專利名稱：用于生產(chǎn)發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體芯片的方法和發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)基于AlGaInP的發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體芯片的方法，具有以下步驟提供一個(gè)襯底；將包含發(fā)射光子的有源層的半導(dǎo)體層序列淀積在襯底上；并且淀積一個(gè)透明的耦合輸出層、特別是一個(gè)包含Gax(InyAl1-y)1-xP(其中0.8≤x和0≤y≤1)、特別包含GaP的耦合輸出層。本發(fā)明還涉及一種基于AlGaInP的發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片具有一個(gè)襯底、一個(gè)淀積在該襯底上具有發(fā)射光子的有源層的半導(dǎo)體層序列，并且具有一個(gè)設(shè)置在該有源層上的透明的包含GaP的耦合輸出層。
本申請要求在02年8月26日提交的德國專利申請DE 102 39045.2的優(yōu)先權(quán)，在此明確地回顧一下其公布的內(nèi)容。
當(dāng)前，特別是具有屬于分子式Gax(InyAl1-y)1-xP(其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1)的化合物的所有混合晶體都算作基于InGaAlP的材料。算作基于AlGaInP的發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體芯片的有所有以下半導(dǎo)體芯片，其中產(chǎn)生電磁輻射的層所處的半導(dǎo)體層序列，至少主要部分具有基于InGaAlP的材料，并且由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射的特性至少主要由基于InGaAlP的材料來決定。
在此，這種基于InGaAlP的材料不需強(qiáng)迫地具有在數(shù)學(xué)上準(zhǔn)確地按照上述分子式的化合物。確切地說可具有一種或多種摻雜材料以及附加的組成部分。
AlGaInP材料系統(tǒng)對于在發(fā)光二極管中的應(yīng)用來說是很引人注意的，因?yàn)槠淠軒чg隙通過Al成分的變化可調(diào)節(jié)到超過1.9eV-2.2eV的寬范圍。這就意味著可在紅到綠的彩色范圍內(nèi)生產(chǎn)由這種材料構(gòu)成的發(fā)光二極管。
為了借助外延來生產(chǎn)這種發(fā)光二極管，需要一個(gè)襯底，在該襯底上能夠盡可能單晶地分離半導(dǎo)體層序列的不同的半導(dǎo)體層。在此，基于AlGaInP的發(fā)光二極管的外延的襯底應(yīng)滿足下列條件-該襯底必須具有一個(gè)晶格常數(shù)，該晶格常數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單晶地分離材料系統(tǒng)AlGaInP和AlGaAs，
-該襯底在所使用的過程溫度下還必須是足夠固定的，并且-該襯底必須以足夠好的質(zhì)量可在市場上買到。
GaAs襯底滿足所述的所有條件。因此，GaAs在世界范圍內(nèi)作為襯底用于AlGaInP發(fā)光二極管。然而，從經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)發(fā)光二極管的觀點(diǎn)看，GaAs襯底具有以下缺點(diǎn)，即它很貴并且包括砷。其它的襯底材料不是具有大的晶格錯(cuò)配，就是不能足夠地適合所進(jìn)行的過程步驟。
因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供開頭所述的那種方法，該方法允許在技術(shù)上簡單地并且成本低廉地生產(chǎn)發(fā)射輻射的基于AlGaInP的半導(dǎo)體芯片。
這個(gè)任務(wù)由具有權(quán)利要求1所述特征的方法來解決。該方法的其它有利的改進(jìn)方案和擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求2-8給出。
可按照本發(fā)明的方法生產(chǎn)的發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體芯片是權(quán)利要求9的主題。按照本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片的有利的改進(jìn)方案和擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求10和11的主題。
按照本發(fā)明，在采用開頭所述的那種生產(chǎn)方法時(shí)規(guī)定，襯底主要具有鍺，并且在溫度低時(shí)淀積透明的耦合輸出層。鍺具有與材料系統(tǒng)AlGaInP和AlGaAs很好兼容的晶格常數(shù)，并且以高質(zhì)量可在市場上買到。此外，鍺襯底的價(jià)格只約為GaAs襯底的價(jià)格的一半，致使在生產(chǎn)過程中形成很大的節(jié)省潛力。
通過以下方式考慮到鍺與GaAs相比而言較小的熱穩(wěn)定性，即在溫度低時(shí)實(shí)施含磷化鎵的透明的耦合輸出層生長的特別關(guān)鍵的步驟，在該溫度下鍺襯底還具有足夠的強(qiáng)度和小的蒸汽壓力。
在按照本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選擴(kuò)展方案中規(guī)定，在使用磷酸三丁酯(TBP，(C4H9)PH2)作為磷源的情況下淀積透明的耦合輸出層。在傳統(tǒng)的基于AlGaInP的發(fā)光二極管中，典型地使用由GaP構(gòu)成的光耦合輸出層，該光耦合輸出層在使用磷化氫(PH3)的情況下在溫度超過800℃時(shí)以外延的方式分離。反應(yīng)器中的這種溫度對于利用鍺襯底的過程來說太高。相反，使用磷酸三丁酯作為磷源能夠在過程溫度明顯較低時(shí)使高質(zhì)量的光耦合輸出層分離。
尤其特別合理地是，在溫度低于780℃、優(yōu)選地低于750℃時(shí)淀積透明的耦合輸出層。
特別優(yōu)選地是，在溫度約為700℃時(shí)淀積透明的耦合輸出層。
同樣，在使用三甲基鎵作為鎵源的情況下淀積透明的耦合輸出層通常也是合理的。
在有源層的典型的橫向尺寸為A＝250μm時(shí)，則在約1μm和約10μm之間、優(yōu)選地在約2μm和約10μm之間選擇耦合輸出層的厚度。
在按照本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)用的擴(kuò)展方案中，透明的耦合輸出層借助有機(jī)金屬的氣相外延(MOVPE)來生長。
在透明的耦合輸出層生長時(shí)，V/III比被有利地調(diào)整到5-20的值，優(yōu)選地約為10的值。
本發(fā)明的其它有利的擴(kuò)展方案、特征和細(xì)節(jié)可由從屬權(quán)利要求、實(shí)施例的說明和附圖中得出。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)選的實(shí)施方案和改進(jìn)方案由以下結(jié)合附圖的實(shí)施例的說明中得出。只分別示出了對于理解本發(fā)明來說主要的元件。
唯一的附圖示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、一個(gè)發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的剖面圖的圖解說明。


圖1在剖面圖中以圖解說明的形式示出了一般以10標(biāo)示的基于AlGaInP的發(fā)光二極管芯片10。
該發(fā)光二極管芯片10包括一個(gè)鍺襯底12，在該鍺襯底上構(gòu)造半導(dǎo)體層序列14。該半導(dǎo)體層序列14在本實(shí)施例中是一個(gè)雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有一個(gè)有源的基于AlGaInP的發(fā)射光子的n型層22，該n型層22由一個(gè)在該有源層下面的基于AlGaInP的n型覆蓋層和一個(gè)在該有源層上面的基于AlGaInP的p型覆蓋層所包圍。這種結(jié)構(gòu)和層序列為專業(yè)人員所熟悉，因此在此不詳細(xì)講述。所述的層，如在現(xiàn)有技術(shù)中所知道的那樣，用合適的p摻雜材料、例如Zn、C或Mg或者用合適的n摻雜材料、例如Te、Se、S和Si摻雜到所希望的雜質(zhì)含量。
作為替代方案，有源的半導(dǎo)體層序列14可具有一個(gè)多量子空腔諧振器結(jié)構(gòu)(Multiquantentopfstruktur)，如它譬如同樣在現(xiàn)有技術(shù)中所公開的那樣。
在p型AlGaInP覆蓋層上淀積一個(gè)厚的光耦合輸出層16，該光耦合輸出層16由Gax(InyAl1-y)1-xP構(gòu)成，其中0.8≤x并且0≤y≤1，或由GaP構(gòu)成。由于耦合輸出層的能帶間隙大于有源層的能帶間隙，所以光耦合輸出層16對于在有源層序列14中所產(chǎn)生的電磁輻射來說是可通過的。
在此，發(fā)光二極管芯片工作所需的電流通過一個(gè)正面觸點(diǎn)18和一個(gè)背面觸點(diǎn)20提供給發(fā)光二極管芯片10的有源層。但是作為替代方案，也可不同于在實(shí)施例中明確示出的那樣設(shè)置一些觸點(diǎn)。
