專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在半導(dǎo)體層內(nèi)制造具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域的方法以及光電子半導(dǎo)體器件的制作方法
用于在半導(dǎo)體層內(nèi)制造具有降低了的電導(dǎo)率 的區(qū)域的方法以及光電子半導(dǎo)體器件
本專(zhuān)利申請(qǐng)要求德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)102004026231.4-33的優(yōu)先權(quán)，其 公開(kāi)內(nèi)容在此被引入作為參考。
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于制造導(dǎo) 電的III-V半導(dǎo)體層的方法和根據(jù)權(quán)利要求16或者17的前序部分所
述的光電子半導(dǎo)體器件。
在光電子半導(dǎo)體器件、尤其是發(fā)光二極管或者半導(dǎo)體激光裝置的 情況下往往希望引導(dǎo)通過(guò)半導(dǎo)體本體的電流有針對(duì)性地流經(jīng)半導(dǎo)體 層的各個(gè)部分區(qū)域，以便提高所述器件的效率。
例如在發(fā)射輻射的光電子器件的情況下，在電連接接觸(烊盤(pán) (Bondpad))之下不注入電流，因?yàn)樵诨钚詤^(qū)的位于所述連接接觸
吸收，并且因此不能從所述器件中被耦合輸出。
此外，往往還希望把所述光電子半導(dǎo)體器件的由電流流過(guò)的面積 限制在半導(dǎo)體芯片的部分區(qū)域上，以便在該部分區(qū)域中達(dá)到較高的 栽流子密度并且由此達(dá)到所述光電子器件的較短的開(kāi)關(guān)時(shí)間。
用于影響流過(guò)半導(dǎo)體器件的電流路徑的公知方法是給電連接接
觸襯墊絕緣層、在半導(dǎo)體層的部分區(qū)域中注入質(zhì)子或者對(duì)以外延方 式制造的AlAs層進(jìn)行選擇性氧化，以便通過(guò)這種方式制造限流膜片。
然而，在具有高的橫向電導(dǎo)率的半導(dǎo)體材料的情況下，用絕緣層
襯墊連接接觸的效果局限于接近于表面的區(qū)域，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的 電導(dǎo)率本身由此不受影響。相反，利用質(zhì)子注入或者AlAs層的選擇
而所述方法在技術(shù)丄是比較耗費(fèi)的。
因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，說(shuō)明一種方法，利用所述方法可 以以比較少的耗費(fèi)在導(dǎo)電的IH-V半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生具有降低了的電導(dǎo) 率的區(qū)域，并且說(shuō)明一種具有這種III-V半導(dǎo)體層的有利的光電子器件。 該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法或者4艮據(jù)權(quán)利要求16或
者n所述的光電子半導(dǎo)體器件來(lái)解決。本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案和 改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。
才艮據(jù)本發(fā)明，在用于在導(dǎo)電的ni-v半導(dǎo)體層內(nèi)制造至少一個(gè)具 有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域的方法中，在所述半導(dǎo)體層的所述區(qū)域中
敷設(shè)ZnO層并且接著退火。也即通過(guò)所述方法有利地在III-V半導(dǎo) 體層內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)區(qū)域，其中跟III-V半導(dǎo)體層的一個(gè)或者多個(gè)與具有 降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域鄰接的區(qū)域相比，電導(dǎo)率被降低。例如所述
n-v半導(dǎo)體層具有電導(dǎo)率并且在所述導(dǎo)電的Hi-v半導(dǎo)體層內(nèi)
產(chǎn)生具有跟CJ,相比降低了的電導(dǎo)率(72的區(qū)域，使得CJ,〈 (72是適用的。
優(yōu)選地，在低于1501C的溫度、優(yōu)選地在包含25t:在內(nèi)和包含 120'C在內(nèi)之間的溫度時(shí)，所述ZnO層被沉積在所述ni-v半導(dǎo)體材 料上。有利地借助于濺射來(lái)敷設(shè)所述ZnO層。接著的退火優(yōu)選地在 約為3001C至500TC的溫度時(shí)進(jìn)行。
