TW201640701A - 光電半導體本體及製造光電半導體本體的方法 - Google Patents

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Abstract

一種光電半導體本體(100),包括:半導體層序列(1),其具有:第一導電型式的第一層(10)、第二導電型式的第二層(12)、以及配置在第一層(10)和第二層(12)之間的活性層(11),此活性層(11)在依規定操作時吸收或發出電磁輻射。半導體層序列(1)中存在多個在橫向中相鄰地配置著的注入區(2),其中在每一注入區(2)的內部中須對該半導體層序列(1)作摻雜,使整個注入區(2)的內部中該半導體層序列(1)都具有與第一層(10)相同的導電型式。於此,每一注入區(2)由第一層(10)開始至少一部份穿過該活性層(11)。此外,每一注入區(2)在橫向中由活性層(11)之連續的軌道包圍著,其中該活性層(11)摻雜成較該注入區(2)的摻雜度還低或摻雜成具相反的導電性。在半導體本體(100)操作時,電荷載體至少一部份由第一層(10)到達該些注入區(2)中且由該處直接注入至活性層(11)中。

Description

光電半導體本體及製造光電半導體本體的方法
本發明涉及一種光電半導體本體。此外,本發明亦涉及一種製造光電半導體本體的方法。
本專利申請案主張德國專利申請案10 2015 104 665.2之優先權,其已揭示的整個內容收納於此以作為參考。
本發明的目的是提供一種光電半導體本體,其中可特別有效地使電荷載體注入至活性層中。本發明的另一目的是提供一種製造光電半導體本體的方法。
上述目的藉由請求項獨立項之標的及方法來達成。有利的構成及其它形式是請求項附屬項之標的。
依據至少一實施形式,光電半導體本體包括半導體層序列,其具有:第一導電型式的第一層、第二導電型式的第二層、以及配置在第一層和第二層之間的活性層。此活性層係用於在依規定操作時發出或吸收電磁輻射且接著例如將該電磁輻射轉換成電子信號或光學信號。第一層例如可以是一種p摻雜層,其具有電洞以作為電荷載體。第二層例如是一種n摻雜層,其以電子作為電荷載體。或是,上述二層亦可反過來或相同地摻 雜,例如n摻雜或p摻雜。此處及以下所述的導電型式是指主電荷載體,即,n摻雜層中的電子及p摻雜層中的電洞。
於此,所謂第一層及/或第二層特別是亦可分別解釋成一種由多個各別層構成的層序列。例如,第一層包括介於半導體層序列之第一主側和該活性層之間的全部之半導體層。第二層例如可包括介於半導體層序列之與第一主側相面對的第二主側和該活性層之間的全部之層。
該半導體層序列例如是以III/V-化合物半導體材料為主。此半導體材料例如是氮化物-化合物半導體材料,例如,AlnIn1-n-mGamN,或磷化物-化合物半導體材料,例如,AlnIn1-n-mGamP,或砷化物-化合物半導體材料,例如,AlnIn1-n-mGamAs或AlnIn1-n-mGamAsP,其中0≦n≦1,0≦m≦1且m+n≦1。因此,此半導體層序列可具有摻雜物質以及其它成份。然而,為了簡化之故,只提供該半導體層序列之晶格的主要成份,即,Al,As,Ga,In,N或P,這些主要成份之一部份亦可由少量的其它物質來取代及/或補充。該半導體層序列優先以AlInGaN為主。
該半導體層序列之活性層特別包含至少一pn接面(junction)及/或至少一量子井結構。操作時由該活性層中產生的輻射特別是位於400奈米(含)和800奈米(含)之間的光譜區中。
依據至少一實施形式,半導體本體包括多個在橫向中相鄰地配置著的注入區,其中在每一注入區的內部中須對該半導體層序列作摻雜,使全部的注入區的內部中該半導體層序列都具有與第一層相同的導電型式。該注入區因此是半導體層序列之一摻雜的部份區域,例如,p摻雜區,當第一層同樣是p摻雜時。於此,上述的橫向特別是指一種與半導體層序列之主延伸方向平行的方向。
依據至少一實施形式,每一注入區由第一層開始至活性層中且至少一部份或全部穿過該活性層。於此,每一注入區優先在橫向中由活性層之連續的軌道包圍著,其中在該注入區周圍之該連續的軌道中該活性層摻雜成較該注入區的摻雜度還低或摻雜成具相反的導電性。該注入區因此在橫向中係由一摻雜區之在摻雜度較小或相反摻雜的區域中之接面來限定或界定。
沿著活性層切割而形成的橫切面中,該注入區例如具有圓形、卵形、六角形或矩形的橫切面形式。在該切面圖中,該注入區優先完全地且無斷開地以該活性層為鑲邊。
