(57)【要約】  本方法は、オプトエレクトロニクス半導体チップのための活性領域を製造するために構成されており、Ａｌx4Ｉｎy4Ｇａ1-x4-y4Ｎ、但し０≦ｘ４≦０．４０、且つ平均して０＜ｙ４≦０．４、を基礎とする第４のバリア層を、成長方向に沿ってＩｎ含有量が増大するように成長させるステップと、第４のバリア層に、ＩｎyＧａ1-yＮ、但し０．０８≦ｙ≦０．３５、を基礎とする量子井戸層を成長させるステップと、量子井戸層に、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ、但し０≦ｘ１≦０．４０、且つ平均して０＜ｙ１≦０．４、を基礎とする第１のバリア層を、成長方向に沿ってＩｎ含有量が減少するように成長させるステップと、第１のバリア層に、ＧａＮを基礎とする第２のバリア層を成長させるステップと、第２のバリア層に、Ｈ2ガスの供給下で、ＧａＮを基礎とする第３のバリア層を成長させるステップとを備えている。
2015519754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス半導体チップ（１）のための活性領域（２）を製造するための方法において、
Ａｌx4Ｉｎy4Ｇａ1-x4-y4Ｎ、但し０≦ｘ４≦０．４０、且つ平均して０＜ｙ４≦０．４、を基礎とする第４のバリア層（２４）を、成長方向（ｚ）に沿ってＩｎ含有量が増大するように成長させるステップと、
前記第４のバリア層（２４）に、ＩｎyＧａ1-yＮ、但し０．０８≦ｙ≦０．３５、を基礎とする量子井戸層（２０）を成長させるステップと、
前記量子井戸層（２０）に、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ、但し０≦ｘ１≦０．４０、且つ平均して０＜ｙ１≦０．４、を基礎とする第１のバリア層（２１）を、前記成長方向（ｚ）に沿ってＩｎ含有量が減少するように成長させるステップと、
前記第１のバリア層（２１）に、ＧａＮを基礎とする第２のバリア層（２２）を成長させるステップと、
前記第２のバリア層（２２）に、ＧａＮを基礎とする第３のバリア層（２３）を成長させるステップと、
を備えており、
前記第３のバリア層（２３）をＨ2ガスの供給下で成長させることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記各層（２０，２１，２２，２３，２４）を請求項１において記載した順序で直接的に重ねて成長させ、前記順序での成長を前記活性領域（２）において３回以上且つ１０回以下繰り返す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第３のバリア層（２３）の成長中のＨ2の流量は、Ｎについての反応ガスの流量の１５％以上且つ５５％以下である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のバリア層（２１）及び前記第４のバリア層（２４）をそれぞれ、０．６ｎｍ以上且つ１．８ｎｍ以下の平均厚さで成長させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のバリア層（２２）及び前記第３のバリア層（２３）をそれぞれ、０．６ｎｍ以上且つ１．８ｎｍ以下の平均厚さで成長させる、但し、前記第３のバリア層（２３）を前記第２のバリア層（２２）よりも大きい平均厚さを有するように成長させる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記量子井戸層（２０）を２．５ｎｍ以上且つ４．０ｎｍ以下の平均厚さで成長させる、但し、前記量子井戸層（２０）及び前記バリア層（２１，２２，２３，２４）が成す総厚は５．５ｎｍ且つ以上８．５ｎｍ以下である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ｘ４≦０．０２、
平均して、０．０４＜ｙ４≦０．１１、
０．１２≦ｙ≦０．１８、
ｘ１≦０．０２、且つ、
平均して、０．０４＜ｙ１≦０．１１、
である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記成長方向（ｚ）に沿って、前記第１のバリア層（２１）及び前記第４のバリア層（２４）にわたり、ｙ１及びｙ４はそれぞれ、少なくとも０．０３、最大で０．０７変化する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ｙ１は前記成長方向（ｚ）に沿って単調に減少し、ｙ４は前記成長方向（ｚ）に沿って単調に増大する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記量子井戸層（２０）の成長時に、
成長速度は最大で０．０３ｎｍ／秒であり、
