專利名稱：光電半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
公開DE 19640594以及文獻(xiàn)US 2005/0247950描述了光電半導(dǎo)體元件 (optoelektronisches Halbleiterbauelement)及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
待解決的任務(wù)在于給出一種光電半導(dǎo)體元件，其具有特別長(zhǎng)的使用壽命。 另一個(gè)待解決的任務(wù)在于給出一種光電半導(dǎo)體元件，其具有特別高的效率。再 一個(gè)任務(wù)在于給出一種制造這種光電半導(dǎo)體元件的方法。
這里所述的光電半導(dǎo)體元件例如是發(fā)光二極管，即LED或者激光二極管。 尤其是，這種光電半導(dǎo)體元件可以是RCLED(共振腔發(fā)光二極管(resonant cavity light emitting diode))或者VCSEL (垂直腔面發(fā)射激光器(verticaJ cavity surface emitting laser))。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該光電元件具有載體襯底 (TrSgersubstrat)。該光電半導(dǎo)體元件的功能層(g卩，該光電半導(dǎo)體元件的元件結(jié) 構(gòu)，該元件結(jié)構(gòu)包括被設(shè)置用于產(chǎn)生輻射的活性層(aktive Schicht))是與載體 襯底機(jī)械固定連接的。此外，該光電元件的元件結(jié)構(gòu)育g夠通過該載j料寸底而被 電接觸。i腿地，在這里該載##底不是在其上外延地沉積光電半導(dǎo)體元件的 元件結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)襯底，而是這樣一種襯底、即在制造元件結(jié)構(gòu)之后在其上施加 元件結(jié)構(gòu)或者在其上施加有效層，其中在施加之后外延地在所述有效層上沉積 元件結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該光電半導(dǎo)體元件包括中間 層，該中間層在光電半導(dǎo)體元件的載體襯底和元件結(jié)構(gòu)之間促成粘附。中間層 例如是結(jié)合層，載m寸底借助該結(jié)合層被結(jié)合在元件結(jié)構(gòu)上。此外，中間層能 夠以機(jī)械方式將載{料寸底與有效層連接起來。這樣，元件結(jié)構(gòu)能夠在有效層的 背離載，寸底的側(cè)上外延地生長(zhǎng)。根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該光電半導(dǎo)體元件包括具有 活性層的元件結(jié)構(gòu)，所述活性層被設(shè)置用于產(chǎn)生輻射。tt^地，該活性層適于 生鵬藍(lán)和減紫外光譜范圍的電磁輻射。為此，該活性層包括多個(gè)半導(dǎo)體層。
例如，活性層包括pn結(jié)、異質(zhì)結(jié)、單量子阱結(jié)構(gòu)和/或多重量子阱結(jié)構(gòu)。量子阱
結(jié)構(gòu)這個(gè)名詞尤其還包括這樣的結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中載流子通過抑制
(confinement)能夠經(jīng)歷其能量狀態(tài)的量化。特別是，量子阱結(jié)構(gòu)這個(gè)名詞不包 括關(guān)于量化量綱的說明。因此，其此外包括量子槽(Quantentrog)、量子線 (Quantendraht)和量子點(diǎn)(Quantenpunkt)以及這種結(jié)構(gòu)的各種組合。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該光電半導(dǎo)體元件包括載體 襯底、中間層，該中間層在載術(shù)寸底和元件結(jié)構(gòu)之間促成粘附(Haftung)，其中， 該元件結(jié)構(gòu)包括活性層，該活性層被設(shè)置用于產(chǎn)生輻射。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該元件結(jié)構(gòu)具有有效層。該 有效層借助中間層與載術(shù)寸底連接。元件結(jié)構(gòu)在有效層的背離載術(shù)寸底的側(cè)上 外延地生長(zhǎng)。這意味著，具有活性層的元件結(jié)構(gòu)沿生長(zhǎng)方向緊跟有效層。有效 層t^由位錯(cuò)密度(Versetzungsdichte)特別低的GaN制成。在此，位錯(cuò)密度最 好小于10Vcm2、特別優(yōu)選小于107/cm2。