光耦合輸出層16借助有機(jī)金屬的氣相外延(OMVPE)進(jìn)行淀積。在此，使用磷酸三丁酯(TBP，(C4H9)PH2)作為磷源，并且使用三甲基鎵作為鎵源，并且選擇約為10的V/III流量比。在本實(shí)施例中，生長溫度為溫度720℃，在該溫度時(shí)在反應(yīng)器中鍺襯底還足夠固定。
在本實(shí)施例中，層序列14的橫截面為250μm×250μm并且層厚度在2μm和10μm之間。
本發(fā)明在上述說明中、在附圖中以及在權(quán)利要求中所公開的特征不僅單個(gè)地、而且在任意的組合中對實(shí)現(xiàn)本發(fā)明來說都是重要的。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)基于AlGaInP的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的方法，具有以下方法步驟-提供一個(gè)襯底(12)；-將一個(gè)包含發(fā)射光子的有源層(22)的半導(dǎo)體層序列淀積在所述襯底上；以及-淀積一個(gè)透明的耦合輸出層(16)，其特征在于，-所述襯底(12)主要由鍺構(gòu)成，并且-在直至最大為800℃的溫度范圍中淀積所述透明的耦合輸出層(16)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在使用磷酸三丁酯作為磷源的情況下淀積所述透明的耦合輸出層(16)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在溫度低于780℃、優(yōu)選地低于750℃時(shí)淀積所述透明的耦合輸出層(16)。
4.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在溫度約為700℃時(shí)淀積所述透明的耦合輸出層(16)。
5.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在使用三甲基鎵作為鎵源的情況下淀積所述透明的耦合輸出層(16)。
6.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述透明的耦合輸出層(16)借助有機(jī)金屬的氣相外延(OMVPE)進(jìn)行生長。
7.按照權(quán)利要求2-6至少之一所述的方法，其特征在于，所述耦合輸出層包括Gax(InyAl1-y)1-xP，其中0.8≤x并且0≤y≤1，尤其包括GaP。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述透明的耦合輸出層(16)在V/III比為5-20、優(yōu)選地約為10時(shí)生長。
9.基于AlGaInP的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，具有-一個(gè)襯底(12)；-一個(gè)淀積在所述襯底上的具有發(fā)射光子的有源層(22)的半導(dǎo)體層序列(14)，以及-一個(gè)布置在所述半導(dǎo)體層序列(14)上的透明的耦合輸出層(16)，其特征在于，-所述襯底(12)由鍺構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求9所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，所述透明的耦合輸出層(16)包括Gax(InyAl1-y)1-xP，其中0.8≤x并且0≤y≤1，尤其包括GaP。
11.按照權(quán)利要求9和10中的至少一個(gè)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，所述透明的耦合輸出層(16)具有在約1μm和約10μm之間、尤其在約2μm和約10μm之間的厚度。
全文摘要
在用于生產(chǎn)基于AlGaInP的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的方法中，具有以下方法步驟提供一個(gè)襯底；將一個(gè)包含發(fā)射光子的有源層的半導(dǎo)體層序列淀積在該襯底上；并且淀積一個(gè)透明的耦合輸出層，該透明的耦合輸出層包括Ga
文檔編號H01L21/205GK1679176SQ03820260
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月26日
發(fā)明者C·卡努特施, P·施陶斯, K·施特羅伊貝爾 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司