Led半导体本体的制作方法

专利名称：Led半导体本体的制作方法
LED半导体本体
本发明涉及一种LED半导体本体，其设计用于产生辐射。
本专利申请要求德国专利申请10 2006 035 627.6的优先权，其公开 内容通过引用结合于此。
在LED半导体本体中，内部量子效率、即半导体本体内产生的光 子与注入半导体本体内的电子-空穴对的比例常常明显小于理想值。
本发明的任务是，提出一种带有改进的特性的LED半导体本体。
特别地，应当提高内部量子效率以及减小在LED半导体本体的工作中发
射的辐射的频语宽度。此外，在大工作电流情况下应当改善所发射的辐 射的功率在工作电流方面的线性。
该任务借助带有独立权利要求1的特征的LED半导体本体来解决。 在根据本发明的LED半导体本体的一个实施形式中，LED半导体 本体具有半导体层序列，该半导体层序列包括用于产生非相干的辐射而 设计的量子结构，该量子结构带有至少一个量子层和至少一个势垒层。 在此，量子层和势垒层以彼此相反的符号(Vorzeichen )而应变 (versparmt)。
因为势垒层具有应变，该应变具有与量子层的应变相反的符号，所 以量子层的应变可以借助势垒层的应变来补偿。这可以导致半导体层序 列的改进的晶体质量。在强烈应变的量子层中更多地形成的位错 (Versetzung)于是可以有利地被减小。
半导体的固有的晶格常数通常取决于半导体的材料组成。在足够薄 的半导体层的情况下，半导体层的晶格常数可能会与半导体材料的相应 的固有晶格常数有偏差。
在本发明的范围中，当在参考层上的例如外延的沉积中形成带有如 下晶格常数的半导体层时，半导体层尤其被视为应变该晶格常数在横 向方向上、即在垂直于沉积方向的方向上与半导体层的固有的晶格常数 不同。在此，应变的半导体层的晶格常数在横向方向上等于参考层的晶 格常数。
参考层特别是可以是生长衬底，在该生长衬底上进行半导体层的沉 积，或者可以是半导体緩冲层，该半导体緩冲层的晶格常数与半导体緩沖层的固有晶格常数没有或没有明显偏差。
如上面所描述的那样在横向方向上具有参考层的晶格常数并且其 中应变没有或者仅仅少部分地以位错的形式构建的应变半导体层也称
为布￡晶(pseudomorph )。
其晶格常数小于其固有晶格常数的半导体层称为是压应变的或者
正应变的。
与此类似，其晶格常数大于其固有晶格常数的半导体层称为是张应 变的或者负应变的。
压应变即正应变和拉应变即负应变的半导体层由此具有带有彼此 相反符号的应变。
半导体层的累积的应变可以通过位于其上或其下的半导体层借助 带有相反符号的应变来部分或完全地补偿，这也称为应变补偿。针对n 个相叠设置的应变的半导体层的应变的度量是所谓的平均应变VQ，该平 均应变通过下式给出
其中fi是第1半导体层的应变，而d!是第1半导体层的厚度。乘积f严d!