這意味著，有效層例如是由昂貴的少缺 陷的半導(dǎo)體材料(例如GaN)制成的層。與此不同，載j料寸底可以是由廉價(jià)材 料、例如多缺陷的GaN形成。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該有效層具有分離面，所述 分離面背離載體襯底。有效層例如是沿著分離面從較厚的有效襯底分離得到的。 分離面最好被平整化，并且外延生長(zhǎng)。例如，元件結(jié)構(gòu)外延地沉積在這種被平 整化的分離面上。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層是電絕緣的。中間層 為此可以由氮化硅或者氧化硅制成，或者包括這些材料中的至少一種。例如， 中間層在此包括下述材料中的至少一種SiN、 Si02、 Si3N4、 A1203、 Ta205、 HfD2。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該中間層至少具有具有下列 元素中的至少一個(gè)的氧化物、氮化物禾口/或氟化物Si、 Mg、 Al、 Hf、 Nb、 Zr、 Sc、 Ta、 Ga、 Zn、 Y、 B、 Ti。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層由含氧的化合物制成。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該中間層的折射率小于構(gòu)成有效層的材料的折射率。于是，中間層可以構(gòu)成針對(duì)在活性層中生成的電磁輻 射的鏡。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層的反射率通過高折射 和低折射的層的層序列針對(duì)小的入射角得以提高。也就是說，中間層包括折射 率交替地高和低的層的層序列，所述層例如能夠形成布拉格鏡結(jié)構(gòu)
(Bragg-Spiegelstruktur )。
根據(jù)光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層在面對(duì)元件結(jié)構(gòu)的側(cè)被 形成得尤為平整。如此平整的中間層使得中間層微多具有特另ij好的反射率。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層在面對(duì)載##底的側(cè) 以粗糙方式形成。這使得電磁輻射在朝向半導(dǎo)體元件的輻射出射面的方向上能
夠良好地發(fā)射。這應(yīng)該歸功于中間層的這種粗糙的界面降低了在中間層上全 反射的概率。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層在載j料寸底和元件結(jié)
構(gòu)之間促成電接觸。中間層包括或者例如由透明導(dǎo)電氧化物(TCO: transparent conductive oxide)、例如ITO (氧化銦錫(indium tin oxide))或者ZnO制成。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，對(duì)于在活性層中生成的電磁 輻射，該中間層至少部分是可透射的。例如，為此中間層的折射率匹配于形成 有效層的材料的折射率和/或匹配于形成載m寸底的材料。也就是說，中間層的 折射率于是大約等于形成有效層的材料的折射率和/或大約等于形成載m寸底的 材料的折射率。"大約等于(in etwa gleich)"意味著"中間層的折射率最多以 20%、優(yōu)選以最多10%、特別優(yōu)選以最多5%偏離有效層和/或載{料寸底的材料 的折射率"。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該光電半導(dǎo)體元件的輻射出 射面是打毛的。這種打毛例如是在外延期間通過V形開口借助原地打毛 (in-situ-Aufrauung)實(shí)現(xiàn)的，所述V形開口最好出現(xiàn)在錯(cuò)位處。另一種可行的 用于打毛輻射出射面的技術(shù)是在輻射出射面上形成臺(tái)式結(jié)構(gòu)體(Mesetten)。也 就是說，在輻射出射面上借助外延生長(zhǎng)或者刻蝕生成臺(tái)式結(jié)構(gòu)(Mesa-Strukture)。
根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，至少在光電半導(dǎo)體元件的一側(cè)上施加有透明度高 的接觸層。透明度高的接觸層例如可以包括透明導(dǎo)電氧化物或者由其制成。
根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，半導(dǎo)體元件按照倒裝芯片(FUp-Chip)的方式實(shí)施。在這里，元件結(jié)構(gòu)優(yōu)選配備有反射電極。于是，載^M底的背離元件結(jié)構(gòu)的側(cè) 最好(如上進(jìn)一步所述)被打毛和結(jié)構(gòu)化，以便改善通過襯底的光耦合輸出。 這意味著，光電半導(dǎo)體元件的輻射出射面至少局部地由載##底的背離元件結(jié)
