DE102005029272A1 - Radiation-emitting semiconductor chip for data communications has electrical connection that is either laterally apart from injection section or overlaps injection and isolation sections - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit einem Halbleiterkörper, der eine laterale Haupterstreckungsrichtung, eine Hauptfläche und eine Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung geeigneten aktiven Zone aufweist.The The present invention relates to a radiation-emitting semiconductor chip with a semiconductor body, a lateral main extension direction, a main surface and a semiconductor layer sequence with a suitable for generating radiation has active zone.
Wird ein derartiger Halbleiterchip zur Datenübertragung eingesetzt, so kommt der Modulationszeit erhebliche Bedeutung zu. Als Modulationszeit wird hierbei ein Zeitintervall angesehen, in dem bei Pulsbetrieb des Halbleiterchips, insbesondere mit einer vorgegebenen Stromdichte oder einem vorgegebenen Strom, die vom Halbleiterchip erzeugte Strahlungsleistung ausgehend von einem vorgegebenen Anfangswert einen vorgegebenen Endwert erreicht. Eine Modulationszeit kann beispielsweise durch die Anstiegszeit gegeben sein, die Zeit, die benötigt wird, um im gepulsten Betrieb des Halbleiterchips von dem vorgegebenen Anfangswert von 10 % der mit dem Halbleiterchip erzeugbaren Strahlungsleistung, zu dem vorgegebenen Endwert von 90 % dieser Maximalleistung zu gelangen.Becomes such a semiconductor chip used for data transmission, so comes the modulation time of considerable importance. As modulation time is In this case, a time interval is considered in which in pulse mode of the Semiconductor chips, in particular with a predetermined current density or a predetermined current, the radiation power generated by the semiconductor chip starting from a predetermined initial value a predetermined End value reached. A modulation time can, for example, by given the rise time, the time it takes to be in the pulsed Operation of the semiconductor chip from the predetermined initial value of 10% of the radiation power that can be generated with the semiconductor chip, to reach the given end value of 90% of this maximum power.
Die Modulationszeit wird insbesondere durch die Lebensdauer von Ladungsträgern in der aktiven Zone bestimmt, das heißt die Zeit die durchschnittlich vergeht, bis ein Elektron in der aktiven Zone mit einem Loch unter Strahlungserzeugung rekombiniert. Je geringer die Ladungsträgerlebensdauer in der aktiven Zone ist, desto geringer ist in der Regel die erreichbare Modulationszeit.The Modulation time is determined in particular by the lifetime of charge carriers in of the active zone, that is, the time that passes on average, until an electron in the active zone with a hole under radiation generation recombined. The lower the carrier lifetime in the active Zone is, the lower is usually the achievable modulation time.
Um
die Ladungsträgerlebensdauer
in der aktiven Zone zu verringern und dementsprechend die Modulationszeit
zu erhöhen,
kann der bestromte Bereich der aktiven Zone, wie etwa in der
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip anzugeben, der mit einer verringerten Modulationszeit gepulst betreibbar sowie vereinfacht und kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin soll ein Halbleiterchip angegeben werden, mit dem eine Erhöhung der über die Hauptfläche emittierten Strahlungsleistung vereinfacht erreichbar ist. Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes und kostengünstig durchführbares Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers für einen derartigen Halbleiterchip anzugeben.A Object of the present invention is to provide a radiation-emitting Specify a semiconductor chip, which pulsed with a reduced modulation time operable and simplified and inexpensive to produce. Farther a semiconductor chip is to be specified, with which an increase of over the main area emitted radiation power is easily accessible. moreover It is an object of the invention, a simplified and inexpensive to carry out Specify a method for producing a semiconductor body for such a semiconductor chip.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers für einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, wobei der Halbleiterkörper eine laterale Haupterstreckungsrichtung, eine Hauptfläche und eine Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung geeigneten aktiven Zone aufweist, wird zunächst ein Strahlungsemissionsbereich der aktiven Zone festgelegt, wobei der Flächeninhalt der vom Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung überdeckten Fläche kleiner ist als der Flächeninhalt der von der aktiven Zone in lateraler Richtung überdeckten Fläche. Daraufhin wird die Halbleiterschichtenfolge für den Halbleiterkörper auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen, wobei die Halbleiterschichtenfolge zwischen der aktiven Zone und der Hauptfläche des Halbleiterkörpers gezielt mit einem derart hohen Widerstand in lateraler Richtung gewachsen wird, dass bei einer Ladungsträgerinjektion in den Halbleiterkörper über einen vorgegebenen Injektionsbereich der Hauptfläche die Strahlungserzeugung in der aktiven Zone auf den zuvor festgelegten Strahlungsemissionsbereich beschränkt ist.In a method according to the invention for producing a semiconductor body for a radiation-emitting Semiconductor chip, wherein the semiconductor body has a lateral main extension direction, a main area and a semiconductor layer sequence having one for generating radiation has a suitable active zone, first becomes a radiation emission region the active zone, the area of the surface of the radiation emission area covered in the lateral direction area is smaller than the area the surface covered by the active zone in the lateral direction. Thereupon becomes the semiconductor layer sequence for the semiconductor body grown on a growth substrate, wherein the semiconductor layer sequence between the active zone and the main surface of the semiconductor body targeted grown with such a high resistance in the lateral direction is that at a charge carrier injection into the semiconductor body via a predetermined injection region of the main surface of the radiation generation in the active zone to the predetermined radiation emission range limited is.
Die Halbleiterschichtenfolge kann demnach derart gewachsen werden, dass bei einer Ladungsträgerinjektion in den Halbleiterkörper über den Injektionsbereich der Hauptfläche die Strahlungserzeugung in der aktiven Zone gezielt auf den Strahlungsemissionsbereich beschränkt ist. Das gezielte Bestromen eines vorgegebenen Teilbereichs der aktiven Zone, dem Strahlungsemissionsbereich, wird so erleichtert. Die Ladungsträgerdichte in der aktiven Zone kann in der Folge im Betrieb des Halbleiterchips, ohne strukturelle Änderungen am Halbleiterkörper, insbesondere an dessen Kristallstruktur nach dem Wachsen, wie etwa durch das Ausbilden einer Stromblende, vereinfacht erhöht werden. Insbesondere kann auf in der Regel kostenintensive Maßnahmen zur Modifikation der Kristallstruktur, wie Oxidation oder Implantation, verzichtet werden.The Accordingly, the semiconductor layer sequence can be grown in such a way that at a charge carrier injection in the semiconductor body over the Injection area of the main area the radiation generation in the active zone targeted to the radiation emission area limited is. The targeted energizing of a given subsection of the active zone, the radiation emission area, is thus facilitated. The carrier density in the active zone can subsequently in the operation of the semiconductor chip, without structural changes on the semiconductor body, especially on its crystal structure after growing, such as by forming a current shutter, can be increased in a simplified manner. In particular, can usually cost-intensive measures for modification of the crystal structure, such as oxidation or implantation, be waived.
Kurze Modulationszeiten können so vereinfacht erreicht und ein schnell modulierbarer Halbleiterchip mit einem derartigen Halbleiterkörper kann bedingt durch den Verzicht auf strukturelle Änderungen am vorgefertigten Halbleiterkörper kostengünstig und vereinfacht hergestellt werden.short Modulation times can achieved so simplified and a fast modulable semiconductor chip with such a semiconductor body May be due to the abandonment of structural changes on the prefabricated semiconductor body inexpensive and be made simplified.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird vor dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge eine geeignete Ausbildung des Injektionsbereichs ermittelt, derart dass das Produkt der bei gepulstem Betrieb des Halbleiterchips erreichbaren Modulationszeit und der aus dem Halbleiterkörper ausgekoppelten, im Strahlungsemissionsbereich erzeugten Strahlungsleistung einen vorgegebenen Sollwert annimmt. Der Halbleiterkörper beziehungsweise der Halbleiterchip kann so für kurze Modulationszeiten, das heißt für hohe Datenraten, und eine zur Datenübertragung geeignete Strahlungsleistung optimiert ausgeführt sein.In a preferred embodiment is present the growth of the semiconductor layer sequence determines a suitable formation of the injection region, such that the product of the modulation time achievable during pulsed operation of the semiconductor chip and the radiation power coupled in the radiation emission region coupled out of the semiconductor body assumes a predetermined desired value. The semiconductor body or the semiconductor chip can thus be optimized for short modulation times, that is to say for high data rates, and a radiation power suitable for data transmission.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung nimmt das Verhältnis des Flächeninhalts des Injektionsbereichs zu dem Flächeninhalt der vom Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung überdeckten Fläche einen vorgegebenen Sollwert kleiner 1 und vorzugsweise größer oder gleich 0,5 an. Der Flächeninhalt der vom Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung überdeckten Fläche kann demnach größer als derjenige des Injektionsbereichs sein. Bevorzugt ist der Sollwert größer als 0,8, besonders bevorzugt größer als 0,9. Die Flächeninhalte des Injektionsbereichs und des Strahlungsemissionsbereichs unterscheiden sich somit mit Vorzug aufgrund der vorteilhaft geringen Stromaufweitung im Halbleiterkörper in lateraler Richtung, die durch den Widerstand im Halbleiterkörper in lateraler Richtung einstellbar ist, nur geringfügig.In In another preferred embodiment, the ratio of acreage of the injection area to the area which covered by the radiation emission region in the lateral direction area a predetermined setpoint less than 1 and preferably greater or equal to 0.5. The area which covered by the radiation emission region in the lateral direction area can therefore be greater than be the one of the injection area. The desired value is preferred greater than 0.8, more preferably greater than 0.9. The areas of the Injection range and the radiation emission range differ Thus, preferably with advantage due to the advantageous low current expansion in the semiconductor body in the lateral direction, which is due to the resistance in the semiconductor body in lateral direction is adjustable, only slightly.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Strahlungsemissionsbereich derart gewählt, dass im Betrieb des Halbleiterchips eine vorgegebene Strahlungsleistung aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt wird. Bevorzugt ist die Hauptfläche als Hauptauskoppelfläche von Strahlung aus dem Halbleiterkörper vorgesehen. Mit Vorteil kann so eine Strahlungsleistung eingestellt werden, die zur Datenübertragung ausreichend oder besonders geeignet ist. Je größer der Flächeninhalt des Strahlungsemissionsbereichs ist, desto größer ist, bei gleicher Betriebsstromdichte, in der Regel die in diesem erzeugte bzw. die aus dem Halbleiterkörper ausgekoppelte Strahlungsleistung, jedoch mit entsprechend erhöhter Ladungsträgerlebensdauer und dementsprechend erhöhter Modulationszeit.In Another preferred embodiment is the radiation emission region chosen such that during operation of the semiconductor chip, a predetermined radiation power is decoupled from the semiconductor chip. The main surface is preferably the main outcoupling surface of Radiation from the semiconductor body intended. Advantageously, such a radiation power can be adjusted be that for data transfer is sufficient or particularly suitable. The larger the area of the radiation emission area is, the bigger, at the same operating current density, usually those generated in this or from the semiconductor body decoupled radiation power, but with correspondingly increased charge carrier lifetime and accordingly increased Modulation time.