光電子半導(dǎo)體本體和光電子半導(dǎo)體芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請(qǐng)涉及一種光電子半導(dǎo)體本體和一種光電子半導(dǎo)體芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]泄漏電流能夠在發(fā)射輻射的器件中、例如在發(fā)光二極管中表現(xiàn)成主要的損失機(jī)制，所述損失機(jī)制限制器件的效率。對(duì)于基于INGaAlP的發(fā)光二極管而言，已經(jīng)證實(shí)的是，所述損失機(jī)制朝短波長(zhǎng)更強(qiáng)地產(chǎn)生并且此外隨著運(yùn)行溫度的增大明顯增強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]目的是，實(shí)現(xiàn)發(fā)射輻射的改進(jìn)的效率。
[0004]所述目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的光電子的半導(dǎo)體本體并且通過(guò)具有這樣的半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案是其他的從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，光電子半導(dǎo)體本體具有帶有設(shè)為用于產(chǎn)生電磁輻射的有源區(qū)域、第一勢(shì)壘區(qū)域和第二勢(shì)壘區(qū)域的半導(dǎo)體層序列。有源區(qū)域設(shè)置在第一勢(shì)壘區(qū)域和第二勢(shì)壘區(qū)域之間。適當(dāng)?shù)?，第一?shì)壘區(qū)域和第二勢(shì)壘區(qū)域關(guān)于導(dǎo)電類型彼此不同。例如，第一勢(shì)壘區(qū)域能夠是P型導(dǎo)電的并且第二勢(shì)壘區(qū)域能夠是η型導(dǎo)電的或者反之。在第一勢(shì)壘區(qū)域中設(shè)置有至少一個(gè)載流子勢(shì)壘層，所述載流子勢(shì)壘層是拉應(yīng)變的。
[0006]已經(jīng)證實(shí)的是，借助于拉應(yīng)變的載流子勢(shì)壘層能夠有效地減少在光電子半導(dǎo)體本體運(yùn)行時(shí)的泄漏電流。光電子半導(dǎo)體本體的效率由此提高。
[0007]在拉應(yīng)變的層中，沿著層的主延伸平面的層的晶格常數(shù)大于層的材料的固有的晶格常數(shù)。類似地，其晶格常數(shù)小于其固有的晶格常數(shù)的半導(dǎo)體層稱作為壓應(yīng)變的。
[0008]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，載流子勢(shì)壘層的相對(duì)晶格失配在0.2%和1%之間，其中包括邊界值；尤其優(yōu)選地在0.3%和0.7%之間，其中包括邊界值。相對(duì)晶格失配是層的晶格常數(shù)g和固有的晶格常數(shù)g0之間的差值相對(duì)于固有的晶格常數(shù)之間的比例，即
(g-g0)/g0o
[0009]已經(jīng)證實(shí)的是，這種相對(duì)晶格失配尤其適合于將載流子勢(shì)壘層設(shè)計(jì)為，使得有效地減少所述泄漏電流并且同時(shí)能夠具有高的晶體質(zhì)量，尤其是不具有減少應(yīng)力的弛豫。
[0010]載流子勢(shì)壘層尤其能夠構(gòu)成為P型導(dǎo)電的第一勢(shì)壘層中的電子勢(shì)壘。替選地或附加地，然而，載流子勢(shì)壘也能夠構(gòu)成為η型導(dǎo)電的第一勢(shì)壘區(qū)域或第二勢(shì)壘區(qū)域中的空穴勢(shì)壘。
[0011]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，有源區(qū)域基于化合物半導(dǎo)體材料體系A(chǔ)lxInyGa1IyP,其中O彡X彡1，0彡y<l并且x+y彡I。在下文中也稱作為磷化物半導(dǎo)體材料的所述材料體系尤其適合于產(chǎn)生在黃色至紅色光譜范圍內(nèi)的輻射。
