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CN107810564A - 用于制造光电子半导体器件的方法以及光电子半导体器件 - Google Patents

用于制造光电子半导体器件的方法以及光电子半导体器件 Download PDF

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CN107810564A CN201680035182.3A CN201680035182A CN107810564A CN 107810564 A CN107810564 A CN 107810564A CN 201680035182 A CN201680035182 A CN 201680035182A CN 107810564 A CN107810564 A CN 107810564A
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Abstract

提出一种用于制造光电子半导体器件的方法，所述方法包括如下步骤：‑提供半导体层序列(1)，所述半导体层序列具有发射光的和/或吸收光的有源区(12)和沿垂直于半导体层序列(1)的主延伸平面伸展的堆叠方向(z)设置在有源区(12)下游的覆盖面(1a)，‑将层堆(2)施加到覆盖面(1a)上，其中层堆(2)包括含有铟的氧化物层(20)和沿堆叠方向(z)设置在覆盖面(2a)下游的中间面(2a)，‑将由氧化铟锡形成的接触层(3)施加到中间面(2a)上，其中‑层堆(2)在制造公差的范围内没有锡。

Description

用于制造光电子半导体器件的方法以及光电子半导体器件
背景技术
出版物US 2011/0284893A1描述一种用于制造光电子半导体器件的方法以及一种光电子半导体器件。
发明内容
要实现的目的在于：提出一种用于制造具有改进的电接触的光电子半导体器件的方法。此外，应提出一种具有改进的电接触的光电子半导体器件。
提出一种用于制造光电子半导体器件的方法。光电子半导体器件能够设计用于：在运行中发射和/或吸收光。例如，光电子半导体器件为发光二极管、光电二极管和/或半导体激光二极管。
根据方法的至少一个实施方式，提供半导体层序列。半导体层序列具有主延伸平面，所述半导体层序列在所述主延伸平面中沿横向方向延伸。半导体层序列的堆叠方向垂直于主延伸平面伸展。半导体层序列沿着堆叠方向具有厚度，所述厚度相对于半导体层序列在横向方向上的最大延伸是小的。半导体层序列的主平面形成半导体层序列的覆盖面。
半导体层序列能够外延地、尤其借助于金属有机气相外延(MOVPE)生长到生长载体上。在此，可行的是：生长载体在随生长之后的方法步骤中再次从半导体层序列移除。半导体层序列能够包含多个半导体层，所述半导体层沿堆叠方向相叠设置。每个半导体层能够沿着主延伸平面延伸。半导体层能够由半导体材料形成。特别地，半导体层序列能够基于氮化物化合物半导体材料。
“基于氮化物化合物半导体”在此和在下文中能够表示：半导体层序列或其至少一个半导体层、优选半导体层序列的每个半导体层包括氮化物-III/V族化合物半导体材料，优选AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1、0≤y≤1并且x+y≤1。在此，所述材料不必强制性地具有根据上式的数学上精确的组成。更确切地说，所述材料能够具有一种或多种掺杂材料以及附加的组成部分，这基本上不改变AlxInyGa1-x-yN材料的特征性的物理特性。然而为了简单性，上式仅包含晶格的主要组成部分(Al，Ga，In，N)，即使所述主要组成部分能够部分地通过少量其他材料取代时也如此。
根据方法的至少一个实施方式，半导体层序列包括发射光的和/或吸收光的有源区。半导体层序列的覆盖面沿堆叠方向设置在有源区下游。特别地，有源区发射或吸收在电磁光谱的可见和/或紫外范围中的光。发射的光能够具有至少200nm和最高540nm、优选至少400nm和最高500nm并且尤其优选至少430nm和最高470nm的波长、尤其峰值波长。
例如，半导体层序列包括第一半导体层、有源区、第二半导体层和高掺杂的半导体层。高掺杂的半导体层例如能够是p掺杂的。有源区能够设置在第一和第二半导体层之间。在此，有源区例如能够作为层或层序列存在并且由半导体材料形成。此外，高掺杂的半导体层沿堆叠方向能够设置在第二半导体层上。尤其可行的是：第二半导体层和高掺杂的半导体层彼此直接接触并且尤其彼此导电连接。高掺杂的半导体层的外面能够形成覆盖面。
高掺杂的半导体层尤其能够借助镁掺杂。高掺杂的半导体层中的镁的掺杂材料浓度能够至少为5*1019/cm3，优选至少为1.0*1020/cm3并且尤其优选至少为1.2*1020/cm3，并且最高为9*1020/cm3、优选最高为5*1020/cm3并且尤其优选最高为2*1020/cm3。高掺杂的半导体层例如能够借助含氧气体活化。
