具有電流擴(kuò)展層的發(fā)光二極管芯片的制作方法
【專利說(shuō)明】具有電流擴(kuò)展層的發(fā)光二極管芯片
[0001]本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2011年4月8日、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01180018587.3(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/EP2011/055566)、發(fā)明名稱為“具有電流擴(kuò)展層的發(fā)光二極管芯片”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]本專利申請(qǐng)要求德國(guó)專利申請(qǐng)102010014667.6的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容就此通過(guò)引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]在發(fā)光二極管芯片中，通常在電接觸部和發(fā)射光的半導(dǎo)體層序列之間設(shè)置由具有良好導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料制成的相對(duì)厚的電流擴(kuò)展層，以便實(shí)現(xiàn)通過(guò)有源層的盡可能均勻的電流。
[0004]例如，從參考文獻(xiàn)US 6，426，518 BI中已知發(fā)光二極管芯片，在所述發(fā)光二極管芯片中發(fā)射光的區(qū)域基于磷化物化合物半導(dǎo)體，其中在電接觸部和發(fā)射光的區(qū)域之間設(shè)置由P型AlGaAs制成的電流擴(kuò)展層。所述電流擴(kuò)展層具有I μ m和10 μ m之間的厚度。
[0005]已被證實(shí)的是，通過(guò)所述相對(duì)厚的由AlGaAs制成的電流擴(kuò)展層是良好的電流擴(kuò)展層，然而另一方面，發(fā)射的輻射的并非可忽略的一部分也被吸收。當(dāng)發(fā)射的輻射是短波的和/或電流擴(kuò)展層中鋁份額是低的時(shí)，那么，厚的電流擴(kuò)展層的吸收尤其是不可忽略的。此夕卜，已被證實(shí)的是，電流擴(kuò)展層中鋁份額的增加提升了發(fā)光二極管芯片對(duì)濕度的敏感性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明基于下述目的，說(shuō)明一種具有電流擴(kuò)展層的發(fā)光二極管芯片，所述電流擴(kuò)展層具有低的光學(xué)吸收并且同時(shí)對(duì)濕度具有低的敏感性。
[0007]所述目的通過(guò)根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)光二極管芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案和改進(jìn)形式是下文中給出。
[0008]根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式，所述發(fā)光二極管芯片包含半導(dǎo)體層序列，所述半導(dǎo)體層序列具有磷化物化合物半導(dǎo)體材料。所述半導(dǎo)體層序列尤其包括多個(gè)由InxGayAl1 x yP制成的層，其中O彡X彡1，0彡y彡I并且x+y ( I。
[0009]半導(dǎo)體層序列尤其包括P型磷化物化合物半導(dǎo)體區(qū)域、η型磷化物化合物半導(dǎo)體區(qū)域以及設(shè)置在P型磷化物化合物半導(dǎo)體區(qū)域和η型磷化物化合物半導(dǎo)體區(qū)域之間的用于發(fā)射電磁輻射的有源層。
[0010]所述有源層例如能夠構(gòu)成為ρη結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、多異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子講結(jié)構(gòu)。名稱量子講結(jié)構(gòu)在此包括載流子通過(guò)封閉(confinement)而得到其能量狀態(tài)的量化的每種結(jié)構(gòu)。尤其地，名稱量子阱結(jié)構(gòu)不包含對(duì)量化的大小的說(shuō)明。因此，所述量子阱結(jié)構(gòu)此外包括量子槽、量子線或量子點(diǎn)以及上述結(jié)構(gòu)的每種組合。
