專利名稱：Led半導體本體的制作方法
LED半導體本體
本發明涉及一種LED半導體本體，其設計用于產生輻射。
本專利申請要求德國專利申請10 2006 035 627.6的優先權，其公開 內容通過引用結合于此。
在LED半導體本體中，內部量子效率、即半導體本體內產生的光 子與注入半導體本體內的電子-空穴對的比例常常明顯小于理想值。
本發明的任務是，提出一種帶有改進的特性的LED半導體本體。
特別地，應當提高內部量子效率以及減小在LED半導體本體的工作中發
射的輻射的頻語寬度。此外，在大工作電流情況下應當改善所發射的輻 射的功率在工作電流方面的線性。
該任務借助帶有獨立權利要求1的特征的LED半導體本體來解決。 在根據本發明的LED半導體本體的一個實施形式中，LED半導體 本體具有半導體層序列，該半導體層序列包括用于產生非相干的輻射而 設計的量子結構，該量子結構帶有至少一個量子層和至少一個勢壘層。 在此，量子層和勢壘層以彼此相反的符號(Vorzeichen )而應變 (versparmt)。
因為勢壘層具有應變，該應變具有與量子層的應變相反的符號，所 以量子層的應變可以借助勢壘層的應變來補償。這可以導致半導體層序 列的改進的晶體質量。在強烈應變的量子層中更多地形成的位錯 (Versetzung)于是可以有利地被減小。
半導體的固有的晶格常數通常取決于半導體的材料組成。在足夠薄 的半導體層的情況下，半導體層的晶格常數可能會與半導體材料的相應 的固有晶格常數有偏差。
在本發明的范圍中，當在參考層上的例如外延的沉積中形成帶有如 下晶格常數的半導體層時，半導體層尤其被視為應變該晶格常數在橫 向方向上、即在垂直于沉積方向的方向上與半導體層的固有的晶格常數 不同。在此，應變的半導體層的晶格常數在橫向方向上等于參考層的晶 格常數。
參考層特別是可以是生長襯底，在該生長襯底上進行半導體層的沉 積，或者可以是半導體緩沖層，該半導體緩沖層的晶格常數與半導體緩沖層的固有晶格常數沒有或沒有明顯偏差。
如上面所描述的那樣在橫向方向上具有參考層的晶格常數并且其 中應變沒有或者僅僅少部分地以位錯的形式構建的應變半導體層也稱
為布￡晶(pseudomorph )。
其晶格常數小于其固有晶格常數的半導體層稱為是壓應變的或者
正應變的。
與此類似，其晶格常數大于其固有晶格常數的半導體層稱為是張應 變的或者負應變的。
壓應變即正應變和拉應變即負應變的半導體層由此具有帶有彼此 相反符號的應變。
半導體層的累積的應變可以通過位于其上或其下的半導體層借助 帶有相反符號的應變來部分或完全地補償，這也稱為應變補償。針對n 個相疊設置的應變的半導體層的應變的度量是所謂的平均應變VQ，該平 均應變通過下式給出
其中fi是第1半導體層的應變，而d!是第1半導體層的厚度。乘積f嚴d!