是第l半导体层的应变和层厚度的乘积。在此，应变f,通过下式给出
刀=『卯 卯
其中&是第1半导体层的固有晶格常数，g。是参考层的晶格常数并由此 是应变的半导体层的实际晶格常数。
在合适地选择层厚和应变的情况下，可以部分或者完全补偿应变的 半导体层的平均应变，即简化为值0。
借助这种应变补偿可能的是，以高的晶体质量来沉积比较厚的半导 体层堆叠。在强烈地应变的层中更多地出现的晶体缺陷如位错于是可以 被有利地减少。在一个优选的扩展方案中，量子结构具有至少一个另外的量子层和 至少一个另外的势垒层，其中所述另外的量子层和另外的势垒层以彼此 相反的符号应变。
优选的是，LED半导体本体具有四个量子层或者更多，特别优选地 具有IO个量子层或者更多，例如具有15个量子层。
这样大数量的量子层的优点是，LED半导体本体的特征在于在工作 中在大电流的情况下、特别是在超过0.5A的电流的情况下的改善的线 性。这意味着在LED半导体本体中产生的辐射的辐射功率即使在大电流 的情况下在提高工作电流时也线性地随着工作电流升高。量子层的数目 越大，则工作电流的值越大，此外LED半导体本体中产生的辐射的辐射 功率线性地随着工作电流而增大。
在一个优选的扩展方案中，设置有用于产生辐射的量子结构，该辐 射的峰值波长在750nm至1050nm的波长范围中，其中包含端点值。该 频语范围、特别是其在人眼的敏感性之外的部分例如对于带有发射机和 接收机的传感器系统是有利的，因为人眼没有被发射机的辐射干扰。
在一个有利的改进方案中，量子结构构建为使得量子结构产生的辐 射的发射频谱的半值宽度为70nm或者更小，优选为60nm或者更小， 特别优选为50nm或者更小，例如在40nm至45nm之间，其中包含端点 值。在此，半值宽度(Halbwertsbreite)理解为所发射的辐射在关于最 大值一半的辐射功率时的全部频镨宽度(FWHM, full width at half maximum )。
借助窄带发射的LED作为发射机，可以简化地实现带有发射机和 接收机的传感器系统。此外，带有在近红外中的尽可能小的频谱宽度的 发射谱是有利的，因为可以减小在可见的频谱范围中的频谱的频谱分 支。于是可以简化地避免人眼的眩耀。
在一个优选的扩展方案中，至少一个量子层是压应变的而势垒层是 张应变的。借助张应变的势垒层，可以完全地或者至少部分地补偿量子 层的压应变。当量子层的层厚和应变的乘积在数值上等于势垒层的层厚 和应变的乘积时，实现应变的完全补偿，其中这些乘积具有不同的符号。 由此，可以有利地实现LED半导体本体的高的晶体质量。可以减小形成 晶体缺陷如位错。
特别地，应变补偿能够实现制造半导体层序列，其中量子层的厚度之和位于针对量子层的临界层厚之上。在此，半导体层的临界层厚是针 对半导体层的假晶生长的材料特定的上限。在临界层厚之上，位错形式 的、降低晶体质量的应变的消除是典型的。相对于其中量子层的应变未 被补偿的半导体层序列，应变补偿能够实现提高量子层的数目。
在另一优选的扩展方案中，至少一个势垒层的应变在数量上小于量 子层的应变。优选的是，势垒层的应变的数值是在量子层的应变的数值
的0.2至0.67倍之间的值，特别优选的是在0.33至0.5倍之间的值，其 中包含端点值。在此，用于补偿量子层的应变的势垒层优选相应地比量 子层厚。
在一个优选的改进方案中，势垒层的厚度与量子层的厚度的比例大 于或等于l,优选大于或等于1.5,特别优选的是大于或等于2.5，例如 高达3。
在其中设置在两个相邻的量子层之间的势垒层的厚度大于量子层 的单个厚度的量子结构中，在量子层中形成的量子化的载流子状态可以
简化地与相邻的量子层的状态去耦。通过这种去耦，使得借助量子结构 产生频谱上的窄带辐射变得容易。
在一个优选的改进方案中，势垒层的厚度为5nm或更大，优选为 10nm或更大，特别优选为20nm或更大。随着势垒层的增大的厚度，借 助势垒层彼此分离的两个量子层可以特别好地彼此去耦。
