(57)【要約】　　　（修正有）【課題】半導体発光ダイオ−ドにおいて、老化特性を改善する。【解決手段】ＳｉドープされたＧａＡｓサブストレート１２にＩｎＧａＡｌＰベースの層シーケンスが成長される。この層シーケンスは、ｎドープされたカバー層，アクティブ層１４およびマグネシウムｐドープされたカバー層２０を含む。ｐカバー層２０の上にはさらに、８４０〜８６０℃でのエピアキシャルプロセス中にＧａＰ窓層２２が成長される。Ｍｇドープ原子がｐカバー層２０からアクティブ層１４へ拡散するのを抑圧するために（この拡散は通常、ＧａＰ窓層２２に対する高い成長温度の際に発生する）、アクティブ層１４とｐカバー層２０との間に拡散ストップ層１６が設けられている。この拡散ストップ層１６は実施例では、強くｎドープされ、バイアス負荷されたオーバーグリッドからなる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層構造体を有するビーム放射性半導体構成素子であって、
前記層構造体は、ｎドープされたカバー層（１８）、ｐドープされたカバー層（２０）、ｎドープされたカバー層（１８）とｐドープされたカバー層（２０）との間に配置されたＩｎＧａＡｌｐベースのアクティブ層（１４）、およびアクティブ層（１４）とｐドープされたカバー層（２０）との間に配置された拡散ストップ層（１６）を含む形式のものにおいて、
前記拡散ストップ層（１６）はバイアス負荷されたオーバーグリッドを有する、ことを特徴とするビーム放射性半導体構成素子。
【請求項２】
拡散ストップ層（１６）は、交互に引っ張り／圧縮バイアス負荷されたオーバーグリッドを有する、請求項１記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項３】
拡散ストップ層（１６）のオーバーグリッドは、引っ張りバイアス負荷されたＩｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ層（１６ａ）（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）と、圧縮バイアス負荷されたＩｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ層（１６ｂ）（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とのＮ個の繰り返しからなり、ここでＮは２から４０，有利には５から２０，特に有利には８から１５の間である、請求項２記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項４】
拡散ストップ層（１６）のオーバーグリッドはＩｎＡｌＰ層からなる、請求項３記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項５】
バイアス負荷は０．１％から５％の領域、有利には０．５％から２％の領域、特に有利には０．７％から１％の領域にある、請求項１から４までのいずれか１項記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項６】
ｐドープされたカバー層（２０）はマグネシウムによりｐドープされている、請求項１から５までのいずれか１項記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項７】
拡散ストップ層（１６）は強くｎドープされている、請求項１から６までのいずれか１項記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項８】
拡散ストップ層（１６）はテルルによりｎドープされている、請求項７記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項９】
ｎドープ物質濃度は、０．５×１０１８ｃｍ−３以上、とりわけ０．７５から１．５×１０１８ｃｍ−３の間である、請求項７または８記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項１０】
層構造体の最上位カバー層（２０）には透明な出力結合層（２２）が配置されており、
該出力結合層は有利には実質的にＧａＰからなる、請求項１から９までのいずれか１項記載のビーム放射性半導体構成素子。
【請求項１１】