是第l半導體層的應變和層厚度的乘積。在此，應變f,通過下式給出
刀=『卯 卯
其中&是第1半導體層的固有晶格常數，g。是參考層的晶格常數并由此 是應變的半導體層的實際晶格常數。
在合適地選擇層厚和應變的情況下，可以部分或者完全補償應變的 半導體層的平均應變，即簡化為值0。
借助這種應變補償可能的是，以高的晶體質量來沉積比較厚的半導 體層堆疊。在強烈地應變的層中更多地出現的晶體缺陷如位錯于是可以 被有利地減少。在一個優選的擴展方案中，量子結構具有至少一個另外的量子層和 至少一個另外的勢壘層，其中所述另外的量子層和另外的勢壘層以彼此 相反的符號應變。
優選的是，LED半導體本體具有四個量子層或者更多，特別優選地 具有IO個量子層或者更多，例如具有15個量子層。
這樣大數量的量子層的優點是，LED半導體本體的特征在于在工作 中在大電流的情況下、特別是在超過0.5A的電流的情況下的改善的線 性。這意味著在LED半導體本體中產生的輻射的輻射功率即使在大電流 的情況下在提高工作電流時也線性地隨著工作電流升高。量子層的數目 越大，則工作電流的值越大，此外LED半導體本體中產生的輻射的輻射 功率線性地隨著工作電流而增大。
在一個優選的擴展方案中，設置有用于產生輻射的量子結構，該輻 射的峰值波長在750nm至1050nm的波長范圍中，其中包含端點值。該 頻語范圍、特別是其在人眼的敏感性之外的部分例如對于帶有發射機和 接收機的傳感器系統是有利的，因為人眼沒有被發射機的輻射干擾。
在一個有利的改進方案中，量子結構構建為使得量子結構產生的輻 射的發射頻譜的半值寬度為70nm或者更小，優選為60nm或者更小， 特別優選為50nm或者更小，例如在40nm至45nm之間，其中包含端點 值。在此，半值寬度(Halbwertsbreite)理解為所發射的輻射在關于最 大值一半的輻射功率時的全部頻鐠寬度(FWHM, full width at half maximum )。
借助窄帶發射的LED作為發射機，可以簡化地實現帶有發射機和 接收機的傳感器系統。此外，帶有在近紅外中的盡可能小的頻譜寬度的 發射譜是有利的，因為可以減小在可見的頻譜范圍中的頻譜的頻譜分 支。于是可以簡化地避免人眼的眩耀。
在一個優選的擴展方案中，至少一個量子層是壓應變的而勢壘層是 張應變的。借助張應變的勢壘層，可以完全地或者至少部分地補償量子 層的壓應變。當量子層的層厚和應變的乘積在數值上等于勢壘層的層厚 和應變的乘積時，實現應變的完全補償，其中這些乘積具有不同的符號。 由此，可以有利地實現LED半導體本體的高的晶體質量。可以減小形成 晶體缺陷如位錯。
特別地，應變補償能夠實現制造半導體層序列，其中量子層的厚度之和位于針對量子層的臨界層厚之上。在此，半導體層的臨界層厚是針 對半導體層的假晶生長的材料特定的上限。在臨界層厚之上，位錯形式 的、降低晶體質量的應變的消除是典型的。相對于其中量子層的應變未 被補償的半導體層序列，應變補償能夠實現提高量子層的數目。
在另一優選的擴展方案中，至少一個勢壘層的應變在數量上小于量 子層的應變。優選的是，勢壘層的應變的數值是在量子層的應變的數值
的0.2至0.67倍之間的值，特別優選的是在0.33至0.5倍之間的值，其 中包含端點值。在此，用于補償量子層的應變的勢壘層優選相應地比量 子層厚。
在一個優選的改進方案中，勢壘層的厚度與量子層的厚度的比例大 于或等于l,優選大于或等于1.5,特別優選的是大于或等于2.5，例如 高達3。
在其中設置在兩個相鄰的量子層之間的勢壘層的厚度大于量子層 的單個厚度的量子結構中，在量子層中形成的量子化的載流子狀態可以
簡化地與相鄰的量子層的狀態去耦。通過這種去耦，使得借助量子結構 產生頻譜上的窄帶輻射變得容易。
在一個優選的改進方案中，勢壘層的厚度為5nm或更大，優選為 10nm或更大，特別優選為20nm或更大。隨著勢壘層的增大的厚度，借 助勢壘層彼此分離的兩個量子層可以特別好地彼此去耦。