在一个优选的扩展方案中，量子层和势垒层在量子结构中以交替的 顺序彼此相叠地(aufeinander)设置。在此，势垒层优选分别构建为使 得量子层的层厚和应变的乘积分别通过随后的势垒层的层厚和应变的 乘积完全地或者基本上完全地补偿。这可以导致减小量子结构的平均应 变。有利地，这样可以相对于未被补偿应变的半导体层序列构建带有高 的晶体质量的比较厚的量子结构。
特别地，可以减少量子结构中出现的应变的数量。通过这种方式， 可以减小如下载流子的数目这些载流子在量子结构中在这些位错上不 发射地复合(rekombinieren )。这可以有利地导致在半导体本体的工作 中增大的内部量子效率。
在一个优选的扩展方案中，LED半导体本体包括III-V半导体材料， 例如InyGa!-yAs,其中(KySl，优选的是y^)。优选的是，至少一个量子 层包含InyGa^As,其中优选的是0.05Sy^).3,特别优选的是
70.1SyS0.2。在InyGa!-yAs中，内部晶格常数随着增大的铟含量而增大。 由此，InyGa^As半导体层的压应变关于GaAs同样随着增大的铟含量而 增大。压应变的InyGa!-yAs半导体层在此在沉积方向上具有比在横向方 向上大的晶格常数。
带有含InyGai.yAs的量子层的LED半导体本体的特征特别可以是在 750nm至1050nm的波长范围(其中包含端点值)中的高量子效率。
势垒层例如可以包含AlxGa,-xAskPz，其中(KxSl并且(Kz化优选 的是z邦。这种半导体层的固有晶格常数随着增大的磷含量而减小，其 中在张应变的AlxGai_xASl_zPz半导体层中，在沉积方向上的晶格常数小 于横向方向上的晶格常数。关于GaAs,张应变随着增大的磷含量而增 大，使得通过改变磷含量，可以借助AlxGai_xASl.zPz半导体层来补偿压 应变的含有InyGa!-yAs的半导体层的应变。此外，AlxGa^As^Pz半导体 层的带隙可以通过铝含量来调节。在借助InyGai-yAs量子层和两个 AlxGa,.xASl_ZPZ势垒层形成的量子阱中，改变铝含量能够实现简化地调节 量子阱的能量深度。
作为针对例如半导体层的譬如借助MBE或者MOVPE的外延沉积 的生长衬底，可以使用GaAs衬底。
当然，在具有多个量子层和多个势垒层的LED半导体本体中，多 个量子层和/或势垒层或者所有量子层和/或势垒层可以具有在所提出的 优选的扩展方案中说明的特征。
在 一 个优选的扩展方案中，量子结构嵌入两个覆盖层 (Mantelschichten)之间，其中所述覆盖层之一可以构成参考层。特别 优选的是， 一个覆盖层倍被p掺杂并且另一覆盖层被n掺杂地构建。于 是，LED半导体本体可以以PIN二^f及管结构的形式构建，其中量子结构 优选固有地实施。
至少一个覆盖层优选具有一个带隙，该带隙大于势垒层的带隙。对 于位于量子结构中的载流子，由此覆盖层可以是电位势垒。该电位势垒 可以阻止载流子从量子结构进入到覆盖层中。于是促进了在量子结构内 部的载流子的发射辐射的复合。
在另一个优选的扩展方案中，量子结构的平均应变为2000ppm (百 万分之一)或者更小，优选为1000ppm或者更小，特别优选为500ppm 或者更小。量子结构的平均的应变越小，则量子结构的晶体质量可以越高。
在一个特别优选的实施形式中，LED半导体本体实施为薄膜半导体
本体。与传统的半导体本体不同，在薄膜半导体本体中，半导体本体的 半导体层序列例如外延地沉积于其上的生长衬底被完全地或者局部地 薄化或者完全或者局部地去除。这例如可以以机械方式和/或化学方式实 现。激光剥离方法或者激光烧蚀方法对此也是适合的。
薄膜半导体芯片可以包括薄膜半导体本体和承载体，其中半导体本 体设置在承载体上并且优选是固定的。承载体特别是与半导体本体的生 长衬底不同。承载体可以用于半导体本体的机械稳定。因为生长衬底对 此不再必需，并且可以无损害半导体本体的明显风险地被薄化或者去 除。
有利的是，与生长衬底不同，承载体不必满足关于晶体纯度的高要 求，而是可以关于其他标准、例如机械稳定性、光学、热学或者电学特 性方面来进行选择。