為了限定應(yīng)當(dāng)降低半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率的區(qū)域，例如可以借助于攝 影平版術(shù)或者剝離(Lift-Off)技術(shù)對(duì)所述ZnO層進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。為了 改善所述ZnO層的電導(dǎo)率，可以?xún)?yōu)選地以高達(dá)3%的濃度用Al摻雜 所述ZnO層。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)可以通過(guò)ZnO層的敷設(shè)和接著的退火 工藝有針對(duì)性地影響III-V半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率、尤其還影響橫向電導(dǎo) 率。尤其是表明了所述HI-V半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率的降低大大取決于敷 設(shè)所述ZnO層時(shí)的溫度。在低于1501C的沉積溫度時(shí)，例如可能的 是使IH-V半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率降低至少一個(gè)因數(shù)2、優(yōu)選地至少一個(gè) 因數(shù)5、并且特別優(yōu)選地甚至至少一個(gè)因數(shù)10。另一方面，通過(guò)在 高于150X:的溫度、例如在約為2501C的溫度時(shí)敷設(shè)所述ZnO層并且 接著退火，至少不太強(qiáng)地、優(yōu)選地甚至只是在可忽略的程度上微小 地影響所述III-V半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率。
所述ZnO層在退火以后可以被去除，或者也可以保留在所迷半 導(dǎo)體層上，并且例如在光電子器件內(nèi)起電流擴(kuò)展層的作用。
根據(jù)本發(fā)明的方法尤其適用于包含半導(dǎo)體材料之一n,+yGaxAly P (其中(Kx+y"、 (Kx<l、 (Ky")或者Al,_xGaxAs (其中0"
<i)的iii-v半導(dǎo)體層。所述ni-v半導(dǎo)體層優(yōu)選地是p摻雜的。 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的方法中，所述IH-V半導(dǎo)體層包含在
光電子器件中、尤其是包含在發(fā)光二極管或者半導(dǎo)體激光裝置中。 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施形式中，所述光電子器件包含發(fā)射輻射的活 性區(qū)，并且借助于所述具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域來(lái)減少流經(jīng)所述 活性區(qū)的部分區(qū)域的電流。為此，所述具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域 優(yōu)選地被布置在所述光電子器件的電連接接觸與所述活性區(qū)之間。 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)有利的變型方案在于，在所述半導(dǎo)體
層的第一區(qū)域上沉積第一ZnO層，并且在所述半導(dǎo)體層的第二區(qū)域 上沉積第二 ZnO層，其中相對(duì)于第一 ZnO層的沉積溫度如此地提 高所述第二 ZnO層的沉積溫度，使得在接著的退火時(shí)至少比第一區(qū) 域的電導(dǎo)率較少地降低所述半導(dǎo)體層的第二區(qū)域的電導(dǎo)率。優(yōu)選地 在高于150t:的溫度時(shí)、例如在約為250TC的溫度時(shí)敷設(shè)所述第二 ZnO層。
此外，在本發(fā)明的范疇內(nèi)設(shè)置一種光電子半導(dǎo)體器件，所述光 電子半導(dǎo)體器件包含IH-V半導(dǎo)體層，所述III-V半導(dǎo)體層包含至少
一個(gè)利用本發(fā)明方法所制造的具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域。 根據(jù)本發(fā)明的光電子半導(dǎo)體器件的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式具有
iii-V半導(dǎo)體層，所述iii-V半導(dǎo)體層在至少一個(gè)第一區(qū)域中用ZnO 層覆蓋，其中在由所述ZnO層覆蓋的第一區(qū)域中的半導(dǎo)體本體中的
電導(dǎo)率低于在所述半導(dǎo)體層的橫向鄰接的區(qū)域中的電導(dǎo)率。
有利地，所述III-V半導(dǎo)體層的第一區(qū)域的電導(dǎo)率跟在所述半 導(dǎo)體層的橫向鄰接的區(qū)域中的電導(dǎo)率相比低至少一個(gè)因數(shù)2、優(yōu)選 地低至少一個(gè)因數(shù)5并且特別優(yōu)選地低至少一個(gè)因數(shù)10。優(yōu)選地， 所述III-V半導(dǎo)體層包含半導(dǎo)體材料之一 IHi+yGa,AlyP(其中0 < x+y <1、 0""、 0<y<l)或者Al,_xGaxAs (其中0 " < 1 )。