在一個優選的擴展方案中，量子層和勢壘層在量子結構中以交替的 順序彼此相疊地(aufeinander)設置。在此，勢壘層優選分別構建為使 得量子層的層厚和應變的乘積分別通過隨后的勢壘層的層厚和應變的 乘積完全地或者基本上完全地補償。這可以導致減小量子結構的平均應 變。有利地，這樣可以相對于未被補償應變的半導體層序列構建帶有高 的晶體質量的比較厚的量子結構。
特別地，可以減少量子結構中出現的應變的數量。通過這種方式， 可以減小如下載流子的數目這些載流子在量子結構中在這些位錯上不 發射地復合(rekombinieren )。這可以有利地導致在半導體本體的工作 中增大的內部量子效率。
在一個優選的擴展方案中，LED半導體本體包括III-V半導體材料， 例如InyGa!-yAs,其中(KySl，優選的是y^)。優選的是，至少一個量子 層包含InyGa^As,其中優選的是0.05Sy^).3,特別優選的是
70.1SyS0.2。在InyGa!-yAs中，內部晶格常數隨著增大的銦含量而增大。 由此，InyGa^As半導體層的壓應變關于GaAs同樣隨著增大的銦含量而 增大。壓應變的InyGa!-yAs半導體層在此在沉積方向上具有比在橫向方 向上大的晶格常數。
帶有含InyGai.yAs的量子層的LED半導體本體的特征特別可以是在 750nm至1050nm的波長范圍(其中包含端點值)中的高量子效率。
勢壘層例如可以包含AlxGa,-xAskPz，其中(KxSl并且(Kz化優選 的是z邦。這種半導體層的固有晶格常數隨著增大的磷含量而減小，其 中在張應變的AlxGai_xASl_zPz半導體層中，在沉積方向上的晶格常數小 于橫向方向上的晶格常數。關于GaAs,張應變隨著增大的磷含量而增 大，使得通過改變磷含量，可以借助AlxGai_xASl.zPz半導體層來補償壓 應變的含有InyGa!-yAs的半導體層的應變。此外，AlxGa^As^Pz半導體 層的帶隙可以通過鋁含量來調節。在借助InyGai-yAs量子層和兩個 AlxGa,.xASl_ZPZ勢壘層形成的量子阱中，改變鋁含量能夠實現簡化地調節 量子阱的能量深度。
作為針對例如半導體層的譬如借助MBE或者MOVPE的外延沉積 的生長襯底，可以使用GaAs襯底。
當然，在具有多個量子層和多個勢壘層的LED半導體本體中，多 個量子層和/或勢壘層或者所有量子層和/或勢壘層可以具有在所提出的 優選的擴展方案中說明的特征。
在 一 個優選的擴展方案中，量子結構嵌入兩個覆蓋層 (Mantelschichten)之間，其中所述覆蓋層之一可以構成參考層。特別 優選的是， 一個覆蓋層倍被p摻雜并且另一覆蓋層被n摻雜地構建。于 是，LED半導體本體可以以PIN二^f及管結構的形式構建，其中量子結構 優選固有地實施。
至少一個覆蓋層優選具有一個帶隙，該帶隙大于勢壘層的帶隙。對 于位于量子結構中的載流子，由此覆蓋層可以是電位勢壘。該電位勢壘 可以阻止載流子從量子結構進入到覆蓋層中。于是促進了在量子結構內 部的載流子的發射輻射的復合。
在另一個優選的擴展方案中，量子結構的平均應變為2000ppm (百 萬分之一)或者更小，優選為1000ppm或者更小，特別優選為500ppm 或者更小。量子結構的平均的應變越小，則量子結構的晶體質量可以越高。
在一個特別優選的實施形式中，LED半導體本體實施為薄膜半導體
本體。與傳統的半導體本體不同，在薄膜半導體本體中，半導體本體的 半導體層序列例如外延地沉積于其上的生長襯底被完全地或者局部地 薄化或者完全或者局部地去除。這例如可以以機械方式和/或化學方式實 現。激光剝離方法或者激光燒蝕方法對此也是適合的。
薄膜半導體芯片可以包括薄膜半導體本體和承載體，其中半導體本 體設置在承載體上并且優選是固定的。承載體特別是與半導體本體的生 長襯底不同。承載體可以用于半導體本體的機械穩定。因為生長襯底對 此不再必需，并且可以無損害半導體本體的明顯風險地被薄化或者去 除。
有利的是，與生長襯底不同，承載體不必滿足關于晶體純度的高要 求，而是可以關于其他標準、例如機械穩定性、光學、熱學或者電學特 性方面來進行選擇。