^ 、根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，載懶寸底的背離元件結(jié)構(gòu)的側(cè)被鏡面化，以便反 射在活性層中生成的電磁輻射。在這種情況下，輻射出射面的至少一部分是通 過元件結(jié)構(gòu)的背離載懶寸底的側(cè)給出的。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層包括電介質(zhì)鏡或者構(gòu) 成這種電介質(zhì)鏡。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層包括布拉格鏡或者構(gòu) 成這種布拉格鏡。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層包含下列材料中的至
少一種SiN、 Si02、 Si3N4、 A1203、 Ta205、 HiD2。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層包括布拉格鏡或者構(gòu) 成了布拉格鏡，布拉格鏡包括多個(gè)交替的第一和第二層。在這里，第一層最好 由Si02和/或Ah03構(gòu)成，而第二層最好由丁3205和/或？1102構(gòu)成。
根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，被構(gòu)造為電介質(zhì)鏡或者布拉格鏡的中間層是結(jié)合 層，所述結(jié)合層在光電半導(dǎo)體元件的載##底和元件結(jié)構(gòu)之間促成粘附。這意 味著，在該實(shí)施方式中，中間層起到雙重作用，即，它用于反射在工作中在該 光電半導(dǎo)體元件的活性層中生成的電磁輻射；并且它在載#^寸底和元件結(jié)構(gòu)之 間促成機(jī)械粘附。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，該光電元件包括耦合輸出鏡 (Auskoppelspiegel)，所述耦合輸出鏡布置在半導(dǎo)體元件的背離中間層的側(cè)上。 耦合輸出鏡例如是由下列鏡中的至少一個(gè)構(gòu)成的金屬鏡、電介質(zhì)鏡、布拉格鏡。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，耦合輸出鏡包括布拉格鏡， 布拉格鏡包括多個(gè)交替的第一和第二層。在這里，第一層最好由Si02和/或A1203 構(gòu)成，而第二層最好由Ta205和/或HfD2構(gòu)成。
在這里，根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，被構(gòu)造為鏡的中間 層和耦合輸出鏡特別是能夠針對(duì)在光電半導(dǎo)體元件的元件結(jié)構(gòu)的活性層內(nèi)生成的電磁輻射形成諧振器(Resonator)。這種實(shí)施方式特別好地適用于RCLED或 者VCSEL。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，中間層和耦合輸出鏡之間的 間距最多為l(Him、伏選最多為3拜、特別伏選最多為2〖im。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，在元件結(jié)構(gòu)和耦合輸出鏡之 間布置有接觸層，所述接觸層包括透明導(dǎo)電氧化物或者由這種透明導(dǎo)電氧化物 制成。接觸層例如包括或者由ITO制成。這也就是說，在元件結(jié)構(gòu)的背離中間 層的側(cè)與耦合輸出鏡之間設(shè)有接觸層，所述接觸層包括透明導(dǎo)電氧化物或者由 這種透明導(dǎo)電氧化物制成。元件結(jié)構(gòu)和耦合輸出鏡最好分別直接與所述接觸層 鄰接。
根據(jù)該光電半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)實(shí)施方式，布置在元件結(jié)構(gòu)和耦合輸出 鏡之間的接觸層的厚度滿足下述關(guān)系式d-(mA/2)/nKs。在這里，d表示接觸
層的厚度，X表示在活性層中生成的電磁輻射的波長(zhǎng)，IlKs表示接觸層的材料的
折射率，而m是H的自然數(shù)。
此外，還給出了一種用于制造光電半導(dǎo)體元件的方法。
根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括在有效層上生長(zhǎng)活性層。有 效層例如是由GaN制成的層，其具有特別小的位錯(cuò)密度。