Ｎについての反応ガスの流量と、周期表の第１３族元素、特にＩｎ及びＧａについての反応ガスの流量の比の値は少なくとも３０．０００である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも前記第１のバリア層（２１）及び前記第４のバリア層（２４）の成長時の成長温度は、前記量子井戸層（２０）に関する成長温度よりも少なくとも１２℃、最大で４０℃高く、
前記成長温度はそれぞれ７３０℃以上且つ８５０℃以下である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ｘ１＞０且つｘ４＞０であり、
前記第１のバリア層（２１）及び前記第４のバリア層（２４）の成長時に、
Ａｌについての反応ガスの供給と、Ｉｎ及びＧａについての反応ガスの供給との間に少なくとも１秒の時間を空け、
Ｏ2又は酸素化合物を供給する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記量子井戸層（２０）は４３５ｎｍ以上且つ５４５ｎｍ以下の波長で放射を行うように構成されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法によって製造されており、前記第３のバリア層（２３）は前記第２のバリア層（２２）よりも高いＧａＮ結晶品質を有している、活性領域（２）を備えたオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。
【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チップのための活性領域を製造するための方法に関する。更に本発明は、相応の半導体チップに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明が解決すべき課題は、大電流の線形性が高められたオプトエレクトロニクス半導体チップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この課題は、特に、独立請求項の特徴を備えている方法及びオプトエレクトロニクス半導体チップによって解決される。有利な実施の形態は従属請求項に記載されている。
【０００４】
少なくとも一つの実施の形態によれば、本方法は、活性領域のための成長ベース部を準備するステップを備えている。成長ベース部は例えば、ＧａＮから成る層とＩｎＧａＮから成る層とが交互に設けられている超格子である。ＧａＮ層及び／又はＩｎＧａＮ層をそれぞれドーピングすることができ、例えばｎ型にドーピングすることができる。超格子は例えば、別の層、特にｎ導電型層、例えば電流拡散層、バッファ層、種層及び／又はマスキング層に成長されている。有利には、成長ベース部は超格子の一番上にあるＧａＮ層である。
【０００５】
少なくとも一つの実施の形態によれば、本方法は、第４のバリア層を成長させるステップを備えている。この第４のバリア層は特に、成長ベース部に直接的に成長されるか、又は第３のバリア層に成長される。第４のバリア層はＡｌx4Ｉｎy4Ｇａ1-x4-y4Ｎ、但し０≦ｘ４≦０．４０、且つ第４のバリア層にわたり平均して０＜ｙ４≦０．４、を基礎としている。ｘ４≦０．０１又はｘ４＝０の場合、有利には０＜ｙ４≦０．１５である。他の全てのバリア層と同様に、第４のバリア層は有利にはドーピングされていない。その場合、異種原子の濃度は特に最大で５×１０-16ｃｍ-3である。択一的に、第４のバリア層をドーピングすることもでき、またオプションとして他のバリア層も同様にドーピングすることができる。
【０００６】
少なくとも一つの実施の形態によれば、第４のバリア層が、インジウム含有量に関して勾配を有するように成長される。その場合、インジウム含有量は成長方向に沿って平均して増大する。つまり、パラメータｙ４は成長方向に沿って大きくなる。
【０００７】
少なくとも一つの実施の形態によれば、本方法は、量子井戸層を第４のバリア層に成長させるステップを備えている。特に、量子井戸層は第４のバリア層に直上に成長される。量子井戸層はＩｎyＧａ1-yＮを基礎としている。ここで有利には、０．０８≦ｙ≦０．３５であるか、又は０．０８≦ｙ≦０．３である。量子井戸層という語句に次元に関する制限はない。有利には、量子井戸層は二次元の量子井戸として形成されている。製造が完了したオプトエレクトロニクス半導体チップの動作時に、量子井戸層は、特に紫外線スペクトル領域及び／又は青色スペクトル領域及び／又は緑色スペクトル領域のビームを形成するように構成されている。
【０００８】
少なくとも一つの実施の形態によれば、本方法は、第１のバリア層を成長させるステップを備えている。有利には、第１のバリア層は量子井戸層の直上に成長される。第１のバリア層はＡｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ、但し、０≦ｘ１≦０．４、且つ第１のバリア層にわたり平均して０＜ｙ１≦０．１５、を基礎としている。ｘ１≦０．０１又はｘ１＝０の場合、有利には０＜ｙ１≦０．１５である。インジウム含有量は特に有利には、成長方向に沿って平均して減少する。