薄膜半導體芯片，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
_在包括有源區的半導體層序列、特別是外延層序列的朝向承載元 件的第一主面上施加有反射層或者譬如構建為集成在半導體層序列中 的布拉格反射器的反射層，該反射層將半導體層序列中產生的輻射的至 少一部分反射回該半導體層序列中；
-半導體層序列具有20pm或者更小范圍中的厚度，特別是在10rim 的范圍中的厚度；和/或
-半導體層序列包含至少一個半導體層，該半導體層具有至少一個 面，該面具有混勻結構，該混勻結構在理想情況下導致光在半導體層序 列中的近似各態歷經的分布，即該結構具有盡可能各態歷經的隨機散射 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頁中描述了薄層發光二極管芯片的基本原理，其 公開內容通過引用結合于本申請中。
在一個優選的擴展方案中，在半導體本體上設置有反射層。特別優 選的是，反射層設置在承載體和半導體本體之間。在此，反射層構建為 針對半導體本體工作中產生的輻射是反射性的。反射層此外優選以金屬的方式實施。例如，金屬的反射層可以包含Au、 Ag、 Al、 Pt或者具有 這些材料至少之一的合金。Au例如特征在于在紅色和紅外頻譜范圍中 的特別高的反射率。
在量子結構中產生的和在承載體方向上走向的輻射可以在反射層 上反射，并且在半導體芯片的背離反射層的、形成輻射出射面的表面上 耦合輸出。通過輻射出射面耦合輸出的輻射部分相應地被有利地提高。 此外，反射層可以防止通過承載體材料吸收輻射。于是，在選擇承載體 材料時的自由度被盡可能地提高。
本發明的其他特征、有利的擴展方案和合乎目的性從以下結合附圖 對實施例的描述來得到。
其中
圖1示出了帶有根據本發明的LED半導體本體的LED半導體芯片 的示意性截面圖，并且
圖2示出了在LED半導體本體的量子結構周圍的部分中，針對根據 本發明的LED半導體本體的實施例的帶隙和材料組成的視圖。
在附圖中，相同的、類似的和作用相同的元件設置有相同的參考標記。
在圖1中在示意性截面圖中示出了帶有根據本發明的半導體本體1 的LED半導體芯片11的結構。LED半導體本體1通過包括量子結構2 的半導體層序列形成。該量子結構示例性地具有四個量子層3,其中在 每兩個相鄰的量子層之間分別設置有勢壘層4。在量子層的數目為n時， 勢壘層的數目通常為n-l。與圖1中所示的實施例不同，勢壘層的數目 也可以為n+l。
量子結構2設置在第一覆蓋層50和第二覆蓋層51之間。輻射耦合 輸出面IO借助第一覆蓋層50的表面形成。
LED半導體芯片11實施為薄膜半導體芯片。在此，LED半導體本 體1設置在LED半導體芯片11的承載體70上。該承載體與半導體本體 1的生長襯底、特別是半導體層序列不同。在制造半導體本體時，半導 體層序列在生長襯底上的沉積優選外延地進行，例如借助MBE或者 MOVPE進行。相應地，承載體不必關于晶體純度方面滿足對生長襯底 的高要求，而是例如可以關于導熱特性方面和/或導電性方面優化地實此特別適合于優選具有在半導體芯片中出現較高的損耗熱的大功率 LED半導體芯片。
if。？T,仁^r「tm^們乂氏々厄，7fv凍x/i4、川丁"i，卞虧14、層序歹'J才幾才成禾急疋。
去除生長襯底在此例如可以以機械方式和/或化學方式完全地或者局部 地去除或者薄化。對此也可以使用激光剝離方法或者激光燒蝕方法。優 選的是，完全去除生長襯底。在圖1中因此沒有示出生長襯底。 優選的是，承載體具有比較高的導熱性。例如，承載體可以包含鍺
或者由鍺構成。也可以使用GaAs承載體。如果承載體包含半導體材料 或者承載體由半導體材料構成，則該承載體優選為了提高導電能力而被 合適地摻雜。