薄膜半导体芯片，譬如薄膜LED芯片的特征此外可以是以下典型 的特征至少之一
_在包括有源区的半导体层序列、特别是外延层序列的朝向承载元 件的第一主面上施加有反射层或者譬如构建为集成在半导体层序列中 的布拉格反射器的反射层，该反射层将半导体层序列中产生的辐射的至 少一部分反射回该半导体层序列中；
-半导体层序列具有20pm或者更小范围中的厚度，特别是在10rim 的范围中的厚度；和/或
-半导体层序列包含至少一个半导体层，该半导体层具有至少一个 面，该面具有混匀结构，该混勻结构在理想情况下导致光在半导体层序 列中的近似各态历经的分布，即该结构具有尽可能各态历经的随机散射 特性。
例如在I. Schnitzer等人于1993年IO月18日所著的Appl. Phys. Lett. 63 ( 16 ), 2174 - 2176页中描述了薄层发光二极管芯片的基本原理，其 公开内容通过引用结合于本申请中。
在一个优选的扩展方案中，在半导体本体上设置有反射层。特别优 选的是，反射层设置在承载体和半导体本体之间。在此，反射层构建为 针对半导体本体工作中产生的辐射是反射性的。反射层此外优选以金属的方式实施。例如，金属的反射层可以包含Au、 Ag、 Al、 Pt或者具有 这些材料至少之一的合金。Au例如特征在于在红色和红外频谱范围中 的特别高的反射率。
在量子结构中产生的和在承载体方向上走向的辐射可以在反射层 上反射，并且在半导体芯片的背离反射层的、形成辐射出射面的表面上 耦合输出。通过辐射出射面耦合输出的辐射部分相应地被有利地提高。 此外，反射层可以防止通过承载体材料吸收辐射。于是，在选择承载体 材料时的自由度被尽可能地提高。
本发明的其他特征、有利的扩展方案和合乎目的性从以下结合附图 对实施例的描述来得到。
其中


图1示出了带有根据本发明的LED半导体本体的LED半导体芯片 的示意性截面图，并且
图2示出了在LED半导体本体的量子结构周围的部分中，针对根据 本发明的LED半导体本体的实施例的带隙和材料组成的视图。
在附图中，相同的、类似的和作用相同的元件设置有相同的参考标记。
在图1中在示意性截面图中示出了带有根据本发明的半导体本体1 的LED半导体芯片11的结构。LED半导体本体1通过包括量子结构2 的半导体层序列形成。该量子结构示例性地具有四个量子层3,其中在 每两个相邻的量子层之间分别设置有势垒层4。在量子层的数目为n时， 势垒层的数目通常为n-l。与图1中所示的实施例不同，势垒层的数目 也可以为n+l。
量子结构2设置在第一覆盖层50和第二覆盖层51之间。辐射耦合 输出面IO借助第一覆盖层50的表面形成。
LED半导体芯片11实施为薄膜半导体芯片。在此，LED半导体本 体1设置在LED半导体芯片11的承载体70上。该承载体与半导体本体 1的生长衬底、特别是半导体层序列不同。在制造半导体本体时，半导 体层序列在生长衬底上的沉积优选外延地进行，例如借助MBE或者 MOVPE进行。相应地，承载体不必关于晶体纯度方面满足对生长衬底 的高要求，而是例如可以关于导热特性方面和/或导电性方面优化地实此特别适合于优选具有在半导体芯片中出现较高的损耗热的大功率 LED半导体芯片。
if。？T,仁^r「tm^們乂氏々厄，7fv凍x/i4、川丁"i，卞亏14、层序歹'J才几才成禾急疋。
去除生长衬底在此例如可以以机械方式和/或化学方式完全地或者局部 地去除或者薄化。对此也可以使用激光剥离方法或者激光烧蚀方法。优 选的是，完全去除生长衬底。在图1中因此没有示出生长衬底。 优选的是，承载体具有比较高的导热性。例如，承载体可以包含锗
或者由锗构成。也可以使用GaAs承载体。如果承载体包含半导体材料 或者承载体由半导体材料构成，则该承载体优选为了提高导电能力而被 合适地掺杂。