每一注入區不同於其周圍之其餘的半導體層序列、特別是每一注入區周圍之活性層,之處只在於摻雜度或摻雜方式。半導體層序列及各注入區之材料成份除了摻雜物質之濃度以外例如都相同。此外,半導體層序列之各層的幾何外形不受該注入區的影響。
然而,亦可藉由高的摻雜度使該注入區內部中晶格的主要成份改變。特別是,可藉由高的摻雜度使晶格的主要成份,例如,AlInGaN半導體層序列中的銦(In),移出或向內漂移。該注入區中的銦含量因此較相鄰的半導體層序列之銦含量提高或下降例如至少10%或50%。
依據至少一實施形式,在半導體本體操作時電荷載體至少一部份由第一層注入至該注入區中且由該處直接注入至活性層中。注入區及其相鄰的活性層因此直接在電性上互相接觸,且不需其它的層(例如,隔離層)即可互相隔開且電性上相隔離。
在至少一實施形式中,光電半導體本體包括一個半導體層序列,其具有:第一導電型式的第一層、第二導電型式的第二層、以及配置在第一層和第二層之間的活性層,其在依規定操作時吸收或發出電磁輻射。半導體本體中存在著多個在橫向中相鄰配置著的注入區,其中每一注入區的內部中須對該半導體層序列作摻雜,使整個注入區之內部中該半導體層序列都具有與第一層相同的導電型式。於此,每一注入區都由第一層開始且至少一部份穿過活性層。此外,每一注入區在橫向中都由活性層之連續的軌道包圍著,其中該活性層摻雜成較該注入區的摻雜度還低或摻雜成具相反的導電性。在半導體本體操作時,電荷載體至少一部份由第一層到達該些注入區中且由該處直接注入至活性層中。
此處描述的發明另外基於下述的認知:特別是氮化物為主的LEDs之內部量子效率會由於劣化的電洞輸送而下降。活性層中劣化的電洞輸送通常會由於活性層內部中量子井的位障高度而延緩。然而,極化電荷之發生亦將使電洞輸送受到延緩。
此處描述的發明另外使用下述概念:以區域方式對該活性層作摻雜,使電荷載體(主要是電洞)可由第一層到達活性層之摻雜區且由該處有效地注入至活性層中,特別是經由該活性層之全部的厚度。因此,在使用一種多量子井結構時,可優先地使電荷載體均勻地注入至全部的量子井中。這樣可使整個半導體本體之效率提高。
依據至少一實施形式,已生長的半導體層序列之該些注入區重疊著。即,首先完全地生長該半導體層序列,只有在生長之後才藉由摻雜過程帶來該些注入區。這樣特別會導致以下的結果:主要是該活性層的幾何外形不會受該些注入區之位置和形式所影響。該些注入區因此是半導體層序列內部中的摻雜之部份區域,其重疊於該半導體層序列上。
這樣的結果是,平均而言該些注入區之位置亦與半導體層序列內部中可能存在的晶體缺陷(imperfection)之位置無關。所述晶體缺陷例如以晶格差排(dislocation)的形式存在著。晶格差排例如是在半導體層序列生長時由於依據生長基板調整晶格常數而產生者。該些晶體缺陷或晶格差排優先以純統計方式而分佈 著,其因此在半導體層序列內部中未具有規則的幾何配置。
以GaN為主的半導體材料中,晶格差排密度在藍寶石-基板上生長時典型上是每平方厘米107至109,但在GaN-基上生長時晶格差排密度可以較上述值少數個數量級。
特別是以氮化物為主的半導體材料中,由於此種晶格差排而在活性層中發生V形的凹痕,即,所謂的V坑(Pits)。活性層中此種凹痕典型上具有一種垂直於活性層之主延伸方向的深度,其至少是30奈米或至少是100奈米。
此處描述的發明中,優先在半導體層序列生長時產生的V坑係與上述注入區毫無關係。即,V坑的位置平均而言與上述注入區的位置無關。
依據至少一實施形式,半導體層序列之晶格差排(特別是V坑)的機率存在於注入區內部中,此機率最高是50%或最高是10%或最高是1%。
依據至少一實施形式,該活性層係平坦地穿過該些注入區的至少50%或至少90%或至少99%之內部而延伸。「平坦地穿過」在此處是指:該活性層在全部的注入區之內部中都不具有步級或結構或凹痕,其垂直於活性層之主延伸方向的深度大於10奈米或大於20奈米。另一方式或額外地,平均而言該活性層之面積的至少50%或90%或99%形成在每一注入區之內部中。
依據至少一實施形式,每一注入區所具有的摻雜濃度是每立方厘米至少1018或1019或1020或1021個摻雜原子。此種摻雜濃度優先存在於整個注入區之內部中。
依據至少一實施形式,該些注入區外部中的活性層之內部中的摻雜濃度較該些注入區內部中者小至少2倍或至少5倍或至少10倍或成相反的摻雜。以GaN為主的半導體材料中,活性層例如輕微地成n摻雜,該些注入區則優先成p摻雜。