根据方法的至少一个实施方式，将层堆施加到覆盖面上。层堆例如能够借助于外延沉积和/或溅射施加到覆盖面上。层堆能够具有多个层，所述层在堆叠方向上相叠设置并且能够分别沿着主延伸平面延伸。
层堆具有氧化物层，所述氧化物层包含铟。特别地，氧化物层能够包含氧化铟、优选In2O3，或在制造公差的范围内由其构成。层“在制造公差的范围内”由一种材料构成在此和在下文中表示：在所述层中能够包含其他材料的制造所引起的非纯性。
层堆还具有中间面，所述中间面沿堆叠方向设置在覆盖面下游。中间面能够为层堆的背离半导体层序列的外面。特别地，中间面能够通过氧化物层的外面形成。
层堆和尤其氧化物层能够透光地构成。层或层堆在此和在下文中在如下情况下“透光地”构成：所述层或所述层堆对于在光电子半导体器件运行时由有源区发射的或吸收的光具有至少80％、优选至少90％并且尤其优选至少95％的透射系数。
还可行的是：层堆导电地构成。特别地，层堆能够与半导体层序列导电地连接。例如，层堆与高掺杂的半导体层直接电接触。
根据方法的至少一个实施方式，将接触层施加到中间面上。接触层由氧化铟锡(ITO)形成。特别地，接触层在制造公差的范围内由氧化铟锡构成。例如，接触层由InaSn1-aO形成，其中0.75≤a≤0.99，优选a≤0.98。
接触层的施加尤其能够利用无等离子的沉积方法、例如MOVPE来进行。由此，能够得到单晶构成的接触层，所述接触层能够没有晶界。不同于此，可行的是：例如借助于溅射施加的接触层总是具有晶界。
接触层能够透光地构成。例如，接触层的背离层堆的外面能够形成光电子半导体器件的光透射面。通过光透射面能够将光从光电子半导体器件中耦合输出或耦合输入到其中。
特别地，接触层能够导电地构成。接触层能够用于电接触半导体层序列。特别地，接触层能够借助层堆与半导体层序列导电连接。
根据方法的至少一个实施方式，层堆在制造公差的范围内没有锡。层或层堆在制造公差的范围内没有一种元素和/或一种材料，在此和在下文中能够表示：在层中或在层堆中仅由于制造所引起的杂质存在所述元素和/或材料的痕迹。元素和/或材料从相邻的层扩散到层或层堆中在此同样可视作为制造所引起的杂质。层堆因此在制造公差的范围内不包含锡，尤其不包含氧化铟锡。特别地，层堆中锡原子的数量能够为层堆中铟原子的数量的最高1％、优选最高0.5％和尤其优选最高0.1％，或者锡在层堆中不可证实到。
根据用于制造光电子半导体器件的方法的至少一个实施方式，所述方法包括如下步骤：
-提供半导体层序列，所述半导体层序列具有发射光的和/或吸收光的有源区和沿垂直于半导体层序列的主延伸平面伸展的堆叠方向设置在有源区下游的覆盖面，
-将层堆施加到覆盖面上，其中层堆包括含有铟的氧化物层和沿堆叠方向设置在覆盖面下游的中间面，
-将由氧化铟锡形成的接触层施加到中间面上，其中
-层堆在制造公差的范围内没有锡。
方法步骤能够以给出的顺序执行。
在此处描述的用于制造光电子半导体器件的方法中，应避免将接触层直接地施加到半导体层序列上，以便改进半导体层序列的电接触。对此，在半导体层序列和接触层之间设置层堆。借助层堆能够避免接触层直接邻接于半导体层序列，并且尤其已经相对于接触层的沉积来保护半导体层序列的覆盖面。
在一个替选的半导体器件中，其中接触层例如借助于溅射直接地施加到半导体层序列的覆盖面上进而不存在层堆，在接触层和半导体层序列之间的替选的边界区域中，能够在半导体层序列中和/或在接触层中产生裂纹、杂质和/或缺陷。由此，在替选的半导体器件中在接触层和半导体层序列之间的电接触能够变差，进而尤其替选的边界区域上的压降增大。
通过引入层堆，半导体器件上的压降与替选的半导体器件相比降低直至100mV。在此，令人惊讶地证实：基于层堆能够在半导体层序列和层堆之间的第一边界区域中和/或在层堆和接触层之间的第二边界区域中改进材料质量、例如晶体结构的质量和/或完整性。特别地，包含铟的氧化物层在此能够有助于改进晶体质量和/或保护半导体层序列的覆盖面的晶体结构。
根据方法的至少一个实施方式，为了施加氧化物层，首先提供包含铟的氮化物层。氮化物层的提供能够通过生长方法、如例如MOVPE、分子束外延(MBE)或溅射来提供。
氮化物层尤其能够由氮化铟、优选InN形成或由其构成。氮化物层能够不透光地构成。在此，层在此和在下文中在如下情况下“不透光地”构成：层对于在光电子半导体器件运行中由有源区发射的或吸收的光具有最高60％、优选最高50％并且尤其优选最高40％的透射系数。特别地，不透光的层能够具有能量带隙，所述能量带隙的大小低于由有源区发射的和/或吸收的光的光子的能量。
根据方法的至少一个实施方式，在氧化步骤中，将氮化物层至少部分地氧化成氧化物层。氧化步骤能够在随沉积氮化物层之后的方法步骤中进行。例如，氧化步骤能够直接在沉积之后执行。替选地或附加地可行的是：氧化步骤在沉积期间已经执行。