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Strahlungsemissionsbereich derart gewählt, dass im gepulsten Betrieb des Halbleiterchips eine vorgegebene Modulationszeit erreicht wird oder werden kann. Mit Vorteil wird der Strahlungsemissionsbereich, insbesondere dessen Flächeninhalt, so klein gewählt, dass im Betrieb des Halbleiterchips derart hohe Ladungsträgerdichten im Strahlungsemissionsbereich entstehen, dass im gepulsten Betrieb die vorgegebene Modulationszeit erreicht werden kann.In Another preferred embodiment is the radiation emission region chosen such that in pulsed operation of the semiconductor chip a predetermined modulation time is achieved or can be. Advantageously, the radiation emission area, especially its surface area, chosen so small such high carrier densities during operation of the semiconductor chip arise in the radiation emission range that in pulsed mode the predetermined modulation time can be achieved.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper mindestens eine aufwachsbare, insbesondere epitaxierbare, Halbleiterschicht auf, die zwischen der aktiven Zone und der Hauptfläche, insbesondere dem Injektionsbereich, angeordnet ist, wobei die Halbleiterschicht gezielt derart gewachsen wird, dass das Verhältnis des Flächeninhalts des Injektionsbereichs zu dem Flächeninhalt der vom Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung überdeckten Fläche größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. Bevorzugt kann der gesamte Halbleiterkörper beziehungsweise die gesamte Halbleiterschichtenfolge zwischen der aktiven Zone und der Hauptfläche oder der Halbleiterkörper insgesamt derart ausgebildet sein. Die Stromaufweitung im Halbleiterkörper zwischen der Hauptfläche und der aktiven Zone kann somit derart beeinflusst sein, dass im Halbleiterkörper zwischen der aktiven Zone und der Hauptfläche gezielt eine geringe Stromaufweitung stattfindet.In In a further preferred embodiment, the semiconductor body has at least an expandable, in particular epitaxable, semiconductor layer on that between the active zone and the main surface, in particular the injection area, wherein the semiconductor layer is specifically grown so that the ratio of the area of the injection area to the area which covered by the radiation emission region in the lateral direction area bigger or is equal to a predetermined value. Preferably, the entire semiconductor body or the entire semiconductor layer sequence between the active zone and the main surface or the semiconductor body as a whole be formed in this way. The current expansion in the semiconductor body between the main surface and The active zone can thus be influenced such that in the semiconductor body between the active zone and the main surface targeted a small flow expansion takes place.
In einer ersten Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßer strahlungsemittierender Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, der eine laterale Haupterstreckungsrichtung, eine Hauptfläche und eine Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung geeigneten aktiven Zone aufweist, und ein auf der Hauptfläche angeordnetes elektrisches Anschlusselement, wobei die Hauptfläche einen Injektionsbereich und einen Isolationsbereich aufweist, der Injektionsbereich mit dem Anschlusselement elektrisch leitend verbunden ist, bezüglich des Isolationsbereichs und des Injektionsbereichs im Betrieb des Halbleiterchips nur über den Injektionsbereich Ladungsträger in den Halbleiterkörper injiziert werden und das Anschlusselement mit dem Injektionsbereich und dem Isolationsbereich überlappt oder das Anschlusselement lateral neben dem Injektionsbereich angeordnet ist.In a first embodiment comprises a radiation-emitting according to the invention Semiconductor chip a semiconductor body, a lateral main extension direction, a main surface and a Semiconductor layer sequence with a suitable for generating radiation active zone, and an electric field arranged on the main surface Connecting element, wherein the main surface is an injection area and having an isolation region, the injection region with the connecting element is electrically conductively connected, with respect to Insulation region and the injection area in the operation of the semiconductor chip only over the injection area charge carriers in the semiconductor body be injected and the connection element with the injection area and the isolation area overlaps or the connection element arranged laterally next to the injection area is.
Im Betrieb des Halbleiterchips können mittels des Anschlusselements über den Injektionsbereich der Hauptfläche Ladungsträger in den Halbleiterkörper injiziert werden, mittels derer in der aktiven Zone, insbesondere im Strahlungsemissionsbereich, Strahlung erzeugt wird. Aufgrund des Überlapps des Anschlusselements mit dem Isolationsbereich und dem Injektionsbereich oder der Anordnung des Anschlusselements lateral neben dem Injektionsbereich kann die erzeugte Strahlung, insbesondere über den Injektionsbereich, seitens der Hauptfläche aus dem Halbleiterchip austreten, ohne dass die Gefahr einer maßgeblichen Absorption von in der aktiven Zone erzeugte Strahlungsleistung in dem Anschlusselement erhöht ist. Das Anschlusselement kann daher für eine externe Anschlussverbindung, etwa eine Drahtbondung, optimiert ausgeführt werden, ohne dass eine Strahlungsdurchlässigkeit des Anschlusselements berücksichtigt werden muss. Das Anschlusselement kann so vereinfacht als die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung absorbierend, etwa metallhaltig, ausgeführt sein.During operation of the semiconductor chip, charge carriers can be injected into the semiconductor body by means of the connection element via the injection region of the main surface, by means of which radiation is generated in the active zone, in particular in the radiation emission region. Due to the overlap of the connection element with the isolation region and the injection region or the arrangement of the connection element laterally adjacent to the injection region, the generated radiation, in particular via the injection region, can emerge from the semiconductor chip from the main surface without the risk of significant absorption in the active zone generated radiation power is increased in the connection element. The connection element can therefore be designed to be optimized for an external connection connection, for example a wire bond, without having to take into account a radiation permeability of the connection element. The connecting element can be so simplified as the radiation generated in the active zone absorbing, such as metal-containing, be executed.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der Flächeninhalt des Injektionsbereichs zwischen einschließlich 75 μm2 und einschließlich 18000 μm2. Der Injektionsbereich kann insbesondere den Flächeninhalt eines Kreises mit einem Durchmesser zwischen 10 μm und 150 μm, bevorzugt zwischen 60 μm und 100 μm, aufweisen. Über eine derartige Dimensionierung des Injektionsbereichs kann eine zur Datenübertragung mit hohen Datenraten geeignete geringe Modulationszeit und zugleich eine ausreichend hohe Strahlungsleistung erzielt werden.In a preferred embodiment, the area of the injection area is between 75 μm 2 inclusive and 18000 μm 2 inclusive. In particular, the injection area may have the area of a circle with a diameter between 10 μm and 150 μm, preferably between 60 μm and 100 μm. By dimensioning the injection area in such a way, a low modulation time suitable for data transmission at high data rates and at the same time a sufficiently high radiation power can be achieved.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird im Betrieb des Halbleiterchips im Strahlungsemissionsbereich der aktiven Zone mittels Ladungsträgerinjektion über den Injektionsbereich Strahlung erzeugt und das Verhältnis des Flächeninhalts des Injektionsbereichs zu dem Flächeninhalt der vom Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung überdeckten Fläche nimmt einen vorgegebenen Sollwert kleiner 1 an. Über die Ausbildung des Injektionsbereichs und des Halbleiterkörpers, insbesondere zwischen dem Injektionsbereich und der aktiven Zone, kann so der Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung vereinfacht, insbesondere mittels der Ausgestaltung des Injektionsbereichs, definiert werden, wodurch das Erreichen geringer Modulationszeiten erleichtert wird. Insbesondere kann der Strahlungsemissionsbereich gezielt eingegrenzt werden.In Another preferred embodiment is in the operation of the semiconductor chip in the radiation emission region of the active zone by means of charge carrier injection over the Injection area generates radiation and the ratio of area of the injection area to the area which covered by the radiation emission region in the lateral direction area assumes a specified setpoint less than 1. About the formation of the injection area and the semiconductor body, especially between the injection area and the active zone, can thus simplify the radiation emission region in the lateral direction, in particular by means of the configuration of the injection area defined which facilitates achieving low modulation times becomes. In particular, the radiation emission region can be restricted in a targeted manner become.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßer strahlungsemittierender Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, der eine laterale Haupterstreckungsrichtung, eine Hauptfläche und eine Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung geeigneten aktiven Zone aufweist, wobei die Hauptfläche einen Injektionsbereich und einen Isolationsbereich aufweist, bezüglich des Isolationsbereichs und des Injektionsbereichs im Betrieb des Halbleiterchips nur über den Injektionsbereich Ladungsträger in den Halbleiterkörper injiziert werden, bei dem der Flächeninhalt des Injektionsbereichs zwischen einschließlich 75 μm2 und einschließlich 18000 μm2 liegt und/oder bei dem im Betrieb des Halbleiterchips in einem Strahlungsemissionsbereich der aktiven Zone mittels Ladungsträgerinjektion über den Injektionsbereich Strahlung erzeugt wird und das Verhältnis des Flächeninhalts des Injektionsbereichs zu dem Flächeninhalt der vom Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung überdeckten Fläche einen vorgegebenen Sollwert kleiner 1 annimmt.According to a further embodiment, a radiation-emitting semiconductor chip according to the invention comprises a semiconductor body which has a lateral main extension direction, a main surface and a semiconductor layer sequence with an active zone suitable for generating radiation, the main surface having an injection region and an isolation region, with respect to the isolation region and the injection region during operation of the Semiconductor chips are injected into the semiconductor body only via the injection region charge carriers in which the area of the injection area between 75 .mu.m 2 and including 18000 .mu.m 2 and / or during operation of the semiconductor chip in a radiation emission region of the active zone by means of charge carrier injection over the injection area radiation is generated and the ratio of the area of the injection area to the area of the radiation emission area in lat In the direction of the covered area, a predetermined setpoint value less than 1 is assumed.