【０００９】
少なくとも一つの実施の形態によれば、有利には、第１のバリア層の直上に第２のバリア層が成長される。第２のバリア層はＧａＮを基礎としている。
【００１０】
本方法の少なくとも一つの実施の形態によれば、第３のバリア層が成長される。特に、第３のバリア層は第２のバリア層の直上に成長される。第３のバリア層はＧａＮを基礎としている。
【００１１】
本方法の少なくとも一つの実施の形態によれば、Ｈ2ガスの供給下で第３のバリア層が成長される。換言すれば、第３のバリア層の成長時に成長反応炉内に水素ガスが供給されている。有利には水素ガスは第３のバリア層の成長時にのみ供給される。従って、第１、第２及び第４のバリア層並びに量子井戸層の成長は、有利には水素ガスが供給されずに行われる。
【００１２】
成長という語句は、特にエピタキシャル成長、有利には金属有機気相エピタキシ、略してＭＯＶＰＥに関連する。
【００１３】
少なくとも一つの実施の形態において、本方法は、オプトエレクトロニクス半導体チップのための活性領域を製造するために構成されている。本方法は、少なくとも以下のステップを備えているか、又は以下のステップだけを備えており、有利には以下に記載の順序でステップが実施される：
Ａｌx4Ｉｎy4Ｇａ1-x4-y4Ｎ、但し０≦ｘ４≦０．４０、且つ平均して０＜ｙ４≦０．４を基礎とする第４のバリア層を、成長方向に沿ってＩｎ含有量が有利には増大するように成長させるステップ、
第４のバリア層に、ＩｎyＧａ1-yＮ、但し０．０８≦ｙ≦０．３５、を基礎とする量子井戸層を成長させるステップ、
量子井戸層に、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ、但し０≦ｘ１≦０．４０、且つ平均して０＜ｙ１≦０．４を基礎とし、Ｉｎ含有量は成長方向に沿って有利には減少する第１のバリア層を成長させるステップ、
第１のバリア層に、ＧａＮを基礎とする第２のバリア層を成長させるステップ、
第２のバリア層に、Ｈ2ガスの供給下で、ＧａＮを基礎とする第３のバリア層を成長させるステップ。
【００１４】
材料系ＡｌＩｎＧａＮを基礎としている発光ダイオードでは、特に動作電流密度が１０Ａ／ｃｍ2を上回ると、電流−電力特性曲線における非線形が顕著になる。この現象は効率減少又はドループ現象（Efficiency-Droop）とも称される。ドループ現象の原因の一つとして、ＩＩＩ族窒化物が圧電材料であることが挙げられる。生じた電界によって、いわゆる量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confined Stark Effect）が生じる。この効果によって、特に発光ダイオードの多重量子井戸構造における電荷輸送に悪影響が及ぼされる恐れがある。
【００１５】
量子井戸層間に設けられている、特にちょうど四つの部分層から成るバリアの比較的複雑な層構造によって、そのようにして製造されたオプトエレクトロニクス半導体チップの大電流の線形性が改善されている。特に、水素ガスが供給されることによって、殆どインジウムを含有していない、従って非常に品質の高い純粋なＧａＮ層を第３のバリア層として達成することができる。これによって、その後に成長される層の品質が改善される。
【００１６】
本方法の少なくとも一つの実施の形態によれば、四つのバリア層並びに量子井戸層の上述した順序での成長が何度も繰り返され、特にそれらの層は直接的に重ねて成長される。例えば、活性領域は少なくとも三つ又は少なくとも四つの量子井戸層を含んでおり、各量子井戸層には複数のバリア層が対応付けられている。択一的又は付加的に、量子井戸層の数は最大で１０又は最大で８である。
【００１７】
本方法の少なくとも一つの実施の形態によれば、第３のバリア層の成長中のＨ2の流量は少なくとも、Ｎについての反応ガスの流量の少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％である。択一的又は付加的に、Ｈ2の流量はＮについての反応ガスの流量の最大で５５％、又は最大で５０％、又は最大で４０％である。ここでは流量が、特に１分間当りの標準リットル、略してｓｌｐｍ又はｓｌｍで決定される。この流量はガス流量とも称される。また流量は、時間単位当りの標準条件下での成長時に供給される分子量に関する尺度である。Ｎについての反応ガスは有利にはＮＨ3である。同様にＮ2Ｈ4を使用することもできる。
【００１８】
少なくとも一つの実施の形態によれば、第１のバリア層及び第４のバリア層はそれぞれ、少なくとも０．５ｎｍ、又は少なくとも０．６ｎｍ、又は少なくとも０．７ｎｍの平均厚さを有している。択一的又は付加的に、第１のバリア層及び第４のバリア層の平均厚さは最大で１．８ｎｍ、又は最大で１．４ｎｍ、又は最大で１．２ｎｍである。特にこの平均厚さは、約４±１の原子層に応じて、約０．８ｎｍから０．９ｎｍである。
