发光二极管芯片制造技术

一种发光二极管芯片，包括：-具有多个有源区(2)的半导体本体(1)，其中，-有源区(2)中至少之一具有至少两个子区域(21···28)，-有源区(2)具有布置在所述至少两个子区域(21····28)中的两个相邻子区域(21···28)之间的至少一个阻挡区(3)，-至少两个子区域(21····28)在发光二极管芯片的工作期间发射颜色互不相同的光，-在子区域(21····28)的至少之一中光的发射通过电产生，并且，-将阻挡区(3)配置成阻碍两个相邻子区域(21····28)之间的电荷载流子的热活化再分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发光二极管芯片 文献On the mechanisms of spontaneous growth of Ill-nitride nanocolumns by plasma-assisted molecular beam epitaxy，'，Journal of Crystal Growth310, 2008, 第4035-4045页公开了一种制造第III族氮化物纳米柱的方法。通过引用将该文献的公开 内容并入本文。 文献N-face GaN nanorods: Continuous-flux M0VPE growth and morphological Properties, Journal of Crystal Growth, 315, 2011,第 164-167 页公开 了一种制造 N面GaN纳米棒的方法。通过引用将该文献的公开内容并入本文。 文献Continuous-flux M0VPE growth of position-controlled N-face GaN nanorods and embedded InGaN quantum wells，Nanotechnology21 (2010) 305201 (5 页） 公开了一种制造 N面GaN纳米棒的方法。通过引用将该文献的公开内容并入本文。 一个目标为详细说明一种呈现出特别良好的热稳定性的发射电磁辐射的发光二 极管芯片。 根据发光二极管芯片的一个方面，发光二极管芯片包括具有多个有源区的半导体 本体。例如，大多数或所有有源区配置成在发光二极管芯片的工作期间发射电磁辐射。 在发光二极管的制造公差内，半导体本体的所有有源区可以以相同方式配置并且 发射相同光谱的电磁辐射。而且，有源区中的至少一些有源区也可以在其结构和/或在发 光二极管芯片的工作期间所发射的电磁辐射的光谱的方面上彼此不同。 例如，半导体本体具有大量有源区：至少一千个有源区、特别地至少一百万个有源 区。 根据发光二极管芯片的一个方面，有源区中的至少一个有源区、特别地有源区中 的大多数有源区，例如，所有有源区，具有至少两个相邻子区域。例如，该至少两个相邻子区 域两者都在发光二极管芯片工作期间发射电磁辐射。例如，有源区的子区域定位成在有源 区内彼此隔开。各个子区域均可以包括至少一个pn结和/或至少一个量子阱结构和/或 至少一个多量子阱结构和/或至少一个双异质结构。通过采用这样的结构，可以特别准确 地设置各个子区域发射的光的波长。作为替代方案，子区域可以不包括所述结构之一，但是 电磁辐射的发射是归因于形成有源区的半导体本体的半导体材料的本征带隙。在这种情况 下，有源区的制造特别容易实现。 根据发光二极管芯片的一个方面，有源区具有至少一个阻挡区，该阻挡区布置在 所述至少两个子区域的两个相邻子区域之间。这意味着有源区的两个相邻子区域通过例如 与两个相邻子区域具有界面的阻挡区彼此隔开。阻挡区可以直接布置在两个相邻子区域之 间。阻挡区在形成阻挡区和邻接子区域的半导体材料的组成上不同于邻接阻挡区的子区 域。 例如，有源区中的至少一个有源区，特别地有源区中的大多数有源区或所有的有 源区，具有三个或更多个子区域，其中阻挡区布置在有源区的每一对相邻子区域之间。 根据发光二极管芯片的一个方面，至少两个子区域在发光二极管芯片的工作期间 发射颜色互不相同的光。因此，子区域可以发射从紫外辐射的波长谱至红外辐射的波长谱 的光。子区域中的至少两个子区域，例如，两个相邻子区域，发射颜色相互不同的光。因此例 如子区域中的一个子区域可以发射蓝光而另一个子区域可以发射绿光、黄光或红光。子区 域中的至少一个子区域还可以发射非纯色的混合光。