光电组件、半导体结构和方法与流程

光电组件、半导体结构和方法
1.本专利申请要求2019年9月20日的德国专利申请de 10 2019 125 349.7的优先权、2019年10月11日的德国专利申请10 2019 127 425.7的优先权和2020年1月29日的国际申请pct/ep2020/052191的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
技术领域
2.本发明涉及用于改善光电照明装置的低电流效率的半导体结构的构造及其制造方法。本发明还涉及一种光电组件。


背景技术：

3.各种应用的先决条件是：光电组件、即所谓的发光二极管具有足够的照明强度，即可以承受相对较大的电流密度。同时，效率即使在小电流的情况下也应该是高的或还被提高。
4.改善小电流行为的一种措施是量子阱混合，其在各个领域中都使用。在此，通过在设计为量子阱的有源层与其周围的势垒材料之间交换晶格原子，可以改变该区域中的带隙。如果将合适的杂质原子、特别是掺杂原子有针对性地引入半导体中，则该交换过程可以特别有效地进行。
5.这种局部的杂质扩散和/或杂质引起的量子阱混合(quantenwellintermixing)适用于改善光电组件性能的成熟技术。例如，可能的改进包括减小接触电阻、为激光器创建透明窗口区域或减少光电组件中发生的表面复合。
6.然而，在具有杂质引起的光电组件的量子阱混合的情况下，发现显著退化，也就是即使在低电流强度下，在短的操作时间后输出功率也会明显降低。这是令人惊讶的，因为在没有量子阱混合的组件中，在相当的电流强度下不会发生这种退化。
7.此外，局部的杂质扩散和/或杂质引起的量子阱混合用于改善只有正方形的ingaaip材料系统(铟-镓-铝-磷)中的led(发光二极管)的低电流效率。这里观察到，这些势垒的有效性以及缺陷的引入对组件和设备的老化行为有很大的影响。这在较高的负载电流密度的情况下，主要在涉及较小的组件时尤其明显。
8.因此，需要开发减少上述情况的半导体结构和方法。
9.发明人认识到，到目前为止，提高性能的几何考虑仅在单个led的区域中进行，但尚未采取措施在制造半导体结构期间通过基于晶片的或led组的led的几何排列来改善这种影响。


技术实现要素：

10.在以下方法中提出了用于改善量子阱混合的一个方面，这导致在单个光电组件中以及在复合件中、例如在晶片上的改善。
11.为此，提出了一种用于制造半导体组件、特别是光电组件或led的方法，其中，在第一步骤中提供半导体结构。该半导体结构尤其可以通过延展不同的掺杂层和/或不同材料
组成的层来制造，并且该半导体结构尤其具有第一n型掺杂层、第二p型掺杂层和布置在二者之间的具有至少一个量子阱的有源层。p型掺杂层具有用于掺杂的第一掺杂物。
12.在第二步骤中，将掩模施加到半导体结构上，并且尤其施加到p型掺杂层上。该掩模旨在保护设置用于产生电磁辐射的有源层的一部分免受第二掺杂物的渗透。掩模材料可以是电介质(氧化硅、氮化硅...)、金属(ti...)或半导体材料。
13.然后用第二掺杂物来掺杂未被结构化掩模覆盖的p型掺杂层，以在有源层的区域中产生量子阱混合，在该区域之上不存在结构化掩模的区域。例如可以使用具有第二掺杂物的前体通过气相扩散为p型掺杂层掺杂第二掺杂物。
14.在其他方法中，前体在气相反应中被热分解，掺杂物被吸收至半导体表面上并扩散到半导体中，并产生量子阱混合。由于所有这些子过程都具有不同的温度相关性，因此严格限制了可实现有效量子阱混合的温度范围(对于inp或gaas基半导体而言通常为520 /-20℃)。
15.根据所提出的原理，现在详细说明通过前体施加掺杂剂和扩散进入的步骤。这创建了用于通过气相扩散进行有效的量子阱混合的处理顺序，这使处理窗口得以扩大，因此可以优化处理顺序以实现耐老化的光电组件。
16.这种更精确的工艺序列在一些方面包括以下步骤：
[0017]-通过在第一温度的情况下分解前体来在p型掺杂层的表面上沉积第二掺杂物，该第一温度被选择为使得第二掺杂物基本上不扩散到p型掺杂层中；以及
[0018]-在高于第一温度的第二温度的情况下将沉积的第二掺杂物扩散到p型掺杂层中。
[0019]
发明人已经认识到，在其中由杂质引起的发光效率降低在较长时间段内发生的那些区域中，掺杂第二掺杂物的工艺控制对降低电荷载体浓度具有决定性的影响。原因之一是工艺控制可以增加掩模边缘下方有源层中的掺杂势垒。
[0020]
在根据提出的设计的工艺控制中，含掺杂物的前体在气相中的扩散步骤在一些方面明确分为以下步骤：
[0021]-在半导体结构的表面上沉积包括第二掺杂物的分解产物；以及
[0022]-将第二掺杂物扩散到半导体结构中。
[0023]
通过分离，可以自由选择随着量子阱相互混合而发生的扩散步骤的温度、特别是增加到由于过度解吸而不再能被第二掺杂物覆盖的值(》520℃)。这可以有利地用于改善光电组件的老化行为。
[0024]
第二掺杂物具有与第一掺杂物的掺杂类型相同的掺杂类型，并且例如由zn、mg等形成。可以选择沉积的第二掺杂物的量，以使其在扩散过程中在第二温度下基本上完全扩散到p型掺杂层中。因此，仅提供足以扩散和产生量子阱混合的量，但不超过该量。
[0025]
在另一方面中，选择沉积的第二掺杂物的量，例如使得在有源层的区域中形成用于电荷载体横向扩散的、由以第二掺杂剂产生的势垒和以量子阱混合引起的势垒构成的势垒，在该区域之上没有结构化掩模的区域。
[0026]
