オプトエレクトロニクス半導体部品
放射を放出するのに適している活性層（４）を備えているオプトエレクトロニクス半導体部品であって、活性層（４）がカバー層（３ａ，３ｂ）によって囲まれており、カバー層（３ａ，３ｂ）もしくは活性層（４）またはその両方が、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料を備えており、このリン化物化合物半導体材料が、Ｖ族の追加元素として、元素Ｓｂまたは元素Ｂｉの少なくとも一方を含んでいる、オプトエレクトロニクス半導体部品、を開示する。さらには、放射を放出するのに適している活性層（４）を備えているオプトエレクトロニクス半導体部品であって、活性層（４）が、インジウムを含有する窒化物化合物半導体材料を備えており、活性層（４）の窒化物化合物半導体材料が、Ｖ族の追加元素として、元素Ａｓ、元素Ｓｂ、元素Ｂｉのうちの少なくとも１種類を含んでいる、オプトエレクトロニクス半導体部品、を開示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体部品に関し、詳細には、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料、またはインジウムを含有する窒化物化合物半導体材料、を備えているＬＥＤ、に関する。
【０００２】
［関連出願］
本特許出願は、独国特許出願第１０２００９００４８９５．２号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
ＩｎＧａＡｌＮまたはＩｎＧａＡｌＰをベースとするオプトエレクトロニクス部品の半導体層をエピタキシャル成長させるとき、たとえ最適な工程条件下でも、望ましくない効果がしばしば発生する。
【０００４】
ＩｎＧａＡｌＮからなるエピタキシャル半導体層においては、インジウム濃度の高い領域（いわゆるクラスタ）が形成されることがある。このクラスタの領域には局所的な大きな歪みが発生し、これによって結晶欠陥が形成されることがあり、これらの欠陥は、非放射再結合中心として、ＬＥＤの効率を低下させる。クラスタの形成の程度が小さく、結晶欠陥の発生につながらない場合でも、Ｉｎクラスタの領域において電荷キャリア密度が局所的に高まるため光学活性層におけるオージェ再結合の割合が増大することにより、ＬＥＤの効率が低下しうる。
【０００５】
インジウム濃度の高い領域が形成される傾向は、高い成長温度を使用することによって減少させ得ることが明らかになっているが、その結果として、エピタキシャル成長させる層へのインジウムの組み込みも阻害される。ＩｎＡｌＧａＮ半導体層をＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）によってエピタキシャル成長させるときには、８００ｍｂａｒ以上の比較的高い反応炉圧力によっても、クラスタの形成を減少させることができる。しかしながら、これによって、例えばＮＨ３や有機金属化合物（ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎなど）を含んでいるプロセスガスの望ましくない前反応（prior reactions）が大幅に増大し、結果としてナノ粒子が形成され、したがって半導体層に欠陥が発生しうる。このような前反応を、その原因となる原材料の供給を空間的および時間的に分けることによって減少させる方法は、それによって成長パラメータ（特に成長速度）が制限され、エピタキシ装置の要件も厳しくなり、それに関連するコストも増大するため、好適に適用できる範囲は限られている。
【０００６】
インジウムクラスタの形成は、ＩＩＩ族材料に対するＶ族材料の比率を高めることによっても、特に、気相中のＮＨ３の供給比率を高めることによっても、減少させ得るが、この場合にも、プロセスガスの前反応が増大し、ＮＨ３の供給コストも上昇する。
【０００７】
ＩｎＧａＡｌＰをベースとするＬＥＤの半導体層をエピタキシャル成長させるとき、エピタキシャル層の材料が順に堆積してＩＩＩ族原子がある程度交互に配置された領域が生じることが観察される。この効果は、「オーダリング」とも称される。これらの領域は結晶粒境界によって互いに隔てられており、結晶粒境界は、非放射再結合中心としてＬＥＤの活性層の効率を低下させうる。ＬＥＤの場合、活性層は一般的にバリア層によって囲まれており、バリア層はバンドギャップが活性層よりも大きく、したがって活性層における電荷キャリアの閉じ込めが生じる。オーダリングの結果として半導体材料のバンドギャップが縮小することが観察されており、これはバリア層の機能に悪影響を及ぼす。これによって漏れ電流が増大し、したがってＬＥＤの効率が低下することがある。
【０００８】
オーダリングは、高い成長温度を使用することによって少なくともある程度は減少させ得るが、結果として、エピタキシャル層におけるドーパントの望ましくない拡散も強まる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、インジウムを含有するリン化物化合物半導体、またはインジウムを含有する窒化物化合物半導体、をベースとする、高い効率を有するオプトエレクトロニクス半導体部品、を開示することである。具体的には、効率に悪影響を及ぼす上述した不利な効果を減少させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１によるオプトエレクトロニクス半導体部品、または請求項９によるオプトエレクトロニクス半導体部品によって、達成される。従属請求項は、本発明の有利な構造形態および発展形態に関する。
【００１１】
インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料、またはインジウムを含有する窒化物化合物半導体材料、からなる半導体層をエピタキシャル成長させるときの上述した不利な効果は、ＰまたはＮに加えて少なくとも１種類の追加のＶ族元素を含んでいる半導体材料によって、減少させることができる。具体的には、窒化物化合物半導体材料の場合にはＡｓ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種類を添加することによって、リン化物化合物半導体材料の場合にはＢｉまたはＳｂのうちの少なくとも一種類を添加することによって、オプトエレクトロニクス部品の効率を高めることが可能である。
【００１２】
一実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体部品は、放射を放出するのに適している活性層を備えており、活性層がクラッド層によって囲まれており、クラッド層もしくは活性層またはその両方が、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料を備えており、このリン化物化合物半導体材料は、Ｖ族の追加の元素として元素Ｂｉまたは元素Ｓｂのうちの少なくとも一方を含んでいる。
【００１３】
リン化物化合物半導体材料がＶ族の追加元素としてＢｉまたはＳｂを含んでいることによって、いわゆるオーダリング、すなわち、主としてインジウム含有層とＡｌまたはＧａ含有層とを交互に含んだ規則的配置領域（ordered regions）が半導体層に形成されること、が減少する。オーダリングが減少する結果として、リン化物化合物半導体材料中の結晶粒境界（grain boundaries）（非放射再結合中心として、放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の効率を低下させ得る）の数も減少する。これと同時に、化学量論的組成が同じである場合、化合物半導体のバンドギャップが増大する。
【００１４】
特に、オーダリングを減少させる効果は、エピタキシャル成長時に半導体層の表面における原子の移動度が、重い原子ＳｂまたはＢｉによって減少することに基づくものと考えられる。このメカニズムにおいてはＶ族の追加原子の質量が重要であるため、より重い元素Ｂｉを添加する方が、Ｓｂを添加するよりもさらに効果的である。さらには、追加の原子によって、オーダリングが減少するように表面の電子構造を変化させることができる。
【００１５】
活性層を囲んでいるクラッド層は、Ｖ族の追加元素として、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいることが好ましい。クラッド層は、活性層よりも大きなバンドギャップを有することが有利である。このようにすることで、クラッド層によって活性層における電荷キャリアの閉じ込めが生じ、その結果として、放射放出オプトエレクトロニクス部品の効率が高まる。Ｖ族の追加の元素としてＢｉもしくはＳｂまたはその両方を添加することによって、オーダリングが減少するのみならず、リン化物化合物半導体材料のバンドギャップも大きくなることが判明した。このようにバンドギャップが大きくなることによってクラッド層の効果が強くなり、このようにして、オプトエレクトロニクス半導体部品（特に、ＬＥＤ、半導体レーザ、または太陽電池とすることができる）の効率が高まる。