为了氧化，能够将含氧气体输入到反应室中，在所述反应室中至少执行氧化步骤。在氧化氮化物层时，包含在氮化物层中的氮通过氧取代。
在氧化步骤之后，层堆能够仅局部地包含氮。替选地或附加地，层堆在氧化之后能够透光地构成。还可行的是：氮化物层在氧化步骤中完全地氧化成氧化物层。特别地，氧化物层在氧化步骤之后在制造公差的范围内能够没有氮。
根据方法的至少一个实施方式，施加氧化物层包括如下步骤：
-提供包含铟的氮化物层，并且
-在氧化步骤中将氮化物层至少部分地氧化成氧化物层。
根据方法的至少一个实施方式，借助于外延沉积提供氮化物层。特别地，氮化物层能够外延地生长到要制造的半导体器件的在之前的方法步骤中提供的层上。
不同于直接地沉积氧化物层，为了沉积氮化物层不需要提供氧。氧化所需要的氧仅能够在氧化步骤中提供。这也能够在用于外延生长的室之外进行。氧化步骤尤其能够由于氮化物层的可能的不透光性是必需的。
根据方法的至少一个实施方式，氧化步骤在施加接触层之后执行。因此，首先将接触层沉积到层堆的中间面上，并且随后执行氧化步骤。随后穿过接触层进行氮化物层的氧化。在此可行的是：接触层同样部分氧化。
根据方法的至少一个实施方式，至少氧化步骤在反应室中执行。可行的是：另一方法步骤在反应室中执行。反应室尤其能够是用于借助于MOVPE外延沉积的室。
在氧化步骤期间，反应室中的反应温度至少为460℃、优选至少为480℃并且尤其优选至少为500℃。此外，反应温度最高为720℃、优选最高为700℃并且尤其优选最高为650℃。因此，氮化物层退火。还可行的是：在氧化步骤期间，将含氧气体、尤其含氧气体导入到反应室中。通过提供氧和同时设定反应温度，能够实现氮化物层的氧化。
根据方法的至少一个实施方式，借助于外延沉积氧化铟来施加氧化物层。特别地，氧化物层外延地、例如借助于MOVPE生长到要制造的半导体器件的在之前的方法步骤中提供的层上。在此，尤其可行的是：方法不包括用于氮化物层的氧化的单独的氧化步骤。
例如，首先能够将半导体层序列外延地生长到生长载体上。例如，形成具有InnGa1-nN的半导体层序列。通过镓和/或氮逐渐地反应并且提高反应室中的氧含量，能够变换成氧化铟或必要时氮化铟的外延生长。
根据方法的至少一个实施方式，在三维的生长条件下进行氮化物层的外延沉积。此外，能够在三维的生长条件下进行氧化物层的外延沉积。还可行的是：整个层堆在三维的生长条件下外延沉积。
三维的生长能够借助Volmer-Weber生长模式或借助Stranski-Krastanov生长模式描述。对于三维的生长，尤其需要专门的生长条件，即例如降低反应温度、提高反应压力和/或降低V/III族比例。在三维生长中，沿着堆叠方向的生长速率能够相对于沿着横向方向中的至少一个的生长速率提高。
根据方法的至少一个实施方式，氮化物层具有多个多子层的、不彼此连接的岛。替选地可行的是：氧化物层的外延沉积在三维的生长条件下进行成，使得氧化物层具有多子层的、彼此不连接的岛。特别地，岛在横向方向上不彼此连接。换言之，氮化物层和/或氧化物层不连贯地构成。特别地，中间面能够非连贯地构成。例如，岛沿着堆叠方向具有梯形的和/或三角形的横截面。岛能够构成为是锥状的和/或截锥状的。“多子层”在此和在下文中表示：岛包含多个相叠生长的单子层。将“单子层”在此和在下文中理解为原子的或分子的连续的层，其中层高度仅为一个原子或分子。特别地，在单子层中，相同的原子或分子不相叠。
通过在三维的生长条件下外延沉积，尤其能够通过氮化物层进而通过氧化物层不完整地遮盖覆盖面。换言之，覆盖面在氧化物层的岛之间的区域中没有氮化物层。例如，氧化物层或必要时氮化物层能够直接地在覆盖面上生长。在该情况下，覆盖面能够直接地在氧化物层或氮化物层的生长之后在氧化物层的或氮化物层的岛之间的区域中可自由触及。
根据方法的至少一个实施方式，氮化物层的外延沉积在三维的生长条件下进行成，使得氮化物层具有多个多子层的、不彼此连接的岛。
还可行的是：氧化物层的外延沉积在三维的生长条件下进行成，使得氧化物层具有多个多子层的、不彼此连接的岛。
根据方法的至少一个实施方式，外延沉积在二维的生长条件下进行。特别地，氧化物层的或氮化物层的外延沉积在二维的生长条件下进行。还可行的是：整个层堆在二维的生长条件下外延沉积。
在二维生长时，氧化物层的原子子层逐个单子层地生长。例如，二维生长的氧化物层和/或氮化物层在堆叠方向上包括至少一个且最多三个、优选最多两个单子层。二维的生长例如能够借助Frank-van-der-Merve生长模式或借助Stranski-Krastanov生长模式来描述。在二维的生长中，沿着横向方向中的至少一个的生长速率能够高于沿着堆叠方向的生长速率或刚好与其一样高。
