發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的制作方法
【專利摘要】提出一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片（1），所述半導(dǎo)體芯片具有帶有半導(dǎo)體層序列（2）的半導(dǎo)體本體，其中帶有半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體本體在豎直方向上在第一主面（21）和第二主面（22）之間延伸；半導(dǎo)體層序列具有設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域（5）、第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域（3）和與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域（4）；第一區(qū)域在豎直方向上在第一主面和有源區(qū)域之間延伸；第二區(qū)域在豎直方向上在第二主面和有源區(qū)域之間延伸；有源區(qū)域的至少一個(gè)層基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料；并且第一區(qū)域或第二區(qū)域關(guān)于在豎直方向上的相應(yīng)的伸展至少一半基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。
【專利說明】發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]對于制造具有紅外光譜范圍中的發(fā)射波長的發(fā)光二級(jí)管，砷化物的化合物半導(dǎo)體材料是尤其合適的。然而，考慮到器件的符合環(huán)保性而期望盡可能地棄用砷。此外，基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料的已知的紅外發(fā)光二級(jí)管顯示出相對低的溫度穩(wěn)定性。這就是說，所發(fā)射的輻射功率隨半導(dǎo)體芯片的溫度的上升而相對大幅地下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是，提出一種用于在紅外光譜范圍中發(fā)射的器件，所述器件的特征在于改進(jìn)的符合環(huán)保性。此外，應(yīng)提高溫度穩(wěn)定性。
[0004]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)形式是從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]在一個(gè)實(shí)施形式中，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片具有帶有半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體本體在豎直方向上在第一主面和第二主面之間延伸。半導(dǎo)體層序列具有設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域、第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域和與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域。第一區(qū)域在豎直方向上在第一主面和有源區(qū)域之間延伸。第二區(qū)域在豎直方向上在第二主面和有源區(qū)域之間延伸。有源區(qū)域的至少一個(gè)層基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料。第一區(qū)域或第二區(qū)域關(guān)于在豎`直方向上的相應(yīng)的伸展至少一半基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。
[0006]換言之，第一區(qū)域的和/或第二區(qū)域的至少一半的厚度基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。第一區(qū)域的和/或第二區(qū)域的基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料的部分能夠在豎直方向上連續(xù)地或者以在豎直方向上彼此間隔的兩個(gè)或更多的子區(qū)域的方式構(gòu)成在第一區(qū)域中或第二區(qū)域中。
[0007]半導(dǎo)體芯片也能夠具有多于一個(gè)有源區(qū)域。在該情況下，第一區(qū)域在第一主面和最接近第一主面的有源區(qū)域之間延伸。相應(yīng)地，第二區(qū)域在第二主面和最接近第二主面的有源區(qū)域之間延伸。