在该方面的一个改进方案中，将第二掺杂物的量选择成，使得在有源层的区域中由第二掺杂物产生的电荷载体侧向扩散的势垒大于由量子阱混合引起的势垒，在该区域之上没有结构化掩模的区域。此外，还可以选择第二掺杂物的量，使得有源层中的位于结构化掩模之下的区域中的带隙小于在有源层中的无结构化掩模覆盖的区域中的带隙。
[0027]
在另一方面中，在掺杂过程之后进行在高于第二温度的第三温度的情况下的最终温度步骤。在没有进一步供应第二掺杂物的情况下，在一些方面，半导体在该第三温度的情况下经受退火步骤。具有更高的温度且没有第二掺杂物的随后的后续退火步骤被设计为，使得通过掺杂工艺实现的低电流效率的显著改进在更长的运行周期内得以保持。
[0028]
发明人已经认识到，在第一温度下添加第二掺杂物然后在第二温度下第二掺杂物的扩散进入过程既是量子阱混合的产生原因，并且还对于随后的降解也很重要。在这种情况下，第二掺杂物的原子扩散到半导体层堆中并扩散到有源层或量子阱中，并且可以在那里替代原始晶格的原子。这些不是第一掺杂物的原子，但还是实际晶格材料的原子。置换到间隙空间上的原子是可移动的，并且假定这些原子在光电组件的退化中占有重要份额。随后效率的降低是通过同时在较高的第三温度并且在此期间不添加其他掺杂物的情况下的附加退火步骤来降低的。
[0029]
在另一方面中，通过用形成晶格的元素提供支持压力(例如通过提供合适的另外的前体)为退火步骤提供合适的环境条件。通过对该元素的合适选择，被第二掺杂物取代的晶格原子在半导体表面获得了反应的可能性，从而防止了这些原子的自由移动。如果置换的晶格原子是例如iii族原子，则该工艺可以通过用v族元素的支持压力来开始。因此，由扩散过程产生的间隙原子在本发明的退火步骤中扩散到表面并结合在那里。通过减少参与降解机理的间隙原子的数量，可以显著提高组件的使用寿命。
[0030]
根据该方面，退火过程相应地包括以下步骤：提供另外的前体，其包含来自第五主族的元素、特别是p或as；和/或在p型掺杂层的表面上形成iii-v族半导体材料层。
[0031]
在退火步骤中，可以在开始时或仅在达到第二工艺参数之后才添加前体。前体的浓度也可以在退火步骤中改变，使得足够的前体材料可用于使被掺杂物置换的晶格原子饱和。
[0032]
在另一方面，该另外的前体可以特别地包含磷或砷元素，尤其是诸如ph3、ash3、tbas或tbp的化合物。
[0033]
另一方面提出可以在沉积、扩散和退火步骤中不同地选择工艺参数。在该方面中，参数包括以下参数中的至少一个或其组合：温度、在前述步骤之一期间的限定时间段内的温度变化、压力、在前述步骤之一中的限定时间段内的压力变化、气体、特别是前体的组成和流量、以及退火步骤的持续时间。
[0034]
例如，工艺参数包括：在提供第二掺杂物期间的限定的第一温度，其被选择为使得在第二掺杂物沉积在p型掺杂层上期间基本上没有第二掺杂物扩散到p型掺杂层中；在第二掺杂物的扩散过程中的第二温度(其例如高于第一温度)；和在退火步骤中的第三温度(其又高于第二温度)。换句话说，在退火步骤期间的温度大于在量子阱混合的产生期间的两个温度。用于供应第二掺杂物、用于扩散过程和用于退火过程的持续时间也可以是不同的。
[0035]
在另一方面中，使用不同于第一掺杂物的第二掺杂物。例如，zn或mg可以用作第二掺杂物。例如，iii-v族半导体材料用作半导体结构的材料系统。这可以具有以下材料组合中的至少一种：inp、alp、gap、gaalp、ingap、inalp、gaalp或ingaalp。其他iii-v族半导体也可以被认为是材料系统，其例如具有as。
[0036]
另一个方面涉及光电组件。这包括具有iii-v族半导体材料的半导体结构。该半导体结构具有n型掺杂层、p型掺杂层和布置在两者之间的具有至少一个量子阱的有源层。p型
掺杂层包括第一掺杂物。此外，该组件具有光产生区域、特别是在有源层中的中心区域，该光产生区域在侧向被有源层中的第二区域包围。第二区域的带隙大于中心区域的带隙，因为第二掺杂物被引入第二区域，这引起了位于第二区域中的有源层的至少一个量子阱中的量子阱混合。
[0037]
在第二区域而非第一区域中，这种由杂质引起的局部量子阱混合会在有源层中形成势垒，从而限制了光电组件的有源层中量子阱中电荷载体在有源层的该第一区域上的横向运动。由此，在很大程度上防止了用于运行光电组件的电流在光电组件的边缘区域中流动，也就是流过围绕第一区域的第二区域。结果是，减少了由第二区域中的非辐射复合中心或高非辐射表面复合引起的电荷载体的非辐射复合，这导致了组件性能的改善。
[0038]
在另一方面中，结构化的掩模布置在p型掺杂层上，以使其覆盖p型掺杂层的第一子区域。将第二掺杂物引入p型掺杂层的未被掩模覆盖的子区域，这会在布置在该子区域之下的有源层中产生量子阱混合。掩模的尺寸基本上与第一子区域相同。
[0039]
通过在本发明的退火步骤期间选择支持压力，将通过第二掺杂物在中间晶格位置置换的材料转换成覆盖表面的层一部分。在退火期间的扩散过程似乎将材料从中间晶格位置去除，从而不再导致量子阱中的非辐射复合中心，因此光电组件的效率不会在更长的时间内降低。因此，在p型掺杂层的混合子区域的表面上，形成了由iii-v族半导体材料的iii价材料和以前体材料、特别是p或as形成的元素所构成的层。
[0040]
除了导致单个发光二极管区域的性能改善的程序变化外，还建议提供措施来改善晶圆级量子阱混合。光电组件主要是在晶圆级别上作为大量此类结构生产的。生产可以单片式实现，或者可以提供组件用于以后的分离。在第一种情况下，量子阱混合还可以充当防止电串扰的势垒，在后一种情况下，可以在制造期间通过量子阱混合来改变稍后将形成边缘的区域。在一个方面，提出一种半导体结构，其包括n型掺杂的第一层、掺杂有第一掺杂物的p型掺杂的第二层以及有源层。有源层布置在n型掺杂的第一层与p型掺杂的第二层之间并且具有至少一个量子阱。根据本发明可以将有源层划分为多个第一区域、特别是光学有源区域以及至少一个第二区域。多个第一光学有源区域和至少一个第二区域尤其彼此邻接。此外，多个第一区域彼此间隔开地布置成六边形图案并且被具有qwi(量子阱混合)的至少一个第二区域包围。在此，可以按照上述过程产生量子阱混合。