【００１９】
少なくとも一つの実施の形態によれば、第２のバリア層及び第３のバリア層はそれぞれ、少なくとも０．５ｎｍ、又は少なくとも０．７ｎｍ、又は少なくとも０．８ｎｍの平均厚さを有している。択一的又は付加的に、この平均厚さは最大で２．０ｎｍ、又は最大で１．８ｎｍ、又は最大で１．４ｎｍである。特にこの平均厚さは、約５±１の原子層に応じて、約１．０ｎｍ、又は約１．１ｎｍである。
【００２０】
少なくとも一つの実施の形態によれば、第３のバリア層は、その平均厚さが第２のバリア層の平均厚さよりも大きくなるように成長されている。第２のバリア層の平均厚さと第３のバリア層の平均厚さの差は、例えば少なくとも０．１ｎｍ、又は少なくとも０．１５ｎｍ、また択一的又は付加的に最大で０．５ｎｍ、又は最大で０．３ｎｍである。特に、厚さの平均的な差は原子層一つ分である。
【００２１】
本方法の少なくとも一つの実施の形態によれば、量子井戸層は、少なくとも２．５ｎｍ、又は少なくとも２．７ｎｍ、又は少なくとも２．９ｎｍの平均厚さを有している。択一的又は付加的に、量子井戸層の平均厚さは最大で４．５ｎｍ、又は最大で４．０ｎｍ、又は最大で３．７ｎｍである。
【００２２】
少なくとも一つの実施の形態によれば、量子井戸層の厚さと四つのバリア層の厚さの和である総厚は、少なくとも５．５ｎｍ、又は少なくとも６．０ｎｍである。択一的又は付加的に、この総厚は最大で８．５ｎｍ、又は最大で７．５ｎｍである。
【００２３】
少なくとも一つの実施の形態によれば、パラメータｘ１及び／又はｘ４はそれぞれ０．０２以下、又は０．０１である。特に、パラメータｘ１及びｘ４はそれぞれ製造公差の範囲で０でも良く、その場合には、アルミニウム濃度は有利には最大で２×１０16ｃｍ-3である。
【００２４】
少なくとも一つの実施の形態によれば、パラメータｙ１及びｙ４はそれぞれ少なくとも０．０１、又は少なくとも０．０２、又は少なくとも０．０４である。択一的又は付加的に、パラメータｙ１及びｙ４は最大で０．２０、又は最大で０．１５、又は０．１１である。
【００２５】
少なくとも一つの実施の形態によれば、パラメータｙは少なくとも０．１０、又は少なくとも０．１２である。択一的又は付加的に、パラメータｙは最大で０．２５、又は最大で０．２０、又は最大で０．１８である。
【００２６】
本方法の少なくとも一つの実施の形態によれば、成長方向に沿って、第１のバリア層及び第４のバリア層にわたり、パラメータｙ１及びｙ４はそれぞれ、少なくとも０．０２、又は少なくとも０．０３、又は少なくとも０．０４変化する。択一的又は付加的に、この変化は最大で０．０７、又は最大で０．０６である。
【００２７】
少なくとも一つの実施の形態によれば、インジウム含有量は成長方向に沿って、第１のバリア層及び第４のバリア層においてそれぞれ単調に、又は極めて単調に変化する。択一的に、第１のバリア層におけるインジウム含有量の減少及び第４のバリア層におけるインジウム含有量の増大を、インジウム含有量の実際の経過に関する最良適合直線によっても決定することができる。
【００２８】
少なくとも一つの実施の形態によれば、量子井戸層の成長時及び／又はバリア層の成長時の成長速度は最大で０．０３ｎｍ／秒又は最大で０．０２ｎｍ／秒である。この場合、成長は比較的緩慢に行われる。
【００２９】
本方法の少なくとも一つの実施の形態によれば、Ｎについての反応ガスの流量と、周期表の第１３族元素、つまり特にインジウム及びガリウムについての反応ガスの流量の比の値が少なくとも３０，０００、又は少なくとも７０，０００、又は少なくとも１００，０００である。反応ガスは、例えばガリウムについてはトリメチルガリウム又はトリエチルガリウムであり、インジウムについてはトリメチルインジウム又はトリエチルインジウムである。アルミニウムについては、例えばトリメチルアルミニウム又はトリエチルアルミニウムを使用することができる。以前は、周期表の第１３族元素はＩＩＩ族とも称されていた。
【００３０】
少なくとも一つの実施の形態によれば、少なくとも第１のバリア層及び第４のバリア層の成長時の成長温度は、量子井戸層の成長時の成長温度に比べて高められている。例えばこの温度上昇は０℃よりも高いか、又は、少なくとも１℃、又は少なくとも１０℃、又は少なくとも１５℃である。択一的又は付加的に、この温度上昇は最大で１００℃、又は最大で６０℃、又は最大で４０℃である。
【００３１】
少なくとも一つの実施の形態によれば、活性領域の複数の層に関する成長温度はそれぞれ少なくとも７３０℃、又は少なくとも７５０℃である。択一的又は付加的に、成長温度は最大で８５０℃、又は最大で８１０℃である。
【００３２】