Mittels eines derartigen Halbleiterchips kann vereinfacht eine zur Datenübertragung geeignete geringe Modulationszeit in Verbindung mit einer zur Datenübertragung geeigneten, aus dem Halbleiterchip ausgekoppelten Strahlungsleistung realisiert werden.through Such a semiconductor chip can be simplified for data transmission suitable low modulation time in conjunction with one for data transmission suitable, coupled out of the semiconductor chip radiation power will be realized.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist auf der Hauptfläche ein mit dem Injektionsbereich elektrisch leitend verbundenes elektrisches Anschlusselement angeordnet, das mit dem Injektionsbereich und dem Isolationsbereich überlappt oder lateral neben dem Injektionsbereich angeordnet ist.In a preferred embodiment is on the main surface electrically connected to the injection area electrically connected Connection element arranged with the injection area and the Isolation area overlaps or laterally adjacent to the injection area.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung überlappt das Anschlusselement mit dem Injektionsbereich und/oder dem Isolationsbereich nur teilweise.In In another preferred embodiment, the connection element overlaps with the injection area and / or the isolation area only partially.
Da unterhalb des Isolationsbereichs – aufgrund fehlender Ladungsträgerinjektion in diesem Bereich und der vorteilhaft geringen Stromaufweitung – in der aktiven Zone im wesentlichen keine Strahlung erzeugt wird, ist mit Vorzug ein Großteil der Fläche des Anschlusselements über dem Isolationsbereich angeordnet. So kann die Absorption von Strahlung im Anschlusselement verringert werden. Beispielsweise kann ein Flächenanteil der Gesamtfläche des Anschlusselements von mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 80 %, besonders bevorzugt mehr als 90 %, über dem Isolationsbereich angeordnet sein.There below the isolation area - due to lack of carrier injection in this area and the favorable low current expansion - in the active zone essentially no radiation is generated is with Preference a majority the area of the connection element via arranged the isolation area. So can the absorption of radiation be reduced in the connection element. For example, an area fraction the total area of the connecting element of more than 50%, preferably more than 80%, more preferably more than 90%, be arranged over the isolation region.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Flächeninhalt des Injektionsbereichs weniger als 50 %, bevorzugt weniger als 30 %, besonders bevorzugt weniger als 20 % oder weniger als 10 %, des gesamten Flächeninhalts der Hauptfläche.In In another preferred embodiment, the area of the injection area is less than 50%, preferably less than 30%, more preferably less than 20% or less than 10% of the total area the main surface.
Bevorzugt bildet der verbleibende, nicht als Injektionsbereich ausgebildete Teilbereich der Hauptfläche den Isolationsbereich.Prefers forms the remaining, not designed as an injection area Part of the main area the isolation area.
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass ein Halbleiterkörper mittels eines Standardprozesses hergestellt, beispielsweise mittels eines Epitaxieprozesses gewachsen wird, wobei im fertigen Halbleiterchip gezielt nur ein vorgegebener Teilbereich der aktiven Zone des Halbleiterkörpers, der Strahlungsemissionsbereich, bestromt wird. Hierdurch kann die Ladungsträgerlebensdauer im strahlungserzeugenden Bereich der aktiven Zone und folglich die erzielbare Modulationszeit verringert werden. Der Strahlungsemissionsbereich der aktiven Zone wird, insbesondere aufgrund des zwischen der aktiven Zone und der Hauptfläche gezielt erhöhten Widerstandes des Halbleiterkörpers in lateraler Richtung, im wesentlichen durch die Ausbildung des Injektionsbereichs bestimmt. Auf eine Eingrenzung des Strahlungsemissionsbereichs in lateraler Richtung nach der Fertigung des Halbleiterkörpers, etwa mittels einer aufwendigen Stromblende, die beispielsweise mittels kostenintensiver Implantation oder einer Oxidation der eingangs erwähnten Art ausgebildet sein könnte, kann mit Vorteil verzichtet werden.The Invention is based on the idea that a semiconductor body by means of a standard process made, for example by means of a Epitaxieprozesses is grown, wherein in the finished semiconductor chip targeted only a predetermined subregion of the active zone of the semiconductor body, the radiation emission region, is energized. As a result, the charge carrier lifetime in the radiation-generating Area of the active zone and consequently the achievable modulation time be reduced. The radiation emission area of the active zone is due in particular to the between the active zone and the main area specifically increased resistance of the semiconductor body in the lateral direction, essentially by the formation of the Injection area determined. At a limitation of the radiation emission range in the lateral direction after the production of the semiconductor body, approximately by means of a complex current diaphragm, for example by means of costly implantation or oxidation of the type mentioned could be trained can be dispensed with advantage.
Im Rahmen der Erfindung kann der Halbleiterkörper gezielt derart gefertigt sein, dass die Stromaufweitung im Halbleiterkörper möglichst gering gehalten ist. Dies kann durch eine gezielte Beeinflussung des Widerstandes in lateraler Richtung bei der Fertigung des Halbleiterkörpers erreicht werden. Insbesondere kann im Rahmen der Erfindung auf eine in herkömmlichen Halbleiterchips oftmals vorgesehene dicke Halbleiterschicht, etwa mit einer Dicke von 1 μm bis 3 μm, zur Stromaufweitung, die im wesentlichen der lateral vollflächigen Bestromung des Halbleiterkörpers dient, verzichtet werden. Vielmehr wird eine unüblich geringe Leitfähigkeit mindestens einer Halbleiterschicht dazu benutzt, vom Injektionsbereich aus Ladungsträger in vorgegebener und definierter Weise in den Strahlungsemissionsbereich zu injizieren, wobei insbesondere die laterale Ausdehnung des Strahlungsemissionsbereichs festgelegt wird. Aufgrund des Verzichts auf eine herkömmliche Stromaufweitungsschicht kann die Aufwachszeit beim Herstellen des Halbleiterkörpers vorteilhaft verringert werden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden.In the context of the invention, the half lead Terkörper be made specifically so that the current expansion in the semiconductor body is kept as low as possible. This can be achieved by a targeted influencing of the resistance in the lateral direction in the production of the semiconductor body. In particular, within the scope of the invention, a thick semiconductor layer, which is often provided in conventional semiconductor chips, for example with a thickness of 1 μm to 3 μm, can be dispensed with for expanding the current, which essentially serves for the laterally full energization of the semiconductor body. Rather, an unusually low conductivity of at least one semiconductor layer is used to inject charge carriers from the injection region in a predefined and defined manner into the radiation emission region, wherein in particular the lateral extent of the radiation emission region is determined. Due to the omission of a conventional current spreading layer, the growth time in manufacturing the semiconductor body can be advantageously reduced, thereby reducing the manufacturing cost.
Der Halbleiterkörper kann weiterhin mit Vorteil mittels Herstellungsverfahren, die denen von Halbleiterkörpern für herkömmliche Halbleiterchips entsprechen, gefertigt werden, wobei im Unterschied zu herkömmlichen Halbleiterchips die Stromaufweitung gezielt gering gehalten, vorzugsweise fast vollständig unterdrückt, ist. Eine Stromeinprägung findet im Unterschied zu herkömmlichen Halbleiterchips, bei denen in der Regel über im wesentlichen die gesamte Hauptfläche Ladungsträger in den Halbleiterkörper injiziert werden, bei der Erfindung im Betrieb des Halbleiterchips vorzugsweise gezielt nur über einen Teilbereich der Hauptfläche, den Injektionsbereich, statt.Of the Semiconductor body can continue to advantage by means of manufacturing processes that those of semiconductor bodies for conventional Semiconductor chips correspond to be manufactured, in contrast to usual Semiconductor chips, the current expansion deliberately kept low, preferably almost complete suppressed is. A current injection unlike traditional ones Semiconductor chips, where usually over substantially the entire main area charge carrier in the semiconductor body be injected, in the invention in the operation of the semiconductor chip preferably targeted only over a subarea of the main area, the injection area, instead.
Fertigungs- und Bestückungsmaschinen für derartige Halbleiterchips können insbesondere hinsichtlich der lateralen Abmessung des Halbleiterchips mit gegenüber herkömmlichen Halbleiterchips unveränderten Parametern betrieben werden. Der Halbleiterkörper kann im Unterschied zu herkömmlichen Halbleiterchips gezielt auf eine lediglich bereichsweise Bestromung der aktiven Zone im Strahlungsemissionsbereich zur Strahlungserzeugung hin gefertigt sein. Auf Modifikationen an der Kristallstruktur des Halbleiterkörpers nach der Fertigung, insbesondere dem Aufwachsen, dahingehend, dass bei vollflächiger Ladungsträgerinjektion in den Halbleiterkörper nur ein Bereich der aktiven Zone bestromt wird, kann mit Vorteil verzichtet werden.manufacturing and assembly machines for such Semiconductor chips can in particular with regard to the lateral dimension of the semiconductor chip with opposite conventional semiconductor chips unchanged Parameters are operated. The semiconductor body, unlike usual Semiconductor chips targeted to a only partially energized the active zone in the radiation emission area for generating radiation be made towards. On modifications to the crystal structure of the Semiconductor body after manufacturing, especially growing up, to the effect that at full surface Charge carrier injection in the semiconductor body only one area of the active zone is energized, can be beneficial be waived.