[0008]基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料在本文中表示:層或區(qū)域包括II1-V族化合物半導(dǎo)體材料，其中V族晶格位置主要地、也就是說至少至51%由砷占據(jù)。優(yōu)選地，V族晶格位置的至少60%、尤其優(yōu)選至少80%由砷占據(jù)。尤其，化合物半導(dǎo)體材料通過材料體系InxAlyGa1_x_yP1_zAsz 形成,其中1>0 ^ y ^ 1、x+y ^ I 且 0.51<ζ?^ 1、尤其 ζ=1。
[0009]相應(yīng)地，基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料在本文中表示:層或區(qū)域包括II1-V族化合物半導(dǎo)體材料，其中V族晶格位置主要地、也就是說至少至51%由磷占據(jù)。優(yōu)選地，V族晶格位置的至少60%、尤其優(yōu)選至少80%由磷占據(jù)。尤其，化合物半導(dǎo)體材料通過材料體系InxAlyGa1_x_yP1_zAsz 形成,其中1>0 ^ y ^ 1、x+y ^ I 且 0<ζ<0.49。[0010]豎直方向在本文中理解為垂直于半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體層的主延伸平面伸展的方向。
[0011]因此，在第一和/或第二區(qū)域中，相對于基于砷化物的半導(dǎo)體材料的常規(guī)的半導(dǎo)體芯片，至少部分地通過磷化物的化合物半導(dǎo)體材料取代砷化物的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體芯片的砷含量能夠降低，而所放射的輻射的峰值波長不改變。
[0012]優(yōu)選地，第一區(qū)域和第二區(qū)域關(guān)于在豎直方向上的相應(yīng)的伸展至少一半、尤其優(yōu)選至少至70%基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。
[0013]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，磷化物的化合物半導(dǎo)體材料通過材料體系InxAlyGah_yPhAsz 形成，其中 O ≤ x ≤ 0.6、0 ≤ y ≤ 1、x+y ≤ I 且 O ≤ z ≤ 0.3。
[0014]此外優(yōu)選的是,對于砷含量z適用的關(guān)系是O < z < 0.1,尤其優(yōu)選O < z < 0.05。
[0015]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，對于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料的銦含量X適用的是
0.0.6、優(yōu)選0.5 < X < 0.56。具有在所述范圍中的銦含量的磷化物的化合物半導(dǎo)體材料、尤其無砷的磷化物的化合物半導(dǎo)體材料與砷化物的化合物半導(dǎo)體材料晶格匹配或者盡可能地晶格匹配，使得能夠簡化地以高的晶體質(zhì)量沉積半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體層序列。
[0016]在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)形式中，整個(gè)第一區(qū)域的V族晶格位置的最多20%和/或整個(gè)第二區(qū)域的V族晶格位置的最多20%由砷占據(jù)。在有源區(qū)域之外的砷份額越低，半導(dǎo)體芯片的砷份額就越大幅地下降，而沒有改變由有源區(qū)域產(chǎn)生的輻射的峰值波長。
[0017]第一區(qū)域和 第二區(qū)域優(yōu)選分別構(gòu)成為是多層的。
[0018]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，第一區(qū)域具有鄰接于第一主面的接觸區(qū)域。相應(yīng)地，第二區(qū)域優(yōu)選具有鄰接于第二主面的第二接觸區(qū)域。
[0019]在接觸區(qū)域和有源區(qū)域之間優(yōu)選構(gòu)成勢壘區(qū)域。相應(yīng)地，在第二接觸區(qū)域和有源區(qū)域之間構(gòu)成第二勢壘區(qū)域。
[0020]勢壘區(qū)域優(yōu)選為接觸區(qū)域的至少兩倍厚、尤其優(yōu)選至少五倍厚。因此在將砷化物的化合物半導(dǎo)體材料用于接觸區(qū)域時(shí)，也能夠?qū)雽?dǎo)體芯片的砷含量整體上保持得低。
[0021]優(yōu)選地，第一勢壘區(qū)域和第二勢壘區(qū)域分別具有比有源區(qū)域的設(shè)置在勢壘區(qū)域之間的層更大的帶隙。
[0022]勢壘區(qū)域中的至少一個(gè)或其至少一個(gè)區(qū)域還能夠構(gòu)成為用于與該區(qū)域的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的載流子勢壘。這就是說，η型傳導(dǎo)區(qū)域中的勢壘層能夠構(gòu)成為空穴勢壘，P型傳導(dǎo)區(qū)域中的勢壘區(qū)域能夠構(gòu)成為電子勢壘。
[0023]優(yōu)選地，第一勢壘區(qū)域的和/或第二勢壘區(qū)域的V族晶格位置的最多10%、尤其優(yōu)選最多5%、最優(yōu)選最多1%由砷占據(jù)。尤其優(yōu)選的是，第一勢壘區(qū)域和/或第二勢壘區(qū)域不具有砷。因此，不具有砷的半導(dǎo)體層能夠在一側(cè)上或兩側(cè)上鄰接于有源區(qū)域。