在半导体本体l和承载体70之间设置有反射层72,该反射层优选 施加到半导体本体上。在量子结构中在LED半导体本体的工作中产生的 并且朝着承载体70的方向发射的辐射可以由反射层反射。由此，避免 了从量子结构出发来看的设置在反射层之后的结构(譬如承载体)中的 吸收。反射层可以包含金属或者金属合金，或者可以以金属方式实施。 例如，反射层可以包含金、银、铝、铂或者具有这些材料至少之一的合 金，或者由这种材料或者这种合金构成。金的特征例如在于在黄色、橙 色、红色至红外频镨范围中的特别高的反射率。与可以集成到半导体本 体中的布拉格反射器相比，基于金属的或者基于金属合金的反射层的特 征可以是在比较宽的频谱范围中的高的反射率。与布拉格反射器相比， 反射率与辐射射到反射层上的角度的相关性可以在基于金属或者基于 含有金属的合金的反射层中有利地降低。实施为金属层或者合金层的反 射层因此相对于布拉格反射器是优选的。在量子结构2中产生的并且射 到反射层上的辐射于是可以有效地被反射层反射。结果是，从辐射耦合 输出面10出射的辐射功率可以被有利地提高。
在制造LED半导体芯片11时，将金属沉积到预制的半导体本体1 上或者将反射层的合金构建到预制的半导体本体1上，特别是在结束半 导体本体的沉积之后进行。制造反射层72的合适的方法例如是賊射或 者气相淀积。
此外，在反射层72和承载体70之间构建有连接层71。该连接层用 于将半导体本体l固定在承载体上。连接层优选导电地构建并且例如可 以实施为焊剂层。
ii此外，在承载体70的背离LED半导体芯片的侧上设置有接触部75。 借助该接触部以及设置在辐射出射面10上的接触部76,可以导电地连
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妖LiiiJ卞亏,个,i。 体LtJJ卞亏,个,日"丄TF T , 丁疋口J k乂、1tr柳込 些接触部来将载流子注入到为了产生辐射而设计的量子结构2中。接触
部75和/或接触部76优选金属地实施或者实施为金属合金。例如，接触 部可以包含材料Au、 Ni、 Ti、 Pt、 Al、 Ag之一或者具有这些材料中至 少之一的合金，或者由该材料或合金构成。当然，接触部75和/或接触 部76必要时也可以多层地构建。
替选地或者补充地，接触部可以包含至少一种可透射辐射的导电的 金属氧化物(TCO,透明导电氧化物)材料，例如ITO (铟锡氧化物)， 或者由其构成。
制造接触部75和76例如可以优选在预制的半导体本体l上借助溅 射或者气相淀积来进行。
LED半导体本体例如可以实施为PIN二极管结构。在此，例如第一 覆盖层50可以被p导电地掺杂，而第二覆盖层51被n导电地掺杂，或 者相反。量子结构2的半导体层、优选设置在量子结构和第一覆盖层50 之间的中间层以及优选设置在量子结构和第二覆盖层之间的中间层61 优选未掺杂地构建。在LED半导体芯片的工作中，注入到量子结构中的 载流子的复合导致非相干辐射的自发发射。在此，载流子的发射辐射的 复合优选在量子层中进行。
量子层3和势垒层4以彼此相反符号的应变。例如，量子层可以压 应变，即正应变，而势垒层张应变，即正应变。在带有应变的量子层3 的LED半导体本体l中，可以减小晶体缺陷例如位^"的扩散。LED半 导体本体的退化以及与此关联的、半导体本体发射的辐射功率随着增大 的工作持续时间而降低可以被有利地减小。带有应变的量子层的LED 半导体本体于是可以以改善的光老化特性而出众。
通过势垒层4的、与量子层3的应变相反符号的应变，可以减小半 导体层序列的平均应变。在此，势垒层优选实施为使得对于势垒层和 对于量子层，层厚和应变的乘积在数值上分别具有相同的或者基本上相 同的值。半导体本体l的高的晶体质量，特别是量子结构2的高的晶体 质量于是可以简化地实现。晶体缺陷例如位错形式的应变的半导体层的 应变的、降低晶体质量的消除被有利地减小。在量子结构2中的载流子的、在这些晶体缺陷上不是发射辐射地复合的部分可以在降低晶体缺陷 的密度的情况下减小，这导致提高了在量子结构中的发射辐射的复合并 且由此提高了 LED半导体本体的内部量子效率。
通过借助势垒层4来补偿量子层3的应变，可以制造比较大量的、 带有良好的晶体质量的量子层3和势垒层4。在此，应变的量子层和势 垒层优选以交替的顺序彼此相叠地设置。
