CN100420042C - 用于生产发射电磁辐射的半导体芯片的方法和发射电磁辐射的半导体芯片 - Google Patents

用于生产发射电磁辐射的半导体芯片的方法和发射电磁辐射的半导体芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN100420042C
CN100420042C CNB038202603A CN03820260A CN100420042C CN 100420042 C CN100420042 C CN 100420042C CN B038202603 A CNB038202603 A CN B038202603A CN 03820260 A CN03820260 A CN 03820260A CN 100420042 C CN100420042 C CN 100420042C
Authority
CN
China
Prior art keywords
coupling output
output layer
transparent coupling
substrate
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB038202603A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1679176A (zh
Inventor
C·卡努特施
P·施陶斯
K·施特罗伊贝尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of CN1679176A publication Critical patent/CN1679176A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100420042C publication Critical patent/CN100420042C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/02543—Phosphides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound

Abstract

在用于生产基于AlGaInP的发射辐射的半导体芯片的方法中，具有以下方法步骤：提供一个衬底；将一个包含发射光子的有源层的半导体层序列淀积在该衬底上；并且淀积一个透明的耦合输出层，该透明的耦合输出层包括Gax(InyAl1-y)1-xP，其中0.8≤x并且0≤y≤1的，按照本发明规定：该衬底由锗构成，并且该透明的耦合输出层在低温度时进行淀积。