在这种情况下，有源区的至少两个子 区域可以发射不同组成的不同混合光。例如，在发光二极管芯片的工作期间，子区域中的一 个子区域发射蓝绿光，其中另一子区域发射黄绿光。例如，在发光二极管芯片的工作期间， 另外一个子区域发射红琥拍色（red-amber)的光。总体上可以产生白光。 根据发光二极管芯片的一个方面，在子区域中的至少一个子区域中光的发射通过 电产生。换句话说，有源区的子区域通过电泵浦（pump)并且光的发射不是由于所述子区域 的光泵浦。因此有源区的各个子区域可以通过电泵浦使得光的发射在有源区的各个子区域 中通过电产生。有源区还可以包括电泵浦子区域和光泵浦子区域。例如，有源区包括其中 光的发射通过电产生的仅一个子区域和通过在该仅一个电泵浦子区域中发射的光进行光 泵浦的一个或更多个子区域。 根据发光二极管芯片的一个方面，两个相邻子区域之间的阻挡区配置成阻碍所述 两个相邻子区域之间电荷载流子的热活化再分布。因此，阻挡区例如比邻接阻挡区的子区 域的半导体材料具有更大的带隙。事实上阻挡区配置成阻碍电荷载流子的热活化再分 布意味着在没有阻挡区的情况下热活化再分布比具有阻挡区的情况下可能性更大。换句话 说，阻挡区减小了邻接阻挡区的两个子区域之间的电荷载流子热活化再分布的可能性。 根据发光二极管芯片的一个方面，发光二极管芯片包括具有多个有源区的半导体 本体，其中，至少一个有源区具有至少两个子区域，有源区具有布置在所述至少两个子区域 的两个相邻子区域之间的至少一个阻挡区，该至少两个子区域在发光二极管芯片的工作期 间发射颜色相互不同的光，在子区域中的至少之一中光的发射通过电产生，并且阻挡区配 置成阻碍两个相邻子区域之间电荷载流子的热活化再分布。 发射白光的发光二极管可以受发射的白光的色温和色坐标的强温度依赖性的影 响。在此之上，对于通过磷光体转换或者利用不同颜色的发光二极管生成的白光，两者在增 加的温度范围内都可以观察到效率的显著降低，其中特别是红色发光二极管由温度敏感的 第III族磷化物制成。另外，例如InGaN基发光二极管中的所谓的下降由于辐射发射的 亚线性增加以及由于增加的非辐射损耗例如声子辅助俄歇复合和/或热逃逸和/或载流子 溢流而削弱了高电流操作。 现在对于这些问题还没有真正的解决方案，而是只有一些方法缓解了这些问题。 例如，关于下降效应，发光二极管可以在相对低的工作电流或者在升高的电流和降低的 效率下操作。关于色坐标根据发光二极管的工作温度的变化，通过承担伴随温度的升高而 降低的转换效率或具有不同颜色的发光芯片的相对昂贵的解决方案，可以使用用于温度稳 定的白色坐标的磷光体转换。然而，这些解决方案仍然具有随着温度的升高而效率降低的 缺点。另外，在使用发射不同颜色的发光二极管芯片的解决方案中，用于不同颜色的不同材 料将导致单个芯片的不同的寿命。这限制了这样构造的发光二极管的性能和寿命。 对于在此描述的发光二极管芯片，载流子的热活化再分布通过至少一个阻挡区抑 制。因此，在各个子区域中生成的光子的比例保持独立于工作温度和流经有源区的电流的 电流密度。因此，在通过半导体本体的有源区发射白光的情况下，白光坐标可以几乎保持不 变。另外，各个有源区可以选择为足够厚以通过为光生成提供大的无缺陷体积而抑制下降 的问题。特别地，如果有源区构造为纳米结构（例如纳米棒），则可以实现特别高的结晶质 量，其使得在有源区的半导体材料中具有低的非辐射损失。 根据发光二极管芯片的一个方面，这些有源区具有主延伸方向。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管芯片，包括：‑具有多个有源区(2)的半导体本体(1)，其中，‑所述有源区(2)中至少之一具有至少两个子区域(21···28)，‑所述有源区(2)具有布置在所述至少两个子区域(21···28)中的两个相邻子区域(21···28)之间的至少一个阻挡区(3)，‑所述至少两个子区域(21···28)在所述发光二极管芯片的工作期间发射颜色互不相同的光，‑在所述子区域(21···28)的至少之一中所述光的发射通过电产生，并且‑所述阻挡区(3)配置成阻碍所述两个相邻子区域(21···28)之间的电荷载流子的热活化再分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.20 EP 12151946.61. 