在半導體本體l和承載體70之間設置有反射層72,該反射層優選 施加到半導體本體上。在量子結構中在LED半導體本體的工作中產生的 并且朝著承載體70的方向發射的輻射可以由反射層反射。由此，避免 了從量子結構出發來看的設置在反射層之后的結構(譬如承載體)中的 吸收。反射層可以包含金屬或者金屬合金，或者可以以金屬方式實施。 例如，反射層可以包含金、銀、鋁、鉑或者具有這些材料至少之一的合 金，或者由這種材料或者這種合金構成。金的特征例如在于在黃色、橙 色、紅色至紅外頻鐠范圍中的特別高的反射率。與可以集成到半導體本 體中的布拉格反射器相比，基于金屬的或者基于金屬合金的反射層的特 征可以是在比較寬的頻譜范圍中的高的反射率。與布拉格反射器相比， 反射率與輻射射到反射層上的角度的相關性可以在基于金屬或者基于 含有金屬的合金的反射層中有利地降低。實施為金屬層或者合金層的反 射層因此相對于布拉格反射器是優選的。在量子結構2中產生的并且射 到反射層上的輻射于是可以有效地被反射層反射。結果是，從輻射耦合 輸出面10出射的輻射功率可以被有利地提高。
在制造LED半導體芯片11時，將金屬沉積到預制的半導體本體1 上或者將反射層的合金構建到預制的半導體本體1上，特別是在結束半 導體本體的沉積之后進行。制造反射層72的合適的方法例如是賊射或 者氣相淀積。
此外，在反射層72和承載體70之間構建有連接層71。該連接層用 于將半導體本體l固定在承載體上。連接層優選導電地構建并且例如可 以實施為焊劑層。
ii此外，在承載體70的背離LED半導體芯片的側上設置有接觸部75。 借助該接觸部以及設置在輻射出射面10上的接觸部76,可以導電地連
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妖LiiiJ卞虧,個,i。 體LtJJ卞虧,個,日"丄TF T , 丁疋口J k乂、1tr柳込 些接觸部來將載流子注入到為了產生輻射而設計的量子結構2中。接觸
部75和/或接觸部76優選金屬地實施或者實施為金屬合金。例如，接觸 部可以包含材料Au、 Ni、 Ti、 Pt、 Al、 Ag之一或者具有這些材料中至 少之一的合金，或者由該材料或合金構成。當然，接觸部75和/或接觸 部76必要時也可以多層地構建。
替選地或者補充地，接觸部可以包含至少一種可透射輻射的導電的 金屬氧化物(TCO,透明導電氧化物)材料，例如ITO (銦錫氧化物)， 或者由其構成。
制造接觸部75和76例如可以優選在預制的半導體本體l上借助濺 射或者氣相淀積來進行。
LED半導體本體例如可以實施為PIN二極管結構。在此，例如第一 覆蓋層50可以被p導電地摻雜，而第二覆蓋層51被n導電地摻雜，或 者相反。量子結構2的半導體層、優選設置在量子結構和第一覆蓋層50 之間的中間層以及優選設置在量子結構和第二覆蓋層之間的中間層61 優選未摻雜地構建。在LED半導體芯片的工作中，注入到量子結構中的 載流子的復合導致非相干輻射的自發發射。在此，載流子的發射輻射的 復合優選在量子層中進行。
量子層3和勢壘層4以彼此相反符號的應變。例如，量子層可以壓 應變，即正應變，而勢壘層張應變，即正應變。在帶有應變的量子層3 的LED半導體本體l中，可以減小晶體缺陷例如位^"的擴散。LED半 導體本體的退化以及與此關聯的、半導體本體發射的輻射功率隨著增大 的工作持續時間而降低可以被有利地減小。帶有應變的量子層的LED 半導體本體于是可以以改善的光老化特性而出眾。
通過勢壘層4的、與量子層3的應變相反符號的應變，可以減小半 導體層序列的平均應變。在此，勢壘層優選實施為使得對于勢壘層和 對于量子層，層厚和應變的乘積在數值上分別具有相同的或者基本上相 同的值。半導體本體l的高的晶體質量，特別是量子結構2的高的晶體 質量于是可以簡化地實現。晶體缺陷例如位錯形式的應變的半導體層的 應變的、降低晶體質量的消除被有利地減小。在量子結構2中的載流子的、在這些晶體缺陷上不是發射輻射地復合的部分可以在降低晶體缺陷 的密度的情況下減小，這導致提高了在量子結構中的發射輻射的復合并 且由此提高了 LED半導體本體的內部量子效率。
通過借助勢壘層4來補償量子層3的應變，可以制造比較大量的、 帶有良好的晶體質量的量子層3和勢壘層4。在此，應變的量子層和勢 壘層優選以交替的順序彼此相疊地設置。