在所述半導(dǎo)體層的第二區(qū)域上可以沉積第二 ZnO層，其中所述
半導(dǎo)體層的第二區(qū)域的電導(dǎo)率大于所述第一區(qū)域的電導(dǎo)率。
尤其是所述第一 ZnO層和所述第二 ZnO層可以相互鄰接，并 且可以被布置在所述III-V半導(dǎo)體層和光電子器件的連接接觸之 間。因此，所述第一 ZnO層和所述第二 ZnO層以有利的方式共同 構(gòu)成一個(gè)電流擴(kuò)展層。
優(yōu)選地，光電子半導(dǎo)體器件包含發(fā)射輻射的活性區(qū)，其中具有 降低了的電導(dǎo)率的所述區(qū)域被布置在所述光電子器件的電連接接觸 與所述活性區(qū)之間，以便減少所述活性區(qū)的位于連接接觸對(duì)面的區(qū) 域中的電流注入。由此減少在該區(qū)域中輻射的產(chǎn)生并且從而有利地 減少在連接接觸中的吸收。
下面結(jié)合圖l和困2借助于兩個(gè)實(shí)施例詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。 圖la示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光電子器件的示意性俯 視圖，
圖lb示出沿圖la中所示的本發(fā)明實(shí)施例的直線(xiàn)AB的橫截面 示意圖，
圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的光電子器件的示意性俯 視圖，
圖2b示出沿圖2a中所示的本發(fā)明實(shí)施例的直線(xiàn)CD的橫截面 示意圖，并且
圖2c示出沿圖2a中所示的本發(fā)明實(shí)施例的直線(xiàn)EF的橫截面示意圖。
在圖中，相同的或者相同作用的元件具有相同的附圖標(biāo)記。 在圖la和lb中示出的本發(fā)明所述的光電子器件的第一實(shí)施例 在襯底2上包含至少一個(gè)p摻雜的III-V半導(dǎo)體層3和至一個(gè)n摻雜 的半導(dǎo)體層5，在其之間構(gòu)成發(fā)射輻射的活性區(qū)4。在本發(fā)明的范疇 內(nèi)，在圖lb中僅示意性示出的半導(dǎo)體層序列3、 4、 5可以具有對(duì)發(fā) 光二極管或者半導(dǎo)體激光裝置通常的任意實(shí)施方式。尤其是量子層 也可以被設(shè)置為發(fā)射輻射的活性區(qū)4。
在III-V半導(dǎo)體層3的部分區(qū)域8上敷設(shè)第一 ZnO層1,所述 第一 ZnO層是借助于濺射在M1C和UO"C之間的溫度時(shí)被沉積的。 通過(guò)在300n和500t:之間的溫度時(shí)在沉積第一 ZnO層1之后所進(jìn) 行的退火工藝在III-V半導(dǎo)體層3內(nèi)產(chǎn)生了具有降低了的電導(dǎo)率的 區(qū)域8。
在橫向方向上，第二ZnO層6鄰接所述第一ZnO層1，所述第 二 ZnO層與所述第一ZnO層相比是在高于1S0X:的較高溫度、例如 在約為250X:的溫度時(shí)被敷設(shè)的。
敷設(shè)第一 ZnO層1和第二 ZnO層6例如可以這樣地進(jìn)行首
先將第二 ZnO層6敷i殳在III-V半導(dǎo)體層3的整個(gè)平面上，并且接 著用掩模層覆蓋，所述掩模層在為所述第一ZnO層所設(shè)置的部分區(qū)
域中包含開(kāi)口。在該部分區(qū)域中，例如用一種蝕刻方法去除第二 ZnO層6,并且接著在低于150"C的沉積溫度時(shí)敷設(shè)第一 ZnO層1。 接著敷設(shè)第一連接接觸7?？梢园训谝籞nO層l和連接接觸7的在 那里所沉積的材料與所述掩模層 一起從第二 ZnO層6的用掩模層覆 蓋的區(qū)域剝離(剝離技術(shù))。接著在3001C和5001C之間的溫度時(shí)進(jìn) 行退火，以便在第一 ZnO層1的下方產(chǎn)生具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū) 域8。
通過(guò)具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域8，從第一ZnO層l上的第一 電連接接觸7流向例如被布置在背離所述活性區(qū)4的村底2背側(cè)上 的第二連接接觸9的電流有利地被引導(dǎo)到活性區(qū)4的不位于所述連 接接觸7對(duì)面的區(qū)域中。在半導(dǎo)體層3內(nèi)從連接接觸7流向活性區(qū)4 的優(yōu)選的電流路徑在圖lb中通過(guò)箭頭IO表示。電流路徑IO的這種 走向的優(yōu)點(diǎn)是，在活性區(qū)4的位于連接接觸7對(duì)面的區(qū)域中只產(chǎn)生 從所述光電子器件發(fā)射的輻射的比較少的部分，由此減少在連接接 觸7中的吸收耗損。
在該實(shí)施例中，第一 ZnO層1和第二 ZnO層6相互鄰接并且 共同構(gòu)成電流擴(kuò)展層。有利地，ZnO層l、 6用高達(dá)百分之三的A1 摻雜。由于ZnO層l、 6的在退火的方法步驟中依然保持的良好的 橫向電導(dǎo)率，電流可以從連接接觸7通過(guò)第一 ZnO層1和笫二 ZnO 層6被注入1H-V半導(dǎo)體層3的具有未降低的或者僅僅微小降低了