【００１６】
好ましい一バリエーションにおいては、Ｖ族の追加の元素ＢｉもしくはＳｂまたはその両方は、活性層ではなくクラッド層に組み込まれている。したがって、クラッド層のみにおいてバンドギャップが大きくなり、結果として、活性層のバンドギャップとクラッド層のバンドギャップとの差が増大し、これにより、活性層における電荷キャリアの閉じ込めがさらに改善される。
【００１７】
しかしながら、これに代えて、クラッド層と活性層の両方が、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいる、あるいは、活性層のみが、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいることも可能であり、なぜなら、活性層のリン化物化合物半導体材料におけるオーダリングが減少することで、結晶粒境界が減少し、これによってオプトエレクトロニクス部品の効率が高まるためである。
【００１８】
クラッド層もしくは活性層またはその両方のリン化物化合物半導体材料は、特に、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＳｂｚまたはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＢｉｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有することができる。
【００１９】
さらには、リン化物化合物半導体材料は、元素Ｓｂおよび元素Ｂｉの両方を含んでいることもできる。したがって、リン化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚ（ＳｂｕＢｉ１−ｕ）ｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０≦ｕ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００２０】
リン化物化合物半導体材料は、ＩＩＩ族の元素としてＩｎ、Ｇａ、およびＡｌのすべてを含んでいることが有利である。したがって、この場合、ｘ＞０，ｙ＞０，ｘ＋ｙ＜１が成り立つ。したがって、リン化物化合物半導体材料は、五元半導体材料である。
【００２１】
Ｖ族の少なくとも１種類の追加元素を添加することによって、半導体材料の追加のドーピングが生じることがなく（これは有利である）、なぜなら、ＳｂまたはＢｉがＶ族元素の位置において等電子的に（isoelectronically）結晶格子に組み込まれるためである。
【００２２】
Ｖ族の元素ＳｂまたはＢｉがたとえ極めて少量であっても、オーダリングを減少させるのに十分であることが判明した。リン化物化合物半導体材料中の少なくとも１種類の追加のＶ族元素の割合ｚは、０＜ｚ≦０．０３が成り立つことが好ましい。好ましくは０＜ｚ≦０．０２、特に好ましくは０＜ｚ≦０．００５が成り立つ。極めて少量のＶ族の追加元素がリン化物化合物半導体材料に添加されるため、半導体材料の構造的特性および電子的特性は、オーダリングの有利な減少とバンドギャップの増大を除いて、わずかな影響を受けるのみである。
【００２３】
Ｖ族の追加元素を組み込む方策は、リン化物化合物半導体材料中のインジウムの割合が約０．５である場合に特に有利であり、なぜなら、この半導体材料においてオーダリングが生じる傾向は、インジウムの割合が約０．５の場合に最大であるためである。半導体材料中のインジウムの割合は、０．３≦ｘ≦０．７が有利であり、好ましくは０．４≦ｘ≦０．６、特に好ましくは０．４５≦ｘ≦０．５５である。
【００２４】
さらなる実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体部品は、インジウムを含有する窒化物化合物半導体を備えている活性層、を含んでおり、活性層の窒化物化合物半導体材料は、Ｖ族の追加元素として、元素Ａｓ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種類を含んでいる。
【００２５】
特に、窒化物化合物半導体材料の製造時に、元素Ａｓ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種類を添加することによって、インジウムクラスタの形成が減少することが判明した。
【００２６】
インジウムクラスタの形成が減少することによって、活性層において非放射再結合中心として作用する結晶欠陥の形成が減少する。このようにすることで、オプトエレクトロニクス半導体部品の効率が改善され、この場合、オプトエレクトロニクス半導体部品は、特に、ＬＥＤ、半導体レーザ、または太陽電池とすることができる。
【００２７】
インジウムクラスタの形成を減少させる効果は、Ｎと比べて比較的重い原子Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉによって、エピタキシャル成長時に結晶表面におけるインジウム化合物の移動距離が、特に衝撃によって減少することに基づくものと考えられる。表面における重い原子によってインジウム化合物の移動度が減少するものと考えられ、したがって、インジウム原子は、別のインジウム原子と結合してクラスタを形成する前に、表面に衝突した位置の近傍において結晶格子に組み込まれる。
【００２８】
このメカニズムにおいては、Ｖ族の追加原子の質量が重要な役割を果たすため、Ａｓを添加するよりも、より重い元素ＳｂまたはＢｉを添加する方がさらに効果的である。Ｓｂよりも重いＢｉを添加することが、特に好ましい。
【００２９】
このようにすることで、成長温度を高める、あるいはＩＩＩ族材料に対するＶ族材料の比率を大きくする（それぞれ不利な効果を伴う）必要なしに、インジウムクラスタの形成が減少する。さらには、元素Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉはＶ族元素の位置において等電子的に結晶格子に組み込まれ、したがって追加のドーピング効果が生じず、これは有利である。
【００３０】
半導体層をＭＯＶＰＥによってエピタキシャル成長させるとき、追加の元素Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉは、追加のプロセスガス（例えばＴＥＳｂまたはＡｓＨ３）の形で反応炉に供給することができる。あるいは、Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉを、プロセスガス（例えばＴＭＧａまたはＴＭＡｌ）中の対象の不純物として供給することもできる。
【００３１】
窒化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＡｓｚ、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＳｂｚ、またはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＢｉｚ（いずれの場合も０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有することが好ましい。
【００３２】
さらには、窒化物化合物半導体材料は、元素Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉのうちの２種類またはすべてを含んでいることもできる。したがって、窒化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚ（ＡｓｕＳｂｖＢｉ１−ｕ−ｖ）ｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１，ｕ＋ｖ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００３３】
窒化物化合物半導体材料は、特に、ＩＩＩ族の３種類の元素Ｉｎ、Ｇａ、およびＡｌのすべてを備えていることができ、すなわち、ｘ＞０，ｙ＞０，１−ｘ−ｙ＞０が成り立つ。この場合、窒化物化合物半導体材料は、五元半導体材料であることが好ましい。
【００３４】