依據至少一實施形式,該活性層具有量子井結構,其具有至少一個或多個量子井層。於是,二個相鄰的量子井層之間例如分別配置至少一個位障層。於此,量子井層之區域中價帶和導電帶之間的能帶間隙小於位障層之區域中的能帶間隙。經由量子井層之寬度和量子井層中產生的能量間隙,可調整輻射的波長,該輻射係在量子井層內部中發生重組時發出。該些位障層和量子井層之主延伸方向因此基本上係平行於該活性層之主延伸方向而延伸。上述寬度係垂直於該主延伸方向而測得。
由於量子井結構內部中存在著該些注入區,則在操作時例如可使電荷載體由第一層均勻地注入至全部的量子井層上且因此在與未具備上述注入區的組件相比較下本案組件之量子效率較高。
依據至少一實施形式,該些注入區在離開第一層的方向中變細。例如,該些注入區可形成為棱錐體 形式、錐體形式或圓頂形式,亦可形成為半球形或半旋轉橢圓體形式。
依據至少一實施形式,該些注入區完全穿過活性層且至少一部份伸入至第二層中。於此,該些注入區較佳是伸入至第二層中至少50奈米或至少100奈米或至少150奈米。另一方式或額外地,該些注入區伸入至第二層中最多300奈米或最多250奈米或最多200奈米。
依據至少一實施形式,半導體層序列係以氮化物-化合物半導體材料為主,半導體層序列之全部的層特別是以氮化物化合物半導體材料為主。
依據至少一實施形式,第一層及該些注入區係p-摻雜且具有電洞以作為第一導電型式。
活性層例如可具有一種以AlGaInN為主的量子井結構。
依據至少一實施形式,活性層的俯視圖中該些注入區配置在規則的柵格之柵格點上。特別是,該些注入區以矩陣形式或六角形方式沿著活性層而分佈著。因此,該些注入區沿著活性層所形成的配置較佳為不是隨意的而是跟隨著一種圖樣(pattern)且是週期性的或規則性的。
依據至少一實施形式,該些注入區於活性層內部中具有一種直徑或一種寬度,其在橫向中測得之值分別為至少100奈米或至少150奈米或至少200奈米。另一方式或額外地,該些注入區之直徑或寬度最多500奈米或最多250奈米或最多200奈米。於此,所述直徑 或寬度例如是最大直徑或平均直徑或最大寬度或平均寬度。
依據至少一實施形式,第一層具有一種垂直於半導體層序列之主延伸方向的厚度,其最多1微米,較佳是最多0.5微米。第二層之厚度較佳是在3微米(含)和6微米(含)之範圍中。活性層之厚度例如介於50奈米(含)和200奈米(含)之間且例如可具有5個至10個量子井層。
依據至少一實施形式,該些注入區沿著整個活性層之面積佔有密度是至少0.5%或至少1%或至少2%。另一方式或額外地,該面積佔有密度是最多30%或最多10%或最多3%。藉由選取此種面積佔有密度,則一方面可使電荷載體有效地注入至活性層中,另一方面,可使活性層保留足夠的「不具備注入區之面積」,以確保高的光效益。
依據至少一實施形式,全部的注入區之每一注入區內部中的摻雜濃度都是均勻的且是定值的。另一方式是,該些注入區內部中的摻雜濃度亦可具有梯度(gradient),使該摻雜濃度例如由內向外在橫向中連續地變小。該摻雜濃度亦可在垂直於活性層之主延伸方向中具有一種梯度。例如,該摻雜濃度在離開第一層的方向中在該注入區內部中變小。
依據至少一實施形式,半導體層序列施加在一載體上。於此,該載體可施加在半導體層序列之遠離-或面向第一層之一側上。特別是,該載體可以是用於半 導體層序列之生長基板或事後施加的輔助載體。該載體特別是用於使半導體層序列穩定且以機械方式承載該半導體層序列。例如,半導體本體以自我承載方式形成為表面發射器或體(volume)發射器。例如,半導體本體可以是藍寶石晶片或薄膜晶片。
此外,本發明提供一種製造光電半導體本體的方法。本方法特別適合用於製造此處描述的光電半導體本體。即,整體上與光電半導體本體有關聯而揭示的特徵亦揭示於本方法中且反之亦然。
依據至少一實施形式,製造光電半導體本體的方法具有步驟A,此步驟A中須製備:第一導電型式的第一層、第二導電型式的第二層、以及配置在第一層和第二層之間的活性層所形成的半導體層序列,其中在依規定而操作時由該活性層吸收或發出電磁輻射。
在隨後的步驟B中,在至少一橫向中已界定且在橫向中有邊界的注入區中明確地對該半導體層序列進行摻雜。於此,步驟B中須進行摻雜,使整個注入區內部中該半導體層序列都具有與第一層相同的導電型式。較佳是,這樣所形成的注入區由第一層開始至少一部份穿過該活性層。在步驟B中的摻雜過程之後,該注入區例如橫向中一部份或全部由該活性層之連續未中斷的軌道包圍著,其中該活性層摻雜成較該注入區的摻雜度還低或摻雜成具相反的導電性。