的電導(dǎo)率的區(qū)域中。
在圖2a、 2b、 2c中所示的、根據(jù)本發(fā)明的光電子器件的第二實(shí) 施例與

圖1中所示的實(shí)施例的區(qū)別基本上在于，向半導(dǎo)體層3的電 流注入不是通過(guò)第二 ZnO層6、而是通過(guò)以結(jié)構(gòu)化的形式被敷設(shè)在 半導(dǎo)體層3上的接觸層11實(shí)現(xiàn)的。接觸層ll優(yōu)選地是適于在半導(dǎo) 體層3上構(gòu)成歐姆接觸的金屬層，并且尤其可以包含Au、 Zn、或 者是這些材料的化合物。
如在圖2a中可以看出，所述接觸層11如此被結(jié)構(gòu)化，使得所 述接觸層11在俯視圖中描繪正方形的外形。作為替代方案，接觸層 11還可以有其它的結(jié)構(gòu)化。接觸層11通過(guò)連接條12與布置在中央
的連接接觸7連接。
在圖2b和圖2c中所示的橫截面中可以看出，如在第一實(shí)施例 中那樣，連接接觸7被布置在第一 ZnO層1上，所述第一ZnO層
V半導(dǎo)體層3上，并且被退火。因此，在該實(shí)施例的情況下，半導(dǎo) 體層3的電導(dǎo)率也在位于連接接觸7對(duì)面的區(qū)域8中被降低，使得 通過(guò)接觸層11的電流注入優(yōu)選地在活性區(qū)4的不位于連接接觸7對(duì) 面的區(qū)域中進(jìn)行。由此減少在連接接觸7中由光電子器件發(fā)射的輻 射的吸收，并且從而提高所述器件的效率。
本發(fā)明不受借助于實(shí)施例的說(shuō)明的限制。更確切地說(shuō)，本發(fā)明包 含每個(gè)新的特征和以及特征的每個(gè)組合，這特別是包含在權(quán)利要求 書(shū)中的特征的每個(gè)組合，即使在權(quán)利要求書(shū)或者實(shí)施例中未明確地
說(shuō)明這些特性或者這些組合本身。
權(quán)利要求
1.用于在導(dǎo)電的III-V半導(dǎo)體層(3)內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域(8)的方法，其特征在于，在半導(dǎo)體層(3)的所述區(qū)域(8)上敷設(shè)ZnO層(1)，并且接著退火。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述ZnO層在低于1501C的溫 度、優(yōu)選地在包含251C在內(nèi)和包含1201C在內(nèi)之間的溫度時(shí)被沉積在 所述IH-V半導(dǎo)體層(3)上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中借助于濺射進(jìn)行所述ZnO 層(1 )的沉積。
4. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在退火之前對(duì)所述ZnO 層進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。
5. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在約為300"C至50CTC 的溫度時(shí)進(jìn)行退火。
6. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中優(yōu)選地以低于或者等于 3%的濃度用Al摻雜所述ZnO層(1)。
7. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述III-V半導(dǎo)體層 (3)包含具有0<x+y<l、 0<x<l、 0 < y < 1的yGaxAly P或者具有0 < x < 1的Al,.xGaxAs。
8. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述ni-v半導(dǎo)體層 (3)是p摻雜的。
9. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中使IH-V半導(dǎo)體層的區(qū) 域(8)的電導(dǎo)率降低至少一個(gè)因數(shù)2、優(yōu)選地至少一個(gè)因數(shù)5并且 特別優(yōu)選地至少一個(gè)因數(shù)10。
10. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述III-V半導(dǎo)體層 (3)包含在光電子器件、尤其是發(fā)光二極管或者半導(dǎo)體激光裝置中。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述光電子器件包含發(fā)射 輻射的活性區(qū)(4)，并且借助于具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域(8) 減少流經(jīng)活性區(qū)(4)的部分區(qū)域的電流(10)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中具有降低了電導(dǎo)率的區(qū)域 (8 )被布置在所述光電子器件的電連接接觸(7 )與所述活性區(qū)(4 ) 之間。
13. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在退火后去除所述 ZnO層(1 )。
14. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在所述半導(dǎo)體層(3) 的第一區(qū)域上沉積第一ZnO層(1),并且在所述半導(dǎo)體層(3)的 第二區(qū)域上沉積第二ZnO層(6)，其中如此地相對(duì)于第一ZnO層(1)的沉積溫度來(lái)提高所述笫二ZnO層(6)的沉積溫度，使得在 退火時(shí)至少比所述半導(dǎo)體層(3 )的第一區(qū)域的電導(dǎo)率較少地使所述 半導(dǎo)體層(3)的第二區(qū)域的電導(dǎo)率降低。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二 ZnO層(6)在高 于150。C的溫度、優(yōu)選地在約為2501C的溫度時(shí)被沉積。
16. 具有III-V半導(dǎo)體層(3)的光電子半導(dǎo)體器件，所述III-V 半導(dǎo)體層包含至少一個(gè)利用根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所述的方法所 制造的具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域(8)。
17.具有ni-v半導(dǎo)體層(3)的光電子半導(dǎo)體器件，所述in-v半導(dǎo)體層在至少一個(gè)第一區(qū)域(8)中用ZnO層(1)覆蓋，其特征在于，在由所述ZnO層(1)覆蓋的第一區(qū)域(8)中的 半導(dǎo)體層(3)的電導(dǎo)率低于在所述III-V半導(dǎo)體層(3)的橫向鄰 接的區(qū)域中的電導(dǎo)率。
18. 如權(quán)利要求17所述的光電子半導(dǎo)體器件，其中所述III-V半導(dǎo)體層(3)的第一區(qū)域(8)的電導(dǎo)率比所 述III-V半導(dǎo)體層(3)的橫向鄰接的區(qū)域中的電導(dǎo)率低至少一個(gè)因 數(shù)2、優(yōu)選地低至少一個(gè)因數(shù)5并且特別優(yōu)選地低至少一個(gè)因數(shù)10。
19. 如權(quán)利要求17或者18所述的光電子半導(dǎo)體器件，其中優(yōu)選 地以低于或者等于3%的濃度用Al摻雜所述ZnO層(1)。
20. 如權(quán)利要求17至19之一所述的光電子半導(dǎo)體器件，其中所 述III-V半導(dǎo)體層(3)包含具有0<x+y<l、 0<x<l、 0<y<l的 InlxyGaxAly P或者具有0 < x <1的Al,.xGaxAs。
21. 如權(quán)利要求17至20之一所述的光電子半導(dǎo)體器件，其中在 所述半導(dǎo)體層(3)的第二區(qū)域上沉積第二 ZnO層(6)，并且所述 半導(dǎo)體層(3)的第二區(qū)域的電導(dǎo)率大于所述第一區(qū)域(8)的電導(dǎo) 率。
22. 如權(quán)利要求21所述的光電子半導(dǎo)體器件，其中所述第一ZnO 層(1 )和所述第二 ZnO層(6 )相互鄰接，并且被布置在所述III-V 半導(dǎo)體層(3)和所述光電子器件的連接接觸(7)之間。
23. 如權(quán)利要求22所述的光電子半導(dǎo)體器件，其中所述第一ZnO 層(1)和所迷第二ZnO (6)共同地構(gòu)成電流擴(kuò)展層。
24. 如權(quán)利要求17至23之一所述的光電子半導(dǎo)體器件，其中所 述光電子半導(dǎo)體器件包含發(fā)射輻射的活性區(qū)(4),并且具有降低了 的電導(dǎo)率的區(qū)域(8)被布置在所述光電子器件的電連接接觸(7) 與所述活性區(qū)(4)之間。
全文摘要
在用于在導(dǎo)電的III-V半導(dǎo)體層(3)內(nèi)制造至少一個(gè)具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域(8)的方法中，在所述半導(dǎo)體層(3)的區(qū)域(8)上敷設(shè)ZnO層(1)，并且接著優(yōu)選地在300℃和500℃之間的溫度時(shí)退火。ZnO層(1)優(yōu)選地在低于150℃的溫度、優(yōu)選地在包含25℃在內(nèi)和包含120℃在內(nèi)之間的溫度時(shí)被沉積在所述III-V半導(dǎo)體層(3)上。具有降低了的電導(dǎo)率的區(qū)域(8)優(yōu)選地在發(fā)射輻射的光電子器件中被布置在活性區(qū)(4)和連接接觸(7)之間，以便減少向活性區(qū)(4)的位于連接接觸(7)對(duì)面的區(qū)域中的電流注入。
文檔編號(hào)H01L21/24GK101099244SQ200580017279
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者R·沃思, R·沃特, S·伊勒克, W·斯坦 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司