Ｖ族の元素Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉがたとえ極めて少量であっても、インジウムクラスタの形成を減少させるのに十分であることが判明した。窒化物化合物半導体材料中の少なくとも１種類の追加のＶ族元素の割合ｚは、０＜ｚ≦０．０３が成り立つことが好ましい。好ましくは０＜ｚ≦０．０２、特に好ましくは０＜ｚ≦０．００５が成り立つ。極めて少量の追加のＶ族元素が窒化物化合物半導体材料に添加されるのみであるため、半導体材料の構造的特性および電子的特性は、インジウムクラスタの形成が有利に減少する以外は、わずかな影響を受けるにすぎない。
【００３５】
Ｖ族の追加元素を組み込む方策は、窒化物化合物半導体材料中のインジウム含有量が比較的高い場合に特に有利であり、なぜなら、インジウム含有量が増すにつれて、インジウムクラスタが形成される危険性も高まるためである。半導体材料中のインジウムの割合は、ｘ≧０．１が有利であり、好ましくはｘ≧０．２、特に好ましくはｘ≧０．３である。このようなインジウム含有量（窒化物化合物半導体材料にとって比較的高い）は、特に、緑色を発するオプトエレクトロニクス半導体部品を製造するときに要求される。半導体材料のバンドギャップはインジウム含有量が増すほど小さくなるため、活性層によって放出される放射の波長は、インジウム含有量が増すにつれて長波長側にシフトする。
【００３６】
したがって、インジウム含有量が比較的高い場合、通常ならば紫外線または青色のスペクトル範囲内で放出する窒化物化合物半導体部品の代わりに、効率的な緑色発光部品を実施することも可能である。
【００３７】
以下では、本発明について、図１および図２を参照しながら２つの例示的な実施形態に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の断面の概略図を示している。
【図２】本発明の第２の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の断面の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図面において、同一の構成部分または機能が同じである構成部分には同じ参照記号を付してある。図示した構成部分、および構成部分の間の互いのサイズの関係は、正しい縮尺ではないことを理解されたい。
【００４０】
図１に示したオプトエレクトロニクス半導体部品は、ＬＥＤである。このＬＥＤは、基板１に堆積されているエピタキシャル積層体８を有し、このエピタキシャル積層体は、特に、ＭＯＶＰＥによって形成することができる。
【００４１】
エピタキシャル積層体８は、放射を放出する活性層４を含んでいる。活性層は、例えば、個々の層として、ダブルヘテロ構造として、単一量子井戸構造として、または多重量子井戸構造として、実施することができる。特に、量子井戸構造という表現は、量子化の次元に関して何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが包含される。
【００４２】
活性層４は、第１のクラッド層３ａと第２のクラッド層３ｂとの間に配置されている。クラッド層３ａ，３ｂは、活性層４よりも大きなバンドギャップを有することが有利であり、その結果として、活性層４において電荷キャリアの閉じ込めが生じる。クラッド層３ａ，３ｂは、複数の部分層からなる積層体の構造とすることもできる。
【００４３】
基板１と第１のクラッド層３ａとの間に、１層または複数のさらなる半導体層２を配置することができる。さらには、第２のクラッド層３ｂの後ろに、１層または複数のさらなる半導体層５（例えば、電流拡散層、コンタクト層）を配置することもできる。一例として、基板１と活性層４との間に配置されている半導体層２，３ａがｎ型にドープされており、基板１とは反対側の活性層４の面に配置されている半導体層３ｂ，５がｐ型にドープされている。基板１は、例えば、ＧａＡｓ基板とすることができる。
【００４４】
このＬＥＤとの電気接続を形成する目的で、一例として、エピタキシャル積層体８とは反対側の基板１の裏面に第１のコンタクト金属層７が形成されており、基板とは反対側のエピタキシャル積層体８の面に第２のコンタクト金属層６が形成されている。
【００４５】
クラッド層３ａ，３ｂもしくは活性層４またはその両方は、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料を含んでおり、このリン化物化合物半導体材料は、Ｐに加えて、Ｖ族の追加元素として元素ＳｂまたはＢｉの少なくとも一方を備えている。
【００４６】
クラッド層３ａ，３ｂもしくは活性層４またはその両方のリン化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＳｂｚまたはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＢｉｚ（いずれの場合も０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有することが好ましい。さらには、リン化物化合物半導体材料は、追加のＶ族元素ＳｂおよびＢｉの両方を備えていることもできる。したがって、リン化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚ（ＳｂｕＢｉ１−ｕ）ｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０≦ｕ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００４７】
Ｖ族の追加元素としてＳｂもしくはＢｉまたはその両方を添加することによって、リン化物化合物半導体におけるいわゆるオーダリングが減少し、その結果として、半導体材料における結晶粒境界の形成も減少する。半導体材料の規則的配置領域の間の結晶粒境界は、電荷キャリアの非放射再結合中心として作用するため、結晶粒境界が減少することによってＬＥＤの効率が高まる。これは、特に、活性層４が追加元素としてＳｂまたはＢｉを含んでいる場合である。
【００４８】
さらなる好ましい実施形態においては、クラッド層３ａ，３ｂのリン化物化合物半導体材料に、追加元素ＳｂもしくはＢｉまたはその両方が含まれている。ＳｂもしくはＢｉまたはその両方を添加することによって、リン化物化合物半導体材料のバンドギャップが大きくなることが判明した。このようにすることで、活性層４における電荷キャリアの閉じ込めに関連するクラッド層の効果が強まる。
【００４９】
リン化物化合物半導体材料のオーダリングの減少およびバンドギャップの増大に関連する、追加元素ＳｂもしくはＢｉまたはその両方の有利な効果は、比較的少量のこれらＶ族の追加材料によって得られる。リン化物化合物半導体材料中の元素ＳｂもしくはＢｉまたはその両方の割合ｚは、ｚ≦０．０３が有利であり、好ましくはｚ≦０．０２、特に好ましくはｚ≦０．００５である。
【００５０】
追加元素ＳｂもしくはＢｉまたはその両方を組み込む方策は、リン化物化合物半導体材料中のインジウムの割合が約０．５である場合に特に有利であり、なぜなら、この半導体材料においてオーダリングが生じる傾向は、インジウムの割合が約０．５の場合に最大であるためである。半導体材料中のインジウムの割合は、０．３≦ｘ≦０．７が有利であり、好ましくは０．４≦ｘ≦０．６、特に好ましくは０．４５≦ｘ≦０．５５である。
【００５１】
図２に断面図として概略的に示したオプトエレクトロニクス半導体部品は、薄膜ＬＥＤである。薄膜ＬＥＤとは、元の成長基板がエピタキシャル積層体８から除去されており、エピタキシャル積層体８が元の成長基板とは反対側においてキャリア９の上に取り付けられているＬＥＤを意味するものと理解されたい。
【００５２】
エピタキシャル積層体８は、キャリア９に近い方から、例えば、１層または複数のｐ型ドープ層５と、ｐ型にドープされた第２のクラッド層３ｂと、活性層４と、ｎ型にドープされた第１のクラッド層３ａと、１層または複数のｎ型ドープ層２と、を有する。したがって、このエピタキシャル積層体８の構造は、図１に示した構造に対応しているが、半導体層の順序が逆である。したがって、薄膜ＬＥＤの場合、一般に、ｐ型にドープされた半導体層３ｂ，５がキャリアの側にあり、ｎ型にドープされた層２，３ａがキャリア９とは反対側にある。エピタキシャル積層体８から元の成長基板が除去され、エピタキシャル積層体８がキャリア９（反射性のコンタクト層７が設けられていることが好ましい）に貼り付けられている結果として、ＬＥＤの効率が高まり、成長基板を再利用することができ、これは有利である。このことは、窒化物化合物半導体の成長基板が比較的高価である場合（例えば、ＧａＮまたはサファイアからなる基板）に、特に有利である。
【００５３】