[0024]在另一優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，有源區(qū)域具有量子阱結(jié)構(gòu)。術(shù)語量子阱結(jié)構(gòu)在本申請的范圍內(nèi)尤其包括其中載流子由于約束(“Confinement”)而能夠經(jīng)受其能量狀態(tài)的量子化的任何結(jié)構(gòu)。特別地，術(shù)語量子阱結(jié)構(gòu)不包含任何關(guān)于量子化維度的說明。因此，其還包括量子阱、量子線和和量子點(diǎn)和這些結(jié)構(gòu)的任意的組合。
[0025]優(yōu)選地，量子阱結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)量子層和至少一個(gè)勢壘層。量子阱結(jié)構(gòu)尤其能夠具有三個(gè)和二十個(gè)之間的量子層，其中包括邊界值，其中在兩個(gè)相鄰的量子層之間優(yōu)選分別設(shè)置有勢壘層。[0026]在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)形式中，量子阱結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)勢壘層、尤其優(yōu)選量子阱結(jié)構(gòu)的全部勢壘層基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。在該實(shí)施方案中，能夠?qū)雽?dǎo)體芯片構(gòu)造成，使得僅構(gòu)成用于產(chǎn)生輻射的量子層基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料，而半導(dǎo)體芯片的其余的半導(dǎo)體層完全地或至少部分地基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體本體中的砷份額因此能夠被盡可能地降低。
[0027]優(yōu)選地，整個(gè)半導(dǎo)體本體的V族晶格位置的最多25%、尤其優(yōu)選最多15%、最優(yōu)選最多5%由砷占據(jù)。特別地，整個(gè)半導(dǎo)體本體的V族晶格位置的最多1%由砷占據(jù)。
[0028]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，將用于半導(dǎo)體本體的優(yōu)選外延地沉積的半導(dǎo)體層序列的生長襯底完全地或至少局部地移除。這種半導(dǎo)體芯片也稱作薄膜半導(dǎo)體芯片。尤其砷化鎵適合作為用于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料的生長襯底。通過移除生長襯底能夠降低半導(dǎo)體芯片的砷份額。
[0029]在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)形式中，將半導(dǎo)體本體設(shè)置在載體上，所述載體與生長襯底不同并且所述載體機(jī)械地穩(wěn)定半導(dǎo)體層序列。載體例如能夠包含半導(dǎo)體材料、例如鍺或硅或者由這樣的材料構(gòu)成。替選地或補(bǔ)充地，載體也能夠包含電絕緣的材料，例如陶瓷、如氮化鋁或氮化硼或由這樣的材料構(gòu)成。也能夠應(yīng)用金屬、例如鑰或鎳。此外優(yōu)選的是，載體能夠是半導(dǎo)體芯片的一部分。在制造半導(dǎo)體芯片時(shí)，載體能夠在從晶片復(fù)合物中分割時(shí)產(chǎn)生。
[0030]在另一優(yōu)選的改進(jìn)形式中，在半導(dǎo)體本體和載體之間設(shè)置有金屬的鏡層。在有源區(qū)域中產(chǎn)生且沿朝載體的方向放射的輻射能夠在鏡層上反射并且隨后從半導(dǎo)體本體的與載體相對置的主面射出。鏡層例如能夠包含金。金在紅外光譜范圍中的特征在于尤其高的反射性。替選地，也能夠?yàn)殓R層使用其他的材料，例如鋁、銀、銠、鈀、鎳或鉻或者具有所述金屬中的至少一種的金屬合金。
[0031]已經(jīng)證明:具有基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料的有源區(qū)域的半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體材料的相對大的份額能夠以基于磷化物的化合物半導(dǎo)體的方式構(gòu)成，而晶體質(zhì)量沒有變差。
[0032]優(yōu)選地，半導(dǎo)體芯片的砷份額總共最高為0.5%、尤其優(yōu)選最高為0.1%。
[0033]此外發(fā)現(xiàn)，通過基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料、尤其基于無砷的或基本上無砷的化合物半導(dǎo)體材料的勢壘區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)更高的溫度穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]從結(jié)合附圖對實(shí)施例進(jìn)行的下述描述中得到另外的特征、設(shè)計(jì)方案和有利方案。