依據至少一實施形式,步驟B中一遮罩施加在第一層之遠離該活性層之此側上。該遮罩因此較佳是 具有至少一視窗,該半導體層序列裸露在該視窗中。該半導體層序列之位於該視窗外部的區域係由該遮罩覆蓋著。
依據至少一實施形式,該摻雜係藉由離子植入過程來達成,其中該遮罩之遠離該活性層之一側的摻雜原子射擊在該遮罩上。然後,半導體層序列之摻雜係在視窗之區域中進行,較佳是只在該視窗之區域中進行。遮罩下方的摻雜較佳是受到該遮罩所抑制,特別是完全受到抑制。
依據至少一實施形式,製造該遮罩時首先在半導體層序列上施加一種遮罩層。然後,藉由微影術,像是步進器(stepper)方法或奈米沖製微影術,使該遮罩結構化且因此在該遮罩層中產生至少一視窗。
依據至少一實施形式,該遮罩具有一種金屬,像是金、銀、鋁、鈦或鋼,或由該種金屬構成。該遮罩亦可由光阻形成或具有一種光阻。
依據至少一實施形式,在進行離子植入過程使該注入區受到摻雜之後,半導體層序列受到一種熱恢復過程。此種恢復過程中由該離子植入過程產生的一些缺陷或晶格缺陷會復原或回到原狀。於是,半導體本體之光學效率可更加提高。就該恢復過程而言,半導體層序列例如加熱到至少1000℃之溫度。
依據至少一實施形式,半導體層序列在步驟A之前係生長在一種生長基板上,其中首先生長第二層,然後活性層,然後生長第一層。然後,在步驟B中 例如藉由離子植入而由遠離該生長基板之一側來對該半導體層序列進行摻雜。步驟B之後,例如在該半導體層序列之遠離該生長基板之此側上施加一輔助載體且將該生長基板剝離。以此方式例如可製成一種薄膜半導體晶片,其具有上述之注入區。然而,另一方式是亦可在半導體本體中保留著該生長基板且不需一種輔助載體。以此方式例如可產生一種體半導體晶片,例如,藍寶石晶片。上述生長基板例如可以是一種矽基板或GaAs基板或GaN基板或SiC基板或藍寶石生長基板。
然後,將參考各圖式依據多個實施例來詳述此處所述的光電半導體本體及製造光電半導體本體的方法。相同的參考符號因此指出各別圖式中相同的元件。然而,未依比例繪製各元件,反之,為了更容易理解可放大地顯示出各別元件。
1‧‧‧半導體層序列
2‧‧‧注入區
3‧‧‧遮罩
4‧‧‧晶格差排/V坑
10‧‧‧第一層
11‧‧‧活性層
12‧‧‧第二層
13‧‧‧載體
30‧‧‧視窗
100‧‧‧光電半導體本體
110‧‧‧量子井層
111‧‧‧位障層
第1A圖、第4A圖和第4B圖係光電半導體本體之實施例的俯視圖。
第1B圖、第1C圖和第2圖係光電半導體本體之實施例的橫切面圖。
第3A圖至第3C圖係製造光電半導體本體之方法中各步驟之實施例的橫切面圖。
第1A圖中顯示一種在光電半導體本體100之半導體層序列1之活性層11上的光電半導體本體100 之俯視圖。活性層11係由注入區2來實現,各注入區2目前規則地配置成矩形或正方形的矩陣圖樣。各注入區2於此具有圓形或橢圓形的橫切面。特別是,第1A圖中各注入區2不是任意地分佈在半導體層序列1的內部中而是配置在規則的柵格之固定的柵格點上。
第1B圖顯示光電半導體本體100沿著第1A圖中之線AA’的實施例。可辨認的是,半導體本體100具有載體13,其上施加半導體層序列1。半導體層序列1例如可生長在載體13之主側上。載體13例如是用於半導體層序列1之生長基板。載體13例如是藍寶石載體,半導體層序列1例如以AlInGaN為主。
半導體層序列1包括第一導電型式的第一層10、活性層11以及第二導電型式的第二層12,其中活性層11配置在第一層10和第二層12之間且第二層12係面向載體13。目前第一層10例如是p摻雜,第二層12例如是n摻雜。活性層11可未摻雜或例如輕微地n摻雜。
第1B圖中另外可辨認第1A圖中的注入區2之橫切面。注入區2是半導體層序列1之摻雜的部份區域,此時須選擇該摻雜,使整個注入區2之內部中都存在著與第一層10相同的導電型式。例如,注入區2就像第一層10一樣係p摻雜且具有電洞以作為主電荷載體。該注入區2內部中的摻雜濃度例如每立方厘米至少1018個摻雜原子。所述摻雜原子例如是鎂。
注入區2須重疊於半導體層序列1上,使該注入區2之位置和幾何形式對該半導體層序列1內部中的各層之外形都不會有影響。特別是,該注入區2以與半導體層序列1相同的基材為主且只在與半導體層序列1之其餘部份相比較下才另外摻雜或受到更強的摻雜。活性層11平坦地穿過整個注入區2之內部而延伸且不具有垂直範圍大於20奈米的步級或凹痕。「垂直」此處是指與活性層11之主延伸方向垂直的方向。特別是,注入區2內部中不存在例如V坑4形式的柵格缺陷。主要是在注入區2內部中發現的柵格缺陷,例如,柵格差排或V坑4,之機率較佳是最多50%。V坑4在橫向中配置在注入區2旁。V坑4在橫切面圖中顯示成活性層11中的V形凹痕。