少なくとも一つの実施の形態によれば、パラメータｘ１及び／又はｘ４はそれぞれ０よりも大きい。換言すれば、その場合には第１のバリア層及び第４のバリア層がＡｌＩｎＧａＮを基礎としている。Ａｌについての反応ガスの供給と、Ｇａ及び／又はＩｎについての反応ガスの供給は、有利には時間的にずらされて行われる。窒素についての反応物質ガスは有利には継続的に供給される。換言すれば、アルミニウムについての反応ガスは、ガリウム及びインジウムについての反応ガスと時間的に同時に供給されることはない。特に、成長時には第１３族元素についての複数の反応ガスの内の一種類だけがその都度供給される。Ｇａ，Ｉｎ及びＡｌについての個々の反応ガスの供給の合間には、有利には１秒以上２秒以下、特に最大で１０秒、又は最大で２０秒の期間が存在する。有利には、この期間は高々、原子層一つ分の成長に平均して必要とされる時間に相当する。
【００３３】
少なくとも一つの実施の形態によれば、第１のバリア層及び第４のバリア層の成長時に、Ｏ2又は酸素化合物が供給される。特に、原子状酸素及び／又は活性酸素を提供する酸素化合物が供給される。その種の酸素化合物を、アルミニウムについての反応ガスとしても使用することができる。酸素化合物として例えば、ジエチルアルミニウムエトキシド、又はＮ2及びＯ2から成る混合物が挙げられる。酸素濃度は有利には１０％以下、特に０．１％以下のドーパント範囲である。
【００３４】
本方法の少なくとも一つの実施の形態によれば、量子井戸層は、少なくとも４３５ｎｍ及び／又は最大で４７５ｎｍ又は最大で５４５ｎｍの放射波長を有するように構成されている。
【００３５】
更に、オプトエレクトロニクス半導体チップが提供される。半導体チップは、上述の一つ又は複数の実施の形態と関連させて説明したような方法によって製造される。従って本方法の特徴は半導体チップの特徴も表しており、またその逆も当てはまる。
【００３６】
半導体チップの少なくとも一つの実施の形態においては、第３のバリア層は第２のバリア層よりも高いＧａＮ結晶品質を有している。択一的又は付加的に、第３のバリア層におけるインジウムの不純物は、第２のバリア層における不純物よりも少ない。
【００３７】
Ｈ2の供給に基づき、第３のバリア層は高められた品質を有している。特に有利には、第２のバリア層に対してＨ2は供給されない。何故ならば、Ｈ2を供給することによって、量子井戸層の材料品質、特に直前に成長された量子井戸層の材料品質に悪影響が及ぼされる恐れがあるからである。Ｈ2を供給することによる効果は、Ｉｎを成長反応炉から除去し、従って第３のバリア層へのＩｎの不所望な侵入を阻止することである。
【００３８】
第１のバリア層及び第４のバリア層への付加的なＩｎの供給によって、それらの層における材料品質が劣化する可能性があるが、しかしながら、量子井戸層のＩｎ含有量が適合される。第３のバリア層がＨ2の供給下で、従って高品質で成長されることによって、この第３のバリア層に続いて成長される、Ｉｎを含有する層の品質にも影響が及ぼされ、それによって殊に高品質のＩｎＧａＮバリア層が得られる。
【００３９】
以下では、本発明による方法並びに本発明によるオプトエレクトロニクス半導体チップを、図面を参照しながら複数の実施例に基づき詳細に説明する。個々の図面において、同一の構成要素には同一の参照番号を付している。しかしながら、図面は縮尺通りの関係性を表したものではなく、むしろより良い理解のために個々の構成要素を過度に拡大して図示している場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明によるオプトエレクトロニクス半導体チップの一つの実施例の概略的な断面図を示す。
【図２】本発明による半導体チップのための活性領域の概略図を示す。
【図３】本発明による方法の経過に関するチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１には、活性領域２を備えているオプトエレクトロニクス半導体チップ１の一つの実施例が概略的に示されている。半導体チップ１は、個別には図示していないＧａＮの層及びＩｎＧａＮの層が交互に設けられている超格子３を有している。超格子の一番上の層はＧａＮによって形成されている。
【００４２】
成長方向ｚに沿って、超格子３にはＩｎＧａＮから成る第４のバリア層２４が続いている。この第４のバリア層２４には、半導体チップ１の動作時に電磁ビームを形成するための量子井戸層２０が続いている。量子井戸層２０には、ＩｎＧａＮを基礎とする第１のバリア層２１が続いている。この第１のバリア層２１には第２のバリア層２２及び第３のバリア層２３が続いており、これらの第２及び第３のバリア層はそれぞれＧａＮを基礎としている。これらの一連の層は活性領域２内部において繰り返し複数個設けられている。成長方向ｚに沿って見て、活性領域２の一番上にある層は、特に複数ある第３のバリア層２３の内の一つを形成している。