Ferner kann im Rahmen der Erfindung auf eine gezielte Ausbildung eines Halbleiterkörpers, dessen aktive Zone zur im wesentlichen vollflächigen Bestromung vorgesehen ist und eine für eine schnelle Modulation geeigneten vorgegebenen Flächeninhalt aufweist, für einen schnell modulierbaren Halbleiterchip verzichtet werden. Bei der Erfindung wird die aktive Zone mit Vorzug nicht vollflächig, sondern lediglich in einem, insbesondere vorgegebenen, Teilbereich bestromt.Further can in the context of the invention to a targeted training of a Semiconductor body, whose active zone provided for substantially full-area energization is and one for a fast modulation suitable predetermined surface area has, for be dispensed with a fast-modulated semiconductor chip. at According to the invention, the active zone is preferably not full-surface, but only energized in a, in particular predetermined, partial area.
Prozessschritte, wie etwa eine Mesa-Ätzung, die die vollflächig zu bestromende aktive Zone definieren können, sind oftmals kostenintensiv. Insbesondere ist dies hinsichtlich der in der Regel für geringe Modulationszeiten benötigten vergleichsweise geringen lateralen Ausdehnung der aktiven Zone zu sehen, deren Ausbildung aufgrund der geringen Dimension den Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten erhöht. Wird die aktive Zone eines Halbleiterkörpers mit einer derart geringen lateralen Abmessung, z.B. 80 μm, vollflächig bestromt, so kann weiterhin die Effizienz der Strahlungserzeugung des Halbleiterchips aufgrund von nichtstrahlender Oberflächenrekombination an den Mesaflanken verringert sein.Process steps such as a mesa etch, the the full surface can define to be energized active zone are often costly. In particular, this is usually low for Modulation times needed to see comparatively small lateral extent of the active zone their training due to the small size of the production cost and the manufacturing costs increased. Will the active zone of a semiconductor body with such a small lateral dimension, e.g. 80 μm, entire area energized, so can continue the efficiency of radiation generation of the semiconductor chip due to non-radiative surface recombination be reduced at the mesaflanken.
Der Halbleiterkörper für den Halbleiterchip kann bei der Erfindung in einem planaren Prozess, insbesondere ohne das Ätzen einer Mesa, Oxidation oder Implantation zur lateralen Begrenzung des Strahlungsemissionsbereichs, hergestellt werden Of the Semiconductor body for the Semiconductor chip can in the invention in a planar process, in particular without the etching a mesa, oxidation or implantation for lateral limitation of the radiation emission region
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der vorgegebene Sollwert, den das Verhältnis des Flächeninhalts des Injektionsbereichs zum Flächeninhalt der vom Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung überdeckten Fläche annimmt, größer als 0,5. Dies bedeutet, dass die Stromaufweitung zwischen der Hauptfläche und der aktiven Zone derart eingestellt ist, dass von der gesamten von der aktiven Zone in lateraler Richtung überdeckten Fläche höchstens die doppelte Fläche des Injektionsbereichs bestromt wird. Das Erreichen geringer Modulationszeiten wird so erleichtert. Bevorzugt ist der Sollwert größer als 0,8, besonders bevorzugt ist er größer als 0,9. Hierdurch können besonders geringe Modulationszeiten erreicht werden.In a further preferred embodiment is the predetermined setpoint, the relationship of the area of the injection area to the surface which covered by the radiation emission region in the lateral direction area assumes greater than 0.5. This means that the current expansion between the main surface and the active zone is set so that of the total of the active area in the lateral direction covered area at most the double area of the injection area is energized. Achieving low modulation times is so relieved. Preferably, the desired value is greater than 0.8, more preferably it is greater than 0.9. This can be special low modulation times can be achieved.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist mit dem Halbleiterchip eine Modulationszeit von 20 ns oder weniger, bevorzugt von 15 ns oder weniger, besonders bevorzugt von 10 ns oder weniger, erreichbar. Insbesondere kann mit dem Halbleiterchip eine Modulationszeit von 5 ns oder weniger erreicht werden. Derartige Modulationszeiten sind zur Datenübertragung mit einer hohen Datenrate geeignet.In Another preferred embodiment is with the semiconductor chip a modulation time of 20 ns or less, preferably 15 ns or less, more preferably 10 ns or less. In particular, with the semiconductor chip a modulation time of 5 ns or less can be achieved. Such modulation times are for data transmission suitable for a high data rate.
Als Modulationszeit wird im Rahmen der Erfindung ein Zeitintervall angesehen, in dem bei Pulsbetrieb des Halbleiterchips, insbesondere mit einer vorgegebenen Stromdichte oder einem vorgegebenen Strom, die vom Halbleiterchip erzeugte Strahlungsleistung ausgehend von einem vorgegebenen Anfangswert einen vorgegebenen Endwert erreicht. Eine Modulationszeit kann beispielsweise durch die Anstiegszeit gegeben sein, die Zeit, die benötigt wird, um im gepulsten Betrieb des Halbleiterchips, z.B. mittels eines Rechteckpulses, während einer Pulsdauer von dem vorgegebenen Anfangswert, etwa einem Bruchteil der mit dem Halbleiterchip maximal erzeugbaren Strahlungsleistung, z.B. 10 % der Maximalleistung, zu dem vorgegebenen Endwert, z.B. 90 % der Maximalleistung, zu gelangen. Der Anfangswert ist bei der Anstiegszeit kleiner als der Endwert. Entsprechend Umgekehrtes gilt für die Abfallzeit, wobei der Anfangswert bevorzugt größer als der Endwert ist. Anstatt 10 % und 90 % können selbstverständlich auch andere fachübliche Anfangs- und/oder Endwerte, etwa 0 % und 100 %, festgesetzt werden. Je geringer die Modulationszeit desto höher ist in der Regel die erreichbare Datenübertragungsrate.In the context of the invention, a time interval is considered as the modulation time, during which the pulsed operation of the semiconductor chip, in particular with a predetermined current density or a predetermined current, reaches the radiation power generated by the semiconductor chip starting from a predetermined initial value. A modulation time, for example, by the Rise time to be given, the time that is required in the pulsed operation of the semiconductor chip, for example by means of a rectangular pulse, during a pulse duration of the predetermined initial value, such as a fraction of the maximum generated by the semiconductor chip radiation power, eg 10% of the maximum power to predetermined final value, eg 90% of the maximum power to arrive. The initial value is less than the final value at the rise time. The reverse is true for the fall time, the initial value preferably being greater than the end value. Instead of 10% and 90%, of course, other customary start and / or end values, such as 0% and 100%, can be set. The lower the modulation time, the higher the generally achievable data transmission rate.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung überdeckt der Strahlungsemissionsbereich eine vertikale Projektion des Injektionsbereichs auf die aktive Zone vollständig. Der Injektionsbereich liegt demnach insbesondere über dem Strahlungsemissionsbereich, wobei der Strahlungsemissionsbereich den Injektionsbereich in vertikaler Projektion vollständig überdeckt. Auf aufwendige Maßnahmen zur Stromführung im Halbleiterkörper, die den Strom in lateraler Richtung zum Strahlungsemissionsbereich hin lenken, kann so verzichtet werden.In Another preferred embodiment covers the radiation emission region a vertical projection of the injection area on the active zone Completely. The injection area is therefore particularly above the Radiation emission region, wherein the radiation emission region the injection area completely covered in vertical projection. On costly measures for power supply in the semiconductor body, the current in the lateral direction to the radiation emission area directing, can be dispensed with.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Injektionsbereich als einfach zusammenhängendes Gebiet der Hauptfläche ausgeführt. Über eine derartige Ausbildung des Injektionsbereichs kann die Strahlungserzeugung auf einen zusammenhängenden, insbesondere auf einen einfach zusammenhängenden, Strahlungsemissionsbereich der aktiven Zone begrenzt werden. Auf diese Weise kann eine effiziente, flächenmäßig konzentrierte Strahlungserzeugung erleichtert werden.In Another preferred embodiment is the injection area as simply connected Area of the main area executed. Over a Such formation of the injection area can be the generation of radiation on a coherent, in particular to a simply contiguous, radiation emission area be limited to the active zone. In this way, an efficient, concentrated in area Radiation generation can be facilitated.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Isolationsbereich und/oder der Injektionsbereich, insbesondere vollflächig, mit der aktiven Zone in vertikaler Richtung direkt elektrisch leitend verbunden. Insbesondere der Isolationsbereich kann demnach in vertikaler Richtung direkt leitend mit der Hauptfläche verbunden sein. Auf zusätzliche Maßnahmen zur elektrischen Isolierung, insbesondere zur Stromführung im Halbleiterkörper, bezüglich einer in vertikaler Richtung direkten leitenden Verbindung des Isolationsbereichs der Hauptfläche zur aktiven Zone kann aufgrund der lediglich bereichsweisen Bestromung der Hauptfläche im Injektionsbereich verzichtet werden. Der Isolationsbereich ist demnach mit Vorzug nicht als isolierender Bereich, sondern vielmehr als vom Anschlusselement elektrisch isolierter Bereich ausgebildet.In Another preferred embodiment is the isolation area and / or the injection area, in particular over the entire area, with the active zone in the vertical direction directly electrically conductive connected. In particular, the isolation area can therefore in vertical Direction directly conductive to be connected to the main surface. On additional activities for electrical insulation, in particular for current conduction in Semiconductor body, in terms of a vertical direct conductive connection of the isolation region the main surface to the active zone can be due to the only area-wise energization the main surface dispensed in the injection area. The isolation area is accordingly preferably not as an insulating area, but rather as formed by the connection element electrically insulated area.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper in vertikaler Richtung zwischen dem Injektionsbereich und/oder der Hauptfläche und der aktiven Zone frei von einem den Widerstand des Halbleiterkörpers in lateraler Richtung gezielt erhöhenden Fremdelement. Als Fremdelement wird hierbei ein Element angesehen, das durch strukturelle Änderungen, insbesondere an der Kristallstruktur, des Halbleiterkörpers nach dessen Fertigung, insbesondere nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge, ausgebildet ist. Beispielsweise könnte ein Fremdelement mittels eines Implantationsbereichs oder eines Oxidationsbereichs ausgebildet sein. Bevorzugt ist der gesamte Halbleiterkörper fremdelementfrei ausgebildet.In In a further preferred embodiment, the semiconductor body is in vertical direction between the injection area and / or the main area and the active zone free from a resistance of the semiconductor body in specifically increase the lateral direction Foreign element. A foreign element is considered to be an element that through structural changes, in particular on the crystal structure of the semiconductor body its production, in particular after the growth of the semiconductor layer sequence, is trained. For example, a foreign element could be using an implantation region or an oxidation region is formed be. Preferably, the entire semiconductor body is formed free of foreign elements.