根据方法的至少一个实施方式，氧化物层连贯地构成。换言之，氧化物层一件式地构成。特别地，中间面能够连续地构成。特别地，氧化物层能够完全地遮盖覆盖面。换言之，在沉积氮化物层或氧化物层之后，覆盖面不再可自由触及。此外可行的是：整个层堆连贯地构成。
根据方法的至少一个实施方式，外延沉积在二维的生长条件下进行成，使得氧化物层连贯地构成。
根据方法的至少一个实施方式，层堆包括第一中间层。第一中间层由氧化铟镓、优选InGaO3形成。第一中间层能够在制造公差的范围内由氧化铟镓构成。
根据方法的至少一个实施方式，为了施加第一中间层，首先外延沉积由氮化铟镓形成的氮化物中间层。例如，氮化物中间层能够外延地直接沉积到覆盖面上。特别地，氮化物中间层的沉积在氮化物层的沉积之前进行。因此，氮化物中间层能够沿堆叠方向设置在氮化物层上游。随后，在氧化步骤中将氮化物中间层至少部分地氧化成第一中间层。特别地，在与将氮化物层氧化成氧化物层相同的方法步骤中，将氮化物中间层氧化成第一中间层。在氧化步骤之后，第一中间层设置在半导体层序列和氧化物层之间。特别地，第一中间层能够直接邻接于氧化物层。
替选地，第一中间层能够借助于外延沉积氧化铟镓提供，尤其借助于将氧化铟镓尤其沉积到覆盖面上。
根据方法的至少一个实施方式，将接触层在如下生长条件下施加到中间面上，在所述生长条件中，在直接施加到覆盖面上的情况下得到接触层的晶体结构的(100)取向，并且其中接触层的晶体结构具有(111)晶体取向。在此，括号中的数字说明最靠近覆盖面的晶格面的米勒指数。在(100)晶体取向中，晶体的外面平行于单位晶胞的立方面之一。在(111)晶体取向中，晶体的外面相对于其单位晶胞成对角线。在此，令人惊讶地发现：尽管选择用于(100)晶体取向的生长条件，构成接触层的晶体结构的(111)晶体取向。这种(111)晶体取向的特征例如在于：与位于下方的层的尤其好的电接触。
在将接触层直接地施加到覆盖面上的一个替选的半导体器件中，选择用于接触层的(100)晶体取向的生长条件，因为在此得到在接触层和覆盖面之间的边界区域的更好的晶体质量和/或更好的连接。
此外，提出一种光电子半导体器件。光电子半导体器件能够优选借助于在此描述的方法之一制造。这就是说，全部针对方法公开的特征也针对半导体器件公开并且反之亦然。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，所述光电子半导体器件包括半导体层序列，所述半导体层序列具有发射光的和/或吸收光的有源区和覆盖面，所述覆盖面沿垂直于半导体层序列的主延伸平面伸展的堆叠方向设置在有源区下游。此外，光电子半导体器件包括施加在覆盖面上的层堆，所述层堆具有含有铟的氧化物层和沿堆叠方向设置在覆盖面下游的中间面。此外，光电子半导体器件包括施加在中间面上的接触层，所述接触层由氧化铟锡形成。层堆在制造公差的范围内没有锡。
层堆在制造公差的范围内没有锡例如能够借助于EDX分析(EDX＝能量弥散X射线探测器)在制成的半导体器件处检查。借助于EDX分析尤其能够研究光电子半导体器件的各个层的元素组成。特别地，借助EDX分析能够将半导体器件中的化学元素的EDX光谱作为所研究的层沿着堆叠方向的位置的函数来提供。例如，从半导体层序列的覆盖面开始沿堆叠方向，EDX光谱中的氧份额首先增加。自中间面起，例如EDX光谱的锡份额能够升高。
例如，氧化物层能够通过氮化物层的至少部分的氧化来制造。这种氧化例如能够通过在氧化物层中存在氮来证实。替选地可行的是：氧化物层通过外延沉积氧化铟来制造。在外延沉积氧化物层时，得到各个层的化学组成和/或晶体结构沿堆叠方向、尤其在多个单子层之上的连续变化。在依次生长的各个层之间、尤其在可能存在的第一中间层和氧化物层之间构成过渡区域，在所述过渡区域中改变晶体的组成。过渡区域能够沿堆叠方向具有一至两个单子层的厚度。根据存在这种过渡区域，能够在制成的半导体器件处证实外延沉积法的使用。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，氧化物层在制造公差的范围内没有镓。换言之，氧化物层不由氧化铟镓构成。在此，在氧化物层中能够存在镓的制造所引起的非纯性。例如，氧化物层中的镓原子的数量为氧化物层中的铟原子的数量的最高1％、优选最高0.5％和尤其优选最高0.1％。氧化物层在制造公差的范围内没有镓同样能够借助EDX分析来证实。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，层堆具有第一中间层，所述第一中间层由氧化铟镓形成。第一中间层设置在半导体层序列和氧化物层之间。第一中间层直接地邻接于氧化物层。此外，第一中间层直接邻接于半导体层序列的覆盖面。替选地，在第一中间层和半导体层序列之间能够设置有第二中间层。