[0011]在發(fā)光二極管芯片中，η型半導(dǎo)體區(qū)域是面向發(fā)光二極管芯片的輻射出射面的，并且P型半導(dǎo)體區(qū)域是面向發(fā)光二極管芯片的支承件的。優(yōu)選地，所述發(fā)光二極管芯片是所謂的薄膜發(fā)光二極管芯片，其中用于半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)的生長(zhǎng)襯底從發(fā)光二極管芯片脫落。原始的生長(zhǎng)襯底能夠尤其從半導(dǎo)體層序列的η型半導(dǎo)體區(qū)域脫落。在與原始的生長(zhǎng)襯底對(duì)置的P型半導(dǎo)體區(qū)域的側(cè)部上，發(fā)光二極管芯片優(yōu)選地與支承件連接，例如，借助于焊接連接。所述支承件在該情況下不同于半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底，并且優(yōu)選地具有硅、鉬或鍺。與通常η型半導(dǎo)體區(qū)域是面向襯底的并且P型半導(dǎo)體區(qū)域是面向輻射出射面的傳統(tǒng)LED相反，在所述發(fā)光二極管芯片中，P型半導(dǎo)體區(qū)域是面向支承件的并且η型半導(dǎo)體區(qū)域是面向輻射出射面的。
[0012]在支承件和P型半導(dǎo)體區(qū)域之間設(shè)置有小于500nm厚的電流擴(kuò)展層，所述電流擴(kuò)展層由一個(gè)或多個(gè)P摻雜的AlxGa1 xAs層組成，其中0.5〈x ^ I。
[0013]通過(guò)將電流擴(kuò)展層設(shè)置在支承件和P型半導(dǎo)體區(qū)域之間，與電流擴(kuò)展層在發(fā)光二極管芯片的輻射出射側(cè)上鄰接環(huán)境介質(zhì)、尤其是空氣時(shí)相比，所述電流擴(kuò)展層更好地抵御氧化和/或濕度的影響。
[0014]此外，已被證實(shí)的是，小于500nm厚的電流擴(kuò)展層與相對(duì)厚的電流擴(kuò)展層相比對(duì)氧化和/或濕度具有更低的敏感性。這可能由于，當(dāng)AlGaAs層部分地氧化時(shí)，所述AlGaAs層的體積增大。所述效應(yīng)在僅小于500nm厚的電流擴(kuò)展層中與在更厚的層中相比表現(xiàn)得更低。
[0015]此外由于電流擴(kuò)展層小于500nm的較小的厚度，電流擴(kuò)展層所需要的生長(zhǎng)時(shí)間有利地減少。因?yàn)殡娏鲾U(kuò)展層的生長(zhǎng)在升高的溫度下發(fā)生，所以通過(guò)生長(zhǎng)時(shí)間的減少，雜質(zhì)從相鄰半導(dǎo)體層序列到電流擴(kuò)展層中的擴(kuò)散也降低，例如為Mg和Zn的摻雜物從半導(dǎo)體層序列的P型半導(dǎo)體區(qū)域的擴(kuò)散降低。
[0016]此外，電流擴(kuò)展層小于500nm的小的厚度有利地降低了電流擴(kuò)展層中的光學(xué)吸收。因此，在半導(dǎo)體層序列的有源層中首先朝電流擴(kuò)展層和支承件發(fā)射的輻射在該電流擴(kuò)展層中與在基本上更厚的電流擴(kuò)展層的情況下相比被更少地吸收。朝支承件發(fā)射的輻射優(yōu)選通過(guò)設(shè)置在支承件上的鏡面層而沿朝向發(fā)光二極管芯片的輻射出射側(cè)的方向反射。
[0017]因此，電流擴(kuò)展層中的光學(xué)吸收也有利地相對(duì)較低，這是因?yàn)樗鲭娏鲾U(kuò)展層具有一個(gè)或多個(gè)構(gòu)成電流擴(kuò)展層的P摻雜的AlxGa1 xAs層和x>0.5的招份額。由于相對(duì)大的鋁份額，電流擴(kuò)展層具有相對(duì)較大的電帶隙，通過(guò)所述電帶隙對(duì)輻射的吸收減少。
[0018]在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，電流擴(kuò)展層具有小于300nm的厚度。由此，所述層對(duì)氧化和/或濕度的影響的穩(wěn)定性進(jìn)一步改善并且光學(xué)吸收減少。
[0019]對(duì)于電流擴(kuò)展層中的鋁份額X而言滿足0.6 < X < 0.8是尤其有利的。在該情況中，在電流擴(kuò)展層中尤其實(shí)現(xiàn)小的光學(xué)吸收。
[0020]電流擴(kuò)展層能夠是由AlxGa1 xAs制成的單層或由AlxGa1 xAs制成的多個(gè)子層。對(duì)于電流擴(kuò)展層由多個(gè)子層組成的情況而言，電流擴(kuò)展層的在此處和以下描述的有利的擴(kuò)展方案適用于子層的總體。尤其地，由多個(gè)子層組成的電流擴(kuò)展層的厚度總共小于500nm或者尤其優(yōu)選地甚至為總共小于300nm。
[0021]電流擴(kuò)展層有利地具有大于I X 119Cm 3的摻雜濃度。尤其優(yōu)選地，電流擴(kuò)展層中的摻雜濃度至少為5 X 119Cm 3O通過(guò)高的摻雜濃度，在電流擴(kuò)展層中有利地實(shí)現(xiàn)高的導(dǎo)電性。
[0022]在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，電流擴(kuò)展層包括作為摻雜物的碳。被證實(shí)為有利的是，通過(guò)作為在AlGaAs層中的摻雜物的碳，能夠以良好的可重復(fù)性實(shí)現(xiàn)高摻雜濃度。