[0035]附圖示出:
[0036]圖1示出半導(dǎo)體芯片的層結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的示意剖面圖；以及
[0037]圖2和3分別示出與常規(guī)的砷化物的化合物半導(dǎo)體芯片相比的、在半導(dǎo)體芯片運(yùn)行中放射的輻射的發(fā)射強(qiáng)度分別與不同的半導(dǎo)體芯片的溫度相關(guān)的測量結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0038]相同的、同類的或起相同作用的元件在附圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
[0039]附圖中示出的元件彼此間的大小關(guān)系和附圖不能夠視為是合乎比例的。更確切地說，為了更好的可視性和/或?yàn)榱烁玫睦斫饽軌蚩浯蟮厥境鰝€(gè)別元件。[0040]在圖1中示出發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片I的一個(gè)實(shí)施例的示意剖面圖。半導(dǎo)體芯片包括具有形成半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體芯片2。半導(dǎo)體層序列2優(yōu)選外延地沉積在生長襯底、例如砷化鎵上。半導(dǎo)體芯片I還包括載體6，半導(dǎo)體芯片2設(shè)置在所述載體上。借助于連接層62將載體和半導(dǎo)體芯片機(jī)械穩(wěn)定地彼此連接。對于載體6和半導(dǎo)體芯片2之間的導(dǎo)電的連接，焊料或?qū)щ姷恼辰訉佑绕溥m合用于連接層。
[0041]在半導(dǎo)體本體2和載體6之間設(shè)置有金屬的鏡層61。鏡層設(shè)置用于反射在運(yùn)行中在有源區(qū)域中產(chǎn)生且沿朝載體6的方向放射的輻射。在紅外光譜范圍中，尤其金適合用于鏡層。但是與此不同的是，也能夠應(yīng)用在本申請的概論部分中所提出的材料之一。
[0042]半導(dǎo)體層序列2包括設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域5。有源區(qū)域5設(shè)置在第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域3和與第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域4之間。例如，第一區(qū)域3能夠以P型傳導(dǎo)的方式構(gòu)成并且第二子區(qū)域能夠以η型傳導(dǎo)的方式構(gòu)成或反之。
[0043]半導(dǎo)體本體2在垂直于半導(dǎo)體本體2的半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體層的主延伸平面伸展的豎直方向上在第一主面21和第二主面22之間延伸。有源區(qū)域5具有多個(gè)量子層51，在這些量子層之間分別設(shè)置有勢壘層52。在有源區(qū)域的兩側(cè)上，在最外的量子層上鄰接有各一個(gè)間隔層53。間隔層53和勢壘層52能夠相似地或關(guān)于材料組成和/或厚度彼此不同地構(gòu)成。為了簡化地描述僅示出三個(gè)量子層。優(yōu)選地，半導(dǎo)體本體具有3和20個(gè)之間的量子層，尤其優(yōu)選5個(gè)和15個(gè)之間的量子層，其中包括邊界值。但是不同于此，有源區(qū)域能夠僅具有一個(gè)量子層。
[0044]有源區(qū)域5優(yōu)選未摻雜地或者本征摻雜地構(gòu)成。
[0045]第一區(qū)域3具有鄰接于有源區(qū)域5的勢壘層31。第一勢壘層31優(yōu)選具有比有源區(qū)域5的半導(dǎo)體層更大的帶隙并且還優(yōu)選形成載流子勢壘。在第一區(qū)域3的P型傳導(dǎo)的設(shè)計(jì)方案中，載流子勢壘構(gòu)成為電子勢壘。在第一勢壘層31的背離有源區(qū)域5的一側(cè)上，第一區(qū)域3具有第一接觸區(qū)域32。第一接觸區(qū)域32優(yōu)選借助于下述材料構(gòu)成，對于所述材料而言能夠以簡單的方式實(shí)現(xiàn)與設(shè)置用于外部電接觸的第一接觸部71的歐姆接觸。
[0046]類似于第一區(qū)域3，第二區(qū)域4具有第二勢壘區(qū)域41和第二接觸區(qū)域42。
[0047]在載體6的背離半導(dǎo)體本體2的一側(cè)上設(shè)有第二接觸部72。通過在第一接觸部和第二接觸部之間施加電壓，將載流子從不同側(cè)注入到有源區(qū)5中并且能夠在那里在發(fā)射輻射的情況下復(fù)合。
[0048]接觸部71、72設(shè)置在外延的半導(dǎo)體本體2之外并且優(yōu)選包含金屬、例如金、銀、鉬、鈦、鎳、鋁或銠或具有上述材料中的至少一種的合金。
