所述n掺杂的多个无氧层和n掺杂的多个含氧层交替设置。此时，至少一个含氧层能够由AlGaAsO形成。优选地考虑GaAs用于至少一个无氧层。特别优选地，缓冲层由超晶格构成，即由周期性重复的薄层的序列构成。例如，超晶格能够具有5到20次重复。此时，能够将至少一个无氧层构造成比至少一个含氧层更厚。至少一个无氧层优选以0.5nm至10nm(对应于单层，优选以2nm)的厚度构成，其中包括边界值。此外，至少一个含氧层的厚度能够为0.5nm至5nm(优选为1nm)。高达10％的偏差是完全可容忍的。例如，碲、硅或硫能够用作至少一个无氧层的n掺杂材料。能够在含氧层中和在无氧层中使用相同的n掺杂材料来对这些层进行掺杂。
[0018]根据至少一个实施方式，缓冲结构由缓冲层构成，也就是说，缓冲结构除了缓冲层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于发射辐射的半导体器件(10)的生长结构(1)，所述生长结构包括：
‑
半导体衬底(2)，所述半导体衬底
‑
包含基于砷化物化合物半导体的材料，
‑
缓冲结构(3)，所述缓冲结构
‑
设置在所述半导体衬底(2)上，
‑
包含基于砷化物化合物半导体的材料，以及
‑
具有缓冲层(4)，所述缓冲层具有至少一个n掺杂层(5)，其中，所述n掺杂层(5)包含氧并且所述n掺杂层(5)中的氧的物质量占比为10
15
cm
‑3至10
19
cm
‑3。2.根据前一项权利要求所述的生长结构(1)，其中，所述半导体衬底(2)具有位错线(7)，所述位错线延伸到所述缓冲结构(3)中并且借助于所述缓冲层(4)折弯。3.根据前述权利要求之一所述的生长结构(1)其中，所述至少一个n掺杂层(5)包含AlGaAsO。4.根据前一项权利要求所述的生长结构(1)，其中，所述至少一个n掺杂层(5)包含Al
m
Ga1‑
m
As:O，并且0.01≤m≤1。5.根据前述两项权利要求之一所述的生长结构(1)，其中，所述至少一个n掺杂层(5)由AlGaAsO构成。6.根据前述权利要求之一所述的生长结构(1)，其中，所述n掺杂层(5)中的氧的物质量占比为至少100ppm且至多20000ppm。7.根据前述权利要求之一所述的生长结构(1)其中，所述缓冲层(4)由n掺杂的含...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚斯，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：