[0041]
半导体结构的多个特别是光学有源的第一区域之一可以例如形成光电组件的一部分。相应地，半导体结构可以由多个单独的光电组件形成，然后可以通过例如通过外延层的蚀刻工艺或通过激光切割和随后的基底去除来将其分离。
[0042]
例如，多个第一区域被设计成圆形。与方形组件结构相比，不存在角意味着在后面的发光二极管边缘引入杂质和量子阱混合更为均匀。这又意味着可以减少组件的第二区域的边缘区域中的非辐射复合，并且相应地可以提高每个单独的光电组件的性能。然而，有利地在晶片层上进行制造。
[0043]
在这种情况下，圆形意味着多边形数大于或等于6个角的多边形是可能的，例如用8个、10个或更多个角，因为对于这种形状而言，已经认识到提高光电组件性能的积极作用。同样，圆形设计也可以包括椭圆以及卵形和其他以圆形凸起的形状。
[0044]
通过将掩模局部地施加到半导体结构上并且借助例如扩散工艺，第二掺杂物在局部地到达有源层中，并且量子阱混合出现在现有量子阱中的对应区域中。在其中发生量子
阱混合的区域形成至少一个第二区域。半导体结构因此包括第二掺杂物、特别是与布置在p型掺杂的第二层中的第一掺杂物不同的掺杂物，第二掺杂物基本均匀地布置在至少一个第二区域中。
[0045]
相反，在多个第一区域中，通过施加掩模在很大程度上防止了量子阱混合。更具体地，在多个第一区域中不发生量子阱混合。因此，在扩散过程之后，在多个第一区域中尽可能不布置第二掺杂物，并且因此在第一区域的量子阱中的有源层中不布置第二掺杂物。
[0046]
分为第一区域和第二区域以及相关联的量子阱混合的划分可以在组件(尤其是发光二极管)的后续运行期间将第一区域用作光学有源区域。相应地，下文涉及针对第一区域的第一光学有源区域。
[0047]
通过在至少一个第二区域而不是在多个第一光学有源区域中的这种由杂质引起的局部量子阱混合，通过能带结构的变化，在有源层中形成电子势垒，其限制了半导体结构的有源层的量子阱中的电荷载体在有源层的多个第一光学有源区域上的横向运动。这在很大程度上防止了例如用于运行光电组件的电流在光电组件的边缘区域中流动，也就是流过围绕第一区域的第二区域。由于非辐射复合中心通常存在于分离开的结构的边缘区域中，因此电荷载体远离这些边缘区域，这导致了组件的性能提高。
[0048]
然而，杂质的引入以及因此的量子阱混合实际上取决于要在其上引入要扩散的物质的敞开区域的尺寸。因此，在多个第一光学有源区域呈六边形排列的情况下，与直接位于两个相邻的第一光学有源区域之间的区域相比，在三角形排列的每三个第一光学有源区域之间的中间空间中，在半导体结构上形成更大的区域，即具有较高杂质浓度的局部最大值。这些最大值是由于如下事实导致的，即扩散过程在暴露于第二掺杂物的较大区域的区域中比在例如由掩模覆盖的两个第一光学有源区域之间的较小中间空间中发生的效率更高。在某些情况下，这种效果是不希望的，因为为了提高光电组件的低电流效率重要的是在半导体结构中获得非常均匀的扩散图案。
[0049]
相应地，在另一方面，提出了一种半导体结构，该半导体结构包括n型掺杂的第一层、具有第一掺杂物的p型掺杂的第二层以及有源层。有源层布置在n型掺杂的第一层与p型掺杂的第二层之间并且具有至少一个量子阱。根据本发明，有源层可以被划分为多个第一区域、特别是光学有源区域、至少一个第二区域和至少一个第三区域。多个第一光学有源区域和至少一个第二区域尤其彼此邻接。此外，多个第一光学有源区域彼此间隔开地布置成六边形图案并且被具有量子阱混合的至少一个第二区域包围。另外，至少一个第三区域布置在多个第一光学有源区域和第二区域之间的中间空间中，并且在此特别地邻接至少一个第二区域。
[0050]
与上述方面相反，除了多个第一光学有源区域和至少一个第二区域之外，有源层还被划分出至少一个第三区域。
[0051]
至少一个第三区域被布置为，使得根据上述方面将出现具有较高杂质浓度的局部最大值的区域对于量子阱混合是不可接触的，例如通过施加掩模，并且这些区域以及在大量的第一光学有源区域因此基本上不会发生量子阱混合。因此，在扩散过程之后，在至少一个第三区域或在多个第一光学有源区域中基本上没有布置第二掺杂物。
[0052]
此外，至少一个第二区域围绕多个第一光学有源区域，使得多个第一光学有源区域中的每一个被至少一个第二区域的一部分同心地包围，或者分别单独由多个第二区域中
的一个同心地包围。相应地获得至少一个第二区域，其例如由分别围绕多个第一光学有源区域之一布置的连续的环形段或者由分别同心围绕多个第一光学有源区域之一布置的多个环形的单个区域构成。同样，术语“环形”也可以包括圆形、椭圆、以及卵形以及其他以圆形凸起的形状，它们围绕多个第一光学有源区域基本上同心地布置并且完全包围第一光学有源区域。
[0053]
至少一个第三区域与至少一个第二区域邻接。相应地，至少一个第三区域可以具有围绕多个环形的第二区域布置的连续的类似网络的区域。然而，在另一方面中，多个第三区域可各自至少近似地形成三角形(deltoid)曲线的形状。该形状可以例如由恰好三个第二区域形成，这三个第二区域布置成三角形并且至少近似为圆形或环形。同样地，多个第三区域可以是圆形的，并且分别布置在以三角形布置的三个第一区域的中间，其至少近似地形成圆形。