図１に記載した例示的な実施形態の場合と同様に、このＬＥＤの活性層４は、第１のクラッド層３ａと第２のクラッド層３ｂとの間に配置されている。活性層４は、インジウムを含有する窒化物化合物半導体材料を含んでいる。窒化物化合物半導体材料は、Ｎに加えて、Ｖ族の追加元素として材料Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉのうちの少なくとも１種類を含んでいる。
【００５４】
活性層４の窒化物化合物半導体材料は、特に、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＡｓｚ、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＳｂｚ、またはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＢｉｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００５５】
追加元素Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉのうちの２種類またはすべてを備えている化合物も可能である。したがって、この窒化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚ（ＡｓｕＳｂｖＢｉ１−ｕ−ｖ）ｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１，ｕ＋ｖ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００５６】
少なくとも１種類の追加元素Ａｓ、Ｂｉ、またはＳｂによって、活性層４の窒化物化合物半導体材料におけるインジウムクラスタの形成が減少し、これは有利である。インジウムクラスタが減少する利点として、非放射再結合中心としてＬＥＤの効率を低下させうる結晶欠陥の発生が減少する。このようにすることで、インジウムクラスタの領域における電荷キャリア密度の局所的な増大（これによって非放射性のオージェ再結合の割合が増大しうる）も減少する。
【００５７】
薄膜ＬＥＤとの電気接続は、例えば、キャリア９の上のコンタクト金属層７（ＬＥＤによって放出される放射に対して反射性であることが好ましい）と、キャリア９とは反対側のエピタキシャル積層体８の面におけるさらなるコンタクト金属層６とによって、形成することができる。
【００５８】
窒化物化合物半導体材料にＶ族の追加元素としてＡｓ、Ｓｂ、またはＢｉを添加することは、放射を放出する活性層４のインジウム含有量が比較的高いときに特に有利である。活性層４のインジウム含有量は、特にｘ≧０．１、特に好ましくはｘ≧０．２、場合によってはｘ≧０．３とすることができる。
【００５９】
窒化物化合物半導体材料における元素Ａｓ、Ｂｉ、またはＳｂのうちの１種類の量がたとえ少量であっても、インジウムクラスタの形成を減少させるのに十分である。追加元素の割合ｚは、０＜ｚ≦０．０３が有利であり、好ましくは０＜ｚ≦０．０２、特に好ましくは０＜ｚ≦０．００５である。このような少量の追加元素の場合、窒化物化合物半導体材料の電子的特性はわずかに影響を受けるのみであり、これは有利である。
【００６０】
当然ながら、第２の例示的な実施形態による、成長基板を備えていない薄膜ＬＥＤとして、窒化物化合物半導体材料をベースとするエピタキシャル積層体８を備えているＬＥＤのみならず、上述した第１の例示的な実施形態における、リン化物化合物半導体材料をベースとするエピタキシャル積層体８を実施することもできる。同様に、第２の例示的な実施形態における、窒化物化合物半導体材料をベースとするエピタキシャル積層体８を、図１に示したように、成長基板を備えたＬＥＤとして実施することができる。
【００６１】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に制限されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体部品に関し、詳細には、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料、またはインジウムを含有する窒化物化合物半導体材料、を備えているＬＥＤ、に関する。
【０００２】
［関連出願］
本特許出願は、独国特許出願第１０２００９００４８９５．２号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
ＩｎＧａＡｌＮまたはＩｎＧａＡｌＰをベースとするオプトエレクトロニクス部品の半導体層をエピタキシャル成長させるとき、たとえ最適な工程条件下でも、望ましくない効果がしばしば発生する。
【０００４】
ＩｎＧａＡｌＮからなるエピタキシャル半導体層においては、インジウム濃度の高い領域（いわゆるクラスタ）が形成されることがある。このクラスタの領域には局所的な大きな歪みが発生し、これによって結晶欠陥が形成されることがあり、これらの欠陥は、非放射再結合中心として、ＬＥＤの効率を低下させる。クラスタの形成の程度が小さく、結晶欠陥の発生につながらない場合でも、Ｉｎクラスタの領域において電荷キャリア密度が局所的に高まるため光学活性層におけるオージェ再結合の割合が増大することにより、ＬＥＤの効率が低下しうる。
【０００５】
インジウム濃度の高い領域が形成される傾向は、高い成長温度を使用することによって減少させ得ることが明らかになっているが、その結果として、エピタキシャル成長させる層へのインジウムの組み込みも阻害される。ＩｎＡｌＧａＮ半導体層をＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）によってエピタキシャル成長させるときには、８００ｍｂａｒ以上の比較的高い反応炉圧力によっても、クラスタの形成を減少させることができる。しかしながら、これによって、例えばＮＨ３や有機金属化合物（ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎなど）を含んでいるプロセスガスの望ましくない前反応（prior reactions）が大幅に増大し、結果としてナノ粒子が形成され、したがって半導体層に欠陥が発生しうる。このような前反応を、その原因となる原材料の供給を空間的および時間的に分けることによって減少させる方法は、それによって成長パラメータ（特に成長速度）が制限され、エピタキシ装置の要件も厳しくなり、それに関連するコストも増大するため、好適に適用できる範囲は限られている。
【０００６】
インジウムクラスタの形成は、ＩＩＩ族材料に対するＶ族材料の比率を高めることによっても、特に、気相中のＮＨ３の供給比率を高めることによっても、減少させ得るが、この場合にも、プロセスガスの前反応が増大し、ＮＨ３の供給コストも上昇する。
【０００７】
ＩｎＧａＡｌＰをベースとするＬＥＤの半導体層をエピタキシャル成長させるとき、エピタキシャル層の材料が順に堆積してＩＩＩ族原子がある程度交互に配置された領域が生じることが観察される。この効果は、「オーダリング」とも称される。これらの領域は結晶粒境界によって互いに隔てられており、結晶粒境界は、非放射再結合中心としてＬＥＤの活性層の効率を低下させうる。ＬＥＤの場合、活性層は一般的にバリア層によって囲まれており、バリア層はバンドギャップが活性層よりも大きく、したがって活性層における電荷キャリアの閉じ込めが生じる。オーダリングの結果として半導体材料のバンドギャップが縮小することが観察されており、これはバリア層の機能に悪影響を及ぼす。これによって漏れ電流が増大し、したがってＬＥＤの効率が低下することがある。
【０００８】
オーダリングは、高い成長温度を使用することによって少なくともある程度は減少させ得るが、結果として、エピタキシャル層におけるドーパントの望ましくない拡散も強まる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、インジウムを含有するリン化物化合物半導体、またはインジウムを含有する窒化物化合物半導体、をベースとする、高い効率を有するオプトエレクトロニクス半導体部品、を開示することである。具体的には、効率に悪影響を及ぼす上述した不利な効果を減少させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１によるオプトエレクトロニクス半導体部品、または請求項９によるオプトエレクトロニクス半導体部品によって、達成される。従属請求項は、本発明の有利な構造形態および発展形態に関する。
【００１１】
インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料、またはインジウムを含有する窒化物化合物半導体材料、からなる半導体層をエピタキシャル成長させるときの上述した不利な効果は、ＰまたはＮに加えて少なくとも１種類の追加のＶ族元素を含んでいる半導体材料によって、減少させることができる。具体的には、窒化物化合物半導体材料の場合にはＡｓ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種類を添加することによって、リン化物化合物半導体材料の場合にはＢｉまたはＳｂのうちの少なくとも一種類を添加することによって、オプトエレクトロニクス部品の効率を高めることが可能である。
【００１２】
一実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体部品は、放射を放出するのに適している活性層を備えており、活性層がクラッド層によって囲まれており、クラッド層もしくは活性層またはその両方が、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料を備えており、このリン化物化合物半導体材料は、Ｖ族の追加の元素として元素Ｂｉまたは元素Ｓｂのうちの少なくとも一方を含んでいる。
【００１３】
リン化物化合物半導体材料がＶ族の追加元素としてＢｉまたはＳｂを含んでいることによって、いわゆるオーダリング、すなわち、主としてインジウム含有層とＡｌまたはＧａ含有層とを交互に含んだ規則的配置領域（ordered regions）が半導体層に形成されること、が減少する。オーダリングが減少する結果として、リン化物化合物半導体材料中の結晶粒境界（grain boundaries）（非放射再結合中心として、放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の効率を低下させ得る）の数も減少する。これと同時に、化学量論的組成が同じである場合、化合物半導体のバンドギャップが増大する。
【００１４】
特に、オーダリングを減少させる効果は、エピタキシャル成長時に半導体層の表面における原子の移動度が、重い原子ＳｂまたはＢｉによって減少することに基づくものと考えられる。このメカニズムにおいてはＶ族の追加原子の質量が重要であるため、より重い元素Ｂｉを添加する方が、Ｓｂを添加するよりもさらに効果的である。さらには、追加の原子によって、オーダリングが減少するように表面の電子構造を変化させることができる。
【００１５】
活性層を囲んでいるクラッド層は、Ｖ族の追加元素として、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいることが好ましい。クラッド層は、活性層よりも大きなバンドギャップを有することが有利である。このようにすることで、クラッド層によって活性層における電荷キャリアの閉じ込めが生じ、その結果として、放射放出オプトエレクトロニクス部品の効率が高まる。Ｖ族の追加の元素としてＢｉもしくはＳｂまたはその両方を添加することによって、オーダリングが減少するのみならず、リン化物化合物半導体材料のバンドギャップも大きくなることが判明した。このようにバンドギャップが大きくなることによってクラッド層の効果が強くなり、このようにして、オプトエレクトロニクス半導体部品（特に、ＬＥＤ、半導体レーザ、または太陽電池とすることができる）の効率が高まる。
【００１６】
好ましい一バリエーションにおいては、Ｖ族の追加の元素ＢｉもしくはＳｂまたはその両方は、活性層ではなくクラッド層に組み込まれている。したがって、クラッド層のみにおいてバンドギャップが大きくなり、結果として、活性層のバンドギャップとクラッド層のバンドギャップとの差が増大し、これにより、活性層における電荷キャリアの閉じ込めがさらに改善される。
【００１７】
しかしながら、これに代えて、クラッド層と活性層の両方が、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいる、あるいは、活性層のみが、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいることも可能であり、なぜなら、活性層のリン化物化合物半導体材料におけるオーダリングが減少することで、結晶粒境界が減少し、これによってオプトエレクトロニクス部品の効率が高まるためである。
【００１８】
クラッド層もしくは活性層またはその両方のリン化物化合物半導体材料は、特に、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＳｂｚまたはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＢｉｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有することができる。
【００１９】
さらには、リン化物化合物半導体材料は、元素Ｓｂおよび元素Ｂｉの両方を含んでいることもできる。したがって、リン化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚ（ＳｂｕＢｉ１−ｕ）ｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０≦ｕ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００２０】
リン化物化合物半導体材料は、ＩＩＩ族の元素としてＩｎ、Ｇａ、およびＡｌのすべてを含んでいることが有利である。したがって、この場合、ｘ＞０，ｙ＞０，ｘ＋ｙ＜１が成り立つ。したがって、リン化物化合物半導体材料は、五元半導体材料である。
【００２１】
Ｖ族の少なくとも１種類の追加元素を添加することによって、半導体材料の追加のドーピングが生じることがなく（これは有利である）、なぜなら、ＳｂまたはＢｉがＶ族元素の位置において等電子的に（isoelectronically）結晶格子に組み込まれるためである。
【００２２】
Ｖ族の元素ＳｂまたはＢｉがたとえ極めて少量であっても、オーダリングを減少させるのに十分であることが判明した。リン化物化合物半導体材料中の少なくとも１種類の追加のＶ族元素の割合ｚは、０＜ｚ≦０．０３が成り立つことが好ましい。好ましくは０＜ｚ≦０．０２、特に好ましくは０＜ｚ≦０．００５が成り立つ。極めて少量のＶ族の追加元素がリン化物化合物半導体材料に添加されるため、半導体材料の構造的特性および電子的特性は、オーダリングの有利な減少とバンドギャップの増大を除いて、わずかな影響を受けるのみである。
【００２３】
Ｖ族の追加元素を組み込む方策は、リン化物化合物半導体材料中のインジウムの割合が約０．５である場合に特に有利であり、なぜなら、この半導体材料においてオーダリングが生じる傾向は、インジウムの割合が約０．５の場合に最大であるためである。半導体材料中のインジウムの割合は、０．３≦ｘ≦０．７が有利であり、好ましくは０．４≦ｘ≦０．６、特に好ましくは０．４５≦ｘ≦０．５５である。
【００２４】
さらなる実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体部品は、インジウムを含有する窒化物化合物半導体を備えている活性層、を含んでおり、活性層の窒化物化合物半導体材料は、Ｖ族の追加元素として、元素Ａｓ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種類を含んでいる。
【００２５】
特に、窒化物化合物半導体材料の製造時に、元素Ａｓ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種類を添加することによって、インジウムクラスタの形成が減少することが判明した。
【００２６】
インジウムクラスタの形成が減少することによって、活性層において非放射再結合中心として作用する結晶欠陥の形成が減少する。このようにすることで、オプトエレクトロニクス半導体部品の効率が改善され、この場合、オプトエレクトロニクス半導体部品は、特に、ＬＥＤ、半導体レーザ、または太陽電池とすることができる。
【００２７】
インジウムクラスタの形成を減少させる効果は、Ｎと比べて比較的重い原子Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉによって、エピタキシャル成長時に結晶表面におけるインジウム化合物の移動距離が、特に衝撃によって減少することに基づくものと考えられる。表面における重い原子によってインジウム化合物の移動度が減少するものと考えられ、したがって、インジウム原子は、別のインジウム原子と結合してクラスタを形成する前に、表面に衝突した位置の近傍において結晶格子に組み込まれる。
【００２８】
このメカニズムにおいては、Ｖ族の追加原子の質量が重要な役割を果たすため、Ａｓを添加するよりも、より重い元素ＳｂまたはＢｉを添加する方がさらに効果的である。Ｓｂよりも重いＢｉを添加することが、特に好ましい。
【００２９】