Mit Vorteil kann bei der Erfindung auf eine derartige Modifikation der Kristallstruktur des Halbleiterkörpers mit Fremdelementen verzichtet werden. Die Herstellungskosten für einen derartigen Halbleiterchip werden aufgrund des Fehlens eines derartigen Fremdelements vorteilhaft verringert.With Advantage can be in the invention to such a modification of Crystal structure of the semiconductor body be dispensed with foreign elements. The manufacturing costs for one such semiconductor chip are due to the absence of such Foreign element advantageously reduced.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der Hauptfläche und der aktiven Zone zumindest eine Halbleiterschicht, bevorzugt eine Mehrzahl von Halbleiterschichten, angeordnet, wobei die Halbleiterschicht oder die Mehrzahl von Halbleiterschichten, insbesondere über ihre gesamte laterale Ausdehnung, einen Widerstand in lateraler Richtung aufweist, der 500 Ωsq oder größer, insbesondere 1000 Ωsq oder größer, ist. Mittels einer Halbleiterschicht die einen derart hohen Widerstand in lateraler Richtung aufweist kann die laterale Eingrenzung des Strahlungsemissionsbereichs, insbesondere zum Erreichen des vorgegebenen Sollwerts, vereinfacht erfolgen. Gegebenenfalls kann die Halbleiterschicht auch einen höheren Widerstand in lateraler Richtung, etwa bis zu 4000 Ωsq, aufweisen. Hierdurch wird die laterale Begrenzung des Strahlungsemissionsbereichs beziehungsweise das Erreichen eines Sollwerts des Verhältnisses des Flächeninhalts des Injektionsbereichs zu dem Flächeninhalt der vom Strahlungsemissionsbereich in lateraler Richtung überdeckten Fläche nahe an 1 erleichtert.In Another preferred embodiment is between the main surface and the active zone at least one semiconductor layer, preferably a plurality of semiconductor layers, wherein the semiconductor layer or the plurality of semiconductor layers, in particular via their entire lateral extent, a resistance in lateral direction having 500 Ωsq or larger, in particular 1000 Ωsq or bigger, is. By means of a semiconductor layer which has such a high resistance in the lateral direction, the lateral confinement of the radiation emission region, in particular to achieve the predetermined setpoint, simplified respectively. Optionally, the semiconductor layer may also have a higher resistance in the lateral direction, up to about 4000 Ωsq. This will the lateral boundary of the radiation emission region or the achievement of a target value of the ratio of the area of the injection area to the area which covered by the radiation emission region in the lateral direction area close to 1 eased.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Strahlungsemissionsbereich von Seitenflächen, die den Halbleiterkörper in lateraler Richtung begrenzen, lateral beabstandet. Die Gefahr strahlungsloser Rekombination von Ladungsträgern im Bereich der Seitenflächen der aktiven Zone wird durch eine derart beabstandete Anordnung des Strahlungsemissionsbereichs von den Seitenflächen verringert. Das Erzielen einer hohen, im Strahlungsemissionsbereich erzeugten Strahlungsleistung wird so erleichtert.In Another preferred embodiment is the radiation emission region of side surfaces, the the semiconductor body bound in the lateral direction, laterally spaced. The danger Radiationless recombination of charge carriers in the area of the side surfaces of the active zone is by such a spaced arrangement of the radiation emission region reduced from the side surfaces. Achieving a high, generated in the radiation emission area Radiation power is thus facilitated.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist auf der Hauptfläche ein elektrisch leitendes Injektionselement angeordnet, das, insbesondere direkt, elektrisch leitend mit dem Anschlusselement und dem Injektionsbereich verbunden ist.In a further preferred embodiment, an electrically conductive injection element is arranged on the main surface, which, in particular directly, is electrically conductive with the connection element and connected to the injection area.
Bevorzugt grenzt das Injektionselement, insbesondere unmittelbar, an den Halbleiterkörper an und der Injektionsbereich ist durch den, insbesondere unmittelbaren, Kontaktbereich zwischen dem Halbleiterkörper und dem Injektionselement gebildet.Prefers the injection element adjoins the semiconductor body, in particular directly, and the injection area is characterized by the, in particular immediate, Contact area between the semiconductor body and the injection element educated.
Das Injektionselement kann insbesondere hinsichtlich der elektrischen Kontakteigenschaften zum Halbleiterkörper optimiert ausgeführt sein, wohingegen das Anschlusselement mit Vorzug für eine externe Anschlussverbindung, etwa eine Drahtbondung, besonders geeignet ist.The Injection element may in particular with regard to the electrical Be performed optimized contact properties to the semiconductor body, whereas the connection element preferably has an external connection connection, about a wire bond, is particularly suitable.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Anschlusselement auf der dem Halbleiterkörper gegenüberliegenden Seite des Injektionselements angeordnet. Bevorzugt überlappt das Anschlusselement mit dem Injektionselement, insbesondere nur, teilweise. Hierdurch kann die Ladungsträgerinjektion vom Anschlusselement über das Injektionselement in den Halbleiterkörper vereinfacht werden oder effizienter erfolgen.In Another preferred embodiment is the connection element on the semiconductor body opposite Side of the injection element arranged. Preferably overlaps the connection element with the injection element, in particular only, partially. As a result, the charge carrier injection from the connection element via the Injection element can be simplified in the semiconductor body or done more efficiently.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Anschlusselement, insbesondere überlappfrei, lateral neben dem Injektionselement angeordnet. Hierdurch kann mit Vorteil die vertikale Ausdehnung des Halbleiterchips verringert werden.In In another preferred embodiment, the connection element is especially overlapping, arranged laterally next to the injection element. This can be with Advantage reduces the vertical extent of the semiconductor chip become.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Anschlusselement und dem Isolationsbereich eine Isolationsschicht angeordnet oder ausgebildet, wobei die Isolationsschicht den Isolationsbereich elektrisch vom Anschlusselement isoliert. Die Isolationsschicht kann beispielsweise ein Siliziumnitrid, etwa SiN, ein Siliziumoxid, etwa SiO oder SiO2, ein Siliziumoxinitrid, etwa SiON, oder ein Aluminiumoxid, wie Al2O3, enthalten. Die Isolationsschicht kann sich an den seitlichen Flanken des Halbleiterkörpers entlang erstrecken und hat somit vorzugsweise passivierende und schützende Wirkung bezüglich des Halbleiterkörpers, insbesondere der aktiven Zone, vor schädlichen äußeren Einflüssen, wie Feuchtigkeit.In a further preferred embodiment, an insulating layer is arranged or formed between the connection element and the insulation region, wherein the insulation layer electrically isolates the insulation region from the connection element. The insulating layer may contain, for example, a silicon nitride, such as SiN, a silicon oxide, such as SiO or SiO 2 , a silicon oxynitride, such as SiON, or an aluminum oxide, such as Al 2 O 3 . The insulating layer may extend along the lateral flanks of the semiconductor body and thus preferably has a passivating and protective effect with respect to the semiconductor body, in particular the active zone, against harmful external influences, such as moisture.
Gegebenenfalls kann die Isolationsschicht auch als Barriereschicht, etwa mittels einer Schottky-Barriere, ausgeführt sein. Hierzu ist das Anschlusselement vorzugsweise direkt auf dem Halbleiterkörper angeordnet, wobei sich zwischen dem Anschlusselement und dem Halbleiterkörper eine Barriere ausbildet, derart dass über den Isolationsbereich keine Ladungsträger in den Halbleiterkörper injiziert werden.Possibly the insulation layer can also be used as a barrier layer, such as a Schottky barrier be. For this purpose, the connection element is preferably directly on the Semiconductor body arranged, wherein between the connection element and the semiconductor body a Barrier forms, so that over the insulation region no charge carriers are injected into the semiconductor body.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Injektionselement für die erzeugte Strahlung durchlässig ausgeführt. Im Strahlungsemissionsbereich, der insbesondere unterhalb des Injektionselements angeordnet ist, erzeugte Strahlung kann das Injektionselement auf diese Weise vereinfacht durchstrahlen und den Halbleiterchip über das Injektionselement verlassen.In Another preferred embodiment is the injection element for the generated radiation permeable executed. In the radiation emission region, in particular below the injection element is disposed, generated radiation, the injection element on this way simplifies radiating and the semiconductor chip over the Leave injection element.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält das Injektionselement ein strahlungsdurchlässiges, insbesondere elektrisch leitfähiges, Material, etwa ein strahlungsdurchlässiges elektrisch leitfähiges Oxid. Ein strahlungsdurchlässiges elektrisch leitfähiges Oxid (TCO: Transparent Conducting Oxide) kann neben vergleichsweise hoher Strahlungsdurchlässigkeit über einen weiten Wellenlängenbereich auch hohe Leitfähigkeiten in lateraler Richtung aufweisen. Mittels eines derartigen Injektionselements kann der Injektionsbereich, insbesondere bei einem höchstens teilweisen Überlapp zwischen dem Injektionselement und dem Anschlusselement, vereinfacht lateral homogen bestromt werden.In In another preferred embodiment, the injection element contains a radiation-transparent, in particular electrically conductive, Material, such as a radiation-transmissive electrically conductive oxide. A radiolucent electrically conductive Oxide (TCO: Transparent Conducting Oxide) can, in addition to comparatively high radiation transmission over one wide wavelength range also high conductivities in the lateral direction. By means of such an injection element can the injection area, especially at a maximum partial overlap between the injection element and the connection element, simplified be energized laterally homogeneous.