アクティブ層（１４）は、ｐｎ接合部、量子ポットまたはマルチ量子ポットを有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載のビーム放射性半導体構成素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、層構造体を有するビーム放射性半導体構成素子に関する。この層構造体は、ｎドープされたカバー層、ｐドープされたカバー層、ｎドープされたカバー層とｐドープされたカバー層との間に配置されたＩｎＧａＡｌｐベースのアクティブ層、およびアクティブ層とｐドープされたカバー層との間に配置された拡散ストップ層を含む。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＧａＡｌｐベースの材料には、式Ｉｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１を満たすすべての混晶が属する。ＩｎＧａＡｌｐベースで電磁ビームを放射する半導体チップには、電磁ビームを形成する層が存在する半導体層シーケンスが少なくとも実質的部分にＩｎＧａＡｌＰベースの材料を有し、半導体チップから放射されるビームの特性がＩｎＧａＡｌＰベースの材料によって少なくとも実質的に決められるすべての半導体チップが属する。ここでこのＩｎＧａＡｌＰベースの材料は必ずしも上記式による数学的関係を厳密に有する必要はない。むしろ１つまたは複数のドーピング物質並びに付加的な構成部材を有することができる。
【０００３】
ＩｎＧａＡｌＰベースの発光ダイオードはＡｌ成分の変化によって、赤から黄緑までの広いスペクトル領域で製造することができる。Ａｌ含有量の変化によって、１．９ｅＶから２．２ｅＶまでのＩｎＧａＡｌＰシステムの禁制帯を定めることができる。
【０００４】
このような発光ダイオードの駆動時には、光出力が動作条件に依存して減少することが観察される。この老化に対する主たる原因は、ｐカバー層に意図的に取り付けられたマグネシウムドーピングである。ここではすでに、高温で行われるＧａＰ窓層の成長時のエピタキシャルプロセス中にＭｇドープ原子が濃度勾配に沿ってアクティブ層の方向に拡散する。
【０００５】
発光ダイオードの動作中にも老化現象が現れる。
【０００６】
老化問題に対処するためのアプローチは、ｐドープされたカバー層からＭｇドープ原子がアクティブ層へ拡散するのを低減することである。発光ダイオードの寿命をできるだけ長くするにはマグネシウム拡散を十分に阻止することが所望される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上位概念記載の半導体構成素子において、老化特性を改善することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、拡散ストップ層はバイアス負荷されたオーバーグリッドを有することによって解決される。
【０００９】
有利な改善形態は従属請求項２から１１に記載されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、冒頭に記載の形式のビーム放射性半導体構成素子において、拡散ストップ層がバイアス負荷されたカバーグリッドにより形成されている。この種の形式のカバーグリッドはｐドープ物質原子の拡散を、従来の拡散ストップ層を使用する場合よりも格段に強力に抑圧することが示された。
【００１１】
本発明の有利な実施形態では、拡散ストップ層が交互に引っ張り／圧縮バイアス負荷されるオーバーグリッドにより形成される。このことによりドープ物質の拡散をストップ層により特に効率的に抑圧することができる。
【００１２】
とりわけ有利には拡散ストップ層のオーバーグリッドは、引っ張りバイアス負荷されたＩｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ層（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）と、圧縮バイアス負荷されたＩｎｘ（ＧａｙＡｌ１−ｙ）１−ｘＰ層（ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とのＮ個の繰り返しからなる。ここでＮは２から４０の間であり、有利には５から２０，特に有利には８から１５の間である。特に有利な実施形態ではＮは例えば１０である。さらに有利にはオーバーグリッドの層は同じ組成を有する。
【００１３】
本発明の構成素子の有利な実施形態では、拡散ストップ層のオーバーグリッドはＩｎｘＡｌ１−ｘＰ層からなる（ただし０＜ｘ＜１）。
【００１４】
前記の関連から、バイアス負荷は０．１％から５％の領域、有利には０．５％から２％の領域、特に有利には０．７％から１％の領域である。
【００１５】
ｐドープされたカバー層がマグネシウムｐドープされていると特に有利である。
【００１６】