根據(jù)用于制造光電半導(dǎo)體元件的方法的至少一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括準(zhǔn) 備載m寸底。該載術(shù)寸底例如可以是廉價(jià)的GaN襯底，其具有相對(duì)較高的位錯(cuò) 密度。
根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括借助中間層將載懶寸底與有 效襯底連接。有效襯底例如是厚的、位錯(cuò)低的GaN襯底。
根據(jù)該方法的至少一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括在有效襯底中制造斷口晶核 層。例如，這禾中斷口晶核層育旨?jí)蚪柚蛴行бr底植入氫離子來實(shí)現(xiàn)。由此形成 了斷口晶核層，其中沿著所述斷口晶核層能夠在后續(xù)方法步驟中分離出有效襯 底的一部分，以使得通過中間層與載術(shù)寸底相連接的有效層被保留下來。例如， 能夠M退火而從剩余的有效襯底分離該有效層。這種用于制造具有有效層的 準(zhǔn)襯底的方法，例如在文獻(xiàn)WO 2005/004231中有所描述，在這里將其與之相關(guān) 的公開內(nèi)容詳盡iH過參引并入于此。
根據(jù)用于制造光電半導(dǎo)體元件的方法的至少一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括下列步驟
準(zhǔn)備載##底；
借助中間層將載f料寸底與有效襯底連接； 在有效襯底中制造斷口晶核層；
分離有效襯底的一部分，以使得與載##底連接的有效層被保留下來；并
且
在有效層上生長(zhǎng)包括活性層的元件結(jié)構(gòu)。


下面將根據(jù)實(shí)施例和所屬的附圖進(jìn)一步闡述在這里所描述的光電半導(dǎo)體元 件以及用于制造這種光電半導(dǎo)體元件的方法。在這些實(shí)施例和附圖中，相同或 者作用相同的組成部分分別具有相同的附圖標(biāo)記。所示的件不是按照比例關(guān)系 的，更確切地，為了更好地理解可能會(huì)夸張地放大示出各個(gè)元件。
圖1以示意性剖視圖示出這里所述的光電半導(dǎo)體元件的第一實(shí)施例； 圖2以示意性剖視圖示出這里所述的光電半導(dǎo)體元件的第二實(shí)施例； 圖3以示意性剖視圖示出這里所述的光電半導(dǎo)體元件的第三實(shí)施例； 圖4以示意性剖視圖示出這里所述的光電半導(dǎo)體元件的第四實(shí)施例； 圖5以示意性剖視圖示出這里所述的光電半導(dǎo)體元件的第五實(shí)施例； 圖6示出在中間層上的反射率的示意亂 圖7示出由該元件發(fā)射的輻射的強(qiáng)度的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1以示意性剖視圖示出這里所述的光電半導(dǎo)體元件的第一實(shí)施例。
該光電半導(dǎo)體元件包括載^M底1 。載f料寸底1由廉價(jià)的GaN制成，其具 有相對(duì)較高的位錯(cuò)密度。
在載懶寸底1上施加中間層2，中間層2具有較低的折射率并且對(duì)GaN的 良好的黏附性。例如，中間層2由Si02制成。中間層2的厚度最好至少為100nm。
在中間層2上施加元件結(jié)構(gòu)50。元件結(jié)構(gòu)50包括有效層3，有效層3由 GaN制成并且至少部分地從有效襯底(Nutzsubstrat)分離(abtrennen)。有效層 的位錯(cuò)密度小于108/cm2、最好小于l(f/cm2。有效層3具有分離層4，分離層4 背離載^M底1。有效層3沿著分離層4從有效襯底分離。
在有效層3之后緊跟著電子注入層12。電子注入層12例如是由n-AHnGaN制成的層。在這里，有效層3也可能形成電子注入層12。在這種情況下，有效
層3從n-AUnGaN有效襯底分離。
在電子注入層12之后緊跟著活性層5?；钚詫?包括至少一個(gè)用于生自 射而設(shè)置的結(jié)構(gòu)。例如，活性層5可以包括pn結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱結(jié)構(gòu)和/或多 重量子阱結(jié)構(gòu)。
在活性層5之后緊跟著第二導(dǎo)電層，例如p-MInGaN空穴注入層6，， 背離活性層5的側(cè)最好被打毛和/或被結(jié)構(gòu)化，以使得徹底提高輻射出射的概率。 此外，也可以在空穴注入層6內(nèi)結(jié)構(gòu)化臺(tái)式結(jié)構(gòu)體(Mesetten)。
在空穴注入層6之后跟隨著接觸層7 ，接觸層7例如包括透明導(dǎo)電氧化物(例 如ITO)或者由這種透明導(dǎo)電氧化物構(gòu)成。
在接觸層7上施加結(jié)合焊盤8，借助結(jié)合焊盤8，該元件例如能夠M51線接 觸而被電接觸。