【００４３】
図２においては、活性領域２が、成長方向ｚに沿った位置に応じたバンドギャップＥの経過に基づいて図示されている。隣り合う二つの量子井戸層２０の間には、四つのバリア層２１，２２，２３，２４が設けられている。層２１，２４内にはインジウムの割合に関して勾配が存在する。量子井戸層２０から離れる方向において、インジウムの割合はそれぞれ低下し、例えば約１０％から約５％に低下する。上記の説明とは異なり、バリア層２１，２４はＡｌＩｎＧａＮを基礎としていてもよい。
【００４４】
量子井戸層２０を挟むように設けられているＩｎＧａＮバリア層２１，２４は有利には、層２１，２２，２３，２４から成るバリア全体の幾何学的な中心に対称的に成長されている。しかしながら、第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４をバリア層の中心に非対称的に成長させることもできる。有利には、第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４の厚さは最大で１ｎｍ又は最大で３ｎｍである。
【００４５】
第２のバリア層２２及び第３のバリア層２３から成るＧａＮバリア領域は、有利には３ｎｍ以下又は２．２ｎｍ以下の厚さを有している。例えば、このＧａＮバリア領域は約１．５ｎｍ又は約２．１ｎｍの平均厚さを有している。
【００４６】
図３には、オプトエレクトロニクス半導体チップ１を製造するための方法が、それぞれ時間ｔに依存する、温度経過及びガス流量Ｑ又はＨ2ガス流量に基づきプロットされている。ここでは温度が、温度変化ΔＴ（単位℃）として示されており、また量子井戸層２０についての成長温度に関連付けられている。
【００４７】
図３からは、量子井戸層２０が第２のバリア層２２及び第３のバリア層２３よりも約１５℃低い温度で成長されることが見て取れる。第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４の成長中にそれぞれ温度が変化され、特に温度がスロープ状に適応される。
【００４８】
他の全ての実施例においても同様に、図２に示したものとは異なり、第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４におけるインジウムの割合を、量子井戸層２０のインジウム含有量から出発して、バリア層２２，２３まで連続的に又は段階的に０に低減することもできる。インジウム含有量の勾配を例えば、第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４についての成長温度を介して、又は、インジウムについての反応物流量を介して調整することもできる。
【００４９】
図３とは異なり、バリア層２１，２２，２３，２４と量子井戸層２０とを製造公差の範囲で同一温度において成長させることも同様に可能である。
【００５０】
更に図３には、ＧａＮを基礎とする第３のバリア層２３の成長中にＨ2が供給されることも示されている。これによって、残余インジウムを成長面から除去することができ、従って第３のバリア層２３を非常に高い品質で形成することができる。
【００５１】
特に有利には、第２のバリア層２２及び第３のバリア層２３の成長中に、インジウムについての反応ガスの供給は停止されている。特に、インジウムについての反応物質は供給されないが、その一方で水素ガスが供給される。Ｈ2の流量は、その都度最大で３パーセントポイントの公差で、Ｎについての反応ガス、有利にはＮＨ3の流量の例えば１／６、１／５、１／４、１／３又は１／２である。代替的な実施の形態においては、図３に示したものとは異なり、水素ガスを第２のバリア層２２及び第３のバリア層２３の両層を成長させている間に供給することができる。
【００５２】
ＧａＮ層２２，２３の堆積中、Ｎについての反応ガスの流量と周期表の第１３族元素についての反応ガスの流量の比の値は有利には少なくとも１００，０００である。
【００５３】
第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４に対してＩｎＧａＮの代わりにＡｌＩｎＧａＮが使用される場合、有利には周期表の第１３族元素の個々の元素についての複数の反応ガスは同時にはエピタキシ反応炉には導入されない。Ｎについての反応ガスのソースは有利には開かれ続ける。
【００５４】
第１３族元素についての反応ガスをパルス状に供給することができる。反応ガスのパルス列として、例えばＡｌｘ＊（Ｉｎ−Ｇａ）が考えられ、ここで、ｘは有利には１以上５以下の数である。つまり例えば、アルミニウム反応ガスを含む一つのパルスには、インジウム反応ガスを含む三つのパルス及びガリウム反応ガスを含む三つのパルスが続く。アルミニウムパルスとインジウムパルスとの間の成長休止期間は０秒から１０秒以下、有利には１秒以上且つ２秒以下である。個々のパルスは有利には１０秒以下の持続時間、特に１秒以上且つ２秒以下の持続時間を有している。
