用于产生混合色电磁辐射的半导体元件制造技术

用于产生混合色电磁辐射（Ｓ）的半导体元件，它具有包含第一半导体层（Ｒ）和与其相邻安排的具有电致发光区（Ｂ）的第二半导体层（Ｅ）。第一半导体层（Ｒ）具有一种材料，该材料在用由第二半导体层（Ｅ）发射的波长λ↓［Ｅ］的第一电磁辐射激发时，再发射至少一种较长波长λ↓［Ｒ］的辐射。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及产生混合色电磁辐射，尤其是白光的半导体元件，它具有包含第一半导体层和与其相邻安排的具有电致发光区的第二半导体层的半导体芯片。白光现在主要用发射具有宽光谱光的白炽灯或荧光管产生。相反，发光半导体元件，如发光二级管(LED)或半导体激光二极管，具有典型只有10到25nm宽的，即它近似地为单色的发射光谱。但它具有特殊的优点，它只需白炽灯或荧光管所需电流的一小部分。此外，其寿命明显大于白炽灯或荧光管。当需要大面积发射体时，LED或激光二极管以简单方式联接成阵列。用三原色红、绿、兰或两互补色兰和黄的LED可以通过相叠加的混色产生对人眼显示白色的光。但这里特殊的缺点是必须分别单个用电控制三只或两只发光二极管，因此必需高价的控制线路(不同类的LED通常需要不同的控制电压)，这必需较高的装配开销和强烈制约组件的微型化。在WO97/50132内描述了发射白光的发光二极管元件，其中在发射兰光的发光二极管芯片上淀积包含YAG磷光体的发光变换层。发光变换层在通过兰光或紫外辐射激励时在黄光频谱区内发射。对眼而言由兰色一次光和黄色二次光组成的混合色作为白光感受。这里的缺点是为制造发光变换层要附加工艺步骤。本专利技术的任务是发展发射混合色光的半导体元件，其制造只需较少的技术费用。本任务主要通过具有权利要求1特征的半导体元件解决。半导体元件的有益的实施结构和发展是从属权利要求2到6的对象。据此，在本文开始所述类型的半导体元件中，第一半导体层主要具有其吸收光谱边的位置相当于波长λabs的材料，该λabs大于从第二半导体层发射的辐射波长λE，并且在用小于λabs波长的辐射激励时再发射大于λabs的波长λR的辐射。在优选的实施结构中，衬底作为第一半导体层用于第二半导体层的外延生长。在另一优选的实施结构中，无论第一或第二半导体层均借助外延淀积在生长衬底上。一种有利的实施结构具有包含ZnSe的第一半导体层(R)，和包含CdxZn1-xSe/ZnSe量子阱系统(其中0≤x≤1)，尤其是多量子阱系统作为有源区的第二半导体层(E)。半导体层这个概念在这里不仅指由均匀半导体材料构成的单层，而且也指层系或由多个不同层构成的层系和/或指渐变层。本专利技术依靠三个实施例并结合附附图说明图1至5详细说明如下。即图1示出发光二极管芯片的第一原理结构，图2示出发光二极管芯片的第二原理结构，图3示出发光二极管芯片的第3原理结构，以及图4示出本专利技术发光二极管芯片的原理波长谱，图5示出本专利技术发光二极管芯片的原理能带图。在图1的发光二极管芯片C的原理结构中，一功能半导体层E淀积在衬底R上。通常衬底R是单晶的，借助于从熔体中控制，切成薄圆片并抛光制成。关于功能半导体层E，以下大多简称为发射层E，应理解为用于在电流通过芯片时在电致发光区B内产生电磁辐射的一层或多层半导体层的安排。衬底R作为牢固的机械基底具有几百微米厚度，约比其上外延生长的发光层厚约100倍。发光二极管芯片的典型功能半导体层E众知多由不同厚度、组成和掺杂的多层半导体层构成。具有量子薄膜的pn结常用作电致发光区B.整个系统的厚度通常处于微米范围。为了通过有目的的掺杂或混合，以及通过在功能半导体层E内产生原子级光滑界面达到特性的有目的改变，这些借助于例如MBE(分子束外延)和/或MOVPE(金属有机汽相外延)制造。在图1的实施例，功能半导体层E的发射波长λE短于相当于衬底R吸收光谱边的波长λabs。当用比λabs短的波长的辐射激励时，在室温或运行温度下，在衬底R中在波长λR(再发射波长)时高效辐射复合占主要地位。因此衬底R的禁带宽度小于发射层E的发射跃迁的禁带宽度。在衬底R内，在发光二极管芯片工作时吸收至少一部分由发射层E向衬底R方向发射的辐射。接着在大于λabs的再发射波长λR，出现从衬底R的再发射，其中，在这里衬底R的禁带宽度内的一些能态参与了再发射。因此，实现了发射二种显著不同波长辐射S的紧装芯片。因为彼此邻近存在两个产生光的体积，所以对人眼而言，产生混色光的印象以及在特殊情况下也可产生白光印象。当发光二极管芯片处于小抛物镜P内时，正如LED流行的并如图1简图所示那样，这种效应更会加强。