量子結構2可以包含超過4個量子層3,優選10個量子層或者更多， 例如15個量子層或者更多。借助增大數量的量子層，可以進一步提高 器件在工作電流方面、特別是在超過0.5A的大電流情況下的線性。
此外，提高量子層的數目可以導致減小頻譜寬度。
特別地，LED半導體本體優選實施為使得量子結構所產生的輻射的 頻鐠的半值寬度為70nm或者更小，優選為60nm或者更小，特別優選 為50nm或者更小，例如在40nm至45nm之間。
勢壘層4的應變的數值優選具有鄰接的量子層3的應變的數值的 0.2至0.67倍之間的值，特別優選的是位于0.33至1/2倍之間的值，其 中包含端點值。在這種勢壘層中，勢壘層的厚度可以為了補償關聯的量 子層的應變而相應地選擇得比量子層厚。其間設置有勢壘層4的兩個相 鄰的量子層3于是可以比較遠地彼此間隔。在量子層中構建的能量狀態 于是可以有利地與相鄰的量子層的能量狀態去耦。于是，可以簡化地制 造帶有頻鐠上比較窄帶的發射的LED半導體本體。
證明為特別有利的是，勢壘層4的厚度與量子層3的厚度的比例為 大于或等于l,優選大于或等于1.5,特別優選大于或等于2.5,例如3。 勢壘層的厚度可以為5nm或者更大，優選為10nm或者更大，特別優選 為20nm或者更大。量子層的厚度在此典型地在3nm至10nm之間(其 中包含端點值)，例如5nm。
在圖2中，曲線200示出了在量子結構2周圍的部分中針對根據本 發明的LED半導體本體的一個實施例的帶隙Eo的分布。在此，也示出 了中間層60和61的區域和與第 一中間層60鄰接的第 一覆蓋層50的一 部分以及與第二中間層61鄰接的第二覆蓋層51的一部分。帶隙Eg的 分布僅僅示例性地針對半導體本體示出，該半導體本體針對發射具有 940nm的峰值波長的輻射而構建。
在圖2所示的實施例中，量子結構2包括15個量子層3，其中在每
13兩個相鄰的量子層3之間分別設置有勢壘層4。量子層分別具有7nm的 厚度，并且勢壘層具有21nm的厚度。量子層借助InyGai_yAs形成，其 中針對940nm的發射波長，銦含量為15%。勢壘層通過AlxGa!-xAs!-zPz 形成，其中鋁含量為30%而磷含量為10%。在圖2中，鋁含量的分布 通過曲線201示出，銦含量的分布通過曲線202示出，而磷含量的分布 通過曲線203示出。
在銦含量為15%的情況下，相對于GaAs生長襯底，InGaAs的應變 為譬如10754ppm。在此，相對于GaAs, InGaAs量子層3是壓應變的。
相對于GaAs,帶有乂 = 35%的鋁含量和z-10。/。的磷含量的 AlGaAsP勢壘層4以3593ppm的應變的數值被張應變。勢壘層應變的數 值由此為大約量子層3的應變的數值的三分之一。相應地，可以借助大 約為量子層3的3倍厚的勢壘層4通過該勢壘層的應變來補償該量子層 的應變，因為對于勢壘層和量子層，層厚和應變的乘積具有數值上相等 的值，而帶有彼此相反的符號。
典型的是，量子結構的平均應變為特別是2000ppm或者更少，優選 為1000ppm或者更小，特別優選為500ppm或者更小。于是，可以實現 量子結構的良好的晶體質量。
當然，所說明的材料組成應當僅僅一見為示例性的。通過改變材料組 成和/或層厚，可以由量子結構2也實現具有較大或者較小的峰值波長的 輻射，特別是在750nm至1050nm的波長范圍中的輻射，其中包含端點 值。例如，可以通過提高銦含量來減小帶隙，這可以導致較大的峰值波 長。
量子層的加寬也可以導致減小電子與空穴復合時的過渡能量，并且 由此導致發射具有更大的峰值波長的輻射，因為在加寬量子層時減小了 量子層中的載流子的基態能量。在此，銦含量可以在0 (不包括該端點 值)至100% (包括該端點值)之間，優選在5%至30%之間(包含端 點值)，特別優選在10%至20%之間(包含端點值)。因為銦含量的 增加，不僅減小了 InGaAs的帶隙，而且還相對于GaAs增大的應變，所 以合乎目的的是，將勢壘層4的組成相應地與量子層3的組成匹配。在 此，量子層的較高的應變的補償例如可以通過提高勢壘層中的磷含量或 者通過勢壘層的加寬來實現。