Strahlungsdurchlässige elektrisch leitfähige Oxide, insbesondere Metalloxide, wie ein Zinkoxid, etwa ZnO, ein Zinnoxid, etwa SnO oder SnO2, oder ein Indiumzinnoxid, etwa ein ITO, sind hierfür besonders geeignet. Ein Zinkoxid zeichnet sich häufig durch besonders gute elektrische Kontakteigenschaften zu p-leitenden Halbleitermaterialien, ein Zinnoxid häufig durch besonders gute Kontakteigenschaften zu n-leitendenden Halbleitermaterialien aus. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit in lateraler Richtung kann das Injektionselement, etwa mit Aluminium oder Antimon, dotiert sein. Aluminium ist als Dotierstoff für ein Zinkoxid, Antimon als Dotierstoff für ein Zinnoxid besonders geeignet.Radiation-permeable electrically conductive oxides, in particular metal oxides, such as a zinc oxide, for example ZnO, a tin oxide, for example SnO or SnO 2 , or an indium tin oxide, for example an ITO, are particularly suitable for this purpose. A zinc oxide is often characterized by particularly good electrical contact properties to p-type semiconductor materials, a tin oxide often by particularly good contact properties to n-type semiconductor materials. To increase the conductivity in the lateral direction, the injection element may be doped with, for example, aluminum or antimony. Aluminum is particularly suitable as a dopant for a zinc oxide, antimony as a dopant for a tin oxide.
Das Injektionselement kann einen Widerstand in lateraler Richtung von 100 Ωsq oder weniger, insbesondere von 50 Ωsq oder weniger, insbesondere 25 Ωsq oder weniger, aufweisen. Das Injektionselement weist bevorzugt einen Widerstand in lateraler Richtung auf der kleiner ist als der der mindestens einen Halbleiterschicht, die aufgrund ihres vorteilhaft hohen Widerstandes in lateraler Richtung die laterale Stromaufweitung begrenzt. Besonders bevorzugt ist der Widerstand in lateraler Richtung des Injektionselements kleiner als derjenige der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge, die zwischen der aktiven Zone und der Hauptfläche angeordnet sind oder die den Halbleiterkörper bilden. Das Verhältnis des Widerstands in lateraler Richtung des Injektionselements zu dem der Halbleiterschicht(en) beträgt bevorzugt 0,1 oder weniger, besonders bevorzugt 0,05 oder weniger, insbesondere 0,025 oder weniger.The Injection element may have a resistance in the lateral direction of 100 Ωsq or less, in particular 50 Ωsq or less, in particular 25 Ωsq or less. The injection element preferably has one Resistance in the lateral direction on the smaller than that of the at least one semiconductor layer, due to its advantageous high resistance in the lateral direction, the lateral current expansion limited. Particularly preferred is the resistance in the lateral direction of the injection element is smaller than that of the semiconductor layers the semiconductor layer sequence between the active zone and the main surface are arranged or which form the semiconductor body. The ratio of Resistance in the lateral direction of the injection element to the the semiconductor layer (s) is preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less, especially 0.025 or less.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Injektionselement als Antireflexionselement ausgeführt. Reflexionsverluste durch Reflexion von im Strahlungsemissionsbereich erzeugter Strahlung an der der aktiven Zone zugewandten Seite des Injektionselements können so vermindert werden. Hierzu ist das Injektionselement bevorzugt als λ/4-Schicht, insbesondere mit einer Dicke eines ganzzahligen, vorzugsweise ungeradzahligen, Vielfachen der viertel Wellenlänge der im Halbleiterkörper erzeugten Strahlung im Medium des Injektionselements, ausgeführt.In a further preferred embodiment, the injection element is designed as an antireflection element. Reflection losses due to reflection of radiation generated in the radiation emission region at the active zone facing side of the injection element can be reduced so. For this purpose, the injection element is preferably designed as a λ / 4 layer, in particular with a thickness of an integer, preferably odd, multiple of the quarter wavelength of the radiation generated in the semiconductor body in the medium of the injection element.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält der Halbleiterkörper, insbesondere die Halbleiterschicht beziehungsweise eine Mehrzahl von Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers, und/oder die aktive Zone ein III-V-Halbleitermaterial, insbesondere ein Material aus den III-V-Halbleitermaterialsystemen InxGayAl1-x-yP, InxGayAl1-x-yN oder InxGayAl1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. III-V-Halbleitermaterialien sind zur effizienten Strahlungserzeugung, insbesondere vom ultravioletten über den sichtbaren bis in den infraroten Spektralbereich, besonders geeignet. Hierbei eignet sich InxGayAl1-x-yN besonders für ultraviolette bis grüngelbe Strahlung, InxGayAl1-x-yP besonders für gelbe bis rote Strahlung und InxGayAl1-x-yAs besonders für infrarote Strahlung. Mittels der Materialsysteme InxGayAl1-x-yN und InxGayAl1-x-yP kann weiterhin besonders einfach eine Halbleiterschicht mit vorteilhaft hohem Widerstand in lateraler Richtung ausgebildet werden. Als für einen Halbleiterkörper, insbesondere zur lateralen Eingrenzung des Strahlungsemissionsbereichs, hat sich dabei das Materialsystem InxGayAl1-x-yP als besonders geeignet erwiesen.In a further preferred embodiment, the semiconductor body, in particular the semiconductor layer or a plurality of semiconductor layers of the semiconductor body, and / or the active zone contains a III-V semiconductor material, in particular a material from the III-V semiconductor material systems In x Ga y Al 1 xy P, In x Ga y Al 1-xy N or In x Ga y Al 1-xy As, each with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x + y ≤ 1. III-V semiconductor materials are disclosed efficient radiation generation, especially from the ultraviolet to the visible to the infrared spectral range, particularly suitable. Here, In x Ga y Al 1-xy N is particularly suitable for ultraviolet to green-yellow radiation, In x Ga y Al 1-xy P especially for yellow to red radiation and In x Ga y Al 1-xy As, especially for infrared radiation. Furthermore, by means of the material systems In x Ga y Al 1-xy N and In x Ga y Al 1-xy P, a semiconductor layer with advantageously high resistance in the lateral direction can be formed in a particularly simple manner. As for a semiconductor body, in particular for the lateral confinement of the radiation emission region, the material system In x Ga y Al 1-xy P has proven to be particularly suitable.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die aktive Zone eine Heterostruktur, insbesondere eine Doppelheterostruktur, oder Ein- oder Mehrfach-Quantentopfstruktur. Mittels derartiger Strukturen kann die Strahlungserzeugung in der aktiven Zone, insbesondere im Strahlungsemissionsbereich, besonders effizient erfolgen. Derartige ausgeführte aktive Zonen sind für die Erzeugung einer hohen Strahlungsleistung in einem Strahlungsemissionsbereich eines vergleichsweise geringen Flächeninhalts besonders geeignet.In Another preferred embodiment comprises the active zone a heterostructure, in particular a double heterostructure, or Single or multiple quantum well structure. By means of such structures, the radiation generation in the active zone, especially in the radiation emission area, especially done efficiently. Such executed active zones are for production a high radiation power in a radiation emission area a comparatively small surface area particularly suitable.
Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ("confinement") eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u.a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.The Designation Quantum well structure includes in the context of the application any structure, in the case of carriers by confinement quantization their energy states Experienced. In particular, the term includes quantum well structure no information about the dimensionality the quantization. It thus includes u.a. Quantum wells, quantum wires and Quantum dots and any combination of these structures.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterchip eine Spiegelschicht auf, die vorzugsweise auf der der Hauptfläche gegenüberliegenden Seite der aktiven Zone angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist die Spiegelschicht für im Strahlungsemissionsbereich der aktiven Zone erzeugte Strahlung reflektierend ausgeführt. Auf diese Weise kann der über die Hauptfläche des Halbleiterkörpers ausgekoppelte Strahlungsanteil mittels Reflexion an der Spiegelschicht erhöht werden.In Another preferred embodiment, the semiconductor chip a mirror layer, preferably on the opposite side of the main surface Side of the active zone is arranged. Conveniently, the mirror layer for in the radiation emission range The radiation generated in the active zone is reflective. On that way the over the main surface of the semiconductor body decoupled radiation component by reflection at the mirror layer elevated become.