このようにすることで、成長温度を高める、あるいはＩＩＩ族材料に対するＶ族材料の比率を大きくする（それぞれ不利な効果を伴う）必要なしに、インジウムクラスタの形成が減少する。さらには、元素Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉはＶ族元素の位置において等電子的に結晶格子に組み込まれ、したがって追加のドーピング効果が生じず、これは有利である。
【００３０】
半導体層をＭＯＶＰＥによってエピタキシャル成長させるとき、追加の元素Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉは、追加のプロセスガス（例えばＴＥＳｂまたはＡｓＨ３）の形で反応炉に供給することができる。あるいは、Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉを、プロセスガス（例えばＴＭＧａまたはＴＭＡｌ）中の対象の不純物として供給することもできる。
【００３１】
窒化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＡｓｚ、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＳｂｚ、またはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＢｉｚ（いずれの場合も０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有することが好ましい。
【００３２】
さらには、窒化物化合物半導体材料は、元素Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉのうちの２種類またはすべてを含んでいることもできる。したがって、窒化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚ（ＡｓｕＳｂｖＢｉ１−ｕ−ｖ）ｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１，ｕ＋ｖ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００３３】
窒化物化合物半導体材料は、特に、ＩＩＩ族の３種類の元素Ｉｎ、Ｇａ、およびＡｌのすべてを備えていることができ、すなわち、ｘ＞０，ｙ＞０，１−ｘ−ｙ＞０が成り立つ。この場合、窒化物化合物半導体材料は、五元半導体材料であることが好ましい。
【００３４】
Ｖ族の元素Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉがたとえ極めて少量であっても、インジウムクラスタの形成を減少させるのに十分であることが判明した。窒化物化合物半導体材料中の少なくとも１種類の追加のＶ族元素の割合ｚは、０＜ｚ≦０．０３が成り立つことが好ましい。好ましくは０＜ｚ≦０．０２、特に好ましくは０＜ｚ≦０．００５が成り立つ。極めて少量の追加のＶ族元素が窒化物化合物半導体材料に添加されるのみであるため、半導体材料の構造的特性および電子的特性は、インジウムクラスタの形成が有利に減少する以外は、わずかな影響を受けるにすぎない。
【００３５】
Ｖ族の追加元素を組み込む方策は、窒化物化合物半導体材料中のインジウム含有量が比較的高い場合に特に有利であり、なぜなら、インジウム含有量が増すにつれて、インジウムクラスタが形成される危険性も高まるためである。半導体材料中のインジウムの割合は、ｘ≧０．１が有利であり、好ましくはｘ≧０．２、特に好ましくはｘ≧０．３である。このようなインジウム含有量（窒化物化合物半導体材料にとって比較的高い）は、特に、緑色を発するオプトエレクトロニクス半導体部品を製造するときに要求される。半導体材料のバンドギャップはインジウム含有量が増すほど小さくなるため、活性層によって放出される放射の波長は、インジウム含有量が増すにつれて長波長側にシフトする。
【００３６】
したがって、インジウム含有量が比較的高い場合、通常ならば紫外線または青色のスペクトル範囲内で放出する窒化物化合物半導体部品の代わりに、効率的な緑色発光部品を実施することも可能である。
【００３７】
以下では、本発明について、図１および図２を参照しながら２つの例示的な実施形態に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の断面の概略図を示している。
【図２】本発明の第２の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の断面の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図面において、同一の構成部分または機能が同じである構成部分には同じ参照記号を付してある。図示した構成部分、および構成部分の間の互いのサイズの関係は、正しい縮尺ではないことを理解されたい。
【００４０】
図１に示したオプトエレクトロニクス半導体部品は、ＬＥＤである。このＬＥＤは、基板１に堆積されているエピタキシャル積層体８を有し、このエピタキシャル積層体は、特に、ＭＯＶＰＥによって形成することができる。
【００４１】
エピタキシャル積層体８は、放射を放出する活性層４を含んでいる。活性層は、例えば、個々の層として、ダブルヘテロ構造として、単一量子井戸構造として、または多重量子井戸構造として、実施することができる。特に、量子井戸構造という表現は、量子化の次元に関して何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが包含される。
【００４２】
活性層４は、第１のクラッド層３ａと第２のクラッド層３ｂとの間に配置されている。クラッド層３ａ，３ｂは、活性層４よりも大きなバンドギャップを有することが有利であり、その結果として、活性層４において電荷キャリアの閉じ込めが生じる。クラッド層３ａ，３ｂは、複数の部分層からなる積層体の構造とすることもできる。
【００４３】
基板１と第１のクラッド層３ａとの間に、１層または複数のさらなる半導体層２を配置することができる。さらには、第２のクラッド層３ｂの後ろに、１層または複数のさらなる半導体層５（例えば、電流拡散層、コンタクト層）を配置することもできる。一例として、基板１と活性層４との間に配置されている半導体層２，３ａがｎ型にドープされており、基板１とは反対側の活性層４の面に配置されている半導体層３ｂ，５がｐ型にドープされている。基板１は、例えば、ＧａＡｓ基板とすることができる。
【００４４】
このＬＥＤとの電気接続を形成する目的で、一例として、エピタキシャル積層体８とは反対側の基板１の裏面に第１のコンタクト金属層７が形成されており、基板とは反対側のエピタキシャル積層体８の面に第２のコンタクト金属層６が形成されている。
【００４５】
クラッド層３ａ，３ｂもしくは活性層４またはその両方は、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料を含んでおり、このリン化物化合物半導体材料は、Ｐに加えて、Ｖ族の追加元素として元素ＳｂまたはＢｉの少なくとも一方を備えている。
【００４６】
クラッド層３ａ，３ｂもしくは活性層４またはその両方のリン化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＳｂｚまたはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＢｉｚ（いずれの場合も０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有することが好ましい。さらには、リン化物化合物半導体材料は、追加のＶ族元素ＳｂおよびＢｉの両方を備えていることもできる。したがって、リン化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚ（ＳｂｕＢｉ１−ｕ）ｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０≦ｕ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００４７】
Ｖ族の追加元素としてＳｂもしくはＢｉまたはその両方を添加することによって、リン化物化合物半導体におけるいわゆるオーダリングが減少し、その結果として、半導体材料における結晶粒境界の形成も減少する。半導体材料の規則的配置領域の間の結晶粒境界は、電荷キャリアの非放射再結合中心として作用するため、結晶粒境界が減少することによってＬＥＤの効率が高まる。これは、特に、活性層４が追加元素としてＳｂまたはＢｉを含んでいる場合である。
【００４８】