在結(jié)合圖1所描述的該實(shí)施例中，有效層3或者電子注入層12在背離載體 襯底的一側(cè)至少有些地方是暴露的。在這樣暴露的有效層3上施加結(jié)合焊盤9， 所述結(jié)合焊盤9用于n偵贖觸光電半導(dǎo)體元件。結(jié)合圖1所說明的光電半導(dǎo)體 元件例如是發(fā)光二極管。
作為對(duì)結(jié)合圖1所說明的實(shí)施方式的替代方案，載i料寸底1可以是電絕緣 且透明的。例如，由藍(lán)寶石制成載術(shù)寸底l。于是中間層2的折射率最好小于藍(lán) 寶石的折射率。
可替代地，也可以互換n導(dǎo)電層和p導(dǎo)電層。也就是說載體襯底也可以與p 導(dǎo)電層相鄰。
可替代地，該元件也可以被實(shí)施為倒裝芯片元件(Flip-Chip Bauelement)，
其中，在空穴注入層6或者接觸層7上施加高度反射的鏡。
在很多LED中，例如在氮化鎵基底上的UVLED情況下，內(nèi)部效率很対呈 度上取決于缺陷密度。
這種缺陷密度基本由襯底確定。例如，在從氮化鎵至藍(lán)寶石或者從氮化鎵 至碳化硅的異質(zhì)外延情況下，缺陷密度可以是108至101Q/cm2。
元件效率的第二因素在于，在半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生的光束從半導(dǎo)體向外部環(huán)境 的耦合輸出。所述耦合輸出受到在界面處反射柳蹄ij，并且受到材料過渡的總 反射角的限制。借助薄膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效率的光耦合輸出。其原理在于，向所生成的光束提 供多次光耦合輸出的機(jī)會(huì)。為此，對(duì)輻射出射面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化或者打毛，以便在
反射的情況下得到角度變化；相對(duì)的側(cè)被鏡面化(verspiegeln)。在表面和鏡之 間的結(jié)構(gòu)最好被保持得盡可能薄，以便最小化在材料中的吸收。目前在薄膜芯 片技術(shù)中，用于襯底分離的激光剝離(Laser-Uftoff)法與共晶結(jié)合一起占主導(dǎo)。 可替代地，與對(duì)原始襯底的磨削以及亥鵬去除相組合的晶片結(jié)合工藝是可能的。 呈薄膜結(jié)構(gòu)形式的發(fā)光二極管芯片，例如在文獻(xiàn)WO 02/13281 Al和EP 0 905 797 A2中有所描述，這里將在薄膜結(jié)構(gòu)形式方面的其公開內(nèi)容ilil參引全部并入于 此。
獲得高光耦合輸出的另一可能性是與高透明的正面電流散布層(接觸) 相結(jié)合和與反射光的路徑的改變(例如對(duì)表面和/或界面的結(jié)構(gòu)化或者打毛)相 結(jié)合的高透明襯底(例如藍(lán)寶石)上的外延結(jié)構(gòu)。然而，在氮化鎵襯底上這種 結(jié)構(gòu)化的效率被嚴(yán)重降低，這是因?yàn)榈壥紫葟?qiáng)烈地吸收UV范圍內(nèi)的輻射。
圖2以示意性咅艦圖示出了這里所示的光電半導(dǎo)體元件的第二實(shí)施例。 在該實(shí)施例中，中間層2是導(dǎo)電的，并且建立通向元件結(jié)構(gòu)50的接觸。中 間層2包括或者由透明導(dǎo)電氧化物制成，例如ITO或者ZnO。于是，載術(shù)寸底 1的背離元件結(jié)構(gòu)50的側(cè)伏選地被構(gòu)造成對(duì)于在活性層5內(nèi)生成的電磁輻射20 是反射性的。
活性層在ifct好適于生成波長(zhǎng)小于380nm的電磁輻射20。于是，有效層3 包括或者由優(yōu)選AlGaN制成。這種有效層可以在GaN有效襯底上外延。在從 有效襯底上分開之后，該層在重新結(jié)合時(shí)重新在載j料寸底上外延，以使得為元 件結(jié)構(gòu)50的后續(xù)層的外延提供少缺陷的AlGaN有效層3 ，所述AlGaN有效層 3被集皿元件結(jié)構(gòu)50內(nèi)。于是，這種有效層3同時(shí)可以形成電子注入層12。 此外，有效層3也可以由AlGalnN制成或者包含這種材料。 為了制造光電半導(dǎo)體元件(如與圖1或圖2相結(jié)合地描述的那樣)，首先制 造準(zhǔn)襯底10。為此，例如提供高質(zhì)量的GaN有效襯底，其優(yōu)選具有小于108/cm2、 特別優(yōu)選小于107/咖2的缺陷密度?？蛇x地，在GaN有效襯底上已經(jīng)存在外延 生長(zhǎng)的層或者層序列，其可以包括下述材料中的至少一種:GaN、 AlGaN、InGaN、 AUnGaN。
在GaN有效襯底中產(chǎn)生斷口晶核層(Bruchkeimschicht),所述斷口晶核層沿橫向以平行于氮化鎵襯底主面的方式延伸。斷口晶核層最好通過從GaN有效
襯底的一側(cè)植入氫離子來生成。