Die Spiegelschicht kann hierbei, insbesondere monolithisch, im Halbleiterkörper integriert und als Bragg-Spiegel ausgeführt sein oder auf dem Halbleiterkörper angeordnet sein. Ist die Spiegelschicht auf dem Halbleiterkörper angeordnet so enthält die Spiegelschicht bevorzugt ein Metall, etwa Au, Al, Ag, Pt, oder eine Legierung mit mindestens einem dieser Materialien. Bevorzugt ist die Spiegelschicht im wesentlichen metallisch ausgeführt. Au zeichnet sich hierbei durch vorteilhaft hohe Reflektivitäten im roten Spektralbereich aus, während Al und Ag auch im blauen bis grünen Spektralbereich hohe Reflektivitäten zeigen. Gegenüber einem im Halbleiterkörper integrierten Bragg- Spiegel, dessen Reflektivität stark von dem Einfallswinkel der Strahlung auf den Spiegel, der mit Vorzug durch eine Mehrzahl von Halbleiterschichten gebildet ist, abhängt, weist eine metallhaltige Spiegelschicht eine geringe Winkelabhängigkeit der Reflektivität auf.The Mirror layer here, in particular monolithic, integrated in the semiconductor body and executed as a Bragg mirror be or on the semiconductor body be arranged. If the mirror layer is arranged on the semiconductor body so contains the mirror layer preferably comprises a metal, such as Au, Al, Ag, Pt, or an alloy with at least one of these materials. Prefers the mirror layer is made essentially metallic. Au characterized by advantageous high reflectivities in the red Spectral range off while Al and Ag also in blue to green Spectral range high reflectivities demonstrate. Across from one integrated in the semiconductor body Bragg mirror, whose reflectivity strong from the angle of incidence of the radiation on the mirror, the preferably formed by a plurality of semiconductor layers is, depends a metal-containing mirror layer has a low angle dependence the reflectivity on.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterchip als Dünnfilm-Halbleiterchip ausgeführt. Unter einem Dünnfilm-Halbleiterchip wird hierbei ein Halbleiterchip verstanden, dessen Halbleiterkörper auf einem Träger angeordnet ist, der von dem Aufwachssubstrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers, insbesondere epitaktisch, gewachsen wurde verschieden ist. Das Aufwachssubstrat kann insbesondere vom Halbleiterkörper abgelöst sein bzw. der Halbleiterchip kann aufwachssubstratfrei ausgeführt sein. Eine derartige Ausführung des Halbleiterchips ist für einen Halbleiterchip mit einer metallhaltigen Spiegelschicht besonders geeignet. Bevorzugt ist die Spiegelschicht zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper angeordnet, wobei besonders bevorzugt zwischen der Spiegelschicht und dem Träger eine Verbindungsschicht angeordnet ist. Mittels der Verbindungsschicht kann der Halbleiterkörper mechanisch stabil auf dem Träger befestigt sein. Die Verbindungsschicht kann beispielsweise als Lotschicht oder als eine mittels eines Waferbondingverfahrens ausgebildete Schicht realisiert sein.In Another preferred embodiment is the semiconductor chip as a thin-film semiconductor chip executed. Under a thin-film semiconductor chip In this case, a semiconductor chip is understood to be the semiconductor body a carrier is arranged, that of the growth substrate on which the semiconductor layer sequence the semiconductor body, in particular epitaxially, has grown different. The growth substrate can be detached in particular from the semiconductor body or the semiconductor chip can be carried out without waxing substrate be. Such an embodiment of the semiconductor chip is for a semiconductor chip with a metal-containing mirror layer particularly suitable. Preferably, the mirror layer between the carrier and the semiconductor body arranged, with particular preference between the mirror layer and the carrier a connection layer is arranged. By means of the bonding layer can the semiconductor body mechanically stable on the support be attached. The bonding layer can be used, for example, as a solder layer or as one formed by a wafer bonding method Layer be realized.
Ein Dünnfilm-Halbleiterchip kann sich weiterhin durch eines oder mehrere der folgenden charakteristischen Merkmale auszeichnen:
- – an einer zu einem Trägerelement, insbesondere dem Träger, hin gewandten Hauptfläche einer zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterschichtenfolge, insbesondere einer Epitaxieschichtenfolge, ist eine reflektierende Schicht, insbesondere eine Spiegelschicht, aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
- – die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf; und
- – die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
- On a main surface of a semiconductor layer sequence intended for generating radiation, in particular an epitaxial layer sequence, a reflective layer, in particular a mirror layer, is applied or formed on a support element, in particular the support, at least a part of the in the semiconductor layer sequence generated electromagnetic radiation reflected back into this;
- The semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 20 μm or less, in particular in the range of 10 μm; and
- The semiconductor layer sequence contains at least one semiconductor layer with at least one surface which has a mixed-through structure which, in the ideal case, leads to an approximately ergodic distribution of the light in the semiconductor layer sequence, ie it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.One Basic principle of a thin-film LED chip For example, see I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18 October 1993, 2174-2176 described, whose disclosure content insofar hereby by reference is recorded.
Ein Dünnfilm-Halbleiterchip ist in guter Näherung ein Lambertscher Oberflächenstrahler.One Thin-film semiconductor chip is in good approximation a Lambert surface radiator.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterchip zur Erzeugung inkohärenter Strahlung ausgebildet. Der Halbleiterchip kann beispielsweise als LED-Chip oder RCLED-Chip (RCLED: Resonant Cavity Light Emitting Diode) ausgeführt sein. Gegenüber einem LED-Chip weist ein RCLED-Chip einen, insbesondere internen, im Halbleiterkörper monolithisch integrierten, Resonator auf, der vorzugsweise mittels zweier, insbesondere monolithisch im Halbleiterkörper integrierter, Bragg-Spiegel gebildet ist, zwischen denen die aktive Zone angeordnet ist. Mittels eines RCLED-Chips kann eine erhöhte, verstärkt in Richtung der Hauptfläche gerichtete Strahlungsauskopplung aus dem Halbleiterkörper erreicht werden.In Another preferred embodiment is the semiconductor chip for generating incoherent radiation educated. The semiconductor chip can be used, for example, as an LED chip or RCLED chip (RCLED: Resonant Cavity Light Emitting Diode). Opposite one LED chip has a RCLED chip one, in particular internal, monolithic in the semiconductor body integrated, resonator on, preferably by means of two, in particular monolithic in the semiconductor body integrated, Bragg mirror is formed, between which the active zone is arranged. By means of a RCLED chip can be increased, amplified in direction the main surface directed radiation extraction from the semiconductor body achieved become.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine vom Halbleiterchip erzeugte Strahlung zur Einkopplung in einen Lichtleiter, etwa eine Polymerfaser (POF: Polymer Optical Fiber), insbesondere zur Datenübertragung, vorgesehen. Der Lichtleiter ist vorzugsweise für eine Anordnung seitens der Hauptfläche, insbesondere überhalb des Injektionsbereichs vorgesehen.In Another preferred embodiment is one of the semiconductor chip generated radiation for coupling into a light guide, such as a Polymer fiber (POF: polymer optical fiber), in particular for data transmission, intended. The light guide is preferably for an arrangement on the part of Main area especially over half the injection area provided.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Verfahren im Waferverbund zur gleichzeitigen Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern oder, insbesondere erfindungsgemäßen, Halbleiterchips durchführbar.In Another preferred embodiment is the inventive method in the wafer composite for the simultaneous production of a plurality of Semiconductor bodies or, in particular, inventive semiconductor chips feasible.
Als Waferverbund wird hierbei eine auf einer Trägerschicht angeordnete Halbleiterschichtstruktur angesehen, die zur Ausbildung einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern vorgesehen ist. Die Trägerschicht kann insbesondere das Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtstruktur umfassen oder von diesem verschieden sein. Die einzelnen Halbleiterkörper werden mit Vorzug aus der Halbleiterschichtstruktur des Verbundes strukturiert. Insbesondere kann das Verfahren als planares Verfahren, ohne Mesaätzen, Implantation oder Oxidation, durchgeführt werden, bei dem mit Vorzug an der Halbleiterschichtstruktur oder an den strukturierten Halbleiterkörpern keine strukturellen Modifikationen, etwa deren Kristallstruktur betreffend, durchgeführt werden.When Wafer composite is considered here a semiconductor layer structure arranged on a carrier layer, provided for forming a plurality of semiconductor bodies is. The carrier layer can in particular, the growth substrate of the semiconductor layer structure include or be different from this. The individual semiconductor bodies are structured with preference from the semiconductor layer structure of the composite. In particular, the method as a planar method, without mesa etching, implantation or oxidation be, with the preference to the semiconductor layer structure or on the structured semiconductor bodies no structural modifications, such as their crystal structure concerning become.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers für einen erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Halbleiterchip vorgesehen.Prefers is the inventive method for producing a semiconductor body for a radiation-emitting according to the invention Semiconductor chip provided.
Die hier und im folgenden für den Halbleiterchip beschriebenen Merkmale können demnach auch für das erfindungsgemäße Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.The here and in the following for Accordingly, the features described in the semiconductor chip can also be used for the method according to the invention be used and vice versa.
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.Further Features, advantageous embodiments and expediencies The invention will become apparent from the following description of the embodiments in conjunction with the figures.
Es zeigen:It demonstrate:
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weiterhin sei angemerkt, dass die Figuren nicht maßstabs- und größenverhältnistreu angefertigt sind. Einzelne Elemente der Figuren können zur Verdeutlichung vielmehr übertrieben groß dargestellt sein.Same, similar and equally acting elements are in the figures with provided the same reference numerals. It should also be noted that the figures not to scale and faithfully made in size are. Individual elements of the figures may be exaggerated for clarity shown big be.
Der
strahlungsemittierende Halbleiterchip
Der
Injektionsbereich
Das
Anschlusselement
Das
Injektionselement
Zwischen
dem Anschlusselement
Der
Halbleiterkörper
Weiterhin
weist der Halbleiterchip
Die
Verbindungsschicht
Der
Träger
Der
Halbleiterchip
Die
aktive Zone
Die
aktive Zone ist vorzugsweise zwischen zwei Mantelschichten, insbesondere
unterschiedlichen Leitungstyps, die die Halbleiterschichtenfolge
Für eine auf
InxGayAl1-x-y-basierende Halbleiterschichtenfolge
Der
Halbleiterchip
Im
Betrieb des Halbleiterchips
Der
Verlauf des Stroms vom Injektionsbereich
Im
Strahlungsemissionsbereich
Besonders
geeignet ist ein TCO-Material, etwa ZnO:Al, für das Injektionselement. Ein
derartiges Material zeichnet sich durch hohe Leitfähigkeit
in lateraler Richtung bei gleichzeitig hoher Strahlungsdurchlässigkeit
aus. Die hohe Leitfähigkeit
gewährleistet
hierbei eine lateral homogene Ladungsträgerinjektion in den Halbleiterkörper über den
Injektionsbereich
Wie
in
Der
Halbleiterkörper
Die
Halbleiterschicht
Zur
p-Dotierung der Halbleiterschicht
Bevorzugt ist die dem Injektionsbereich zugewandte Mantelschicht mit einem hohen Widerstand in lateraler Richtung ausgeführt. hierzu ist beispielsweise eine InAlP, insbesondere In0,5Al0,5P, Mantelschicht besonders geeignet.The jacket layer facing the injection region is preferably designed with a high resistance in the lateral direction. For this purpose, for example, an InAlP, in particular In 0.5 Al 0.5 P, cladding layer is particularly suitable.
