光電子半導體芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造光電子半導體芯片的方法和一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電子半導體芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的是:氮化物半導體芯片、例如光電子氮化物半導體芯片因極其小的靜電放電(ESD)就已經(jīng)會永久地損壞或破壞。如果在制造這種半導體芯片時使用具有藍寶石的襯底，那么在氮化物半導體層序列外延生長時產(chǎn)生具有高位錯密度的晶體。這種位錯引起漏電路徑，在ESD負荷的情況下漏電流經(jīng)由所述漏電路徑流動，這會導致氮化物半導體芯片的損壞或破壞。
[0003]為了避免因靜電放電引起的損壞，需要保護性的措施。從DE 10 2009 060 750 Al中已知:光電子半導體芯片設(shè)有集成在半導體層序列中的微二極管，所述微二極管引起防止因靜電放電引起的損壞的防護。微二極管通過設(shè)置在半導體層序列的有源層中的V形缺陷形成。V形缺陷通過在半導體層序列的外延生長期間選擇適當?shù)纳L參數(shù)產(chǎn)生。然而，這也引起有源層的設(shè)置在V形缺陷之外的區(qū)域中的晶體質(zhì)量的下降，這在發(fā)光二極管半導體芯片的情況下會引起光功率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種用于制造光電子半導體芯片的方法。本發(fā)明的另一個目的在于:提供一種光電子半導體芯片。
[0005]特別地，在此處所描述的方法中能夠產(chǎn)生V形缺陷，而不必改變用于產(chǎn)生的生長條件。專門選擇的生長條件僅用于獲得V缺陷。因為不必使生長條件匹配于V形缺陷的產(chǎn)生，所以包含V形缺陷的外延層以高的晶體質(zhì)量生長是可行的。這在不因晶體缺陷而損失亮度或降低光功率的同時實現(xiàn)制造ESD穩(wěn)定的半導體芯片。
[0006]用于制造光電子半導體芯片的方法包括如下步驟:提供襯底；生長第一層；執(zhí)行刻蝕過程以便鋪設(shè)V形缺陷；生長第二層；和生長量子膜結(jié)構(gòu)。第一層和第二層能夠包括氮化物化合物半導體材料的、例如InGaN的層。有利地，該方法實現(xiàn)制造在其量子膜結(jié)構(gòu)中嵌入有V形缺陷的光電子半導體芯片。這些V形缺陷能夠作用為與量子膜結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接的ESD保護二極管。有利地，通過借助于刻蝕過程鋪設(shè)V形缺陷僅將少量的形態(tài)干擾引入到光電子半導體芯片的晶體中，由此能夠避免光電子半導體芯片的光功率的強烈降低。此外，刻蝕過程有利地實現(xiàn)鋪設(shè)具有限定的尺寸和均勻的大小分布的V形缺陷。
[0007]在所述方法的一個實施方式中，生長第一層包括:生長至少一個第一子層和第二子層。在此，第一子層具有與第二子層不同的鋁份額和/或不同的銦份額。有利地，第一層實現(xiàn)V形缺陷的鋪設(shè)，所述V形缺陷在進一步生長期間延續(xù)穿過第二層和量子膜結(jié)構(gòu)。將第一層劃分成第一子層和第二子層實現(xiàn)關(guān)于第一層的銦份額和/或鋁份額和/或摻雜和/或另外的特性的精確控制。
[0008]層的生長能夠在外延設(shè)備中借助于例如MOVPE在預(yù)設(shè)的反應(yīng)器溫度下在添加前驅(qū)氣體例如三甲基鎵、三乙基鎵、氨和/或氫的條件下進行。
[0009]第二層的生長在此能夠借助于冷生長進行。第二層生長期間的反應(yīng)器溫度與第一層生長期間的反應(yīng)器溫度相比能夠低至少50K、優(yōu)選低至少100K并且尤其優(yōu)選低至少200K。第二層生長期間的反應(yīng)器溫度例如為至少700°C至至多900°C。對于第一層的生長而言，能夠選擇在至少700°C和至多1100°C之間的范圍中的、優(yōu)選在至少900°C至至多1100°C之間的范圍中的反應(yīng)器溫度。也就是說，第一層能夠借助于熱生長來生長。在所述方法中由此可行的是:第一層借助在小于900°C的反應(yīng)器溫度下執(zhí)行的平滑性的熱生長來生長。在熱生長的情況下，尤其能夠產(chǎn)生晶體質(zhì)量良好的所生長的層。第二層的專門的生長條件僅用于獲得V形缺陷，然而對于其產(chǎn)生不是必需的。V形缺陷的產(chǎn)生借助于在此描述的刻蝕方法實現(xiàn)。
[0010]在所述方法的一個實施方式中，生長具有第一銦份額的第一子層和具有第二銦份額的第二子層。在此，第一銦份額至少與第二銦份額一樣大。將第一層劃分成第一子層和第二子層由此實現(xiàn)關(guān)于第一層的銦份額的精確控制。