さらなる好ましい実施形態においては、クラッド層３ａ，３ｂのリン化物化合物半導体材料に、追加元素ＳｂもしくはＢｉまたはその両方が含まれている。ＳｂもしくはＢｉまたはその両方を添加することによって、リン化物化合物半導体材料のバンドギャップが大きくなることが判明した。このようにすることで、活性層４における電荷キャリアの閉じ込めに関連するクラッド層の効果が強まる。
【００４９】
リン化物化合物半導体材料のオーダリングの減少およびバンドギャップの増大に関連する、追加元素ＳｂもしくはＢｉまたはその両方の有利な効果は、比較的少量のこれらＶ族の追加材料によって得られる。リン化物化合物半導体材料中の元素ＳｂもしくはＢｉまたはその両方の割合ｚは、ｚ≦０．０３が有利であり、好ましくはｚ≦０．０２、特に好ましくはｚ≦０．００５である。
【００５０】
追加元素ＳｂもしくはＢｉまたはその両方を組み込む方策は、リン化物化合物半導体材料中のインジウムの割合が約０．５である場合に特に有利であり、なぜなら、この半導体材料においてオーダリングが生じる傾向は、インジウムの割合が約０．５の場合に最大であるためである。半導体材料中のインジウムの割合は、０．３≦ｘ≦０．７が有利であり、好ましくは０．４≦ｘ≦０．６、特に好ましくは０．４５≦ｘ≦０．５５である。
【００５１】
図２に断面図として概略的に示したオプトエレクトロニクス半導体部品は、薄膜ＬＥＤである。薄膜ＬＥＤとは、元の成長基板がエピタキシャル積層体８から除去されており、エピタキシャル積層体８が元の成長基板とは反対側においてキャリア９の上に取り付けられているＬＥＤを意味するものと理解されたい。
【００５２】
エピタキシャル積層体８は、キャリア９に近い方から、例えば、１層または複数のｐ型ドープ層５と、ｐ型にドープされた第２のクラッド層３ｂと、活性層４と、ｎ型にドープされた第１のクラッド層３ａと、１層または複数のｎ型ドープ層２と、を有する。したがって、このエピタキシャル積層体８の構造は、図１に示した構造に対応しているが、半導体層の順序が逆である。したがって、薄膜ＬＥＤの場合、一般に、ｐ型にドープされた半導体層３ｂ，５がキャリアの側にあり、ｎ型にドープされた層２，３ａがキャリア９とは反対側にある。エピタキシャル積層体８から元の成長基板が除去され、エピタキシャル積層体８がキャリア９（反射性のコンタクト層７が設けられていることが好ましい）に貼り付けられている結果として、ＬＥＤの効率が高まり、成長基板を再利用することができ、これは有利である。このことは、窒化物化合物半導体の成長基板が比較的高価である場合（例えば、ＧａＮまたはサファイアからなる基板）に、特に有利である。
【００５３】
図１に記載した例示的な実施形態の場合と同様に、このＬＥＤの活性層４は、第１のクラッド層３ａと第２のクラッド層３ｂとの間に配置されている。活性層４は、インジウムを含有する窒化物化合物半導体材料を含んでいる。窒化物化合物半導体材料は、Ｎに加えて、Ｖ族の追加元素として材料Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉのうちの少なくとも１種類を含んでいる。
【００５４】
活性層４の窒化物化合物半導体材料は、特に、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＡｓｚ、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＳｂｚ、またはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＢｉｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００５５】
追加元素Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉのうちの２種類またはすべてを備えている化合物も可能である。したがって、この窒化物化合物半導体材料は、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚ（ＡｓｕＳｂｖＢｉ１−ｕ−ｖ）ｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１，０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１，ｕ＋ｖ≦１，０＜ｚ＜１）を有する。
【００５６】
少なくとも１種類の追加元素Ａｓ、Ｂｉ、またはＳｂによって、活性層４の窒化物化合物半導体材料におけるインジウムクラスタの形成が減少し、これは有利である。インジウムクラスタが減少する利点として、非放射再結合中心としてＬＥＤの効率を低下させうる結晶欠陥の発生が減少する。このようにすることで、インジウムクラスタの領域における電荷キャリア密度の局所的な増大（これによって非放射性のオージェ再結合の割合が増大しうる）も減少する。
【００５７】
薄膜ＬＥＤとの電気接続は、例えば、キャリア９の上のコンタクト金属層７（ＬＥＤによって放出される放射に対して反射性であることが好ましい）と、キャリア９とは反対側のエピタキシャル積層体８の面におけるさらなるコンタクト金属層６とによって、形成することができる。
【００５８】
窒化物化合物半導体材料にＶ族の追加元素としてＡｓ、Ｓｂ、またはＢｉを添加することは、放射を放出する活性層４のインジウム含有量が比較的高いときに特に有利である。活性層４のインジウム含有量は、特にｘ≧０．１、特に好ましくはｘ≧０．２、場合によってはｘ≧０．３とすることができる。
【００５９】
窒化物化合物半導体材料における元素Ａｓ、Ｂｉ、またはＳｂのうちの１種類の量がたとえ少量であっても、インジウムクラスタの形成を減少させるのに十分である。追加元素の割合ｚは、０＜ｚ≦０．０３が有利であり、好ましくは０＜ｚ≦０．０２、特に好ましくは０＜ｚ≦０．００５である。このような少量の追加元素の場合、窒化物化合物半導体材料の電子的特性はわずかに影響を受けるのみであり、これは有利である。
【００６０】
当然ながら、第２の例示的な実施形態による、成長基板を備えていない薄膜ＬＥＤとして、窒化物化合物半導体材料をベースとするエピタキシャル積層体８を備えているＬＥＤのみならず、上述した第１の例示的な実施形態における、リン化物化合物半導体材料をベースとするエピタキシャル積層体８を実施することもできる。同様に、第２の例示的な実施形態における、窒化物化合物半導体材料をベースとするエピタキシャル積層体８を、図１に示したように、成長基板を備えたＬＥＤとして実施することができる。
【００６１】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に制限されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射を放出するのに適している活性層（４）を備えているオプトエレクトロニクス半導体部品であって、前記活性層（４）がクラッド層（３ａ，３ｂ）によって囲まれており、
前記クラッド層（３ａ，３ｂ）もしくは前記活性層（４）またはその両方が、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料を備えており、前記リン化物化合物半導体材料が、Ｖ族の追加元素として、元素Ｂｉまたは元素Ｓｂの少なくとも一方を含んでいる、
オプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項２】
前記クラッド層（３ａ，３ｂ）が、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいる、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項３】
前記活性層（４）が、ＢｉおよびＳｂのいずれも含んでいない、
請求項１または請求項２に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項４】
前記活性層（４）が、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいる、
請求項１または請求項２に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項５】
前記リン化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＳｂｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項６】
前記リン化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＢｉｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項７】
