[发明专利]光电子半导体器件

说明书

本发明涉及一种光电子半导体器件，尤其是LED，其具有包含铟的磷化物半导体材料或氮化物半导体材料。

本专利申请要求德国专利申请10 2009 004 895.2的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

在用于通常基于InGaAlN或InGaAlP的光电子器件的半导体层的外延制造中，在优化的工艺条件下通常出现不期望的效果。

在由InGaAlN构成的外延半导体层中可以形成富铟区域，所谓的簇。在簇的区域中形成可导致形成晶体缺陷的高的局部应力，其作为非发射复合的中心而降低LED的效率。即使只形成小的不致形成晶体缺陷的簇，通过由于在内簇(In-Cluster)的区域中局部载流子密度提高引起在光学有源层中的俄歇复合率提高，LED的效率也降低。

曾确定的是：通过使用高的生长温度，可降低形成富铟区域的趋势，然而由此也使铟嵌入到外延制造的层中劣化。在借助MOVPE(金属有机气相外延)外延制造InAlGaN半导体层的情况下，簇的形成也可通过超过800豪巴的较高反应器压力而减少。而这导致例如含NH₃或有机金属化合物如TMGa、TMAl或TMIn的工艺气体的不希望的预反应强烈增加，由此导致纳米颗粒的形成并由此会导致半导体层中的缺陷。通过将负责预反应的源材料的输送空间和时间分离而减小这种预反应也是由于与此关联的对生长参数、尤其是生长率的限制，以及对外延设备的较高要求和与此关联的高成本仅为有限地合适的。

通过利用第V族材料与第III族材料的高比例，尤其是通过在气相中较高的NH₃参数，可以也减小铟簇的形成，但在此情况下也增加了工艺气体的预反应和提供NH₃的成本提高。

在外延制造用于基于InGaAlP的LED的半导体层时应注意的是，外延层的材料有序地沉积，使得形成具有或多或少明显的第III族原子的交替布置的区域。该效应也称作″排序(Ordering)″。

这些区域通过晶粒边界彼此分离，其在LED的有源层中会作为非发射复合的中心而降低效率。在LED中，有源层通常由阻挡层包围，该阻挡层具有比有源层大的电子带隙，并且因此导致有源层中载流子约束(confinement)。层观察到：通过排序而出现半导体材料的带隙的降低，这损害了阻挡层的功能，并且以此方式会导致泄漏电流的提高，并由此降低了LED的效率。

排序可以通过使用高生长温度而至少局部减少，然而这由此也增强了掺杂物至外延层中的不希望的扩散。

本发明所基于的任务是：提出了一种基于含铟的磷化物半导体或氮化物半导体的光电子半导体器件，其具有提高的效率。尤其是，要降低前述的对效率有负面影响的不利效应。

该任务通过根据权利要求1所述的光电子半导体器件或根据权利要求9所述的光电子半导体器件来解决。本发明的有利扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。

通过在半导体材料中除了P或N之外还包含第V主族的至少一种附加元素的方式可以降低在由含铟的磷化物半导体材料或氮化物半导体材料外延制造半导体层时前述的不利效应。尤其是，在氮化物半导体材料的情况下通过添加As、Bi和/或Sb或在磷化物半导体材料的情况下通过添加Bi和/或Sb可以提高光电子器件的效率。

根据一个实施形式，光电子半导体器件具有适于发射辐射的有源层，该有源层由包覆层包围，其中包覆层和/或有源层具有含铟的磷化物半导体材料并且磷化物半导体材料含元素Bi或Sb中的至少一个，作为第V主族的附加元素。

由于磷化物半导体材料含Bi或Sb作为第V主族的附加元素，所以所谓的排序，即半导体层中有序区的形成减少，其中有序区以交替的序列包含主要含铟的层和含Al或Ga的层。通过减小排序也减少了磷化合物半导体材料中晶粒边界的数目，晶粒边界会作为非发射复合的中心而降低发射辐射的光电子半导体器件的效率。同时，在化学计量组分相同的情况下提高了化合物半导体的带隙。

此外假设的是：减小排序的效应基于重原子Sb或Bi降低在外延生长期间原子在半导体层表面上的迁移率。由于第V主族的附加原子的质量对于该机制而言是重要的，所以较重元素Bi的添加与Sb的添加一样或更有效。另外，附加原子可以改变表面的电子结构使得降低排序。