量子结构2可以包含超过4个量子层3,优选10个量子层或者更多， 例如15个量子层或者更多。借助增大数量的量子层，可以进一步提高 器件在工作电流方面、特别是在超过0.5A的大电流情况下的线性。
此外，提高量子层的数目可以导致减小频谱宽度。
特别地，LED半导体本体优选实施为使得量子结构所产生的辐射的 频镨的半值宽度为70nm或者更小，优选为60nm或者更小，特别优选 为50nm或者更小，例如在40nm至45nm之间。
势垒层4的应变的数值优选具有邻接的量子层3的应变的数值的 0.2至0.67倍之间的值，特别优选的是位于0.33至1/2倍之间的值，其 中包含端点值。在这种势垒层中，势垒层的厚度可以为了补偿关联的量 子层的应变而相应地选择得比量子层厚。其间设置有势垒层4的两个相 邻的量子层3于是可以比较远地彼此间隔。在量子层中构建的能量状态 于是可以有利地与相邻的量子层的能量状态去耦。于是，可以简化地制 造带有频镨上比较窄带的发射的LED半导体本体。
证明为特别有利的是，势垒层4的厚度与量子层3的厚度的比例为 大于或等于l,优选大于或等于1.5,特别优选大于或等于2.5,例如3。 势垒层的厚度可以为5nm或者更大，优选为10nm或者更大，特别优选 为20nm或者更大。量子层的厚度在此典型地在3nm至10nm之间(其 中包含端点值)，例如5nm。
在图2中，曲线200示出了在量子结构2周围的部分中针对根据本 发明的LED半导体本体的一个实施例的带隙Eo的分布。在此，也示出 了中间层60和61的区域和与第 一中间层60邻接的第 一覆盖层50的一 部分以及与第二中间层61邻接的第二覆盖层51的一部分。带隙Eg的 分布仅仅示例性地针对半导体本体示出，该半导体本体针对发射具有 940nm的峰值波长的辐射而构建。
在图2所示的实施例中，量子结构2包括15个量子层3，其中在每
13两个相邻的量子层3之间分别设置有势垒层4。量子层分别具有7nm的 厚度，并且势垒层具有21nm的厚度。量子层借助InyGai_yAs形成，其 中针对940nm的发射波长，铟含量为15%。势垒层通过AlxGa!-xAs!-zPz 形成，其中铝含量为30%而磷含量为10%。在图2中，铝含量的分布 通过曲线201示出，铟含量的分布通过曲线202示出，而磷含量的分布 通过曲线203示出。
在铟含量为15%的情况下，相对于GaAs生长衬底，InGaAs的应变 为譬如10754ppm。在此，相对于GaAs, InGaAs量子层3是压应变的。
相对于GaAs,带有乂 = 35%的铝含量和z-10。/。的磷含量的 AlGaAsP势垒层4以3593ppm的应变的数值被张应变。势垒层应变的数 值由此为大约量子层3的应变的数值的三分之一。相应地，可以借助大 约为量子层3的3倍厚的势垒层4通过该势垒层的应变来补偿该量子层 的应变，因为对于势垒层和量子层，层厚和应变的乘积具有数值上相等 的值，而带有彼此相反的符号。
典型的是，量子结构的平均应变为特别是2000ppm或者更少，优选 为1000ppm或者更小，特别优选为500ppm或者更小。于是，可以实现 量子结构的良好的晶体质量。
当然，所说明的材料组成应当仅仅一见为示例性的。通过改变材料组 成和/或层厚，可以由量子结构2也实现具有较大或者较小的峰值波长的 辐射，特别是在750nm至1050nm的波长范围中的辐射，其中包含端点 值。例如，可以通过提高铟含量来减小带隙，这可以导致较大的峰值波 长。
量子层的加宽也可以导致减小电子与空穴复合时的过渡能量，并且 由此导致发射具有更大的峰值波长的辐射，因为在加宽量子层时减小了 量子层中的载流子的基态能量。在此，铟含量可以在0 (不包括该端点 值)至100% (包括该端点值)之间，优选在5%至30%之间(包含端 点值)，特别优选在10%至20%之间(包含端点值)。因为铟含量的 增加，不仅减小了 InGaAs的带隙，而且还相对于GaAs增大的应变，所 以合乎目的的是，将势垒层4的组成相应地与量子层3的组成匹配。在 此，量子层的较高的应变的补偿例如可以通过提高势垒层中的磷含量或 者通过势垒层的加宽来实现。