Description

用于生产发射电磁辐射的半导体芯片的方法和发射电磁辐射的半导体芯片
本发明涉及一种用于生产基于AlGaInP的发射电磁辐射的半导体芯片的方法，具有以下步骤：提供一个衬底；将包含发射光子的有源层的半导体层序列淀积在衬底上；并且淀积一个透明的耦合输出层、特别是一个包含Gax(InyAl1-y)1-xP(其中0.8≤x和0≤y≤1)、特别包含GaP的耦合输出层。本发明还涉及一种基于AlGaInP的发射电磁辐射的半导体芯片，该半导体芯片具有一个衬底、一个淀积在该衬底上具有发射光子的有源层的半导体层序列，并且具有一个设置在该有源层上的透明的包含GaP的耦合输出层。
本申请要求在02年8月26日提交的德国专利申请DE 102 39045.2的优先权，在此明确地回顾一下其公布的内容。
当前，特别是具有属于分子式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体都算作基于InGaAlP的材料。算作基于AlGaInP的发射电磁辐射的半导体芯片的有所有以下半导体芯片，其中产生电磁辐射的层所处的半导体层序列，至少主要部分具有基于InGaAlP的材料，并且由半导体芯片发射的辐射的特性至少主要由基于InGaAlP的材料来决定。
在此，这种基于InGaAlP的材料不需强迫地具有在数学上准确地按照上述分子式的化合物。确切地说可具有一种或多种掺杂材料以及附加的组成部分。
AlGaInP材料系统对于在发光二极管中的应用来说是很引人注意的，因为其能带间隙通过Al成分的变化可调节到超过1.9eV-2.2eV的宽范围。这就意味着可在红到绿的彩色范围内生产由这种材料构成的发光二极管。
为了借助外延来生产这种发光二极管，需要一个衬底，在该衬底上能够尽可能单晶地分离半导体层序列的不同的半导体层。在此，基于AlGaInP的发光二极管的外延的衬底应满足下列条件：
-该衬底必须具有一个晶格常数，该晶格常数能够实现单晶地分离材料系统AlGaInP和AlGaAs，
-该衬底在所使用的过程温度下还必须是足够固定的，并且
-该衬底必须以足够好的质量可在市场上买到。
GaAs衬底满足所述的所有条件。因此，GaAs在世界范围内作为衬底用于AlGaInP发光二极管。然而，从经济地生产发光二极管的观点看，GaAs衬底具有以下缺点，即它很贵并且包括砷。其它的衬底材料不是具有大的晶格错配，就是不能足够地适合所进行的过程步骤。
因此，本发明所基于的任务是，提供开头所述的那种方法，该方法允许在技术上简单地并且成本低廉地生产发射辐射的基于AlGaInP的半导体芯片。
这个任务由具有权利要求1所述特征的方法来解决。该方法的其它有利的改进方案和扩展方案由从属权利要求2-8给出。
可按照本发明的方法生产的发射电磁辐射的半导体芯片是权利要求9的主题。按照本发明的半导体芯片的有利的改进方案和扩展方案是从属权利要求10和11的主题。
按照本发明，在采用开头所述的那种生产方法时规定，衬底主要具有锗，并且在温度低时淀积透明的耦合输出层。锗具有与材料系统AlGaInP和AlGaAs很好兼容的晶格常数，并且以高质量可在市场上买到。此外，锗衬底的价格只约为GaAs衬底的价格的一半，致使在生产过程中形成很大的节省潜力。
通过以下方式考虑到锗与GaAs相比而言较小的热稳定性，即在温度低时实施含磷化镓的透明的耦合输出层生长的特别关键的步骤，在该温度下锗衬底还具有足够的强度和小的蒸汽压力。
在按照本发明的方法的一个优选扩展方案中规定，在使用磷酸三丁酯(TBP，(C4H9)PH2)作为磷源的情况下淀积透明的耦合输出层。在传统的基于AlGaInP的发光二极管中，典型地使用由GaP构成的光耦合输出层，该光耦合输出层在使用磷化氢(PH3)的情况下在温度超过800℃时以外延的方式分离。反应器中的这种温度对于利用锗衬底的过程来说太高。相反，使用磷酸三丁酯作为磷源能够在过程温度明显较低时使高质量的光耦合输出层分离。
尤其特别合理地是，在温度低于780℃、优选地低于750℃时淀积透明的耦合输出层。
特别优选地是，在温度约为700℃时淀积透明的耦合输出层。
同样，在使用三甲基镓作为镓源的情况下淀积透明的耦合输出层通常也是合理的。
在有源层的典型的横向尺寸为A＝250μm时，则在约1μm和约10μm之间、优选地在约2μm和约10μm之间选择耦合输出层的厚度。
在按照本发明的方法的一个实用的扩展方案中，透明的耦合输出层借助有机金属的气相外延(MOVPE)来生长。
在透明的耦合输出层生长时，V/III比被有利地调整到5-20的值，优选地约为10的值。
本发明的其它有利的扩展方案、特征和细节可由从属权利要求、实施例的说明和附图中得出。
本发明的其它优点、优选的实施方案和改进方案由以下结合附图的实施例的说明中得出。只分别示出了对于理解本发明来说主要的元件。
唯一的附图示出了按照本发明的一个实施例的、一个发射辐射的半导体芯片的剖面图的图解说明。
图1在剖面图中以图解说明的形式示出了一般以10标示的基于AlGaInP的发光二极管芯片10。
该发光二极管芯片10包括一个锗衬底12，在该锗衬底上构造半导体层序列14。该半导体层序列14在本实施例中是一个双异质结构，该双异质结构具有一个有源的基于AlGaInP的发射光子的n型层22，该n型层22由一个在该有源层下面的基于AlGaInP的n型覆盖层和一个在该有源层上面的基于AlGaInP的p型覆盖层所包围。这种结构和层序列为专业人员所熟悉，因此在此不详细讲述。所述的层，如在现有技术中所知道的那样，用合适的p掺杂材料、例如Zn、C或Mg或者用合适的n掺杂材料、例如Te、Se、S和Si掺杂到所希望的杂质含量。
作为替代方案，有源的半导体层序列14可具有一个多量子空腔谐振器结构(Multiquantentopfstruktur)，如它譬如同样在现有技术中所公开的那样。
在p型AlGaInP覆盖层上淀积一个厚的光耦合输出层16，该光耦合输出层16由Gax(InyAl1-y)1-xP构成，其中0.8≤x并且0≤y≤1，或由GaP构成。由于耦合输出层的能带间隙大于有源层的能带间隙，所以光耦合输出层16对于在有源层序列14中所产生的电磁辐射来说是可通过的。
在此，发光二极管芯片工作所需的电流通过一个正面触点18和一个背面触点20提供给发光二极管芯片10的有源层。但是作为替代方案，也可不同于在实施例中明确示出的那样设置一些触点。
光耦合输出层16借助有机金属的气相外延(OMVPE)进行淀积。在此，使用磷酸三丁酯(TBP，(C4H9)PH2)作为磷源，并且使用三甲基镓作为镓源，并且选择约为10的V/III流量比。在本实施例中，生长温度为温度720℃，在该温度时在反应器中锗衬底还足够固定。
在本实施例中，层序列14的横截面为250μm×250μm并且层厚度在2μm和10μm之间。
本发明在上述说明中、在附图中以及在权利要求中所公开的特征不仅单个地、而且在任意的组合中对实现本发明来说都是重要的。

