包含基于InGaN的P型注入层的光电半导体结构制造技术

本发明专利技术涉及一种光电半导体结构(SC)，其包括设置在n型注入层(5)与p型注入层(7)之间的基于InGaN的有源层(6)，所述p型注入层(6)包括第一InGaN层(7a)以及设置在所述第一层(7a)上的第二层(7b)，所述第二层(7b)由多个AlGaInN元素层组成，每个元素层的厚度小于其临界弛豫厚度，两个连续元素层具有不同的铝和/或铟和/或镓成分。或镓成分。或镓成分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含基于InGaN的P型注入层的光电半导体结构


[0001]本专利技术涉及光电半导体结构，例如发光二极管(LED)、激光二极管或太阳能电池。本专利技术尤其涉及具有由InGaN制成的P型注入层的光电半导体结构。

技术介绍

[0002]光电半导体结构通常由晶体半导体层的叠层形成，包括位于n型注入层与p型注入层之间的有源层。在LED结构的情况下，有源层可以由交替的阻挡层和量子阱层组成。为了允许电流均匀且密集地流过该结构，注入层必须足够厚，例如，200nm以上。
[0003]在基于InGaN的结构中，量子阱层的铟含量可以是10％的数量级以形成发出蓝色的二极管，当二极管发出绿色时，铟含量高于约20％，并且对于发出红色的二极管，铟含量高于约40％。阻挡层(barrier layer)具有比量子阱层低的铟含量。
[0004]铟含量越高，量子阱层的固有晶格参数(即，将被完全弛豫的层的固有晶格参数)就越重要。换句话说，铟含量越高，当量子阱层以特定晶格参数的生长支撑件上形成时，其压缩应变就越大。
[0005]形成光电结构的叠层中的过大的应变会导致有缺陷的结构。该应变可以明显地位于穿透位错(threading dislocation)或金字塔形缺陷(在本领域的英文文献中称为“V凹坑(V
‑
pits)”)的起源处，该穿透位错或金字塔形缺陷形成于构成该结构的GaN或InGaN膜的表面上。这些缺陷恶化了光电结构的功能性能。
[0006]为了降低对该问题的敏感性，已知文献EP 215852或EP 215856描述了旨在在生长支撑件的InGaN的表面岛上共同形成半导体结构的制造工艺。例如，这些岛可以具有5％至7％或更高的铟浓度，并且至少部分地弛豫。
[0007]目的是在该生长支撑件上生长InGaN的n型注入层，以保持形成生长岛表面的材料的晶格参数。这减小了形成在衬底上的半导体结构的有源区域中的应力，并促进铟结合到有源层中，更一般地，提高了光电器件的效率。
[0008]然而，在这种光电半导体结构中形成p型注入层是有问题的。
[0009]当该p型注入层由GaN制成时，与其所置于的有源InGaN层的晶格参数差异会对注入层施加高应力，并可能导致裂纹。
[0010]如果p型注入层由InGaN构成，特别是铟浓度大于10％或15％，则其必须在相对较低的温度下形成，这导致材料质量差，施主的本底浓度高，使其难以达到所需的受主浓度。此外，低受主浓度增加了p型接触的电阻，使其难以实现欧姆接触。不能考虑增加掺杂剂(例如，镁)的浓度来补偿这两种现象，因为这会导致层的结晶质量的劣化。研究表明，与单个同质InGaN层中的浓度相比，超晶格形式的p型注入层的形成可以将该层的平均空穴浓度提高数倍。然而，这种超晶格对于必须很厚的p型注入层而言特别复杂且非常耗时。
[0011]专利技术目的
[0012]本专利技术旨在解决这些问题的至少一部分。特别地，本专利技术的目的是形成包含InGaN p型注入层的光电半导体结构，其具有令人满意的电特性和可保持的结晶特性。