注入區2在第1B圖中經由整個第一層10和整個活性層11而延伸且一部份伸入至第二層12中例如至少50奈米。於此,注入區2在離開第一層10的方向中變細。橫向(即,平行於半導體層序列1之主延伸方向)中該注入區2完全由活性層11之連續未中斷的軌道包圍著,活性層11中摻雜度是與注入區2中者相反或至少較注入區2中者小二個數量級。目前該注入區2之橫切面形式是圓頂形式。
第1C圖中顯示沿著第1A圖中的線BB’經由半導體本體100所形成的橫切面圖。線BB’於此未與半導體層序列1之注入區2相交。半導體層序列1之層構造除了注入區2以外都與第1B圖中的層構造相同。特別 是,第1B圖和第1C圖中活性層11之幾何外形除了隨機發生於第1B圖中的V坑4以外都相同。這表示:活性層11之外形未受注入區2之位置和形式所影響。
第2圖中顯示半導體本體100之一實施例的又一橫切面。目前活性層11係由一種具有多個交替地疊置的量子井層110和位障層111之量子井結構形成。活性層11於此例如具有一種介於50奈米(含)和200奈米(含)之間的厚度。各量子井層110例如分別具有一種介於2奈米(含)和10奈米(含)之間的厚度。第2圖之量子井結構例如以AlInGaN為主且具有介於10個和20個之間的量子井層110。於此,量子井層110內部中的能帶間隙較佳是小於位障層111內部中者。
此外,第2圖顯示半導體本體100操作時半導體層序列1之各層的內部中電荷載體的流動。第一電荷載體(例如,電洞)由第一層10注入至注入區2中。第一電荷載體可由注入區2直接到達活性層11中。於此,第一電荷載體分佈在全部的量子井層110上,使第一電荷載體注入至量子井層110中。第一電荷載體因此較佳是分佈在全部的量子井層110上,特別是均勻地分佈著。此外,第二電荷載體(例如,電子)由第二層12同樣注入至活性層11及所屬的量子井層110中。量子井層110內部中因此可造成電子和電洞的重組,這樣就可優先在紫外線範圍中或可見光範圍中產生電磁輻射。於此,該注入區2使全部的量子井層110中進行一種輻射產生,這樣可使半導體本體100之量子效率較未具備注入區的半導體本體者還高。
第3A圖至第3C圖之實施例中顯示製造光電半導體本體100的方法中不同之步驟。半導體本體100於此係分別在橫切面中觀看而得。
第3A圖中首先在載體13上製備半導體層序列1。半導體層序列1之各別的層之排列順序於此係對應於第1C圖所示之順序。在第一層10之遠離載體13之一側上另外施加一種遮罩3,其例如由鋁或銀或金之類的金屬構成。遮罩3另具有一視窗30,其中裸露出半導體層序列1之遠離載體13之此側。其餘的半導體層序列1以遮罩3覆蓋著。
此外,第3A圖顯示離子植入過程之起始步驟,其中例如離子化的鎂原子擊中該遮罩3之遠離載體13之一側。
第3B圖顯示本方法的一個步驟,其後藉由離子植入使摻雜過程結束。藉由摻雜過程使視窗30之區域中產生一種注入區2,其中半導體層序列1受到摻雜。在視窗30外部的區域中該遮罩3下方,該半導體層序列1未摻雜或受到較少量的摻雜。遮罩3因此使來自離子植入過程的離子受到屏蔽或被截獲。
第3C圖中顯示一與第3B圖相同的實施例,不同處只在:摻雜過程之後去除該遮罩3。已製成的光電半導體本體100的其餘部份保留著。
第4A圖和第4B圖顯示光電半導體本體100之其它實施例中半導體層序列1之活性層11的俯視圖。第4A圖中各注入區2以規則的六角形圖樣配置著,第 4B圖中各注入區2則以正方形的矩陣圖樣配置著。第4A圖中各注入區2具有圓形或卵形的橫切面形式,反之,第4B圖中各注入區2具有正方形的橫切面形式。各注入區2之配置及各注入區2之幾何的橫切面形式可由遮罩3中視窗30之幾何形式和配置來決定。
此外,第4A圖中顯示多個V坑4形式的晶格差排4,其由於生長在半導體層序列1中而產生。於此,V坑4任意地且不規則地或非週期地分佈在半導體層序列1中。特別是,各注入區2之位置係與V坑4之位置不相關。
本發明當然不限於依據各實施例所作的描述。反之,本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合,特別是包含各請求項之各別特徵之每一種組合,當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示在各請求項中或各實施例中時亦屬本發明。
1‧‧‧半導體層序列
2‧‧‧注入區
10‧‧‧第一層
11‧‧‧活性層
12‧‧‧第二層
13‧‧‧載體