【００５５】
成長率は、第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４については、有利には約０．０２ｎｍ／秒であり、Ｎについての反応ガスの流量と、第１３族についての反応ガスの流量の比の値は特に少なくとも４０，０００である。Ａｌ濃度は例えば０．０１％以上且つ４０％以下であり、またＩｎ濃度は有利には少なくとも１％及び／又は最大で４０％である。
【００５６】
ＡｌＩｎＧａＮ層２１，２４の堆積は、ＡｌＩｎＧａＮの材料品質に持続的に好影響が及ぼされるように、インジウム原子のアルミニウム原子への結合に影響を及ぼすために、酸素を供給しながら行なうことができる。酸素濃度はこの場合、例えば０．１％以下又は１０％以下である。
【００５７】
例えば、活性領域は以下のように構成されており、また以下のように製造される：
五つの量子井戸層２０が、４５０ｎｍの波長を形成するように、７７０℃の温度で堆積される。成長率は０．０１４ｎｍ／秒である。Ｎについての反応ガスと第１３族元素についての反応ガスの比の値は３０，０００である。量子井戸層２０はそれぞれ約３．３ｎｍの厚さを有している。
【００５８】
ＩｎＧＡＮバリア層２１，２４は平均して７．５％のインジウム濃度を有している。第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４に関する成長温度は、第２のバリア層２２及び第３のバリア層２３に関する成長温度と量子井戸層２０の成長温度の間にある。成長方向ｚにおいて量子井戸層２０を挟むように設けられているバリア層２１，２４は対称的に成長される。バリア層２１，２４はそれぞれ約０．７５ｎｍの平均厚さを有している。
【００５９】
バリア層２２，２３から成るＧａＮバリア領域の厚さは約１．５ｎｍである。このＧａＮバリア領域はインジウムについての反応物の供給が停止された状態で成長される。ＧａＮバリア領域の成長の１／３が経過した時点で、水素ガスが反応炉に供給される。水素ガスの流量はＮＨ3ガスの流量をもとに定められており、ＮＨ3ガスの流量の約１／４である。ＧａＮバリア領域の成長中に、Ｎについての反応物の流量と第１３族元素についての反応物の流量の比の値は１１０，０００である。ＧａＮバリア領域は、量子井戸層２０と同じ成長温度で堆積されるか、又は約２０℃高い温度で堆積される。
【００６０】
量子井戸層２０を備えているバリア層２１，２２，２３，２４は約７．０ｎｍの厚さの超格子を有している。
【００６１】
別の例によれば、半導体チップは以下のように構成されており、また以下のように成長される：
量子井戸層が上述の例において説明したように成長される。ＧａＮバリア層２２，２３も上述の例において説明したように成長される。
【００６２】
第１のバリア層２１及び第４のバリア層２４はＡｌＩｎＧａＮを基礎としており、またＡｌ含有量はＩｎ含有量とほぼ等しく、約３０％である。バリア層２１，２４は、量子井戸層２０の成長温度に比べて約１５℃高い温度で成長される。ＡｌＩｎＧａＮバリア層２１，２４は、層２２，２３から成るＧａＮ領域に関して対称的に成長される。バリア層２１，２４はそれぞれ約０．７５ｎｍの厚さを有している。オプションとして、バリア層２１，２４の成長時に酸素を供給することができる。
【００６３】
上記において説明した本発明は、実施例に基づいた上記の説明によって限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規の特徴並びにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしても当てはまる。
【００６４】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2012 104 671.9号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に含まれるものとする。
【図１】
2015519754.tif 000003
【図２】
2015519754.tif 000004
【図３】
2015519754.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月28日(2014.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス半導体チップ（１）のための活性領域（２）を製造するための方法において、
Ａｌx4Ｉｎy4Ｇａ1-x4-y4Ｎ、但し０≦ｘ４≦０．４０、且つ平均して０＜ｙ４≦０．４、を基礎とする第４のバリア層（２４）を、成長方向（ｚ）に沿ってＩｎ含有量が増大するように成長させるステップと、
前記第４のバリア層（２４）に、ＩｎyＧａ1-yＮ、但し０．０８≦ｙ≦０．３５、を基礎とする量子井戸層（２０）を成長させるステップと、