技术实现思路

[0013]为了达到这个目标，本专利技术的范围提出了一种光电半导体结构，该光电半导体结构包括设置在n型注入层与p型注入层之间的基于InGaN的有源层，该p型注入层包括：厚度范围为50nm至300nm的第一InGaN层；以及设置在所述第一层上的由多个AlGaInN元素层组成的第二层，每个元素层的厚度小于其临界弛豫厚度，两个连续的元素层具有不同的铝和/或铟和/或镓成分。
[0014]根据本专利技术的其他有利和非限制性特性，单独地或以任何技术上可行的组合来采取：
[0015]‑
元素层的厚度都在1nm至30nm之间；
[0016]‑
多个元素层通过重复由至少两个元素层组成的周期性结构而形成；
[0017]‑
周期性结构由InGaN的第一元素层和GaN、AlN或AlGaN的第二元素层组成；
[0018]‑
周期性结构由InGaN的第一元素层组成，第一元素层的铟成分从一个周期性结构到另一周期性结构不同；
[0019]‑
第二层的厚度范围为150至350纳米；
[0020]‑
p型注入层的厚度小于400nm。
附图说明
[0021]本专利技术的其他特性和优点将通过参照附图[图1]从以下的本专利技术的详细描述中变得明显，图1表示根据本专利技术的置于生长支撑件上的光电半导体结构。
具体实施方式
[0022]图1示出了布置在生长支撑件1上的多个光电半导体结构SC，在这种情况下是LED。
[0023]结构SC包括n型注入层5、p型注入层7，以及布置在这两个层之间的LED有源层6。
[0024]生长支撑件1是“岛”支撑件，其详细描述可以在本申请的引言部分中引用的文献中找到。因此，其包括基础衬底2(例如，蓝宝石)、由诸如二氧化硅或氮化硅的材料或多种介电材料形成的中间层3、以及多个至少部分弛豫的生长岛4。
[0025]通常，生长岛4由具有通式AlInGaN的材料制成，并且具有与InGaN层的固有晶格参数相对应的晶格参数，铟含量在5％至40％之间。
[0026]在图1的示例中，生长岛4由铟含量为15％的InGaN构成，并且是90％弛豫的。
[0027]在生长岛4上，通过常规的外延技术形成有多个SC半导体结构。这些外延技术可以是金属有机化学气相沉积(英文缩写MOCVD)技术或分子束外延(MBE)技术。
[0028]结构SC在这里由InGaN的n型注入层5形成，n型注入层5例如掺杂有10
18
至10
19
cm
‑3量级浓度的硅。其铟浓度约等于构成岛4的材料的铟浓度，约为13.5％，以便与它们的晶格参数匹配或保持注入层5处于轻微的拉伸应变下。该层的厚度范围通常为200nm至400nm。
[0029]在图1所示示例的另选方案中，n型注入层5可以被制成为超晶格。这可以涉及多个非常薄的AlInGaN元素层，其厚度小于几十纳米，例如30nm，并且具有不同的性质。因此，注入层5可以通过重复包括InGaN的第一元素层和GaN、AlN或AlGaN的第二元素层的周期性结构来形成。元素层的厚度都小于它们的临界弛豫厚度。
[0030]构成超晶格的各个层的铝、铟和镓的比例以及厚度应被选择成使得对应的同质成
分的层具有基本上等于生长岛4的晶格参数的固有晶格参数。换言之，通过XRD测量的注入层5的晶格参数对应于生长岛的晶格参数。如在同质注入层5的情况下，在半导体结构的生长期间在其中累积的应力因此受到限制。
[0031]回到对图1的描述，光电半导体结构SC还包括位于n型注入层5上的有源层6。该层由多个交替的InGaN阻挡层
‑
量子阱层形成。阻挡层的铟浓度类似于n型注入层5的铟浓度，在这种情况下约为13.5％。InGaN量子阱层具有根据期望的发射波长选择的铟浓度。在所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电半导体结构(SC)，所述光电半导体结构包括设置在n型注入层(5)与p型注入层(7)之间的基于InGaN的有源层(6)，所述p型注入层(6)包括厚度范围从50nm至300nm的第一InGaN层(7a)以及设置在所述第一层(7a)上的第二层(7b)，所述第二层(7b)由多个AlGaInN元素层组成，每个元素层的厚度小于其临界弛豫厚度，两个连续元素层具有不同的铝和/或铟和/或镓成分。2.根据权利要求1所述的半导体结构(SC)，其中，所述元素层都具有1nm至30nm之间的厚度。3.根据权利要求1或2所述的半导体结构(SC)，其中，所述多个元素层是通过重复由至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：