[0011]在所述方法的一個實施方式中，分別交替地生長多個第一子層和第二子層。有利地，通過提高第一層的子層的數(shù)量得到第一層的平均提高的均勻度。
[0012]在所述方法的一個實施方式中，在刻蝕過程期間在至少一個第一子層中產(chǎn)生開口。有利地，在第一子層的開口中能夠積聚第二層的材料，由此在第一層中產(chǎn)生的V形缺陷延續(xù)到第二層和量子膜結(jié)構(gòu)中。優(yōu)選地，開口能夠完全地穿過至少一個第一子層。
[0013]在所述方法的一個實施方式中，刻蝕過程在外延設(shè)備內(nèi)部執(zhí)行。有利地，為了執(zhí)行刻蝕過程由此不需要從外延設(shè)備中取出光電子半導體芯片的層序列，由此可快速且成本適宜地執(zhí)行所述方法。此外，有利地避免了伴隨著從外延設(shè)備中取出而污染或損壞光電子半導體芯片的層序列的風險。
[0014]外延設(shè)備內(nèi)部的刻蝕例如能夠借助于回蝕在反應(yīng)器設(shè)備中進行。對此，在所述設(shè)備中強烈地降低或完全地抑制鎵輸送、即三甲基鎵和/或三乙基鎵的輸送。此外，能夠提高氫的輸送和/或降低氨的輸送。由此能夠強烈地降低層的摻入速率，即層生長速率，使得通過例如與氫的反應(yīng)超過層的分解速率、即生長期間的層溶解的速率進而產(chǎn)生負的生長速率。正常的層生長期間的摻入速率例如為每分鐘2nm至lOOnm，而正常的層生長期間的分解速率為每分鐘至多l(xiāng)nm，由此在正常的層生長期間凈產(chǎn)生正的生長速率。在回蝕時，摻入速率小于分解速率，由此凈產(chǎn)生負的生長速率、即刻蝕過程。
[0015]在所述方法的一個實施方式中，在刻蝕過程期間中斷生長。在此，在刻蝕過程期間給外延設(shè)備輸送氫。有利地，氫適合于在之前生長的第一層中鋪設(shè)V形缺陷。通過輸送氫能夠引起上述回蝕。
[0016]在所述方法的另一個實施方式中，刻蝕過程在外延設(shè)備外部執(zhí)行。有利地，由此例如能夠在專用的刻蝕設(shè)備中進行刻蝕過程，由此實現(xiàn)刻蝕條件的尤其精確的可控性?？涛g過程能夠為例如借助磷酸的濕化學刻蝕過程，或例如為借助等離子體的干化學刻蝕過程。
[0017]光電子半導體芯片包括:第一層；第二層，所述第二層設(shè)置在第一層之上；和量子膜結(jié)構(gòu)，所述量子膜結(jié)構(gòu)設(shè)置在第二層之上。在此，第一層包括至少一個第一子層和第二子層。第一子層具有與第二子層不同的鋁份額和/或不同的銦份額。此外，半導體芯片具有至少一個V形缺陷，所述V形缺陷至少延伸穿過第一層的、第二層的和量子膜結(jié)構(gòu)的一些部分。此外，至少一個第一子層在V形缺陷的區(qū)域中穿孔。至少一個第一子層能夠在V形缺陷的區(qū)域中尤其完全地穿孔。
[0018]有利地，該光電子半導體芯片的V形缺陷作用為與量子膜結(jié)構(gòu)并聯(lián)連接的保護二極管，所述保護二極管防止因靜電放電引起的光電子半導體芯片的損壞。在此，光電子半導體芯片的層能夠具有高的晶體質(zhì)量，由此可借助光電子半導體芯片實現(xiàn)高的光功率。
[0019]在光電子半導體芯片的一個實施方式中，第一子層具有第一銦份額并且第二子層具有第二銦份額。在此，第一銦份額至少與第二銦份額一樣大。將第一層劃分成第一子層和第二子層有利地實現(xiàn)關(guān)于第一層的銦份額的精確控制。
[0020]在光電子半導體芯片的一個實施方式中，第一銦份額在0%和12%之間、優(yōu)選在1%和3%之間。特別地，第一銦份額能夠為大約2%。實驗顯示出:具有這種量值的第一銦份額的光電子半導體芯片能夠具有尤其適宜的晶體質(zhì)量。
[0021]在光電子半導體芯片的一個實施方式中，第二銦份額為至多6%并且優(yōu)選為0%。實驗顯示出:具有這種量值的第二銦份額的光電子半導體芯片能夠具有尤其適宜的晶體質(zhì)量。
[0022]在光電子半導體芯片的一個實施方式中，多個第一子層和第二子層交替地依次跟隨。實驗顯示出:提高第一層的子層的數(shù)量實現(xiàn)尤其有利的晶體質(zhì)量。
[0023]在光電子半導體芯片的一個實施方式中，第一層包括在2個和100個之間的、優(yōu)選大約20個的第一子層。實驗表明:具有這種數(shù)目的第一子層的第一層實現(xiàn)具有尤其適宜晶體質(zhì)量的光電子半導體芯片。
[0024]在光電子半導體芯片的一個實施方式中，第一層具有平均摻雜度在每立方厘米O和IX 10~19之間的摻雜部，優(yōu)選平均摻雜度在每立方厘米2X 10~18和每立方厘米6Χ10?8之間的摻雜部。有利地，這些數(shù)值在實驗中證實是令人滿意的。
[0025]在光電子半