100‧‧‧光電半導體本體
110‧‧‧量子井層
111‧‧‧位障層

Claims (19)

  1. 一種光電半導體本體(100),具有:半導體層序列(1),其具有:第一導電型式的第一層(10)、第二導電型式的第二層(12)、以及配置在第一層(10)和第二層(12)之間的活性層(11),此活性層(11)在依規定操作時吸收或發出電磁輻射,多個在橫向中相鄰地配置著的注入區(2),其中在每一注入區(2)的內部中須對該半導體層序列(1)作摻雜,使整個注入區(2)的內部中該半導體層序列(1)都具有與第一層(10)相同的導電型式,其中每一注入區(2)由第一層(10)開始至少一部份穿過該活性層(11)且每一注入區(2)在橫向中由活性層(11)之連續的軌道包圍著,其中該活性層(11)摻雜成較該注入區(2)的摻雜度還低或摻雜成具相反的導電性,在操作時,電荷載體至少一部份由第一層(10)到達該些注入區(2)中且由該處直接注入至活性層(11)中。
  2. 如請求項1之光電半導體本體(100),其中該些注入區(2)完全穿過該活性層(11)且至少一部份向內伸入至第二層(12)中。
  3. 如請求項1或2之光電半導體本體(100),其中已生長的半導體層序列(1)之該些注入區(2)重疊著,使得平均而言該些注入區(2)之位置亦與半導體層序列(1)內部中可能存在的晶體缺陷之位置無關。
  4. 如請求項1至3中任一項之光電半導體本體(100),其中 一注入區(2)內部中發現半導體層序列(1)之晶格差排的機率最高是50%,該活性層平坦地穿過該些注入區(2)的至少50%之內部而延伸。
  5. 如請求項1至4中任一項之光電半導體本體(100),其中每個整個注入區(2)內部中都存在每立方厘米至少1018個摻雜原子的摻雜濃度,該些注入區(2)外部中該活性層(11)內部的摻雜濃度較該些注入區(2)中者至少小二個數量級或摻雜成具有相反的導電性。
  6. 如請求項1至5中任一項之光電半導體本體(100),其中活性層(11)包含具有至少一量子井層(110)之量子井結構,在二個相鄰的量子井層(110)之間分別配置至少一位障層(111),量子井層(110)之區域中價帶和導電帶之間的能帶間隙小於位障層(111)之區域中者,該些位障層(111)和量子井層(110)之主延伸方向基本上係平行於半導體層序列(1)之主延伸方向而延伸。
  7. 如請求項1至6中任一項之光電半導體本體(100),其中該些注入區(2)在離開第一層(10)的方向中漸細, 該些注入區(2)完全穿過活性層(11)且伸入至第二層(12)中,該些注入區(2)伸入至第二層(12)中至少50奈米且最多300奈米。
  8. 如請求項1至7中任一項之光電半導體本體(100),其中半導體層序列(1)以氮化物化合物半導體材料為主,第一層(10)及該些注入區(2)係p摻雜且具有電洞以作為第一導電型式。
  9. 如請求項1至8中任一項之光電半導體本體(100),其中在活性層(11)之俯視圖中該些注入區(2)配置在規則的柵格之柵格點上。
  10. 如請求項1至9中任一項之光電半導體本體(100),其中該些注入區(2)於活性層(11)內部中具有一種直徑,其在橫向中測得之值分別為至少100奈米且最多500奈米。
  11. 如請求項1至10中任一項之光電半導體本體(100),其中該些注入區(2)沿著整個活性層(11)之面積佔有密度是介於0.5%(含)和30%(含)之間。
  12. 如請求項1至11中任一項之光電半導體本體(100),其中該些注入區(2)在離開第一層(10)的方向中變細且形成為圓頂形式, 該些注入區(2)內部中的摻雜濃度由內向外在橫向中連續地變小。
  13. 如請求項1至12中任一項之光電半導體本體(100),其中半導體層序列(1)施加在載體(13)上,載體(13)施加在半導體層序列(1)之遠離第一層(10)或面向第一層(10)之一側上,半導體本體(100)形成為表面發射器或體發射器。
  14. 一種製造光電半導體本體(100)的方法,具有以下步驟:A)製備半導體層序列(1),其具有:第一導電型式的第一層(10)、第二導電型式的第二層(12)、以及配置在第一層(10)和第二層(12)之間的活性層(11),此活性層(11)在依規定操作時吸收或發出電磁輻射,B)在至少一橫向中已界定且在橫向中有邊界的注入區(2)中明確地對該半導體層序列(1)進行摻雜,其中在步驟B)中所進行摻雜,使整個注入區(2)內部中該半導體層序列(1)都具有與第一層(10)相同的導電型式,該注入區(2)由第一層(10)開始至少一部份穿過該活性層(11),步驟B)中的摻雜過程之後,該注入區(2)在橫向中由該活性層(11)之連續未中斷的軌道包圍著,其中該活性層(11)摻雜成較該注入區(2)的摻雜度還低或摻雜成具相反的導電性。