隨后，在生成斷口晶核層之前或之后，將GaN有效襯底結(jié)合在載體襯底1 上。隨后產(chǎn)生斷口晶核層，用于形成側(cè)向斷口。這例如可以通過退火來實(shí)現(xiàn)。 這得出有效層3,其從有效襯底轉(zhuǎn)交至載f料寸底1 。
有效層3借助中間層2與載##底1連接。
圖3以示意性剖視圖示出了這里所示的光電半導(dǎo)體元件的第三實(shí)施例。 該光電半導(dǎo)體元件仍然包括載體襯底1，所述載術(shù)寸底例如由成本低廉的 GaN制成，其可以具有大于10%1112的比較高的位錯(cuò)密度。可替代地，載#|寸底 1也可以由藍(lán)寶石制成。在載#^寸底1上施加中間層2，所述中間層在載術(shù)寸底 1和元件結(jié)構(gòu)50之間促成粘附。在圖3所示的實(shí)施例中，中間層2是布拉格鏡 (Bragg-Spiegel)。中間層2于是包括布拉格鏡或者構(gòu)成了布拉格鏡，布拉格鏡包
括多個(gè)交替的第一和第二層。在這里，第一層最好由Si02和/或Al203制成，而
第二層最好由Ta205和/或HfQ2制成。
元件結(jié)構(gòu)50包括有效層3 ，所述有效層3由高質(zhì)量的GaN制成并且從有效 襯底分離。有效層3的位錯(cuò)密度小于108/cm2、最好小于107/cm2。在理想情況下， 在有效層3和其余元件結(jié)構(gòu)50之間的界面是無干擾的。有效層3具有分離層4， 分離層4背離載^M底1 。有效層3例如在有效襯底借助中間層2結(jié)合到載## 底1上之后皿分離工藝沿著分離層4從有效襯底分離。
有效層3之后緊跟著第一導(dǎo)電層，第一導(dǎo)電層例如是電子注入層12。在圖 l的實(shí)施例中，電子注入層12包括或者由n-AlInGaN制成。
在電子注入層12之后緊跟著活性層5，活性層5包含至少一個(gè)用于生自 射的結(jié)構(gòu)。
活性層5之后緊跟著第二導(dǎo)電層，例如空穴注入層6?？昭ㄗ⑷雽?包括或 者由例如p摻雜的AUnGaN制成。
在空穴層6之后緊跟著接觸層7。接觸層7例如由IT0 (氧化銦錫)形成。 接觸層7的厚度最好等于"在活性層中生成的電磁輻射20的半波長(zhǎng)的幾倍" 除以"接觸層7的材料的折射率"。特別優(yōu)選的是，接觸層7的厚度等于"在 活性層5中生成的電磁輻射20的波長(zhǎng)"除以"接觸層7的材料的折射率"。可選地， 接觸層7能夠與p+Zn+隧道結(jié)(Tunne她ergang)相組合。在接觸層7的背離活性層5的側(cè)上施加金屬接觸8，金屬接觸8例如呈環(huán)形。 在環(huán)的中心，在接觸層7上施加耦合輸出鏡13 (Auskoppelspiegel)。耦合輸出 鏡13與fflil中間層2形成的鏡一起形成了針對(duì)在活性層5內(nèi)生成的電磁輻射20 的諧振器(Resonator)。耦合輸出鏡13例如被實(shí)施為電介質(zhì)鏡、最好被實(shí)施為 布拉格鏡。耦合輸出鏡13在其構(gòu)造方面例如對(duì)應(yīng)于中間層2的鏡。耦合輸出鏡 13于是包括布拉格鏡或者形成了布拉格鏡，其包括多個(gè)交替的第一層和第二層。 在這里，第一層最好由Si02和/或Al203形成，而第二層最好由Ta205和/或HiQ2 形成。
在電子注入層12的例如借助臺(tái)式蝕刻暴露的表面上，施加至少一個(gè)金屬結(jié) 合焊盤9，借助金屬結(jié)合焊盤9能夠在n側(cè)電接觸光電半導(dǎo)體元件。
圖1的光電半導(dǎo)體元件最好構(gòu)成RCLED或者VCSEL。
RCLED或者VCSEL的原理在于在兩個(gè)鏡之間嵌入發(fā)光層。所述鏡可以是 金屬層或者電介質(zhì)層。
在這里，此外介紹針對(duì)氮化物基底上的VCSEL和RCLED的方法，其允許 以小間距將活性層5諧振地IMA在兩個(gè)鏡2、 13之間，同時(shí)包含少缺陷的晶體 結(jié)構(gòu)。
此外將介紹一種新的方法，該方法根據(jù)匹配于光柵的、位錯(cuò)低的外延，通 過小的鏡間距而育g夠?qū)崿F(xiàn)具有少量模式的RCLED或VCSEL結(jié)構(gòu)。光能夠最佳 地穿過該基底耦合輸出。
準(zhǔn)備襯底用于例如借助氫植入(Wasserstoffimplantation)的此后的分離工藝。 襯底必要時(shí)被平整化，并且在該襯底上施加布拉格鏡。對(duì)于布拉格鏡適用的是， 例如Si02-Ti02層序列、或者Si02-TaA或者SiOrHf02層序列，或者以A1203 代替S線。必要時(shí)，SK32隔離層是有利的。SK32層直接結(jié)合在載術(shù)寸底上，例 如藍(lán)寶石或者廉價(jià)的(可能多缺陷的)GaN上。襯底有效層3與中間層2的電 介質(zhì)層一起通過冒泡(Blistem)和側(cè)向裂縫形成(laterale Rissbildung)從襯底 分離。所述步驟的順序可以改變。
以匹配于光柵的方式將LED或激光結(jié)構(gòu)在被重結(jié)合的有效層3上外延。如 It腿擇層厚，艮咣路厚度x折射率-半發(fā)射波長(zhǎng)(A72)的數(shù)倍。j雌的厚度 小于10iiim，最好小于3jjm。