例如，第一中间层能够通过氮化物中间层的至少部分的氧化来制造。这种氧化例如能够通过在第一中间层中存在氮来证实。替选地可行的是：第一中间层通过外延沉积氧化铟镓来制造，例如沉积到覆盖面上。特别地，半导体层序列的半导体层的外延生长能够通过如下方式连续地过渡到第一中间层的外延生长中：在生长半导体层序列时使用的氮连续地通过氧取代。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，层堆包括第二中间层。第二中间层由氮化铟镓形成。第二中间层能够在制造公差的范围内由氮化铟镓构成。第二中间层设置在半导体层序列和第一中间层之间。此外，第二中间层直接邻接于覆盖面。第二中间层在制造公差的范围内没有氧。
尤其可行的是：层堆仅由第一中间层、第二中间层和氧化物层构成。特别地，层堆沿堆叠方向能够首先包括第二中间层、随后第一中间层和随后氧化物层。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，层堆具有氮化铟。通过这种具有氮化铟能够在制成的半导体器件处证实用于氧化物层的制造方法。因此尤其可行的是：氧化物层通过沉积氮化物层和随后在氧化步骤中将氮化物层氧化来制造。在氮化物层未完全氧化的情况下，在层堆中存在氮化铟的残留的剩余物。该剩余物例如能够借助EDX分析、借助于X射线衍射(英文：x-ray diffraction，XRD)和/或借助于光谱分析来证实。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，接触层的晶体结构具有(111)晶体取向。接触层的晶体结构例如能够借助X射线图法和/或电子显微衍射法来确定。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，氧化物层具有多个多子层的、彼此不连接的岛。换言之，氧化物层借助于三维的生长来生长。岛沿横向方向的扩展能够尤其最高为由有源区发射的和/或吸收的光的波长。例如，岛用作为由有源区朝氧化层的方向发射的光的耦合输出结构。替选地或附加地，岛能够用作为从氧化层的方向射入且由有源区吸收的光的耦合输入结构。耦合输出或耦合输入结构在此和在下文中能够是如下结构，所述结构改进在岛和沿堆叠方向直接邻接于岛的层之间的边界面处的发射的和/或吸收的光的透射。特别地，岛对此能够沿横向方向具有如下平均扩展，所述平均扩展最大对应于光的波长。换言之，降低射到所述边界面上的光的反射。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，氧化物层连贯地构成。换言之，氧化物层不具有孔和/或凹部。特别地，氧化物层一件式地构成。连贯构成的氧化物层能够是在二维的生长条件下生长的。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，氧化物层沿着堆叠方向的平均厚度为至少0.5个单子层且最高三个单子层。在此，氧化物层的平均厚度是数学平均厚度。因此尤其可行的是：氧化物层具有如下区域，在所述区域处，氧化物层局部地具有大于三个单子层或小于0.5个单子层的厚度。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，岛沿着堆叠方向的平均高度为至少50个单子层、优选至少100个单子层和最高200个单子层、优选最高160个单子层。特别地，岛的平均高度能够为至少25nm、优选至少50nm，并且最高100nm、优选最高80nm。在此，岛的高度通过岛中的单子层的数量得出。岛的平均高度是全部岛的单子层的数量关于岛的数量取平均值。尤其可行的是：岛中的至少一个具有小于50、优选小于100或大于200、优选大于160的数量的单子层。
根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，在半导体层序列和层堆之间的第一边界区域和/或在层堆和接触层之间的第二边界区域与在替选的半导体器件的半导体层序列和接触层之间的替选的边界区域相比具有更小的缺陷密度，在所述替选的半导体器件中，接触层直接地施加到半导体层序列上。特别地，替选的边界区域能够具有比第一和/或第二边界区域更高数量的杂质、缺陷和/或损坏。
在替选的边界区域中，由于将接触层沉积到半导体层序列上，引起半导体层序列的覆盖面的损坏。特别地，接触层和半导体层序列能够由完全不同的材料形成，由此构成制造所引起的杂质和/或缺陷。通过将层堆引入到半导体层序列和接触层之间，能够逐渐地调整晶体结构和/或材料。
附图说明
下面，根据实施例和所属的附图详细阐述在此描述的方法以及在此描述的光电子半导体器件。
图1示出在此描述的光电子半导体器件的一个实施例。
图2示出在此描述的方法的一个实施例的方法步骤。
图3示出一个替选的光电子半导体器件。
图4示出在此描述的光电子半导体器件的一个实施例。
图5示出在此描述的光电子半导体器件以及在此描述的方法的一个实施例。