[0049]接觸部71、72的設(shè)置方式和設(shè)計(jì)方案能夠在大范圍內(nèi)自由選擇，只要能夠經(jīng)由接觸部將載流子從不同側(cè)注入到有源區(qū)域中。例如，接觸部71、72能夠設(shè)置在半導(dǎo)體本體2的背離載體6的一側(cè)上。載體在該情況下也能夠是電絕緣的，例如借助于陶瓷、如氮化鋁或氮化硼構(gòu)成。此外，也能夠?qū)蓚€(gè)接觸部設(shè)置在載體的背離半導(dǎo)體本體2的一側(cè)上。例如，在載體中能夠構(gòu)成有貫通接觸部，接觸部通過所述貫通接觸部導(dǎo)電地與半導(dǎo)體本體連接。
[0050]所描述的層結(jié)構(gòu)為了更好的可視性而簡化地繪出。各個(gè)區(qū)域能夠本身分別單層地或也能夠多層地構(gòu)成。
[0051]有源區(qū)域5優(yōu)選設(shè)置用于在紅外的光譜范圍中、尤其在700nm和1500nm之間的波長范圍中產(chǎn)生輻射，其中包括邊界值。[0052]下面，根據(jù)三個(gè)實(shí)施例描述半導(dǎo)體本體2的材料組成，其中能夠分別應(yīng)用在上面描述且在圖1中示出的結(jié)構(gòu)。
[0053]有源區(qū)域5、即量子層51和勢壘層52基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料。能夠經(jīng)由量子層的材料組成調(diào)節(jié)發(fā)射波長。例如，能夠借助具有7%鋁含量、81%鎵含量和12%銦含量且砷作為唯一的V族材料的量子層實(shí)現(xiàn)SlOnm的發(fā)射波長。
[0054]在該實(shí)施例中，量子層的厚度大約為4.6nm。在具有總共12個(gè)量子層的結(jié)構(gòu)中，有源區(qū)域5的總厚度大約為500nm。
[0055]有源區(qū)域的厚度尤其能夠根據(jù)發(fā)射波長和量子層的數(shù)量來變化。特別地，厚度能夠?yàn)?nm和Iym之間，其中包括邊界值。例如，一個(gè)量子層中厚度能夠?yàn)?nm。在多個(gè)量子層的情況下，有源區(qū)域的厚度優(yōu)選為50nm和500nm之間，尤其優(yōu)選200nm和500nm之間，其中包括邊界值。
[0056]第一勢壘區(qū)域31和第二勢壘區(qū)域41分別構(gòu)成為基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料的無砷的半導(dǎo)體層。
[0057]基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體層優(yōu)選包含45%和60%之間的、尤其優(yōu)選50%和56%之間的銦含量，其中包括邊界值。因此，能夠簡化地實(shí)現(xiàn)相對于砷化物的化合物半導(dǎo)材料的晶格匹配。 [0058]接觸區(qū)域32、42在該實(shí)施例中能夠構(gòu)成為砷化物的化合物半導(dǎo)體材料區(qū)域，例如基于AlxInyGanyPhAsz，其中O≤x≤1、0≤y≤l、x+y≤1。特別地，接觸區(qū)域32、42的砷化物的化合物半導(dǎo)體材料能夠無銦地或者基本上無銦地構(gòu)成。直接鄰接于第一主面21或鄰接于第二主面22的半導(dǎo)體材料優(yōu)選是GaAs。因此，能夠以簡單的方式來實(shí)現(xiàn)與第一接觸部71或與鏡層61的具有歐姆特性的良好的電連接。
[0059]勢壘層31、41優(yōu)選明顯厚于接觸區(qū)域32、42，優(yōu)選至少為相關(guān)聯(lián)的接觸區(qū)域的兩倍厚、尤其優(yōu)選至少為五倍厚。因此，在將砷化物的化合物半導(dǎo)體材料用于接觸區(qū)域時(shí)，第一區(qū)域3和第二區(qū)域4也關(guān)于相應(yīng)的豎直的伸展至少一半基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。因此，半導(dǎo)體芯片也能夠借助具有作為唯一的V族材料的砷的接觸區(qū)域32、42而總共具有相對低的砷份額。
[0060]例如，在有源區(qū)域的厚度為500nm、兩個(gè)接觸區(qū)域32、42的總厚度總共為500nm的總厚度為6μπι的半導(dǎo)體本體2中，在勢壘區(qū)域31、42的無砷的設(shè)計(jì)方案中，砷含量例如與V族位置的數(shù)量相關(guān)地為六分之一進(jìn)而為半導(dǎo)體本體2總共的晶格位置的十二分之一。借助典型明顯厚于半導(dǎo)體本體2、例如具有50 μ m和200 μ m之間的厚度的無砷的載體6,半導(dǎo)體芯片中的砷份額總共能夠降低成顯著低于5%、優(yōu)選降低成1%或更小。
[0061]與此不同的是，在基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料、沒有移除生長襯底的常規(guī)的半導(dǎo)體芯片中，半導(dǎo)體本體的和載體的全部V族晶格位置由砷占據(jù)，使得半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體材料總共大約50%由砷構(gòu)成。