  15. 如請求項14的方法,其中在步驟B)之前,一遮罩(3)施加在第一層(10)之遠離該活性層(11)之此側上,該遮罩(3)具有至少一視窗(30),該半導體層序列(1)裸露在該視窗(30)中,該摻雜係藉由離子植入過程來達成,其中該遮罩(3)之遠離該活性層(11)之一側的摻雜原子擊中在該遮罩(3)上,半導體層序列(1)之摻雜係在視窗(30)之區域中進行,遮罩(3)下方該半導體層序列(1)的摻雜受到該遮罩(3)所抑制。
  16. 如請求項15的方法,其中製造該遮罩(3)時首先在半導體層序列(1)上施加一種遮罩層,然後,藉由微影術或奈米沖製微影術在該遮罩層中產生至少一視窗(30),該遮罩(3)具有一種金屬。
  17. 如請求項15或16的方法,其中在進行該離子植入過程之後,半導體層序列(1)受到一種熱恢復過程。
  18. 如請求項14至17中任一項的方法,其中半導體層序列(1)在步驟A)之前係生長在一種生長基板(4)上,其中首先生長第二層(12),然後活性層(11),然後生長第一層(10),在步驟B)中由遠離該生長基板(4)之一側來對該半導體層序列(1)進行摻雜, 步驟B)之後在該半導體層序列(1)之遠離該生長基板(4)之此側上施加一輔助載體且將該生長基板(4)剝離。
  19. 如請求項14至18中任一項的方法,其中該些注入區(2)由第一層(10)開始完全穿過該活性層(11)且至少一部份向內伸入至第二層(12)中。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015104665A1 (de) * 2015-03-26 2016-09-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
DE102015120896A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh Elektronisches Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils
JP6405430B1 (ja) * 2017-09-15 2018-10-17 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法
US11271143B2 (en) * 2019-01-29 2022-03-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
DE102019106419A1 (de) * 2019-03-13 2020-09-17 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen halbleiterchips
DE102019129619A1 (de) * 2019-11-04 2021-05-06 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches halbleiterbauteil
EP4216291A1 (en) * 2022-01-19 2023-07-26 Nichia Corporation Light emitting element and method of manufacturing same
DE102022108234A1 (de) 2022-04-06 2023-10-12 Ams-Osram International Gmbh Verfahren zur herstellung eines aufwachssubstrats, aufwachssubstrat und strahlungsemittierender halbleiterchip

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8304008A (nl) * 1983-11-22 1985-06-17 Philips Nv Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling.