Claims (12)

1. 一种用于生产基于AlGaInP的发射辐射的半导体芯片的方法，具有以下方法步骤：
-提供一个衬底(12)；
-将一个包含发射光子的有源层(22)的半导体层序列淀积在所述衬底上；以及
-淀积一个透明的耦合输出层(16)，
其特征在于，
-所述衬底(12)主要由锗构成，
-在直至最大为800℃的温度范围中淀积所述透明的耦合输出层(16)，以及
-在使用磷酸三丁酯作为磷源的情况下淀积所述透明的耦合输出层(16)。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
在温度低于780℃时淀积所述透明的耦合输出层(16)。
3. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
在温度为700℃时淀积所述透明的耦合输出层(16)。
4. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
在使用三甲基镓作为镓源的情况下淀积所述透明的耦合输出层(16)。
5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述透明的耦合输出层(16)借助有机金属的气相外延(OMVPE)进行生长。
6. 按照权利要求2-5之一所述的方法，其特征在于，
所述耦合输出层包括Gax(InyAl1-y)1-xP，其中0.8≤x并且0≤y≤1。
7. 按照权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述透明的耦合输出层(16)在V族组分与III族组分的流量比为5-20时生长。
8. 按照权利要求2所述的方法，其特征在于，
在温度低于750℃时淀积所述透明的耦合输出层(16)。
9. 按照权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述耦合输出层包括GaP。
10. 按照权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述透明的耦合输出层(16)在V族组分与III族组分的流量比为10时生长。
11. 基于AlGaInP的发射辐射的半导体芯片，具有
-一个衬底(12)；
-一个淀积在所述衬底上的具有发射光子的有源层(22)的半导体层序列(14)，以及
-一个布置在所述半导体层序列(14)上的透明的耦合输出层(16)，
其特征在于，
-所述衬底(12)由锗构成，
-所述透明的耦合输出层(16)包括Gax(InyAl1-y)1-xP，其中0.8≤x并且0≤y≤1，以及
-所述透明的耦合输出层(16)具有在2μm和10μm之间的厚度。
12. 按照权利要求11所述的发射辐射的半导体芯片，其特征在于，
所述透明的耦合输出层(16)包括GaP。
CNB038202603A 2002-08-26 2003-08-21 用于生产发射电磁辐射的半导体芯片的方法和发射电磁辐射的半导体芯片 Expired - Fee Related CN100420042C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10239045.2 2002-08-26
DE10239045A DE10239045A1 (de) 2002-08-26 2002-08-26 Verfahren zum Herstellen eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Halbleiterchips und elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiterchip

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1679176A CN1679176A (zh) 2005-10-05
CN100420042C true CN100420042C (zh) 2008-09-17

Family

ID=31501947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038202603A Expired - Fee Related CN100420042C (zh) 2002-08-26 2003-08-21 用于生产发射电磁辐射的半导体芯片的方法和发射电磁辐射的半导体芯片