[0062]與所描述的設(shè)計(jì)方案不同的是，磷化物的化合物半導(dǎo)體材料不必一定以無砷的方式構(gòu)成。為了盡可能大幅地降低砷含量，由砷對V族位置的占據(jù)率、即砷份額z優(yōu)選為最高30%、優(yōu)選最高10%、最優(yōu)選最高5%。
[0063]勢壘區(qū)域31、41和接觸區(qū)域32、42的厚度和材料組成優(yōu)選構(gòu)成為，使得整個(gè)第一區(qū)域的V族晶格位置的最多20%和/或整個(gè)第二區(qū)域的V族晶格位置的最多20%由砷占據(jù)。[0064]與所描述的設(shè)計(jì)方案不同的是，也能夠僅將勢壘區(qū)域31、32中的一個(gè)以基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料的方式構(gòu)成。在外延沉積半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層序列2期間的砷化物的化合物半導(dǎo)體材料和磷化物的化合物半導(dǎo)體材料之間的過渡部的數(shù)量能夠由此被降低。然而為了盡可能地降低砷份額優(yōu)選這兩個(gè)勢壘區(qū)域無砷地或至少基本上無砷地構(gòu)成。
[0065]在半導(dǎo)體本體2的材料組分的第二實(shí)施例中，半導(dǎo)體層基本上如結(jié)合第一實(shí)施例描述的那樣構(gòu)成。
[0066]與此不同的是，接觸區(qū)域32、42同樣以基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料的方式構(gòu)成。因此，在該情況下，整個(gè)第一區(qū)域和整個(gè)第二區(qū)域基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。特別地，這兩個(gè)區(qū)域能夠以無砷的方式構(gòu)成。因此，還能夠盡可能地降低砷含量。
[0067]在材料組成的第三實(shí)施例中，第一區(qū)域3和第二區(qū)域4能夠如結(jié)合第一或第二實(shí)施例所描述的那樣構(gòu)成。與這些實(shí)施例不同的是，有源區(qū)域5的勢壘層52也以基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料的方式構(gòu)成。因此，在該情況下，僅有源區(qū)域的量子層51以基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料的方式構(gòu)成。
[0068]因此，在該情況下，量子層能夠是半導(dǎo)體本體2的唯一的、基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料的層。在12個(gè)量子層各自具有5nm厚度且半導(dǎo)體本體2的總厚度為6 μ m的情況下，半導(dǎo)體本體2的V族晶格位置的砷占據(jù)率總共能夠降低到大約1%進(jìn)而半導(dǎo)體本體的砷含量總共降低到大約0.5%。
[0069]因此，半導(dǎo)體芯片的砷含量已經(jīng)能夠在載體厚度為25μπι的情況下下降到小于
0.1%。
[0070]在圖2和3中分別與半導(dǎo)體芯片的溫度相關(guān)地示出對于具有磷化物的勢壘區(qū)域和SlOnm發(fā)射波長的半導(dǎo)體芯片的通過曲線81或82示出的在運(yùn)行中產(chǎn)生的輻射的歸一化為室溫下的數(shù)值的強(qiáng)度。與此相比，曲線91或92示出對基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料的常規(guī)的半導(dǎo)體芯片的測量。在70mA (圖2)和200mA (圖3)的電流下進(jìn)行測量，其中半導(dǎo)體芯片以未澆注的方式安裝在T018殼體中。電流輸送分別以20ms的持續(xù)時(shí)間的脈沖來進(jìn)行。
[0071]對于這兩個(gè)電流值而言，具有基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料的勢壘區(qū)域的曲線示出較平的走向，使得強(qiáng)度在較高的溫度下與在對比樣品中相比更緩慢地下降。
[0072]因此，測量證明半導(dǎo)體芯片的所描述的設(shè)計(jì)方案在改進(jìn)符合環(huán)保性的同時(shí)引起溫度穩(wěn)定性的改進(jìn)。
[0073]本申請要求德國專利申請10 2011 114 380.0的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過參引并入本文。