[0054]
至少一个第三区域的布置中的决定性因素是，例如通过施加诸如电介质的掩模或光刻胶掩膜，在第二区域的扩散过程中减小了具有较高杂质浓度的局部最大值，从而获得在半导体结构中尽可能均匀的扩散图案。
[0055]
在此可以通过在第二区域中掺杂第二掺杂物、例如镁、锌或镉(mg、zn、cd)来生成量子阱混合。然而，这并不旨在表示对掺杂物的限制性选择；相反，本领域技术人员能想到任何其他相同类型的掺杂物用于掺杂。
[0056]
在另一个方面中，用于在至少一个第二区域产生量子阱混合的扩散过程可以导致：第二掺杂物不仅构造在第二区域中的有源层中，而且还构造在第二p型掺杂层中以及还至少部分地在与有源层相邻n型掺杂层的区域中。然而，这不必一定理解为：第二p型掺杂层和第一n型掺杂层中形成第二掺杂物的区域与有源层中的第二区域是一致的，但一致也是可能的。
[0057]
在另一方面中，提出了一种半导体结构，其中至少一个第二区域具有通过量子阱混合产生的基本均匀的带隙。这意味着在该区域中，带隙的能量具有大致恒定的值，并且带隙仅朝该区域的边缘增大或减小。
[0058]
相反，至少一个量子阱在多个第一光学有源区域中以及在至少一个第三区域中的带隙比其在至少一个第二区域中的带隙更小。相应地，在多个第一光学有源区域和第二区域之间以及在至少一个第三区域和第二区域之间产生根据上述方面之一的势垒。带隙之间的过渡可以是具有尖锐边缘的台阶，也可以是平滑过渡。
[0059]
在另一方面中，多个第一光学有源区域和至少一个第三区域具有基本相同的带隙。其中，这是由于以下事实导致的，即在多个第一光学有源区域中和在至少一个第三区域中的至少一个量子阱基本上没有量子阱混合，因此在这些区域中也基本上没有第二掺杂物。
[0060]
根据另一方面，借助例如通过外延层的蚀刻工艺或通过激光切割并随后去除基底，可以将可由多个单独的光电组件形成的半导体结构分成多个光电组件。多个光电组件中的每一个的截面例如是圆形的，并且包括多个第一光学有源区域中的至少一个以及至少一个第二区域的一部分。第一光学有源区域和第二区域尤其同心地布置在圆形截面中。相应地，由此提出：半导体结构的至少三分之一区域不是多个单独的光电组件的一部分，并且因此尤其是分离过程的废品。
附图说明
[0061]
下面参照多个附图根据实施例详细说明本发明。
[0062]
图1a至图1f示出了根据所提出的设计的一些方面的、具有用于通过量子阱混合来制造半导体结构的不同方法步骤的设计方案；
[0063]
图2示出了根据所提出的原理执行该方法时各种工艺参数的示例性变化过程；
[0064]
图3示出了半导体结构的一部分，以解释所提出的设计的各个方面；
[0065]
图4示出了说明在不同掺杂水平的情况下取决于工作电流的势垒高度的图，以解释所提出的设计；
[0066]
图5示出了说明在不同的势垒高度时的量子效率的另一图，以解释所提出的设计；
[0067]
图6a和图6b示出了根据所提出的设计的一些方面的、适用于发光的半导体结构的第一设计方案的俯视图以及半导体结构的带隙的相关截面轮廓；
[0068]
图7a和图7b示出了根据所提出的设计的一些方面的适用于发光的半导体结构的另一设计方案的俯视图，该半导体结构具有带隙的相关的横截面轮廓；
[0069]
图8a和图8b示出了根据提出的设计的一些方面的第三设计方案的俯视图，其具有带隙的相关的横截面轮廓；
[0070]
图9a和图9b示出了如在各个方面中实现的半导体结构的第四设计方案的俯视图以及半导体结构的带隙的相关截面轮廓；
[0071]
图10a至图10c示出了根据所提出的设计的一些方面的层结构和用于制造一个或多个光电组件、特别是led的方法；
[0072]
图11示出了根据所提出的设计的半导体结构的带隙。
具体实施方式
[0073]
图1a至图1f示出了一种制造方法的单个步骤，其中可以通过合适地选择工艺参数来产生量子阱混合的进一步改善。在此认识到，通过同步扩散施加，掺杂物会扩散到掩模下面的有源层中，但是不会在此处引起量子阱混合。这使得在掩膜下用于光发射的有源层中的缺陷密度增加，从而导致老化过程加速和性能的劣化。
[0074]
在图1a至图1c示出了经受另外的工艺步骤的半导体结构1。在图1a中，提供了生长基底10、例如gaas基底，其准备用于另外的生长步骤。这些另外的步骤可以包括将牺牲层、钝化层或适应层沉积到不同的晶体结构。基底同样可以已经包含或制备用于线、触点或电路。
[0075]
然后，将基于iii-v材料系统的n型掺杂层20沉积在制备好的基底10上。沉积在mocvd(金属有机化学气相沉积)反应器中进行，但是在该申请中公开的其他方法也可以用于该目的。例如，将in、ga、al或其组合与磷p一起用作材料。示例性的ingaalp层20是n型掺杂的，并且还可以设置有另外的层和/或掺杂物(这里未示出)，以确保n型掺杂层20中的良好的导电接触和小的薄层电阻。
[0076]
在图1b中，随后施加有源层30。其包括至少一个量子阱，其中在完成的部件运行作期间发生辐射复合并且以此方式产生光。有源层30中的至少一个量子阱还可以包括来自iii-v族半导体系统的层组合，例如由具有不同al含量的ingaalp层组成。然后在有源层30上产生p型掺杂层40。为此，使用第一掺杂物、例如mg或zn，如在n型掺杂层20中那样，可以在
制造过程中通过添加期望浓度的掺杂物来进行掺杂。这样做的优点是，在生长过程中已经在各层中产生了掺杂分布，结果是，一方面可以更好地调节所需的电性能，另一方面通过更均匀的晶体生长减少了缺陷。
[0077]