JPH05251743A (ja) * 1992-03-06 1993-09-28 Omron Corp 発光素子
US5963568A (en) * 1996-07-01 1999-10-05 Xerox Corporation Multiple wavelength, surface emitting laser with broad bandwidth distributed Bragg reflectors
JPH10163576A (ja) 1996-12-02 1998-06-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 化合物半導体素子の製造方法
JPH11233814A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Sanyo Electric Co Ltd 半導体発光素子
JP3786544B2 (ja) * 1999-06-10 2006-06-14 パイオニア株式会社 窒化物半導体素子の製造方法及びかかる方法により製造された素子
JP3909811B2 (ja) * 2001-06-12 2007-04-25 パイオニア株式会社 窒化物半導体素子及びその製造方法
TW558846B (en) 2001-06-15 2003-10-21 Nichia Corp Nitride semiconductor light emitting element and light emitting device using the same
US20070005724A1 (en) * 2003-11-27 2007-01-04 Junichi Hirai Communication control device and method
JP4765415B2 (ja) 2005-06-02 2011-09-07 日立電線株式会社 発光ダイオード及びその製造方法
US7535031B2 (en) * 2005-09-13 2009-05-19 Philips Lumiled Lighting, Co. Llc Semiconductor light emitting device with lateral current injection in the light emitting region
WO2007059146A2 (en) 2005-11-14 2007-05-24 Applied Materials, Inc. Led having lateral current injection active region
JP5358955B2 (ja) * 2008-01-15 2013-12-04 住友電気工業株式会社 p型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法
KR101053761B1 (ko) 2008-11-11 2011-08-02 주식회사 동부하이텍 이미지 센서의 제조 방법
US8395141B2 (en) 2009-07-06 2013-03-12 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Compound semiconductors
US8525221B2 (en) * 2009-11-25 2013-09-03 Toshiba Techno Center, Inc. LED with improved injection efficiency
US8421057B2 (en) * 2010-06-25 2013-04-16 Invenlux Corporation Light-emitting devices with improved active-region
JP2013051340A (ja) 2011-08-31 2013-03-14 Seiko Epson Corp 発光装置、スーパールミネッセントダイオード、およびプロジェクター
US8698163B2 (en) * 2011-09-29 2014-04-15 Toshiba Techno Center Inc. P-type doping layers for use with light emitting devices
DE102012217640B4 (de) 2012-09-27 2020-02-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102013103602A1 (de) 2013-04-10 2014-10-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu seiner Herstellung
KR20150025264A (ko) * 2013-08-28 2015-03-10 삼성전자주식회사 정공주입층을 구비하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
DE102014115599A1 (de) * 2013-10-28 2015-04-30 Seoul Viosys Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
CN104362232B (zh) 2014-10-28 2019-03-29 天津三安光电有限公司 一种发光二极管
DE102015104665A1 (de) 2015-03-26 2016-09-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
JP6929987B2 (ja) 2019-03-12 2021-09-01 キヤノン株式会社 画像処理装置、画像処理装置の制御方法及びプログラム

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Publication number Publication date
US10490695B2 (en) 2019-11-26
WO2016151112A1 (de) 2016-09-29
TWI591850B (zh) 2017-07-11
US20200052153A1 (en) 2020-02-13
JP2018510510A (ja) 2018-04-12
CN107431104A (zh) 2017-12-01
CN107431104B (zh) 2020-05-12
US20180062029A1 (en) 2018-03-01
JP6526227B2 (ja) 2019-06-05
JP2019165236A (ja) 2019-09-26
DE102015104665A1 (de) 2016-09-29
US10910516B2 (en) 2021-02-02
JP7050717B2 (ja) 2022-04-08

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