前記量子井戸層（２０）に、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ、但し０≦ｘ１≦０．４０、且つ平均して０＜ｙ１≦０．４、を基礎とする第１のバリア層（２１）を、前記成長方向（ｚ）に沿ってＩｎ含有量が減少するように成長させるステップと、
前記第１のバリア層（２１）に、ＧａＮを基礎とする第２のバリア層（２２）を成長させるステップと、
前記第２のバリア層（２２）に、ＧａＮを基礎とする第３のバリア層（２３）を成長させるステップと、
を備えており、
前記第３のバリア層（２３）だけをＨ2ガスの供給下で成長させることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記各層（２０，２１，２２，２３，２４）を請求項１において記載した順序で直接的に重ねて成長させ、前記順序での成長を前記活性領域（２）において３回以上且つ１０回以下繰り返す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第３のバリア層（２３）の成長中のＨ2の流量は、Ｎについての反応ガスの流量の１５％以上且つ５５％以下である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のバリア層（２１）及び前記第４のバリア層（２４）をそれぞれ、０．６ｎｍ以上且つ１．８ｎｍ以下の平均厚さで成長させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のバリア層（２２）及び前記第３のバリア層（２３）をそれぞれ、０．６ｎｍ以上且つ１．８ｎｍ以下の平均厚さで成長させる、但し、前記第３のバリア層（２３）を前記第２のバリア層（２２）よりも大きい平均厚さを有するように成長させる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記量子井戸層（２０）を２．５ｎｍ以上且つ４．０ｎｍ以下の平均厚さで成長させる、但し、前記量子井戸層（２０）及び前記バリア層（２１，２２，２３，２４）が成す総厚は５．５ｎｍ且つ以上８．５ｎｍ以下である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ｘ４≦０．０２、
平均して、０．０４＜ｙ４≦０．１１、
０．１２≦ｙ≦０．１８、
ｘ１≦０．０２、且つ、
平均して、０．０４＜ｙ１≦０．１１、
である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記成長方向（ｚ）に沿って、前記第１のバリア層（２１）及び前記第４のバリア層（２４）にわたり、ｙ１及びｙ４はそれぞれ、少なくとも０．０３、最大で０．０７変化する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ｙ１は前記成長方向（ｚ）に沿って単調に減少し、ｙ４は前記成長方向（ｚ）に沿って単調に増大する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記量子井戸層（２０）の成長時に、
成長速度は最大で０．０３ｎｍ／秒であり、
Ｎについての反応ガスの流量と、周期表の第１３族元素についての反応ガスの流量の比の値は少なくとも３０．０００である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
周期表の第１３族元素は少なくともＩｎ及びＧａである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも前記第１のバリア層（２１）及び前記第４のバリア層（２４）の成長時の成長温度は、前記量子井戸層（２０）に関する成長温度よりも少なくとも１２℃、最大で４０℃高く、
前記成長温度はそれぞれ７３０℃以上且つ８５０℃以下である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ｘ１＞０且つｘ４＞０であり、
前記第１のバリア層（２１）及び前記第４のバリア層（２４）の成長時に、
Ａｌについての反応ガスの供給と、Ｉｎ及びＧａについての反応ガスの供給との間に少なくとも１秒の時間を空け、
Ｏ2又は酸素化合物を供給する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記量子井戸層（２０）は４３５ｎｍ以上且つ５４５ｎｍ以下の波長で放射を行うように構成されている、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2015519754.tif 000006
2015519754.tif 000007
2015519754.tif 000008
2015519754.tif 000009