图2的实施例与图1的区别主要在于吸收和再发射不发生在生长衬底A内，而是在这里提供在生长衬底A和发射层E之间安排的单独的再发射层R，并具有如图1实施例衬底相同的特性。在这里生长衬底A构成为不是透明的就是吸收的，在这里只用作生长衬底。图3的实施例基本上与图2相同，其区别仅在于在这里再发射层R不安排在生长衬底A和功能半导体层B之间，而是安排在与生长衬底A对置的发射层E的一侧上。通过例如在具有量子阱结构的功能半导体层E内量子阱厚度的改变或在功能半导体层E内组成的改变，可以在一定范围内调整发射波长λE，其中应注意到条件λE＜λabs。衬底或再发射层R的吸收边的位置由选择衬底材料或再发射层材料决定。再发射波长λR(相对于吸收边A)与产生禁带宽度能态的类型有关。通过以下几点可以有目的影响比值(衬底R或再发射层R发射的辐射强度/功能半导体层E发射的辐射强度)，即a)衬底或再发射层R的厚度和因此吸收的和再发射的体积的厚度(这可以例如通过变薄达到)，b)在衬底或再辐射层R内的辐射复合率(这可以通过(不)辐射的再复合通道的有目的的加入)，c)波导体的有效性(极明亮的LED作为所谓的双异质结构制造，这里人们通过层的相应的折射率突变达到垂直生长方向的波导效果。这种波传输越好，则通常到达衬底里或在再发射层R里的光子越少，与从衬底或从再发射层R发射的辐射比较它的部分越大)；以及d)相对于衬底或再发射层R的吸收边的发射波长λE的位置(发射波长λE处于越接近衬底或再发射层R的吸收边，则衬底或再发射层R越透明，在那里吸收/再发射越少。为了维持衬底或再发射层部分较小，即使还发生满足λE＞λabs的吸收时，偏离条件λE＜λabs也可能是必须的。)在图4所示的波长谱中，横坐标上是波长λ，纵坐标上是强度，都没有标度。具有峰值波长λE的发射层E的发射光谱ES处于比具有峰值波长λR的再发射层R的发射光谱RS较短的波长下。再发射层R的吸收边K处在发射光谱ES和再发射光谱RS之间的波长λabs处。在图5的能带图上，垂直方向表示能量。左边部分示出发射层E的禁带宽度，垂直的和蛇形箭头表示在发射层内的辐射跃迁。能带图的右边部分用禁带宽度中的能态示出再发射层R的禁带宽度。垂直的的蛇形的箭头也表示在再发射层的辐射跃迁。在再发射层R内的再发射通过由发射层E发出的辐射激发。用于制造这种半导体芯片的优选的材料系，例如是在作为第一半导层R的ZnSe衬底上包含CdxZn1-xSe/ZnSe(0≤x≤1)的第二半导体层E。在室温ZnSe具有2.7eV的禁带宽，这相当于460nm的波长。在体积材料的许多生长法中，高温或原材料的缺少的纯度导致杂质非有意地掺λ到晶体内，这些杂质随后可以导致在禁带宽度内的一些能态。导电的ZnSe衬底示出约600nm的特别强的室温电致发光，正如它们能够通过在锌蒸汽内附加的退火或通过用铝掺杂产生的那样。在这种情况下，例如具有(Cd，Zn)Se/ZnSe多量子阱系统的简单的ZnSe-p-n二极管作为有源区(电致发光区B)适合作第二半导体层E。各按镉含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于产生混合色电磁辐射（Ｓ），尤其是白光的半导体元件，它具有包含一个第一半导体层（Ｒ）和与其相邻安排的第二半导体层（Ｅ）的半导体芯片（Ｃ），而第二半导体层（Ｅ）包含电致发光区（Ｂ），其特征为， 第一半导体层（Ｒ）具有一种材料，该材料在用由第二半导体层（Ｅ）发射的波长λ↓［Ｅ］的第一电磁辐射激发时，发射至少较长的波长λ↓［Ｒ］的辐射；波长λ↓［Ｅ］的发射的辐射和波长λ↓［Ｒ］的再发射的辐射一起产生混合色辐射（Ｓ）。

【技术特征摘要】
DE 1999-1-25 19902750.11.用于产生混合色电磁辐射(S)，尤其是白光的半导体元件，它具有包含一个第一半导体层(R)和与其相邻安排的第二半导体层(E)的半导体芯片(C)，而第二半导体层(E)包含电致发光区(B)，其特征为，第一半导体层(R)具有一种材料，该材料在用由第二半导体层(E)发射的波长λE的第一电磁辐射激发时，发射至少较长的波长λR的辐射；波长λE的发射的辐射和波长λR的再发射的辐射一起产生混合色辐射(S)。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征为，第一半导体层(R)主要包含具有吸收边的材料，其能级相当于波长λabs，该波长λabs大于由...

【专利技术属性】
技术研发人员：D霍梅，H维尼施，
申请(专利权)人：奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]