與此類似，在減小量子層3中的銦含量時，可以實現具有較大的峰值波長的輻射的發射。由于隨著減小的銦含量而減小的InGaAs量子層 的應變，所以量子層的應變可以通過更薄的勢壘層4或者通過帶有減小 的磷含量的勢壘層來補償。
為了補償借助InGaAs形成的壓應變的量子層3的應變，包含 AlGaAsP的張應變的勢壘層4是特別合適的，因為勢壘層的應變可以通 過磷含量而調節為對于應變補償合適的值。
此外，AlGaAsP的帶隙可以通過鋁含量來調節。在此，勢壘層可以 具有相對于量子層比較高的帶隙。由此，可以借助嵌入在兩個帶有相應 地高的鋁含量的AlGaAsP勢壘層之間的InGaAs量子層來形成能量上比 較深的量子阱。量子阱越深，則在量子層的量子化的狀態中的載流子由 于熱激發而從量子層進入到勢壘層中的概率越低。載流子在量子層中發 射輻射地復合的概率于是可以有利地提高，由此增大了量子結構2的內 部量子效率。
第 一 中間層6 0和第二中間層61優選具有與勢壘層4相同的或者基 本上相同的帶隙。與量子結構2中的勢壘層4不同，第一和第二中間層 優選沒有應變或者沒有明顯應變。在圖2所示的實施例中，中間層60 和61實施為AlxGa^As半導體層，并且具有相對于勢壘層4中的30% 的鋁含量更高的鋁含量，例如40%的鋁含量。通過將中間層實施為 AlGaAs半導體層，相對于GaAs該中間層比較少地應變。于是，有利地 避免了半導體本體l的半導體層序列的附加的應變。
分別借助AlGaAs形成的第一覆蓋層50和第二覆蓋層51的鋁含量 優選相對于中間層60和61的鋁含量被提高。于是，在從第一中間層60 至第一覆蓋層50以及從第二中間層61至第二覆蓋層51的過渡部上分 別出現電位跳躍。合乎目的的是，電位跳躍大到使得使載流子從中間層 進入到第一覆蓋層50和第二覆蓋層51中的熱激發以足夠低的概率進 行。當帶隙在電位跳躍處的差顯著地(例如大約5倍至10倍地)大于 載流子在半導體本體的工作溫度下的平均熱能時，實現足夠低的概率。 在圖2所示的實施例中，電位跳躍大約為200meV,這大約對應于在室 溫時載流子的平均熱能的八倍。于是可以提高在量子結構2的量子層3 中在發射輻射的情況下復合的載流子的部分。這可以導致LED半導體芯 片的提高的內部量子效率。
覆蓋層50和51與量子結構相比優選比較厚地實施。例如，厚度分別為量子結構2的厚度的至少2倍。覆蓋層由此特別是在剝離半導體本 體1的生長襯底之后用于將量子結構機械穩定。量子層和勢壘層的應變 不必一定是相對于生長襯底的。例如，應變也可以是相對于與量子結構
相比較厚的覆蓋層50或51。由此，在剝離襯底之后也仍然得到量子結 構的量子層3和勢壘層4的應變。于是，可以有利地避免在剝離生長襯 底之后消除位錯形式的應變以及由此出現的量子結構2的晶體質量的劣化。
當然，針對半導體本體i和針對生長襯底也可以使用其他半導體材 料，特別是III-V半導體材料。例如，半導體本體以及特別是量子結構2
可以包含InAs、 GaSb、 AlSb、 InP、 AlAs、 A1P或者GaP或者可以借助 該半導體形成的三元或四元半導體材料。
本發明并未由于借助實施例的描述而受到限制。本發明而是包括任 意新的特征以及特征的任意組合，這特別是包括權利要求中的特征的任 意組合，即使該特征或者該組合本身沒有明確地在權利要求中或實施例 中被說明。
權利要求
1.一種LED半導體本體(1)，具有半導體層序列，該半導體層序列包括為產生非相干的輻射而設計的量子結構(2)，該量子結構帶有至少一個量子層(3)和至少一個勢壘層(4)，其中所述量子層(3)和勢壘層(4)以彼此相反的符號而應變。
2. 根據權利要求1所述的LED半導體本體，其中所述LED半導體 本體(1 )實施為薄膜半導體本體。
3. 根據權利要求1或2所述的LED半導體本體，其中所述量子層 (3)是壓應變的而所述勢壘層(4)是張應變的。