在之前的步骤中已经提供了半导体结构1之后，此时在图1c中将掩模50施加到p型掺杂层并将其相应结构化。如图所示，结构化掩模50覆盖p型掺杂层的表面上的子区域，因此也位于有源层的第一子区域33上。有源层的相邻的子区域34未被掩模50覆盖。在掩模50的结构化之后，使用具有第一工艺参数和第二工艺参数的前体通过气相扩散使p型掺杂层掺杂有第二掺杂物。第二掺杂物由zn形成，例如由有机zn化合物形成。
[0078]
该第二步骤的工艺参数尤其包括第二掺杂物的温度、压力和浓度，并且还可以在预定时间段内改变。以如下方式选择它们：第二掺杂物仅在前体被击穿并在那里形成薄层之后才作为层45沉积在半导体结构的表面上，但是不扩散或几乎不扩散到p型掺杂层中。为此目的，例如将温度选择为低于随后的扩散过程中的温度。为了提供第二掺杂物，该掺杂物是通过气相中前体的分解获得的。这是在mocvd或mopvd(金属有机物理气相沉积)反应器中实现的。这种步骤的优点在于，晶圆在各个处理步骤之间保留在反应器中，而不必运输。所得的具有zn或另一种材料的薄层作为第二掺杂物的结构在图1d中示出。
[0079]
根据图1e，在将掺杂物施加到表面之后，进行单独的扩散过程。通过工艺参数控制扩散工艺，使得第二掺杂物通过层40扩散到有源层和量子阱中。在某些情况下，它也可以稍微扩散到n型掺杂层的边界区域中。在该过程期间，第二掺杂物通过在层40中的扩散(随机分布)而到达掩模之下的区域。相反，掩模之下的有源层的第一子区域33不被掺杂物穿透。而是在那里形成锐利的边缘，令人惊讶的是，该锐利的边缘基本上与掩模50在有源层中的投影重合。
[0080]
以这种方式选择工艺参数，使得扩散在有源层中的第二子区域的量子阱中产生混合，其中量子阱的能隙增加。在第一和第二子区域之间的边界区域中，量子阱的混合在短距离内急剧减小，从而形成了相对陡峭的能垒。
[0081]
掺杂物的施加和随后的扩散步骤之间的分离实现能够更好地控制各个工艺。掺杂物通常在比随后的扩散更低的温度下沉积。结果是，一方面可以更好地调节所提供的掺杂物的量，另一方面，扩散与气相反应无关。在随后的单独的扩散步骤中，设置合适的温度曲线，以便建立掺杂曲线，其中用于电荷载体的由掺杂物产生的扩散势垒处于由量子阱混合产生的能垒附近。
[0082]
在完成该过程之后，现在继续可选的退火步骤，如图1f中所示。在此，设置第三工艺参数，该第三工艺参数在实施例中包括较高的温度和另外的前体70的添加。在本技术中也对此方面进行了详细描述。由于先前的扩散过程，扩散的zn已将晶格中的其他原子从其位置移开并取代了它们的位置。被置换的原子可以留在间隙位置中。看起来这些随后保持移动，并因此可能形成用于非辐射重组的重组中心。由于它们的运动，它们可能迁移到第一子区域33中并大大降低了那里的组件的效率。观察发现，即使在低电流密度下，效率也会在早期下降。
[0083]
通过扩散步骤置换的晶格原子通过温度升高并且通过必要时可选的适当的前体选择与表面结合。由此，表面充当了间隙原子的吸收体。简而言之，改变的工艺参数会导致位移的原子优先从有源层通过p型掺杂层扩散到表面，从而降低了有源层中潜在的非辐射
杂质的浓度。已经发现，具有来自v主族的材料、例如磷p或砷as的前体导致使用寿命的显著增加。
[0084]
图2定性地示出了在退火阶段期间选择工艺参数、特别是温度t、第二掺杂物的气体流量和另一前体的气体流量的时间变化曲线。一方面，在时间段t1和t2之间，将温度保持在第一温度t1，此外，添加掺杂物以使其可以沉积在半导体结构的表面上。选择温度t1，使得掺杂物不扩散到半导体基体中或仅扩散很小的程度。在此期间不添加其他前体。在时间点t2禁用掺杂物，同时保持温度t1直到稍晚的时间点t3。
[0085]
在时间点t3之后，温度升高到值t2。温度升高开始扩散过程，即沉积在表面上的掺杂物扩散到p型掺杂层中。在该实施例中，温度曲线基本上保持恒定，但是也可以考虑非恒定的温度曲线。因此，根据温度分布来设定掺杂物分布。在下一个步骤中，发生退火过程，即在一段时间内通过第三温度t3将被掺杂物置换的原子从p型掺杂层或有源层和量子阱中去除。为此，除了提高温度之外，还添加了另一种前体，其分解产物与表面上被置换的原子结合。所产生的可移动的置换的原子的浓度梯度将其从有源层的量子阱中移除，并将其结合到表面上。
[0086]
图3示出了用于对所提出的原理进行可行解释的基本方面的概述。在掺杂物的扩散期间，在p型掺杂层中产生了附加浓度的掺杂物。当掺入晶格中时，该掺杂材料将原始半导体的原子(例如三价组分)置换到间隙位置中。这些间隙原子在有源层中引起量子阱混合，从而增加了带隙。量子阱混合的子区域由掩模给出，即在量子阱中掩模之下的区域中，如图3所示，没有发生量子阱混合。但是，掺杂物的扩散还会导致标记为“区域ii”的区域中的掺杂增加，这对量子阱中电荷载体的横向扩散形成了势垒。该势垒已经部分地位于掩模下方，因此与量子阱混合的边界局部地偏移。因此存在两个减小电荷载体的横向扩散的势垒，一方面是由于增加的掺杂引起的，另一方面是由于量子阱的混合引起的。
[0087]
如图3所示，量子阱混合的边界36和附加的p型掺杂的边界37是局部偏移的，即它们是不重合的。从电荷载体扩散的角度来看，这意味着势垒也逐渐上升。现在，通过在扩散过程中自由选择合适的温度曲线，可以使掺杂物的沉积与扩散之间的分离成为可能。因此，例如可以沿边界36的方向推动边界37。由此，在掩模50的边界处用于电荷载体扩散的势垒变得更陡。同样地，由扩散的材料或有源层中移位的原子引起的杂质密度也会因工艺参数的精确性而降低。附加地或可替代地，在扩散过程中，可以通过优化工艺参数来增加第二掺杂物的电激活能力，从而增加由额外的p型掺杂物引起的势垒，从而更有力地减少电荷载体的横向扩散。