[0023]在另一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，電流擴(kuò)展層包括其側(cè)面在內(nèi)設(shè)有封裝層。所述封裝層能夠尤其包含氧化硅、氮化硅、例如為氧化鋅的透明導(dǎo)電氧化物或金屬。為了能夠?qū)㈦娏鲾U(kuò)展層的側(cè)面也設(shè)有封裝層，例如能夠在施加封裝層之前使電流擴(kuò)展層結(jié)構(gòu)化。在結(jié)構(gòu)化時(shí)，例如能夠去除電流擴(kuò)展層的邊緣區(qū)域，使得隨后借助于覆層方法施加的封裝層也覆蓋電流擴(kuò)展層的側(cè)面。通過(guò)所述封裝層，尤其地，電流擴(kuò)展層對(duì)環(huán)境影響、尤其是對(duì)氧化和/或濕度的影響的敏感性進(jìn)一步降低?？尚械氖?，不同子區(qū)域中的封裝層包含不同的材料。例如，封裝層在子區(qū)域中由電絕緣材料例如氧化硅或氮化硅制成，而封裝層在其他區(qū)域中由導(dǎo)電材料例如氧化鋅或由金屬形成。封裝層的導(dǎo)電子區(qū)域在該情況中尤其用于將電流注入到擴(kuò)展層中。
[0024]在另一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，電流擴(kuò)展層具有傾斜的側(cè)面，所述傾斜的側(cè)面以在20°和70°之間的包含20°和包含70°在內(nèi)的角相對(duì)于電流擴(kuò)展層的層平面傾斜。以這種方式能夠改進(jìn)來(lái)自光電組件的輻射耦合輸出。尤其地，電流擴(kuò)展層的傾斜的側(cè)面能夠用作微棱鏡，通過(guò)所述微棱鏡，在有源層中朝支承件發(fā)射的輻射朝向發(fā)光二極管芯片的輻射出射側(cè)反射?？尚械氖牵鰞A斜的側(cè)面延伸直至進(jìn)入到磷化物化合物半導(dǎo)體層序列中，使得半導(dǎo)體層序列的一個(gè)或多個(gè)層也具有傾斜的側(cè)面。
[0025]在另一個(gè)有利的擴(kuò)展方案中，在電流擴(kuò)展層中構(gòu)成至少一個(gè)槽。所述至少一個(gè)槽優(yōu)選地用氮化硅、氧化硅、氧化鋅或金屬填充。在電流擴(kuò)展層的槽的區(qū)域中，填充材料直接地鄰接P型半導(dǎo)體區(qū)域。通過(guò)所述槽能夠目標(biāo)明確地限定通過(guò)半導(dǎo)體層序列的電流路徑。也可有利的是，所述至少一個(gè)槽延伸直至進(jìn)入到P型磷化物化合物半導(dǎo)體區(qū)域中。
[0026]在另一個(gè)有利的擴(kuò)展方案中，至少一個(gè)由InxGayAl1 x yAs制成的層鄰接于電流擴(kuò)展層，其中O < X < 1，0 < y < I并且x+y ( 1，所述層與電流擴(kuò)展層相比具有更小的帶隙和更低的摻雜濃度。在該情況下，在電流擴(kuò)展層和帶有更小的帶隙和更低的摻雜濃度的層之間的分界面上，分別出現(xiàn)導(dǎo)電帶和價(jià)帶的帶棱邊的彎曲，所述彎曲導(dǎo)致形成帶有高導(dǎo)電性的二維空穴氣體。以這種方式能夠目標(biāo)明確地生成帶有高的載流子濃度和載流子迀移率的區(qū)域。
[0027]可能的是，電流擴(kuò)展層中的至少一個(gè)AlGaAs層包含一個(gè)或多個(gè)其他元素的低的份額。電流擴(kuò)展層中一個(gè)或多個(gè)其他元素的份額在該情況中小于10%。所述一個(gè)或多個(gè)其他元素能夠是摻雜物，或者是元素周期表的第三或第五主族的少量其他材料。
【附圖說(shuō)明】
[0028]以下根據(jù)實(shí)施例結(jié)合圖1至5進(jìn)一步地闡明本發(fā)明。
[0029]附圖示出:
[0030]圖1是貫穿根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片的橫截面的示意圖，
[0031]圖2是貫穿根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片的橫截面的示意圖，
[0032]圖3是貫穿根據(jù)第三實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片的橫截面的示意圖，
[0033]圖4是貫穿根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片的橫截面的示意圖，
[0034]圖5是貫穿根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片的橫截面的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]相同的或相同地作用的元件在圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。單個(gè)元件的尺寸以及元件彼此間的尺寸關(guān)系不視作是比例正確的。
[0036]在圖1中示出的薄膜發(fā)光二極管芯片包含半導(dǎo)體層序列5，所述半導(dǎo)體層序列5具有P型半導(dǎo)體區(qū)域2和η型半導(dǎo)體區(qū)域4。在P型半導(dǎo)體區(qū)域2和η型半導(dǎo)體區(qū)域4之間設(shè)有源層3。有源層3優(yōu)選地具有單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)。
[0037]半導(dǎo)體層序列5基于磷化物化合物半導(dǎo)體，也就是說(shuō)，包含在半導(dǎo)體層序列5中的半導(dǎo)體層尤其具有InxGayAllxyP,其中O1，0 < y < I并且x+y < I。尤其地，p型半導(dǎo)體區(qū)域2、有源層3和η型半導(dǎo)體區(qū)域由磷化物化合物半導(dǎo)體材料形成。<