[0012]然而，有源區(qū)域能夠基于其他的半導(dǎo)體材料，尤其是其他的II1-V族化合物半導(dǎo)體材料。適用于產(chǎn)生紫外經(jīng)由藍(lán)色的至綠色的光譜范圍內(nèi)的輻射的例如是氮化物半導(dǎo)體材料(AlxInyGa1^N)并且對(duì)于紅色至紅外的光譜范圍而言是砷化物化合物半導(dǎo)體材料(AlxInyGa1^yAs)。在此分別適用的是并且x+y ( I。
[0013]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，載流子勢(shì)壘層與鄰接于載流子勢(shì)壘層的至少一側(cè)的、尤其是鄰接于載流子勢(shì)壘層的兩側(cè)的材料相比具有更高的鋁含量。
[0014]此外，優(yōu)選地，鄰接于載流子勢(shì)壘層的材料關(guān)于砷化鎵是晶格匹配的或者基本上是晶格匹配的。在本文中將基本上是晶格匹配的理解成，相對(duì)晶格失配在數(shù)值上最大為0.15%。
[0015]在另一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，載流子勢(shì)壘層具有在0.52和0.7之間的鋁含量X，其中包括邊界值。因此，在沉積在砷化鎵上的磷化物半導(dǎo)體材料中，載流子勢(shì)壘層關(guān)于砷化鎵是拉應(yīng)變的。
[0016]在另一個(gè)設(shè)計(jì)方案中,載流子勢(shì)魚層具有在Inm和25nm之間,其中包括邊界值的；尤其優(yōu)選在3nm和20nm之間，其中包括邊界值的厚度。
[0017]通過(guò)所述厚度范圍內(nèi)的載流子勢(shì)壘層，尤其是結(jié)合在上文中給出的相對(duì)晶格失配的情況下，載流子勢(shì)壘能夠構(gòu)成為，有效地減少泄漏電流并且其厚度小于臨界的層厚度。半導(dǎo)體層的臨界的層厚度是應(yīng)變的半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)的材料特定的上限值。在大于臨界的層厚度的情況下，位錯(cuò)形式的減少晶體質(zhì)量的應(yīng)變是典型的。典型地，相對(duì)晶格失配越小，臨界的層厚度典型地就越大。
[0018]在一個(gè)改進(jìn)方案中，第一勢(shì)壘區(qū)域具有至少一個(gè)其他的載流子勢(shì)壘層。載流子勢(shì)壘層和其他的載流子勢(shì)壘層是對(duì)于相同的載流子類型的、例如對(duì)于P型導(dǎo)電的第一勢(shì)壘區(qū)域中的電子的勢(shì)壘。
[0019]載流子勢(shì)壘層和其他的載流子勢(shì)壘層彼此間隔開(kāi)優(yōu)選3nm和200nm之間，其中包括邊界值。尤其地，第一載流子勢(shì)壘層和其他的載流子勢(shì)壘層能夠彼此間隔開(kāi)50nm和200nm之間，其中包括邊界值。
[0020]適當(dāng)?shù)?，其他的載流子勢(shì)壘層同樣是張應(yīng)變的。尤其地，其他的載流子勢(shì)壘層能夠具有至少一種或多種在上文中結(jié)合載流子勢(shì)壘層提到的特征。
[0021]載流子勢(shì)壘層和其他的載流子勢(shì)壘層之間的半導(dǎo)體材料能夠構(gòu)成為不應(yīng)變的。替選地，在載流子勢(shì)壘層和其他的載流子勢(shì)壘層之間能夠設(shè)置有中間層，所述中間層是壓應(yīng)變的。
[0022]借助于壓應(yīng)變的中間層，載流子勢(shì)壘層的應(yīng)變能夠至少部分地得到補(bǔ)償。通過(guò)這種應(yīng)變補(bǔ)償能夠避免，半導(dǎo)體材料的整體的應(yīng)變引起位錯(cuò)的構(gòu)成。
[0023]在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，其他的載流子勢(shì)壘層與載流子勢(shì)壘層相比距有源區(qū)域更遠(yuǎn)并且與載流子勢(shì)壘層相比具有更高的鋁含量。因此，其他的載流子勢(shì)壘層與載流子勢(shì)壘層相比是拉應(yīng)變程度更大的并且與其他的載流子勢(shì)壘層相比表現(xiàn)出更大的載流子勢(shì)壘。由于較大的應(yīng)變，弛豫的和由此造成的勢(shì)壘作用的減少的風(fēng)險(xiǎn)提高。然而，在這種弛豫的情況下，通過(guò)在其前面的鋁含量較低的載流子勢(shì)壘層還確保載流子的勢(shì)壘作用。