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7195991B2 (zh)
EP (1) EP1532694A2 (zh)
JP (1) JP2005536896A (zh)
CN (1) CN100420042C (zh)
DE (1) DE10239045A1 (zh)
TW (1) TWI224399B (zh)
WO (1) WO2004021457A2 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010512662A (ja) 2006-12-11 2010-04-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 透明発光ダイオード
JP5346443B2 (ja) * 2007-04-16 2013-11-20 ローム株式会社 半導体発光素子およびその製造方法
US11592166B2 (en) 2020-05-12 2023-02-28 Feit Electric Company, Inc. Light emitting device having improved illumination and manufacturing flexibility
US11876042B2 (en) 2020-08-03 2024-01-16 Feit Electric Company, Inc. Omnidirectional flexible light emitting device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4218270A (en) * 1976-11-22 1980-08-19 Mitsubishi Monsanto Chemical Company Method of fabricating electroluminescent element utilizing multi-stage epitaxial deposition and substrate removal techniques
WO2002009242A2 (en) * 2000-07-21 2002-01-31 Motorola, Inc. Optical structure on compliant substrate
CN1344031A (zh) * 2000-09-13 2002-04-10 株式会社东芝 双极晶体管、半导体发光元件和半导体元件

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5129636B1 (zh) 1970-12-25 1976-08-26
US5003548A (en) * 1988-09-21 1991-03-26 Cornell Research Foundation, Inc. High power (1,4 W)AlGaInP graded-index separate confinement heterostructure visible (λ-658 nm) laser
US5233204A (en) 1992-01-10 1993-08-03 Hewlett-Packard Company Light-emitting diode with a thick transparent layer
JP3809464B2 (ja) * 1999-12-14 2006-08-16 独立行政法人理化学研究所 半導体層の形成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4218270A (en) * 1976-11-22 1980-08-19 Mitsubishi Monsanto Chemical Company Method of fabricating electroluminescent element utilizing multi-stage epitaxial deposition and substrate removal techniques
WO2002009242A2 (en) * 2000-07-21 2002-01-31 Motorola, Inc. Optical structure on compliant substrate
CN1344031A (zh) * 2000-09-13 2002-04-10 株式会社东芝 双极晶体管、半导体发光元件和半导体元件

Also Published As

Publication number Publication date
US7195991B2 (en) 2007-03-27
CN1679176A (zh) 2005-10-05
DE10239045A1 (de) 2004-03-11
EP1532694A2 (de) 2005-05-25
TW200405584A (en) 2004-04-01
US20060003467A1 (en) 2006-01-05
WO2004021457A3 (de) 2004-12-23
TWI224399B (en) 2004-11-21
JP2005536896A (ja) 2005-12-02
WO2004021457A2 (de) 2004-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1754265B1 (en) Led with a fluorescent substance
US7998773B2 (en) Method of growing semiconductor heterostructures based on gallium nitride
US6548834B2 (en) Semiconductor light emitting element
US5578839A (en) Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device
US5076860A (en) Algan compound semiconductor material
JP3974667B2 (ja) 半導体発光素子の製法
KR20040002471A (ko) 반도체 발광 소자
JPH0897468A (ja) 半導体発光素子
KR100542870B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP3978858B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
CN100420042C (zh) 用于生产发射电磁辐射的半导体芯片的方法和发射电磁辐射的半导体芯片
JP3458007B2 (ja) 半導体発光素子
JP4300004B2 (ja) 半導体発光素子
JP2875124B2 (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP2003008058A (ja) ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャルウエーハ及びそれを製造する方法並びにそれを用いた半導体発光素子
JP3305509B2 (ja) 半導体発光素子およびその作製方法
JPH0883956A (ja) 半導体発光素子
US5382813A (en) Light emission diode comprising a pn junction of p-type and n-type A1-containing ZnS compound semiconductor layers
JPH08213654A (ja) 分布ブラッグ反射ミラー多層膜を有する半導体装置
Craford et al. Visible light-emitting diodes
JPH08255930A (ja) 半導体発光素子の製法
JPH08130347A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2007311831A (ja) 半導体発光素子
JPH08148720A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2005094037A (ja) 半導体発光素子の製法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080917

Termination date: 20150821

EXPY Termination of patent right or utility model