[0088]
图4示出了根据掺杂浓度在小电流的情况下对发光二极管的掺杂势垒高度的模拟。掺杂的增加表明掺杂势垒显著增加了近两倍。因此，由于引入的第二掺杂物，电荷载体被有效地保持成远离边缘区域，但也远离具有增加的杂质数量的区域。
[0089]
由此获得更高的内部量子效率。在这方面，图5示出了一个图表，该图表示出在不同掺杂物浓度的情况下内部量子效率与电流的关系。在大约0.1ma的电流范围内，在较高的浓度下可以明显看到改善的最大值。
[0090]
利用所提出的原理和各种措施，不论是低电流效率还是高电流效率的情况，都实现了对光电组件的改进。在有源层的光学有源区域中的缺陷被减少。同时，由于组件边缘区域(或有源层周围)的扩散势垒较高，因此可以使电荷载体远离元件边缘，从而使非辐射表
面复合的比例增加减少。
[0091]
除了在单个led区域改善性能的几何学考虑外，下面给出了在晶圆平面改善量子阱混杂的例子。光电组件的多个结构的生产与它们以后作为单独的部件或在晶圆平面的单片形式的使用无关。上述的zn扩散和其他措施可以通过降低后期有源层的区域的杂质密度和永久结合或饱和杂质来改善低和高的电流效率。
[0092]
图6a示出了半导体结构0的第一实施例的一部分的俯视图以及沿截面轴a-a的半导体结构的带隙能量的相关截面轮廓。在半导体结构0中形成多个第一光学有源区域2a和第二区域2b。多个第一光学有源区域2a彼此间隔开地布置成六边形图案，并且第二区域2b之一包围多个第一光学有源区域2a并且布置在第一光学有源区域之间的中间空间中。
[0093]
此外，半导体结构0的多个第一光学有源区域2a中的一个第一光学有源区域2a形成多个光电组件1中的一个的一部分。这里，该光电组件可以被视为led。多个第一光学有源区域2a可以例如通过施加掩模或例如通过施加可能具有相同或相似形状和尺寸的掩模段而形成。然后用第二掺杂物b加载在掩模周围或掩模段周围的暴露的第二区域2b，从而可以在该区域中发生量子阱混合。通过第二掺杂物并且通过在第二区域中相关联的量子阱混合，与其中没有发生量子阱混合的区域相比，该带隙的能量在该区域中改变。
[0094]
在图6a中示出的半导体结构0的截面以及从其推导出的沿着截面轴a-a的带隙的能量的走向还示出了区域2a和2b中的带隙的能量的走向。由此可以看出，第二区域2b中的带隙的能量大于第一光学有源区域2a中的带隙的能量。从第二区域2b到第一光学有源区域2a的带隙的能量减少，并且与这种减少相对应，以镜像的方式，带隙的能量从第一光学有源区域2a向第二区域2b增加。
[0095]
然而，以下的该曲线和类似的曲线仅被视为定性曲线，并不表示多个第一光学有源区域2a和第二区域2b中的带隙能量的绝对值或比例。第二光学有源区域和第一光学有源区域之间的过渡区域可以变化，并且既要设计得略微浅一些，又要陡峭一些。决定性的因素是在多个第一光学有源区域2a到第二区域2b的过渡区域中形成了基本尖锐的边缘，并且多个第一光学有源区域2a中的带隙能量小于第二区域2b中的带隙的能量。
[0096]
换句话说，这意味着第二区域2b中的第二掺杂物b的掺杂物浓度大于多个第一光学有源区域2a中的第二掺杂物b的掺杂物浓度。
[0097]
此外，图6a示出了第二区域2b中的带隙的能量没有恒定值，而是在其中出现多个第一区域2a之间的最大可能距离的区域中具有带隙的能量的局部最大值。其原因在于，与在例如由掩模覆盖的两个第一光学有源区域2a之间较小的中间空间相比，在加载有第二掺杂物b的较大区域的区域中，扩散过程以及量子阱的混合更有效地发生。
[0098]
在图6b中示出的半导体结构0的截面以及从其推导出的带隙的能量沿着截面轴(b-b)的走向还示出了沿着光电组件1的圆周的带隙的能量走向。在此，截面轴延伸经过第二区域2b。根据以上阐述，第二区域2b中的带隙的能量没有恒定值，而是在其中出现多个第一区域2a之间的最大可能距离的区域中具有最大值，以及在其中出现多个第二区域2b中间的最小可能距离的区域中具有最小值。在图6b中，例如用y表示半导体结构的带隙能量的局部最大值的区域，用x和z示例性地表示半导体结构的带隙能量的局部最小值的区域。
[0099]
然而，实际上期望在半导体结构0的第二区域2b中并且相应地沿着光电组件1的环周获得尽可能均匀且恒定的带隙能量。因此，在下文中提出了三个设计方案(图7a和图7b、
图8a和图8b以及图9a和图9b)，以便抵消半导体结构0中的带隙能量的局部最大值的影响。图7a和图7b、图8a和图8b以及图9a和图9b分别示出了根据本发明的半导体结构0的设计方案的俯视图以及半导体结构的带隙能量沿截面轴aa和bb的相关截面轮廓。
[0100]
作为图6a和图6b中的结构示例的补充，除了多个第一光学有源区域2a和至少一个第二区域2b之外，还形成了至少一个另外的第三区域2c。至少一个这种第三区域2c又布置在多个第一光学有源区域2a之间的中间空间中。
[0101]
更精确地说，图7a示出了具有多个第一光学有源区域2a、第二区域2b和多个第三区域2c的半导体结构0的一部分。如上所述，多个第一光学有源区域2a以六边形图案彼此间隔开地布置。第二区域2b以这种方式包围多个第一光学有源区域2a，使得多个第一光学有源区域2a中的一个以环形和/或同心的方式被第二区域2b包围。第二区域2b例如被分成多个环形段，并且仅以点状的方式连接到第二区域2b的下一个相邻的环形段。多个第三区域2c由第二区域2b的三个环段以三角形曲线的形式形成。
[0102]