[0074]本發(fā)明不通過根據(jù)實(shí)施例進(jìn)行的描述而限制于此。更確切地說，本發(fā)明包括每個(gè)新的特征以及特征的任意的組合，這尤其是包含在權(quán)利要求中的特征的任意的組合，即使這些特征或這些組合本身并未明確地在權(quán)利要求或?qū)嵤├姓f明也如此。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，所述半導(dǎo)體芯片包括具有半導(dǎo)體層序列(2)的半導(dǎo)體本體，其中 -具有所述半導(dǎo)體層序列的所述半導(dǎo)體本體在豎直方向上在第一主面(21)和第二主面(22)之間延伸； -所述半導(dǎo)體層序列具有設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的有源區(qū)域(5)、第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)域(3)和與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域(4)； -所述第一區(qū)域在豎直方向上在所述第一主面和所述有源區(qū)域之間延伸； -所述第二區(qū)域在豎直方向上在所述第二主面和所述有源區(qū)域之間延伸； -所述有源區(qū)域的至少一個(gè)層基于砷化物的化合物半導(dǎo)體材料；并且 -所述第一區(qū)域或所述第二區(qū)域關(guān)于在豎直方向上的相應(yīng)的伸展至少一半基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域關(guān)于在豎直方向上的相應(yīng)的伸展至少一半基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中所述磷化物的化合物半導(dǎo)體材料通過材料體系InxAlyGa1IyP1IAsz形成,其中O≤x≤0.6、0≤y≤1、x+y≤I且O≤ z ≤ 0.3o
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中適用的是0.45 < X < 0.6、優(yōu)選0.5≤X≤0.56。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中適用的是O< z < 0.05。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中整個(gè)所述第一區(qū)域的V族晶格位置的最多20%和/或整個(gè)所述第二區(qū)域的V族晶格位置的最多20%由砷占據(jù)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中所述第一區(qū)域具有鄰接于所述第一主面的接觸區(qū)域(31)并且在所述接觸區(qū)域和所述有源區(qū)域之間具有勢壘區(qū)域(32)并且所述勢壘區(qū)域的V族晶格位置的最多10%由砷占據(jù)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中第一所述勢壘區(qū)域不具有砷。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中所述有源區(qū)域具有帶有至少一個(gè)量子層(51)和至少一個(gè)勢壘層(52 )的量子阱結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中所述量子阱結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)勢壘層基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中所述半導(dǎo)體本體的V族晶格位置的最多15%由神占據(jù)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中整個(gè)所述第一區(qū)域和/或整個(gè)所述第二區(qū)域基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中用于所述半導(dǎo)體本體的所述半導(dǎo)體層序列的生長襯底被完全地或至少局部地移除。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中所述半導(dǎo)體本體設(shè)置在載體(6)上，所述載體使所述半導(dǎo)體層序列機(jī)械地穩(wěn)定并且在所述半導(dǎo)體本體和所述載體之間設(shè)置有金屬的鏡層(61)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其中 -所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域關(guān)于在豎直方向上的相應(yīng)的伸展至少一半基于磷化物的化合物半導(dǎo)體材料；和 -所述磷化物的化合物半導(dǎo)體材料通過材料體系InxAlyGamPhAsz形成，其中.0.45 ≤ X ≤ 0.6、0 ≤ y ≤ 0.55、x+y ≤ I 且 O ≤ z ≤ 0.05。
【文檔編號(hào)】H01L33/30GK103828072SQ201280046500
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月23日
【發(fā)明者】馬丁·魯?shù)婪颉へ惲指? 克里斯托夫·克倫普, 伊瓦爾·通林, 彼得·海德博恩 申請人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司