图6示出所使用的材料的逸出功作为能量带隙的函数。
图7示出在此描述的光电子半导体器件的X射线衍射谱。
图8示出在此描述的光电子半导体器件的草绘的EDX信号。
相同的、同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中示出的元件相互间的大小关系不视为是按照比例的。更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解能够夸大地示出个别元件。
具体实施方式
根据图1的示意剖面图，详细阐述在此描述的光电子半导体器件的一个实施例。半导体器件包括半导体层序列1、层堆2以及接触层3。
半导体层序列1沿着主延伸平面延伸。层堆方向z垂直于主延伸平面伸展。
半导体层序列1沿堆叠方向依次包括第一半导体层11、有源区12、第二半导体层13和高掺杂的半导体层14。第一半导体层11例如能够为n传导的半导体层。第二半导体层13能够p传导地构成。有源区12设置用于发射和/或探测光。高掺杂的半导体层14的外面形成半导体层序列1的覆盖面1a。覆盖面1a沿堆叠方向z跟随半导体层序列1的有源区12之后。
高掺杂的半导体层14能够p传导地构成并且用镁掺杂。高掺杂的半导体层14例如能够在一个方法步骤中借助氧、尤其利用含氧气体活化。对此，例如随在反应室中外延沉积高掺杂的半导体层14之后，能够将反应室中的温度下降到大约615℃上。在加入含氧气体的情况下，在另一工艺步骤中，能够将高掺杂的半导体层的p传导的材料活化。
在覆盖面1a上施加有层堆2。层堆2包括第二中间层22、第一中间层21和氧化物层20。第二中间层22施加在半导体层序列1的覆盖面1a上。第二中间层22例如能够由氮化铟镓形成。第一中间层21例如能够由氧化铟镓形成。此外，氧化物层20能够由氧化铟形成或由其构成。氧化物层20的背离半导体层序列1的外面形成层堆2的中间面2a。
与图1中所示不同地，可行的是：不存在第二中间层22，并且第一中间层21直接地施加到覆盖面1a上。还可行的是：层堆2仅包括氧化物层20。
在中间层2a上施加有接触层3。接触层3例如由氧化铟锡形成。特别地，接触层3透光地构成。接触层3的外面形成光电子半导体器件的光透射面3a。
在半导体层序列1和层堆2之间设置有第一边界区域32并且在层堆2和接触层3之间设置有第二边界区域33。第一边界区域32和/或第二边界区域33具有比替选的边界区域31(在图1中未示出)更小的缺陷密度，在所述替选的边界区域的情况下，接触层3直接地施加到覆盖面1a上。
根据图2的示意剖面图，详细阐述在此描述的用于制造光电子半导体器件的方法的方法步骤。在所示出的方法步骤中，将氮化物中间层202施加到覆盖面1a上，并且沿堆叠方向随后将氮化物层201施加到氮化物中间层202上。然而替选地也可行的是——与图2中所示出不同地——不存在氮化物中间层202。
氮化物中间层202和氮化物层201包含氮化物。氮化物中间层202能够由氮化铟镓形成。氮化物层202能够由氮化铟形成。
在所示出的方法步骤中，提供含氧气体51。借助于含氧气体51，将氮化物层201氧化成氧化物层20。在此可行的是：氮化物层201仅部分地氧化成氧化物层20。还可行的是：氮化物层201完全地氧化成氧化物层20。
此外，能够将氮化物中间层202氧化成第一中间层21。还可行的是：将氮化物中间层202仅部分地氧化。特别地，能够将氮化物中间层202的一部分氧化成第一中间层21，而氮化物中间层202的另一部分不氧化并且形成第二中间层22。
图3根据示意剖面图示出一个替选的半导体器件。替选的半导体器件包括半导体层序列1，所述半导体层序列具有与图1的光电子半导体器件的半导体层序列1相同的构造。将接触层3施加到半导体层序列1的覆盖面1a上。由此得到在半导体层序列1和接触层3之间的替选的边界区域31。由于在半导体层序列1和接触层3之间缺少层堆2，替选的边界区域31具有更高数量的缺陷、杂质和/或损坏。替选的半导体器件的接触层3例如能够借助于温和的沉积方法、例如蒸镀进行，以便使替选的边界区域之内的损坏最小化。替选地或附加地，接触层3能够借助于溅射来施加。
根据图4的示意剖面图，详细阐述在此描述的光电子半导体器件的另一实施例。不同于图1的实施例，露出第一半导体层11的如下区域，在所述区域中构成半导体层序列的另一覆盖面1a’。将另一接触层3’施加在另一覆盖面1a’上。另一接触层3’具有与接触层3相同的构造、尤其相同的晶体取向。尤其可行的是：接触层3和另一接触层3’具有晶体结构的(111)晶体取向。在另一接触层3’上设置有接触部4，所述接触部与另一接触层3’处于直接接触。接触部4能够由金属、例如铂形成。
根据图5的示意剖面图，详细阐述在此描述的半导体器件以及在此描述的方法的另一实施例。在半导体层序列1的覆盖面1a上施加有层堆2。层堆2当前借助三维生长条件生长。