多个第一光学有源区域2a和第三区域2c可以例如通过施加掩模或例如通过施加可能具有相同或相似形状和尺寸的掩模段而形成。然后用第二掺杂物b加载在掩模周围或掩模段周围的暴露的第二区域2b，从而可以在该区域中发生量子阱混合。
[0103]
下面在图7a中示出的半导体结构0的截面及其沿截面轴a-a的带隙的能量示出了区域2a、2b和2c中的带隙的能量。由此可以看出，在第二区域2b中的带隙大于在第一光学有源区域2a和第三区域2c中的带隙。在轴a-a与第二区域2b相交的区域中可以看到带隙的局部扩大。与轴a-a相交的第二区域2b的面积相对应，带隙能量的值会更高或更低。
[0104]
然而，该曲线仅被视为定性曲线，并不表示多个第一光学有源区域2a、第二区域2b、第二区域2b和多个第三光学有源区域2c的带隙的绝对值或能量的比例。同样，在第一光学有源区域2a、第二区域2b和第三区域2c之间的过渡区域也可以变化，并且既要设计得略微浅一些，又要陡峭一些。
[0105]
决定性的因素是在多个第一光学有源区域2a到第二区域2b的过渡区域以及从第三区域2c到第二区域2b的过渡区域中形成基本尖锐的边缘，并且多个第一光学有源区域2a和第三区域2c中的带隙的能量小于第二区域2b中的带隙的能量。换句话说，这意味着在第二区域2b中的第二掺杂物b的掺杂物浓度大于在多个第一光学有源区域2a和第三区域2c中的第二掺杂物b的掺杂物浓度。
[0106]
在图7b中示出的半导体结构0的截面以及从其推导出的带隙的能量沿着截面轴bb的走向还示出了沿着光电组件1的环周的带隙能量的走向。截面轴延伸经过第二区域2b。与图6b中的图示相反，第二区域2b中的带隙的能量显示出不太明显的变化。通过引入多个第三区域2c，实现了半导体结构0中带隙能量的局部最大值在多个第一光学有源区域2a中的相应三个的中间空间的区域中不那么明显。因此，可以在第二区域2b中获得带隙的更均匀的能量。这进而导致光电组件1的性能提高。
[0107]
在图8a和图8b中示出了根据本发明的半导体结构0的另一实施方式以及从其中得出的半导体结构0中的带隙能量沿着截面轴a-a和b-b的走向。
[0108]
多个第三区域2c分别设计成圆形，并且布置在多个第一光学有源区域2a中的三个的中心。术语圆形还可以包括椭圆形、卵形和其他圆形凸起。多个第三区域2c的这种布置以类似于图7a和图7b中的方式使用，以减小所施加的第二掺杂物b在半导体结构0上的局部最
大值，以便在第二区域2b中实现基本上均匀的掺杂物浓度。布置在多个第一光学有源区域2a中的三个的每一个的中间的、图8a中所示的第三区域2c已经显示出光电组件1的性能的提高。相应地，第二区域2b并没有形成连续的环形段，而是填充多个第一光学有源区域2a和第三区域2c之间的中间空间。
[0109]
多个第一光学有源区域2a和第三区域2c可以例如通过施加掩模或例如通过施加可能具有相同或相似形状和尺寸的掩模段而形成。为此目的，用第二掺杂物b加载在掩模周围或掩模段周围的暴露的第二区域2b上，从而可以在该区域中发生量子阱混合。
[0110]
在图8a中示出的半导体结构0的截面以及从其推导出的沿着截面轴a-a的带隙能量的走向还示出了区域2a、2b和2c中的带隙的能量。由此可以看出，在第二区域2b中的带隙的能量大于在第一光学有源区域2a和第三区域2c中的带隙的能量。在轴a-a与第二区域2b相交的区域中可以看到带隙的局部扩大。同样，第一区域、第二区域2b和第三区域2c之间的过渡区域也可以变化，并且设计得既要稍浅，又要陡峭。
[0111]
决定性的因素是，在多个第一光学有源区域2a到第二区域2b的过渡区域以及从第三区域2c到第二区域2b的过渡区域中形成基本尖锐的边缘，并且在多个第一光学有源区域2a和第三区域2c中的带隙的能量小于在第二区域2b中的带隙的能量。换句话说，这意味着在第二区域2b中的第二掺杂物b的掺杂物浓度大于在多个第一光学有源区域2a和第三区域2c中的第二掺杂物b的掺杂物浓度。
[0112]
在图8b中示出的半导体结构0的截面以及从其推导出的带隙的能量沿着箭头所示的截面轴线的走向还示出了带隙的能量沿着光电设备的环周的走向。截面轴延伸经过第二区域2b。如在图7b中的图示中，第二区域2b中的带隙的能量再次具有基本恒定值。
[0113]
由于多个第三区域2c各自覆盖的面积比图7a中的实施例的多个第三区域2c更小，所以在与多个第一区域2a和第三区域2c发生最大可能距离的区域有更明显的局部最大值。相应地，局部最小值也产生于多个第一区域2a和第三区域之间发生最小距离的区域。在图8b中，半导体结构带隙能量的局部最大值区域示例性地以x和z标注，半导体结构带隙能量的局部最小值区域示例性地以y标注。
[0114]
决定性的因素是，与图6a中的实施例相比，由于引入了多个第三区域3c，半导体结构0中带隙能量的局部最大值的尺寸较小，因此沿光电元件1的圆周或在半导体结构0中的第二区域2b内普遍存在相对均匀和恒定的带隙能量。这反过来已经导致了光电元件1性能的提高。
[0115]
此外，图8b示出了半导体结构0的多个第一光学有源区域2a中的每一个的光学有源区域2a形成光电组件1的一部分。
[0116]
在图9a和图9b中示出了根据本发明的半导体结构0的另一实施方式以及从其中得出的半导体结构0中的带隙能量沿着截面轴a-a和b-b的走向。
[0117]
多个第一光学有源区域2a分别被第二区域2b同心地包围。相应地，产生多个第二区域2b，每个第二区域以环形或圆形的方式围绕多个第一光学有源区域2a中的一个布置。术语“环形”或“圆形”还可以包括椭圆形、卵形和其他圆形凸起。
[0118]