与此类似，在减小量子层3中的铟含量时，可以实现具有较大的峰值波长的辐射的发射。由于随着减小的铟含量而减小的InGaAs量子层 的应变，所以量子层的应变可以通过更薄的势垒层4或者通过带有减小 的磷含量的势垒层来补偿。
为了补偿借助InGaAs形成的压应变的量子层3的应变，包含 AlGaAsP的张应变的势垒层4是特别合适的，因为势垒层的应变可以通 过磷含量而调节为对于应变补偿合适的值。
此外，AlGaAsP的带隙可以通过铝含量来调节。在此，势垒层可以 具有相对于量子层比较高的带隙。由此，可以借助嵌入在两个带有相应 地高的铝含量的AlGaAsP势垒层之间的InGaAs量子层来形成能量上比 较深的量子阱。量子阱越深，则在量子层的量子化的状态中的载流子由 于热激发而从量子层进入到势垒层中的概率越低。载流子在量子层中发 射辐射地复合的概率于是可以有利地提高，由此增大了量子结构2的内 部量子效率。
第 一 中间层6 0和第二中间层61优选具有与势垒层4相同的或者基 本上相同的带隙。与量子结构2中的势垒层4不同，第一和第二中间层 优选没有应变或者没有明显应变。在图2所示的实施例中，中间层60 和61实施为AlxGa^As半导体层，并且具有相对于势垒层4中的30% 的铝含量更高的铝含量，例如40%的铝含量。通过将中间层实施为 AlGaAs半导体层，相对于GaAs该中间层比较少地应变。于是，有利地 避免了半导体本体l的半导体层序列的附加的应变。
分别借助AlGaAs形成的第一覆盖层50和第二覆盖层51的铝含量 优选相对于中间层60和61的铝含量被提高。于是，在从第一中间层60 至第一覆盖层50以及从第二中间层61至第二覆盖层51的过渡部上分 别出现电位跳跃。合乎目的的是，电位跳跃大到使得使载流子从中间层 进入到第一覆盖层50和第二覆盖层51中的热激发以足够低的概率进 行。当带隙在电位跳跃处的差显著地(例如大约5倍至10倍地)大于 载流子在半导体本体的工作温度下的平均热能时，实现足够低的概率。 在图2所示的实施例中，电位跳跃大约为200meV,这大约对应于在室 温时载流子的平均热能的八倍。于是可以提高在量子结构2的量子层3 中在发射辐射的情况下复合的载流子的部分。这可以导致LED半导体芯 片的提高的内部量子效率。
覆盖层50和51与量子结构相比优选比较厚地实施。例如，厚度分别为量子结构2的厚度的至少2倍。覆盖层由此特别是在剥离半导体本 体1的生长衬底之后用于将量子结构机械稳定。量子层和势垒层的应变 不必一定是相对于生长衬底的。例如，应变也可以是相对于与量子结构
相比较厚的覆盖层50或51。由此，在剥离衬底之后也仍然得到量子结 构的量子层3和势垒层4的应变。于是，可以有利地避免在剥离生长衬 底之后消除位错形式的应变以及由此出现的量子结构2的晶体质量的劣化。
当然，针对半导体本体i和针对生长衬底也可以使用其他半导体材 料，特别是III-V半导体材料。例如，半导体本体以及特别是量子结构2
可以包含InAs、 GaSb、 AlSb、 InP、 AlAs、 A1P或者GaP或者可以借助 该半导体形成的三元或四元半导体材料。
本发明并未由于借助实施例的描述而受到限制。本发明而是包括任 意新的特征以及特征的任意组合，这特别是包括权利要求中的特征的任 意组合，即使该特征或者该组合本身没有明确地在权利要求中或实施例 中被说明。
权利要求
1.一种LED半导体本体(1)，具有半导体层序列，该半导体层序列包括为产生非相干的辐射而设计的量子结构(2)，该量子结构带有至少一个量子层(3)和至少一个势垒层(4)，其中所述量子层(3)和势垒层(4)以彼此相反的符号而应变。
2. 根据权利要求1所述的LED半导体本体，其中所述LED半导体 本体(1 )实施为薄膜半导体本体。
3. 根据权利要求1或2所述的LED半导体本体，其中所述量子层 (3)是压应变的而所述势垒层(4)是张应变的。