由此，将层堆2划分成岛200。岛200彼此间隔开地设置在覆盖面1a上。特别地，岛200在横向方向上彼此不连接。岛200具有梯形的和/或三角形的横截面。
将接触层3施加到中间层2a上和覆盖面1a的未被层堆2或氧化物层20覆盖的区域上。接触层3的形状遵循层堆2的形状。特别地，辐射透射面3a分别具有距位于其下的层均匀的间距。换言之，接触层3是一致的层并且在制造公差的范围内具有均匀的厚度。
根据图6的作为能量带隙EB的函数的逸出功W，详细阐述在此描述的光电子半导体器件的工作方式。例如，第二半导体层13和/或高掺杂的半导体层14由p传导的、逸出功大致为7.5eV的氮化镓形成。为了电接触高掺杂的半导体层14和/或第二半导体层13，如下材料是期望的，所述材料同样具有高的逸出功。例如，对此适合的是铂(逸出功：5.65eV)或镍(逸出功：5.15eV)。然而，铂和镍是不透光的进而不适合作为半导体器件的前侧接触部。氧化铟镓同样具有5.4eV的高的逸出功。然而，与氧化铟镓相比，良好已知氧化铟锡(逸出功：4.7至4.8eV)作为材料。此外，氧化铟镓具有对在有源区中产生的光的更高的吸收。
根据图7的X射线衍射谱(英语：X-ray diffraction，XRD)详细阐述在此描述的方法的工作方式。作为平面上的以度为单位的二倍反射角2θ的函数，示出以每秒计数(cps，counts per second)为单位的信号强度I。在此，示出氧化步骤71之前的光谱、氧化步骤72之后的光谱以及对比光谱73，在对比光谱中不执行氧化。
氧化71之前的光谱具有第一最大值701以及第二最大值703。第一最大值701对应于包含在氮化物层201中的氮化铟。第二最大值703对应于包含在半导体层序列1中的氮化镓。
氧化72之后的光谱具有第二最大值702。第二最大值702对应于氧化物层20的通过氧化产生的氧化铟。此外，不再可见氮化铟中的第一最大值701。氮化铟被氧化成氧化铟。第三最大值703在测量精度的范围内不变化。半导体层序列1的材料因此不通过氧化来氧化和/或变化。
对比光谱73示出替选的半导体器件的X射线衍射谱。对比光谱73在测量精度的范围内仅具有第三最大值703。
根据图8的草绘的EDX谱，详细阐述在此描述的光电子半导体器件。归一化的EDX信号S作为沿堆叠方向z的位置的函数绘制。在覆盖面1a的区域中，氧化物份额81升高。在中间面2a的区域中，锡份额82升高。氧化物份额81和锡份额72的EDX信号的上升沿沿堆叠方向z彼此错开地设置。根据上升沿的所述不同的位置，能够在制成的半导体器件上证实在半导体层序列1和接触层3之间存在层堆2。
本发明不通过根据实施例进行的描述局限于此。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合本身没有在权利要求或实施例中明确地说明时也如此。
本申请要求德国专利申请102015109786.9的优先权，其公开内容在此通过参考并入本文。
附图标记列表
1 半导体层序列
1a 覆盖面
1a’ 另一覆盖面
11 第一半导体层
12 有源区
13 第二半导体层
14 高掺杂的半导体层
2 层堆
2a 中间面
20 氧化物层
21 第一中间层
22 第二中间层
200 岛
201 氮化物层
202 氮化物中间层
3 接触层
3’ 另一接触层
3a 辐射穿透面
31 替选的边界区域
32 第一边界区域
33 第二边界区域
4 接触部
51 含氧气体
71 氧化前的光谱
72 氧化后的谱
73 对比光谱
701 第一最大值
702 第二最大值
703 第三最大值
81 氧化物份额
82 锡份额
I XRD强度
Θ XRD角度
S 归一化的EDX信号
z 堆叠方向

Claims (20)

1.一种用于制造光电子半导体器件的方法，所述方法具有如下步骤：
-提供半导体层序列(1)，所述半导体层序列具有发射光的和/或吸收光的有源区(12)和沿垂直于所述半导体层序列(1)的主延伸平面伸展的堆叠方向(z)设置在所述有源区(12)下游的覆盖面(1a)，
-将层堆(2)施加到所述覆盖面(1a)上，其中所述层堆(2)包括含有铟的氧化物层(20)和沿所述堆叠方向(z)设置在所述覆盖面(2a)下游的中间面(2a)，
-将由氧化铟锡形成的接触层(3)施加到所述中间面(2a)上，其中
-所述层堆(2)在制造公差的范围内没有锡。
2.根据上一项权利要求所述的方法，
其中施加所述氧化物层(20)包括如下步骤：
-提供、尤其外延地沉积含有铟的氮化物层(201)，
-在氧化步骤中，将所述氮化物层(201)至少部分地氧化成所述氧化物层(20)。
3.根据上一项权利要求所述的方法，
其中在施加所述接触层(3)之后执行所述氧化步骤。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中
-至少将所述氧化步骤在反应室中执行，并且