半导体结构0还具有第三区域2c，其布置在多个第一光学有源区域2a和第二区域2b之间的中间空间中。多个第一光学有源区域2a和第三区域2c可以例如通过施加掩模或例如通过施加可能具有相同或相似形状和尺寸的掩模段而形成。为此目的，用第二掺杂物b加
载在掩模周围或掩模段周围的暴露的第二区域2b上，从而可以在该区域中发生量子阱混合。
[0119]
通过围绕多个第一光学有源区域2a和第三区域2c中的一个的多个第二区域2b的这种环形布置避免：所施加的第二掺杂物在三个第一光学有源区域2a之间的中间空间的区域中形成局部最大值。以这种方式，可以在多个第二区域2b中获得基本上均匀的掺杂物浓度。这又意味着在多个第二区域2b中可以发生基本均匀的量子阱混合，这导致光电组件1的性能提高。
[0120]
在图9a中示出的带隙的能量沿着截面轴a-a的走向还示出了在第二区域2b中的带隙的能量大于在第一光学有源区域2a和第三区域2c中的带隙的能量。在轴a-a与第二区域2b相交的区域中可以看到带隙的局部扩大。
[0121]
然而，该曲线仅被视为定性曲线，并不表示多个第一光学有源区域2a、第二区域2b和第三区域2c的带隙能量之间的绝对值或比例。同样，在第一光学有源区域、第二区域2b和第三区域2c之间的过渡区域也可以变化，并且设计得既要稍浅，又要陡峭。
[0122]
决定性的因素是，在从多个第一光学有源区域2a到第二区域2b的过渡区域中以及在从第三区域2c到第二区域2b的过渡区域中形成基本尖锐的边缘，并且在多个第一光学有源区域2a和第三区域2c中的带隙的能量小于在第二区域2b中的带隙的能量。
[0123]
换句话说，这表示第二区域2b中的第二掺杂物b的掺杂物浓度大于多个第一光学有源区域2a和第三区域2c中的第二掺杂物b的掺杂物浓度。
[0124]
在图9b中示出的半导体结构0的截面以及从其中推导出的带隙的能量沿着截面轴bb的走向还示出了沿着光电组件1的环周的带隙的能量的走向。该截面轴延伸经过第二区域2b。
[0125]
如图6b、图7b和图8b中的图示，第二区域2b中的带隙的能量具有大体上恒定的值。通过引入第三区域2c防止了在三个第一光学有源区域2a中的每一个之间的间隙的区域中形成所施加的第二掺杂物b的局部最大值，因此在半导体结构0中没有带隙能量的局部最大值。由此可以在第二区域2b中实现带隙的基本均匀的能量。
[0126]
图10a、图10b和图10c示出了层结构以及相应地如图7a、图8a和图9a所示的半导体结构0的制造。半导体结构0包括n型掺杂的第一层5、掺杂有第一掺杂物的p型掺杂的第二层6、以及布置在n型掺杂的第一层5与p型掺杂的第二层6之间的有源层2，该有源层具有至少有一个量子阱。这些层例如被外延地沉积在载体基底(在此未示出)上。除了在此示出的层之外，还可以提供另外的层、接触层、牺牲层等。
[0127]
图10b示出了用于应用结构化掩模7的下一步骤。掩模在某些位置被穿透，从而将掺杂物b引入那里。第二掺杂物b向有源层2中的扩散导致上述的量子阱混合。
[0128]
图10c所示的结构是通过在p型掺杂的第二层6的表面上施加掩模或施加例如电介质或光刻胶掩膜的掩模段7以及随后的扩散工艺而形成的。该图示出了在掩模7之下的多个光学有源区域，光学有源区域具有环绕的第二区域2b和至少一个第三区域2c。如上所述，该结构和构造是由所施加的掩模7的结构化产生的。第二掺杂物b扩散穿过p型掺杂的第二层6并进入有源层2，并在其中形成区域2a，2b和2c。相应地，有源层2中的区域2a，2b和2c导致掩模或掩模段7的投影形式，其被施加到有源层2中的p型掺杂的第二层6的表面上。
[0129]
多个第一光学有源区域2a和至少一个第三区域2c是在掩模或掩模段7之下直接投
影的区域，并且由于掩模或掩模段7，基本上没有第二掺杂物扩散到该区域中。
[0130]
至少一个第二区域2b相应地形成为位于一个地区下方的直接投影中的区域，该地区围绕掩模或掩模段7作为自由表面而被加载第二掺杂物b。因此，在至少一个第二区域2b中，第二掺杂物b扩散到第二p型掺杂层6中，扩散到有源层2中，并且根据掺杂分布和工艺参数还部分地扩散到n型掺杂层5与有源层2相邻的区域中。
[0131]
由此得出：至少一个第二区域2b具有第二掺杂物b并且因此具有量子阱混合。
[0132]
除了在已经施加了掩模或掩模段7并且已经扩散了第二掺杂物b之后的半导体结构0的层结构之外，图11还示出了有源层2中的至少一个量子阱的带隙。在半导体结构0在该图的水平方向的横截面上示出了在该图的垂直方向上的带隙的能量e。
[0133]
从左到右看，带隙的能量e在第三区域2c中基本是恒定的，并且在从第三区域2c到第二区域2b的限定的过渡区域中增加。在第二区域2b中，带隙的能量e再次具有恒定值，然后在从第二区域2b到第一光学有源区域2b的限定的过渡区域中下降，在那里，第一光学有源区域2a的带隙的能量e再次假定为一个恒定值。以镜像的方式，在从第一光学有源区域2a到第二区域2b的限定的过渡区域中，带隙的能量e增加，并且在从第二区域2b到第三区域2c的限定的过渡区域中，带隙的能量e下降。
[0134]
然而，所描绘的带隙的能量e的曲线可以变化，并且不表示第一光学有源区域2a、至少一个第二区域2b中的带隙的能量e之间的绝对值或比例。至少一个第二区域2b和第一光学有源区域2a之间的过渡区域以及至少一个第二区域2b和至少一个第三区域2c之间的过渡区域可以变化，并且既要设计得略微浅一些，又要陡峭一些。
[0135]
决定性的因素是，第一光学有源区域2a和至少一个第三区域2c的带隙的能量e小于至少一个第二区域2b的带隙的能量，并且在第一光学有源区域2a和至少一个第二区域2b中的带隙的能量e沿第二区域2a的环周基本恒定。