4. 根据权利要求1至3中的至少一项所述的LED半导体本体，其 中所述势垒层(4)的应变在数值上小于所述量子层(3)的应变。
5. 根据权利要求4所述的LED半导体本体，其中所述势垒层(4) 的应变的数值是在所述量子层(3)的应变的数值的0.2至0.67倍之间 的值，其中包含端点值，优选的是在0.33至0.5倍之间的值，其中包含 端点值。
6. 根据权利要求1至5中的至少一项所述的LED半导体本体，其 中所述势垒层(4)的厚度与所述量子层(3)的厚度的比例大于或等于 1,优选大于或等于1.5，特别优选的是大于或等于2.5。
7. 根据权利要求1至6中的至少一项所述的LED半导体本体，其 中所述势垒层(4)的厚度为5nm或更大，优选为10nm或更大，特别 优选为20nm或更大。
8. 根据权利要求1至7中的至少一项所述的LED半导体本体，其 中所述量子层(3)包含InyGa!-yAs，其中(KyS0.5,优选的是0.05Sy^).3 ， 特别优选的是0.1^^0.2。
9. 根据权利要求1至8中的至少一项所述的LED半导体本体，其 中所述应变的势垒层(4)包含AlxGa^AsLzPz,其中O.01^x^1,优选的 是0.1W0.6,特别优选的是0.2W0.4和/或0.01W0.5,优选的是 0.03《xS0.3,特另W尤选的是0.05Sx^).2。
10. 根据权利要求1至9中的至少一项所述的LED半导体本体，其 中所述量子结构(2)具有另外的量子层(3)和另外的势垒层(4)， 并且所述另外的量子层(3)和另外的势垒层(4)同样以彼此相反的符号应变。
11. 根据权利要求10所述的LED半导体本体，其中所述另外的量 子层(3)和/或另外的势垒层(4)根据权利要求3至9中的特征的至少 之一来实施。
12. 根据权利要求10或11所述的LED半导体本体，其中应变的量 子层(3)和应变的势垒层(4)在量子结构(2)中以交替的顺序相叠 设置。
13. 根据权利要求1至12中的至少一项所述的LED半导体本体， 其中所述量子结构(2)的平均应变为2000ppm或者更小，优选为 1000ppm或者更小,特别优选为500ppm或者更小。
14. 根据权利要求1至13中的至少一项所述的LED半导体本体， 其中所述半导体本体(1 )设置在承载体(70)上。
15. 根据权利要求14所述的LED半导体本体，其中所述承载体(70 ) 与所述半导体本体(1)的生长衬底不同。
16. 根据权利要求14或15所述的LED半导体本体，其中在所述承 载体(70)和所述半导体本体U)之间设置有反射层(72)。
17. 根据权利要求16所述的LED半导体本体，其中所述反射层(72 ) 以金属方式实施。
18. 根据权利要求1至17中的至少一项所述的LED半导体本体， 其中所述量子结构(2)被设计用于产生辐射，所述辐射的峰值波长在 750nm至1050nm的波长范围中，其中包含端点值。
19. 根据权利要求1至18中的至少一项所述的LED半导体本体， 其中所述量子结构实施为使得由所述量子结构(2)产生的辐射的频i普 的半值宽度为70nm或者更小，优选为60nm或者更小，特别优选为50nm 或者更小。
20. 根据权利要求1至19中的至少一项所述的LED半导体本体， 其中所述量子结构(2)具有4个或者更多量子层(3),优选为10个 或者更多量子层。
全文摘要
提出了一种具有半导体层序列的LED半导体本体，该半导体层序列包括用于产生辐射而设计的量子结构，该量子结构带有至少一个量子层和至少一个势垒层，其中量子层和势垒层以彼此相反的符号而应变。
文档编号H01L33/00GK101496187SQ200780028579
公开日2009年7月29日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年7月31日
发明者A·贝雷斯, C·琼, G·格罗宁格, P·海德博恩 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司