隨后，對(duì)芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理并且對(duì)正面進(jìn)行鏡面化。鏡面化可以是金屬的、例如由銀或者借助銀實(shí)現(xiàn)，或者是電介質(zhì)的(dielektnsch)。優(yōu)選地，在這里高 度透明的接觸層借助于例如ITO與位于其上的電介質(zhì)鏡組合。接觸層的厚度最 好是數(shù)倍的(波^/2) /折射率，特別是lx波^/折射率。
這種新型的構(gòu)件由AlGalnN層疊組成，其具有產(chǎn)生光的活性層并且位錯(cuò)密 度小于10Vcm2。該層疊(Schichtpaket)至少部分地位于兩個(gè)鏡之間，在鏡2、 13之間的層厚處于2〖im之下，最好處于IO x發(fā)射光波粉(鏡2、 13之間的材 料的折射率)之下。
圖4以示意性剖視圖示出了這里所示的光電半導(dǎo)體元件的第四實(shí)施例。與 結(jié)合圖3所示的實(shí)施例不同之處在于，在該實(shí)施例中耦合輸出鏡13由金屬鏡制 成，其與接觸層7形成歐姆接觸。于是，耦合輸出鏡13除了其光學(xué)特性之外還 用于向光電半導(dǎo)體元件施加電流。
圖5以示意性剖視圖示出了這里所示的光電半導(dǎo)體元件的第五實(shí)施例。與 結(jié)合圖3所示的實(shí)施例不同，在該實(shí)施例中金屬接觸8如此呈環(huán)形地來實(shí)施， 使得其位于元件的邊緣處。接觸層7的背離活性層5的側(cè)的、未被金屬接觸8 覆蓋的面被耦合輸出鏡13覆蓋，耦合輸出鏡13例如由布拉格鏡構(gòu)成。
圖6針對(duì)由活性層5所生成的輻射的波長(zhǎng)460nm根據(jù)中間層2的厚度d示 出在Si02中間層2和GaN之間的界面處的反射率。在這里，反射率例如針對(duì)光 電半導(dǎo)體元件(如結(jié)合圖l所描述的)被確定。
如果在活性層5中生成的電磁輻射很大程度在載術(shù)寸底1內(nèi)被吸收，那么 這種中間層2被證實(shí)為特別有利的。這尤其是針對(duì)在GaN載體襯底中小于 380nm的發(fā)射波長(zhǎng)是這種情況。
圖7針對(duì)缺陷密度(DD)為2xl()S/ci^相比于缺陷密度為2xl(^/ci^示出 由活性層5生成的電磁輻射的^t關(guān)系。首先，對(duì)于小于420nm的波長(zhǎng)，由于 有效層3而被降低的缺陷密度產(chǎn)生特別有利的效果，例如在與圖1結(jié)合地描述 的元件的情況下。
本發(fā)明不局限于根據(jù)這些實(shí)施例的描述。更確切地，本發(fā)明包括每一個(gè)新 的特征或者特征的每一組合，這尤其包括在權(quán)利要求中的特征的每一組合，即 便這些特征或者這些組合自身沒有在權(quán)利要求中或者在實(shí)施例中明確給出。
本發(fā)明要求德國(guó)專利申請(qǐng)102006019109.9 、 102006030252.4和 10200606U67.5的優(yōu)先權(quán)，在這里通過參引將其公開的內(nèi)容全部并入。
權(quán)利要求
1. 光電半導(dǎo)體元件，包括載體襯底(1)；和中間層(2)，其在所述載體襯底(1)和元件結(jié)構(gòu)(50)之間促成粘附，其中，所述元件結(jié)構(gòu)(50)包括活性層(5)，所述活性層(5)被設(shè)置用于產(chǎn)生輻射。
2. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述元 件結(jié)構(gòu)(50)具有有效層(3)，所述有效層(3)布置在所述中間層(2)和所 述活性層(5)之間。
3. 根據(jù)前述權(quán)禾腰求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述有 效層(3)具有分離面(4)，所述分離面背離所述載術(shù)寸底(1)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)是電絕緣的。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)的折射率小于構(gòu)成所述有效層(3)的材料的折射率。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中間層(2)在所述載##底(1)和所述元件結(jié)構(gòu)(50)之間 促成電接觸。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，對(duì)于在 所述活性層(5)中生成的電磁輻射，所述中間層(2)至少部分是可劍寸的。