Die
Halbleiterschicht
Der
Injektionsbereich
Der Halbleiterkörper ist also gezielt derart hergestellt, dass die Stromaufweitung möglichst gering gehalten ist. Insbesondere kann so vereinfacht ein vorgegebener Sollwert des Verhältnisses des Flächeninhalts des Injektionsbereichs zum Flächeninhalt des Strahlungsemissionsbereichs kleiner als eins realisiert werden. Mit den oben genannten Werten ergibt sich ein solches Verhältnis zu 0,91.Of the Semiconductor body is thus deliberately made so that the current expansion as possible is kept low. In particular, a predefined one can be simplified in this way Setpoint of the ratio of the area of the injection area to the surface of the radiation emission region smaller than one can be realized. With the above values, such a relationship arises 0.91.
Weiterhin
ist der Strahlungsemissionsbereich
Im
gepulsten Betrieb des Halbleiterchips können aufgrund der gezielten
lateralen Eingrenzung des Strahlungsemissionsbereichs der aktiven
Zone besonders geringe Modulationszeiten erreicht werden. Beispielsweise
ist auf diese Weise vereinfacht eine Modulationszeit von 3 ns erreichbar.
Seitens der Hauptfläche
Die
laterale Begrenzung des Strahlungsemissionsbereichs
Bei der Herstellung des Halbleiterkörpers für den Halbleiterchip wird zunächst ein Strahlungsemissionsbereich der aktiven Zone festgelegt, dessen Flächeninhalt kleiner als der der aktiven Zone ist. Nachfolgend wird die Halbleiterschichtenfolge für den Halbleiterkörper auf einem Aufwachssubstrat, insbesondere zwischen der aktiven Zone und der Hauptfläche des Halbleiterkörpers, gezielt mit einem derart hohen Widerstand in lateraler Richtung gewachsen, dass bei einer Ladungsträgerinjektion in den Halbleiterkörper über einen vorgegebenen Injektionsbereich der Hauptfläche, insbesondere eines Flächeninhalts der kleiner als der des Strahlungsemissionsbereichs ist, die Strahlungserzeugung in der aktiven Zone auf den zuvor festgelegten Strahlungsemissionsbereich beschränkt ist. Der Injektionsbereich und/oder der Strahlungsemissionsbereich können dabei derart festgelegt werden, dass bei gepulstem Betrieb des Halbleiterchips das Produkt aus der Modulationszeit und der im Strahlungsemissionsbereich erzeugten Strahlungsleistung oder der aus dem Halbleiterchip ausgekoppelten Strahlungsleistung einen vorgegebenen Sollwert annimmt. Hierdurch wird eine geringe Modulationszeit bei gleichzeitig aufgrund der vorgegebenen Strahlungsleistung sicheren Datenübertragung ermöglicht.In the production of the semiconductor body for the semiconductor chip, first of all a radiation emission region of the active zone is defined whose surface area is smaller than that of the active zone. Subsequently, the semiconductor layer sequence for the semiconductor body on a growth substrate, in particular between the active zone and the main surface of the semiconductor body, specifically grown with such a high resistance in the lateral direction that at a charge carrier injection into the semiconductor body over a predetermined injection area of the main surface, in particular one Area smaller than that of the radiation emission area, the generation of radiation in the active area is restricted to the predetermined radiation emission area. In this case, the injection region and / or the radiation emission region can be determined in such a way that the product of the modulation time and the radiation power generated in the radiation emission region or the radiation power coupled out of the semiconductor chip assumes a predetermined desired value during pulsed operation of the semiconductor chip. As a result, a small modulation time is enabled at the same time due to the given radiation power secure data transmission.
Zur
Ausbildung des elektrischen Kontaktes zwischen dem Injektionselement
Da
eine zur elektrischen Kontaktbildung geeignete Schicht oftmals eine
vergleichsweise hohe Leitfähigkeit
in lateraler Richtung aufweist, die für einen erfindungsgemäßen Halbleiterchip
aufgrund der schwer kontrollierbaren Stromaufweitung unerwünscht ist,
ist die Kontaktschicht
Bevorzugt
nimmt der Injektionsbereich
Dies
ist bei einem im wesentlichen in Aufsicht im wesentlichen quadratisch
ausgebildeten Halbleiterchip mit einer Kantenlänge von 250 μm und einem
kreisförmigen
Injektionsbereich von 80 μm Durchmesser,
die der Halbleiterchip
In
Im
wesentlichen entspricht der in
Im
Unterschied zu der Schnittansicht in
In
der Variante gemäß
In
Insbesondere
zeigt
Zunächst wird eine geeignete laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers bestimmt. Vorzugsweise entspricht diese Ausdehnung derjenigen von Halbleiterkörpern für herkömmliche Halbleiterchips, etwa 250 × 250 μm2, so dass die diesbezüglichen Parameter der Fertigungs- und/oder Bestückungsautomaten nicht verändert werden müssen. Daraufhin wird ein Teilbereich der aktiven Zone des Halbleiterkörpers als Strahlungsemissionsbereich festgelegt. Der Strahlungsemissionsbereich wird dabei bevorzugt derart festgelegt, dass im Betrieb des Halbleiterchips im Strahlungsemissionsbereich eine vorgegebene Strahlungsleistung erzeugt wird bzw. eine vorgegebene, im Strahlungsemissionsbereich erzeugte Strahlungsleistung aus dem Halbleiterchip auskoppelt werden kann. Weiterhin wird der Strahlungsemissionsbereich bevorzugt derart festgelegt, dass im Betrieb des Halbleiterchips eine vorgegebene Modulationszeit erreicht werden kann.First, a suitable lateral extent of the semiconductor body is determined. Preferably, this extent corresponds to that of semiconductor bodies for conventional semiconductor chips, approximately 250 × 250 μm 2 , so that the relevant parameters of the production and / or placement machines need not be changed. Then, a partial region of the active region of the semiconductor body is set as the radiation emission region. In this case, the radiation emission region is preferably determined such that during operation of the semiconductor chip in the radiation emission region a predetermined radiation power is generated or a predetermined radiation power generated in the radiation emission region can be coupled out of the semiconductor chip. Furthermore, the radiation emission region is preferably determined such that a predetermined modulation time can be achieved during operation of the semiconductor chip.
Nachfolgend,
Für eine effiziente Strahlungserzeugung, insbesondere im roten Spektralbereich, eignet sich eine aktive Zone, die auf dem III-V-Halbleitermaterialsystem InxGayAl1-x-yP basiert, besonders. Durch eine Ausbildung der aktiven Zone als Doppelheterostruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur kann die interne Quanteneffizienz bei der Strahlungserzeugung im Strahlungsemissionsbereich mit Vorteil vereinfacht erhöht werden. Als Aufwachssubstrat ist für eine im wesentlichen auf InxGayAl1-x-yP und/oder AlxGa1-xAs basierende Halbleiterschichtstruktur ein GaAs- oder Ge-Substrat besonders geeignet.For efficient radiation generation, especially in the red spectral region, an active zone based on the III-V semiconductor material system In x Ga y Al 1-xy P is particularly suitable. By forming the active zone as a double heterostructure or multiple quantum well structure, the internal quantum efficiency in the radiation generation in the radiation emission region can advantageously be increased in a simplified manner. As the growth substrate, a GaAs or Ge substrate is particularly suitable for a semiconductor layer structure substantially based on In x Ga y Al 1-xy P and / or Al x Ga 1-x As.
Seitens
der Hauptfläche
Die
Halbleiterschichtstruktur weist eine zwischen der Kontaktschicht
Daraufhin,
Seitens
der Spiegelschicht
Auf
der Hauptfläche
Das
Injektionselement enthält
beispielsweise ein strahlungsdurchlässiges leitfähiges Metalloxid, etwa
ZnO. Zur Ausbildung eines ohmschen Kontakts zum Halbleitermaterial
ist eine p-leitende AlGaAs-Kontaktschicht
Nachfolgend
wird der Waferverbund derart strukturiert, dass eine Mehrzahl von
nebeneinander auf der Trägerschicht
Daraufhin
wird von der der Trägerschicht
gegenüberliegenden
Seite her eine Isolationsschicht
Nachfolgend
werden elektrische Anschlusselemente
Auf
der den Halbleiterkörpern
Entlang
der Linien
Die Halbleiterchips können mit einem über die Ausbildung des Injektionsbereichs, insbesondere die Ausgestaltung des Injektionselements, bestimmten, lateral begrenzten Strahlungsemissionsbereich, in einem planaren Prozess und kostengünstig ohne Modifikationen am Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers nach dem Aufwachsen gefertigt werden. Verglichen mit herkömmlichen Halbleiterchips wird im oben beschriebenen Verfahren lediglich das Injektionselement als zusätzliches Element der Kontaktstruktur des Halbleiterchips ausgebildet. Dies kann durch einen verglichen mit der Herstellung herkömmlicher schnell modulierbarer Halbleiterchips zusätzlichen Maskierungs- oder Strukturierungsschritt erreicht werden, wobei auf kostenintensive strukturelle Modifikationen am Halbleitermaterial verzichtet werden kann.The Semiconductor chips can with one over the Formation of the injection area, in particular the embodiment of the injection element, certain, laterally limited radiation emission region, in a planar process and inexpensive without modifications to the Semiconductor material of the semiconductor body made after growing become. Compared with conventional Semiconductor chips is in the process described above, only the Injection element as additional Element formed the contact structure of the semiconductor chip. This can by a conventional compared to the production additional fast maskable semiconductor chips or additional masking or Structuring step can be achieved, taking on cost-intensive structural modifications to the semiconductor material are dispensed with can.
Es sei angemerkt dass sich die Erfindung selbstverständlich nicht nur auf Halbleiterchips auf InxGayAl1-x-yP und/oder AlxGa1-xAs Basis bezieht. Die Erfindung kann vielmehr auch bei auf anderen Materialsystemen basierenden Halbleiterchips, etwa Halbleiterchips auf InxGayAl1-x-yN-Basis, Anwendung finden.It should be noted that, of course, the invention does not only refer to semiconductor chips on In x Ga y Al 1-xy P and / or Al x Ga 1-x As base. The Rather, the invention can also be applied to semiconductor chips based on other material systems, for example semiconductor chips of In x Ga y Al 1 -xy N-base.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Much more For example, the invention includes every novel feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments is.
Claims (31)
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