-在所述氧化步骤期间，所述反应室中的反应温度为至少460℃和最高720℃。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中借助于外延沉积氧化铟来施加所述氧化物层(20)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中在三维的生长条件下进行所述氮化物层(201)的外延沉积，使得所述氮化物层(201)具有多个多子层的、不彼此连接的岛(200)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中在二维的生长条件下进行所述外延沉积，使得所述氧化物层(20)连贯地构成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中
所述层堆(2)包括第一中间层(21)，所述第一中间层由氧化铟镓形成，其中施加所述第一中间层包括如下步骤：
-外延沉积由氮化铟镓形成的氮化物中间层，
-在所述氧化步骤中，将所述氮化物中间层至少部分地氧化成所述第一中间层(21)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中将所述接触层(3)在如下生长条件下施加到所述中间面上，在所述生长条件中，在直接施加到所述覆盖面(1a)上的情况下得到所述接触层(3)的晶体结构的(100)晶体取向，并且其中所述接触层(3)的晶体结构具有(111)晶体取向。
10.一种光电子半导体器件，所述光电子半导体器件包括：
-半导体层序列(1)，所述半导体层序列具有发射光的和/或吸收光的有源区(12)和沿垂直于所述半导体层序列(1)的主延伸平面伸展的堆叠方向(z)设置在所述有源区(12)下游的覆盖面(1a)，
-施加在所述覆盖面(1a)上的层堆(2)，所述层堆具有含有铟的氧化物层(20)和沿所述堆叠方向(z)设置在所述覆盖面(1a)下游的中间面(2a)，和
-施加在所述中间面(2a)上的接触层(3)，所述接触层由氧化铟锡形成，其中
-所述层堆(2)在制造公差的范围内没有锡。
11.根据上一项权利要求所述的光电子半导体器件，
其中所述氧化物层(20)在制造公差的范围内没有镓。
12.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述层堆还具有第一中间层(21)，所述第一中间层由氧化铟镓形成，其中所述第一中间层(21)设置在所述半导体层序列(1)和所述氧化物层(20)之间并且直接地邻接于所述氧化物层(20)。
13.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述层堆(2)还具有第二中间层(22)，所述第二中间层由氮化铟镓形成，其中
-所述第二中间层(22)设置在所述半导体层序列(1)和所述第一中间层(21)之间，并且直接地邻接于所述覆盖面(1a)，并且
-所述第二中间层(22)在制造公差的范围内没有氧。
14.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述层堆(2)具有氮化铟。
15.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述接触层(3)的晶体结构具有(111)晶体取向。
16.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述氧化物层(20)具有多个多子层的、彼此不连接的岛(200)。
17.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述氧化物层(20)连贯地构成。
18.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述氧化物层(20)沿着所述堆叠方向(z)的平均厚度为至少0.5单子层且最高3单子层。
19.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述岛(200)沿着所述堆叠方向(z)的平均高度为至少50单子层和最高200单子层。
20.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中在所述半导体层序列(1)和所述层堆(2)之间的第一边界区域(32)和/或在所述层堆(2)和所述接触层(3)之间的第二边界区域(33)与替选的在半导体器件的半导体层序列(1)和接触层(3)之间的替选的边界区域(31)相比具有更小的缺陷密度，在所述替选的半导体器件中，所述接触层(3)直接地施加到所述半导体层序列(1)上。
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