ビーム放射性半導体構成素子の有利な構成では、核酸ストップ層が強くｎドープされている。オーバーグリッドの２つの層形式には有利には、０．５×１０１８ｃｍ−３以上のドーピング濃度が施されている。特に有利にはドーピング濃度は０．７５から１．５×１０１８ｃｍ−３の領域である。
【００１７】
テルルによるｎドープが特に有利であることが判明した。オーバーグリッドによりピン止めされるテルル・ドーピングピークはｐドープ物質原子に対する効果的な拡散ストップとして用いられる。
【００１８】
有利な実施形態では、層構造体の最上位のカバー層に透明出力結合層が配置されている。とりわけ透明出力結合層は実質的にＧａＰからなる。この出力結合層は典型的には、８００℃以上の温度で１時間から２時間の間、ホスフィン（ＰＨ３）を使用してエピタキシャル析出される。必要は高温は、ドーピング物質原子がｐドープされたカバー層からアクティブ層に拡散するのを助長する。
【００１９】
アクティブ層は例えばｐｎ接合部、量子ポットまたはマルチ量子ポットにより形成することができる。
【００２０】
本発明のさらに有利な構成、特徴および詳細は、従属請求項、実施例の説明および図面に示されている。
【００２１】
【実施例】
図１は、本発明の実施例による、一般的に１０により示されたＩｎＧａＡｌｐ発光ダイオードの概略的断面を示す。図１には本発明の理解に重要な層だけが概略的に示されている。しかし他の層、例えばバッファ層、中間層、ランプ等も同様に存在することができる。
【００２２】
ＩｎＧａＡｌＰ発光ダイオード１０では、ＳｉドープされたＧａＡｓサブストレート１２にＩｎＧａＡｌＰベースの層シーケンスが成長される。この層シーケンスは、ｎドープされたカバー層１８，アクティブ層１４およびマグネシウムｐドープされたカバー層２０を含む。ｐカバー層２０の上にはさらに、８４０〜８６０℃でのエピアキシャルプロセス中にＧａＰ窓層２２が成長される。
【００２３】
Ｍｇドープ原子がｐカバー層２０からアクティブ層１４へ拡散するのを抑圧するために（この拡散は通常、ＧａＰ窓層２２に対する高い成長温度の際に発生する）、アクティブ層１４とｐカバー層２０との間に拡散ストップ層１６が設けられている。この拡散ストップ層１６は実施例では、強くｎドープされ、バイアス負荷されたオーバーグリッドからなる。
【００２４】
図２から分るように、拡散ストップ層１６のオーバーグリッドは引っ張りバイアス負荷された４ｎｍ厚のＩｎＡｌＰ層１６ａと、圧縮バイアス負荷された同様に４ｎｍ厚のＩｎＡｌＰ層１６ｂとの交互のシーケンスからなる。実施例ではオーバーグリッドはＮ＝１０のこの種の層ペア１６ａ，１６ｂを有する。
【００２５】
図２の層の上部および下部のドットは交互のシーケンスが図示の６つ以上の層を含むことを意味する。バイアス負荷の程度は具体的な実施例では両方の総計式に対してそれぞれ０．８％が選択されている。
【００２６】
両方の層形式はテルルにより０．７５から１．５×１０１８ｃｍ−３のドーピング濃度で強くｎドープされている。オーバーグリッドによりピン止めされるテルルドープ物質ピークはｐカバー層２０からのマグネシウムドープ原子に対する効果的な拡散ストップとして作用する。
【００２７】
本発明の拡散ストップ層の作用を検査するために、本発明の発光ダイオード１０と、拡散ストップ層のない対照発光ダイオードのＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）深部プロフィールが記録された。調整されたｐカバー層のＭｇドープ物質濃度は両方の場合とも同じ大きさであり、約５×１０１７ｃｍ−３である。
【００２８】
対照発光ダイオードでは、ｐカバー層から発して平坦に光形成層にまで達したマグネシウム濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上であった。
【００２９】
これに対してＭｇ原子の拡散は、前記の拡散ストップ層１６をこの領域に取り付けることによって効果的に阻止され、さらなる侵入は抑圧された。本発明の発光ダイオードでは、Ｍｇ濃度が光形成層１４の領域において１×１０１６ｃｍ−３以下であり、従って発光ダイオードの老化特性に影響を与えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるビーム放射性半導体構成素子の断面の概略図である。
【図２】図１の詳細図である。
【符号の説明】
１０　ＩｎＧａＡｌＰ発光ダイオード
１２　ＧａＡｓサブストレート
１４　アクティブ層
１６　拡散ストップ層
１８　ｎドープされたカバー層
２０　ｐドープされたカバー層
２２　ＧａＰ窓層２２
【図１】
2004111923.tif 000003
【図２】
2004111923.tif 000004