０＜ｚ≦０．０３である、
請求項５または請求項６に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項８】
０．３≦ｘ≦０．７である、
請求項５から請求項７のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項９】
インジウムを含有する窒化物化合物半導体材料を備えている活性層（４）を備えているオプトエレクトロニクス半導体部品であって、
前記活性層（４）の前記窒化物化合物半導体材料が、Ｖ族の追加元素として、元素Ａｓ、元素Ｂｉ、または元素Ｓｂのうちの少なくとも１種類を含んでいる、
オプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１０】
前記窒化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＡｓｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項９に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１１】
前記窒化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＳｂｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項９に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１２】
前記窒化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＢｉｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項９に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１３】
０＜ｚ≦０．０３である、
請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１４】
ｘ≧０．１である、
請求項１０から請求項１３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１５】
ｘ≧０．２である、
請求項１４に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１】
放射を放出するのに適している活性層（４）を備えているオプトエレクトロニクス半導体部品であって、前記活性層（４）がクラッド層（３ａ，３ｂ）によって囲まれており、
前記クラッド層（３ａ，３ｂ）もしくは前記活性層（４）またはその両方が、インジウムを含有するリン化物化合物半導体材料を備えており、前記リン化物化合物半導体材料が、Ｖ族の追加元素として、元素Ｂｉまたは元素Ｓｂの少なくとも一方を含んでいる、
オプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項２】
前記クラッド層（３ａ，３ｂ）が、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいる、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項３】
前記活性層（４）が、ＢｉおよびＳｂのいずれも含んでいない、
請求項１または請求項２に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項４】
前記活性層（４）が、ＢｉもしくはＳｂまたはその両方を含んでいる、
請求項１または請求項２に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項５】
前記リン化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＳｂｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項６】
前記リン化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＢｉｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項７】
０＜ｚ≦０．０３である、
請求項５または請求項６に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項８】
０．３≦ｘ≦０．７である、
請求項５から請求項７のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項９】
インジウムを含有する窒化物化合物半導体材料を備えている活性層（４）を備えているオプトエレクトロニクス半導体部品であって、
前記活性層（４）の前記窒化物化合物半導体材料が、Ｖ族の追加元素として、元素Ａｓ、元素Ｂｉ、または元素Ｓｂのうちの少なくとも１種類を含んでいる、
オプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１０】
前記窒化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＡｓｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項９に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１１】
前記窒化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＳｂｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項９に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１２】
前記窒化物化合物半導体材料が、組成ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ１−ｚＢｉｚ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１，０＜ｚ＜１）を有する、
請求項９に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１３】
０＜ｚ≦０．０３である、
請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１４】
ｘ≧０．１である、
請求項１０から請求項１３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１５】
ｘ≧０．２である、
請求項１４に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１２−５１５４４５（Ｐ２０１２−５１５４４５Ａ）
【公表日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４５７０８（Ｐ２０１１−５４５７０８）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５００３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８１７５４
【国際公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【出願人】（５９９１３３７１６）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 (586)
【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
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５００３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８１７５４
【国際公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【出願人】（５９９１３３７１６）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 (586)
【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
【Ｆターム（参考）】
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