8. 根據(jù)前一權(quán)禾腰求所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中間層(2)包含 透明導(dǎo)電氧化物。
9. 根據(jù)前述權(quán)禾腰求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)的折射率大約等于形成所述有效層(3)的材料的折射率，禾tV或大約 等于形成所述載j材t底(1)的材料的折射率。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)包括或者是電介質(zhì)鏡。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)包括或者是布拉格鏡。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)由含氧的化合物制成。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)包含下列材料中的至少一個(gè)Si02、 A1203、 Ta205、 HfG2。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中間層(2)至少包含下列元素中的至少一個(gè)的氧化物、氮化物和/或氟化物Si、Mg、 Al、 Hf、 Nb、 Zr、 Sc、 Ta、 Ga、 Zn、 Y、 B、 Ti。
15. 根據(jù)前述權(quán)禾腰求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)包括布拉格鏡，所述布拉格鏡包括多個(gè)交替的第一和第二層，其中所 述第一層由Si02和/或八1203構(gòu)成，所述第二層由Ta20s禾口/或HfD2構(gòu)成。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述中 間層(2)是結(jié)合層的。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述光 電半導(dǎo)體元件包括耦合輸出鏡(13)，所述耦合輸出鏡布置在所述元件結(jié)構(gòu)(50) 的背離所述中間層(2)的側(cè)上。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述耦 合輸出鏡(13)是由金屬鏡形成的。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述耦 合輸出鏡(13)是由電介質(zhì)鏡形成的。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述耦 合輸出鏡(13)是由布拉格鏡形成的。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述耦 合輸出鏡(13)包括布拉格鏡，所述布拉格鏡包括多個(gè)交替的第一和第二層， 其中所述第一層由Si02和/或Al203構(gòu)成，所述第二層由Ta20s和/或H102構(gòu)成。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，在所述 中間層(2)和所述耦合輸出鏡(13)之間的間距最多為10,、伏選最多為3,、 特別4腿最多為2拜。
23. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，在所述元件結(jié)構(gòu)(50)和所述耦合輸出鏡(13)之間布置接觸層(7)， 所述接觸層包括透明導(dǎo)電氧化物。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，所述接觸層(7)包含ITO。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一個(gè)所述的光電半導(dǎo)體元件，其中，滿足下述關(guān)系式d = (m A/2) / nKs ,其中，d表示所述接觸層(7)的厚度，X表示在所述活性層(5)中生成的 電磁輻射的波長(zhǎng)，nKs表示所述接觸層(7)的材料的折射率，而m是自然數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電半導(dǎo)體元件，其具有載體襯底；中間層，其在載體襯底和元件結(jié)構(gòu)之間促成粘附，其中，該元件結(jié)構(gòu)包括活性層，該活性層被設(shè)置用于產(chǎn)生輻射。
文檔編號(hào)H01L33/40GK101443923SQ200780014703
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月25日
發(fā)明者C·艾克勒, M·薩巴西爾, S·米勒, U·斯特勞斯, V·哈爾 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司