[0024]有源區(qū)域優(yōu)選地具有帶有至少一個(gè)量子層的量子結(jié)構(gòu)。在此，術(shù)語(yǔ)量子結(jié)構(gòu)不包含關(guān)于量子化的維度的任何限制并且尤其包括量子講(quantum well)、量子線(quantumrod)和量子點(diǎn)(quantum dot)。
[0025]載流子勢(shì)壘層優(yōu)選距量子結(jié)構(gòu)的最靠近載流子勢(shì)壘層的量子層1nm和900nm之間，其中包括邊界值；尤其優(yōu)選10nm和600nm之間，其中包括邊界值。
[0026]通過(guò)載流子勢(shì)壘層距量子層的所述間距，能夠?qū)崿F(xiàn)尤其有效的勢(shì)壘作用。
[0027]光電子半導(dǎo)體芯片優(yōu)選具有帶有在上文中描述的特征的半導(dǎo)體本體和載體，其中半導(dǎo)體本體設(shè)置在載體上。
[0028]載體例如能夠是用于半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底。例如，適合于磷化物化合物半導(dǎo)體材料的是，將砷化鎵作為生長(zhǎng)襯底。
[0029]替選地，載體能夠不同于用于半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底。在該情況下，載體借助于材料配合的連接與半導(dǎo)體本體連接。在材料配合的連接的情況下，優(yōu)選預(yù)制的化合物配對(duì)物借助于原子力和/或分子力聚集。材料配合的連接例如能夠借助于連接介質(zhì)、例如粘接劑或焊料實(shí)現(xiàn)。通常，連接的分開(kāi)伴隨著連接介質(zhì)的和/或至少一個(gè)連接配對(duì)物的破壞。
[0030]載體尤其用于半導(dǎo)體層序列的機(jī)械的穩(wěn)定。對(duì)此不再需要生長(zhǎng)襯底進(jìn)而能夠移除生長(zhǎng)襯底。
[0031]其中將用于半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底移除的半導(dǎo)體芯片也稱作為薄膜半導(dǎo)體芯片。優(yōu)選地，在半導(dǎo)體本體和載體之間設(shè)置有尤其金屬的鏡層。在有源區(qū)域中產(chǎn)生的并且朝向載體的方向放射的輻射能夠在鏡層上反射并且在半導(dǎo)體芯片的與載體相對(duì)置的輻射出射面上射出。
【附圖說(shuō)明】
[0032]其他的特征、設(shè)計(jì)方案和適宜方案從在下文中結(jié)合附圖對(duì)說(shuō)明書的描述中得到。
[0033]附圖示出:
[0034]圖1和2分別示出具有半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體芯片的各一個(gè)實(shí)施例的示意剖面圖；
[0035]圖3示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的沿著沉積方向z的帶隙Ee的示意變化曲線；
[0036]圖4A至4C分別示出不同的實(shí)施例的導(dǎo)帶邊緣變化曲線—部分；
[0037]圖5示出對(duì)具有載流子勢(shì)壘層和不具有載流子勢(shì)壘層的用于不同的以發(fā)射波長(zhǎng)λ發(fā)射的半導(dǎo)體芯片的所發(fā)射的輻射功率的測(cè)量；以及
[0038]圖6Α至6D分別示出在不同的運(yùn)行溫度下在具有載流子勢(shì)壘層(圖6Β和6D)和不具有載流子勢(shì)壘層(圖6Α和6C)的情況下沿著半導(dǎo)體本體的沉積方向ζ的電流密度j的模擬變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
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