4. 根據權利要求1至3中的至少一項所述的LED半導體本體，其 中所述勢壘層(4)的應變在數值上小于所述量子層(3)的應變。
5. 根據權利要求4所述的LED半導體本體，其中所述勢壘層(4) 的應變的數值是在所述量子層(3)的應變的數值的0.2至0.67倍之間 的值，其中包含端點值，優選的是在0.33至0.5倍之間的值，其中包含 端點值。
6. 根據權利要求1至5中的至少一項所述的LED半導體本體，其 中所述勢壘層(4)的厚度與所述量子層(3)的厚度的比例大于或等于 1,優選大于或等于1.5，特別優選的是大于或等于2.5。
7. 根據權利要求1至6中的至少一項所述的LED半導體本體，其 中所述勢壘層(4)的厚度為5nm或更大，優選為10nm或更大，特別 優選為20nm或更大。
8. 根據權利要求1至7中的至少一項所述的LED半導體本體，其 中所述量子層(3)包含InyGa!-yAs，其中(KyS0.5,優選的是0.05Sy^).3 ， 特別優選的是0.1^^0.2。
9. 根據權利要求1至8中的至少一項所述的LED半導體本體，其 中所述應變的勢壘層(4)包含AlxGa^AsLzPz,其中O.01^x^1,優選的 是0.1W0.6,特別優選的是0.2W0.4和/或0.01W0.5,優選的是 0.03《xS0.3,特另W尤選的是0.05Sx^).2。
10. 根據權利要求1至9中的至少一項所述的LED半導體本體，其 中所述量子結構(2)具有另外的量子層(3)和另外的勢壘層(4)， 并且所述另外的量子層(3)和另外的勢壘層(4)同樣以彼此相反的符號應變。
11. 根據權利要求10所述的LED半導體本體，其中所述另外的量 子層(3)和/或另外的勢壘層(4)根據權利要求3至9中的特征的至少 之一來實施。
12. 根據權利要求10或11所述的LED半導體本體，其中應變的量 子層(3)和應變的勢壘層(4)在量子結構(2)中以交替的順序相疊 設置。
13. 根據權利要求1至12中的至少一項所述的LED半導體本體， 其中所述量子結構(2)的平均應變為2000ppm或者更小，優選為 1000ppm或者更小,特別優選為500ppm或者更小。
14. 根據權利要求1至13中的至少一項所述的LED半導體本體， 其中所述半導體本體(1 )設置在承載體(70)上。
15. 根據權利要求14所述的LED半導體本體，其中所述承載體(70 ) 與所述半導體本體(1)的生長襯底不同。
16. 根據權利要求14或15所述的LED半導體本體，其中在所述承 載體(70)和所述半導體本體U)之間設置有反射層(72)。
17. 根據權利要求16所述的LED半導體本體，其中所述反射層(72 ) 以金屬方式實施。
18. 根據權利要求1至17中的至少一項所述的LED半導體本體， 其中所述量子結構(2)被設計用于產生輻射，所述輻射的峰值波長在 750nm至1050nm的波長范圍中，其中包含端點值。
19. 根據權利要求1至18中的至少一項所述的LED半導體本體， 其中所述量子結構實施為使得由所述量子結構(2)產生的輻射的頻i普 的半值寬度為70nm或者更小，優選為60nm或者更小，特別優選為50nm 或者更小。
20. 根據權利要求1至19中的至少一項所述的LED半導體本體， 其中所述量子結構(2)具有4個或者更多量子層(3),優選為10個 或者更多量子層。
全文摘要
提出了一種具有半導體層序列的LED半導體本體，該半導體層序列包括用于產生輻射而設計的量子結構，該量子結構帶有至少一個量子層和至少一個勢壘層，其中量子層和勢壘層以彼此相反的符號而應變。
文檔編號H01L33/00GK101496187SQ200780028579
公開日2009年7月29日 申請日期2007年7月27日 優先權日2006年7月31日
發明者A·貝雷斯, C·瓊, G·格羅寧格, P·海德博恩 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司