一种发光二极管芯片，包括： -具有多个有源区（2)的半导体本体（1)，其中， -所述有源区（2)中至少之一具有至少两个子区域（21 ··· 28)， -所述有源区（2)具有布置在所述至少两个子区域（21 ·· ·28)中的两个相邻子区域 (21 ··· 28)之间的至少一个阻挡区（3)， -所述至少两个子区域（21 ·· ·28)在所述发光二极管芯片的工作期间发射颜色互不 相同的光， -在所述子区域（21· · ·28)的至少之一中所述光的发射通过电产生，并且 -所述阻挡区（3)配置成阻碍所述两个相邻子区域（21 ·· ·28)之间的电荷载流子的 热活化再分布。2. 根据前一权利要求所述的发光二极管芯片，其中， -所述有源区（2)具有主延伸方向（R)， -所述有源区（2)中的至少一些在相对于所述主延伸方向（R)处于侧向的方向（L)上 彼此隔开，或者所述有源区（2)中的至少一些在所述侧向方向上彼此部分地接触， -所述有源区（2)为纳米结构并且所述有源区（2)中至少之一的最大直径为lOOOnm并 且纵横比为至少3， -将所述子区域（21 ··· 28)沿着所述子区域（21 ··· 28)的所述有源区（2)的所 述主延伸方向（R)布置并且在每对相邻子区域（21 ··· 28)之间仅布置一个阻挡区（3)， -各个子区域（21 ··· 28)均基于包含铟的氮化物化合物半导体材料，该包含铟的氮 化物化合物半导体材料基于（Al，In，Ga) N特别是InGaN的半导体材料， -各个阻挡区（3)均基于与邻接所述阻挡区（3)的所述子区域（21 ·· ·28)相比具有 更大带隙的至少一种氮化物化合物半导体材料， -各个阻挡区⑶均基于GaN或A1 InGaN或InGaN，以及 -各个阻挡区（3)在所述有源区的所述主延伸方向上比各个子区域（21 ··· 28)更 薄。3. 根据前一权利要求所述的发光二极管芯片，其中， -所述有源区（2)具有主延伸方向（R)，并且 -所述有源区（2)中的至少一些在相对于所述主延伸方向（R)处于侧向的方向（L)上 彼此隔开，或者所述有源区（2)中的至少一些在所述侧向方向上彼此部分地接触。4. 根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管芯片，其中， -将所述子区域（21 ··· 28)沿着所述子区域（21 ··· 28)的所述有源区（2)的所 述主延伸方向（R)布置并且在每对相邻子区域（21 ·· ·28)之间布置至少一个阻挡区（3)。5. 根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管芯片，其中， -所述有源区（2)为纳米结构并且所述有源区（2)中至少之一的最大直径为lOOOnm并 且纵横比为至少3。6. 根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管芯片，其中， -各个子区域（21· · ·28)均基于包含铟的氮化物化合物半导体材料，特别地基于 InGaN半导体材料。7. 根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管芯片，其中， -各个阻挡区（3)均基于与邻接所述阻挡区（3)的所述子区域（21 ·· ·28)相比具有 更大带隙的至少一种氮化物化合物半导体材料。8. 根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管芯片，其中， -各个阻挡区⑶均基于GaN或AlInGaN或InGaN。9. 根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管芯片，其中， -在所述至少一个有源区（2)的至少两个子区域（21 ·· ·28)中所述光的发射通过电 产生，以及 -在两个电驱动子区域（21 ··· 28)之间布置隧道结（6)。10. 根据前一权利要求所述的发光二极管芯片，其中， -将所述两...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·斯特拉斯伯格，恩里克·卡尔加帕尔多，史蒂文·艾伯特，阿纳·玛丽亚·本戈切亚恩卡沃，米格尔·安格尔·桑切斯加西亚，马丁·曼德尔，克里斯托弗·克尔佩尔，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE