专利名称：光电子半导体芯片的制作方法
光电子半导体芯片
提出了一种光电子半导体芯片。出版物US 6，849，881B1涉及一种带有多量子阱结构的光电子半导体器件。一个要解决的任务在于提出带有量子阱结构的光电子半导体芯片，该半导体芯片在工作中以高效率产生辐射。根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，该光电子半导体芯片基于氮化物材料系。换言之，半导体材料的一种组分是氮，半导体芯片借助该半导体材料来制造。材料系于是例如是III-氮化物半导体材料。例如，半导体芯片基于AlGaN、GaN、InGaN或IniUGaN。根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，该半导体芯片外延地生长。通过外延生长限定了生长方向ζ。根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，该光电子半导体芯片包括至少一个有源量子阱。表述“量子阱”在此并未包含关于量子化维度的含义，量子阱因此可以是零维的量子点、一维的量子线或多维的量子盆或这些结构的任意组合。根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，在半导体芯片工作中在至少一个有源量子阱中产生电磁辐射。电磁辐射的波长优选在200nm到3000nm之间的光谱范围中，尤其是在360nm到540nm之间的光谱范围中，其中包括端值。根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，所述至少一个有源量子阱在平行于半导体芯片的生长方向ζ的方向上具有N个相继的区域。N在此情况下是大于或等于2的自然数。换言之，所述至少一个量子阱包含至少两个相邻设置的、相继生长的区域。根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，区域中的至少两个具有彼此不同的平均铟含量C。也就是说，在有源量子阱内铟含量有目的地变化。根据半导体芯片的至少一个实施形式，有源量子阱满足如下条件40 彡 / c(z)dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 80所述至少一个有源量子阱满足上述条件意味着，参数铟含量C、区域的数目N和区域以及有源量子阱在平行于生长方向ζ的方向上的的伸展选择为使得关于在有源量子阱内沿着生长方向Z的铟含量C的积分减去区域数目N的2. 5倍并且减去有源量子阱在平行于生长方向ζ的方向上的伸展的1. 5倍在40到80之间(包括端值)、优选在50到70之间 (包括端值)。铟含量在此情况下表示非氮晶格位置的一部分通过铟原子替换。铟含量c在上述条件的情况下无量纲地以百分比来说明。也就是说，c具有在0到100之间(包括端值) 的无量纲数值。区域数目N同样无量纲地使用在上述条件中，ζ同样无量纲并且对应于沿着平行于生长方向ζ的方向以纳米为单位的坐标。在光电子半导体芯片的至少一个实施形式中，该光电子半导体芯片基于氮化物材料系并且包括至少一个有源量子阱。所述至少一个有源量子阱为此构建为在工作中产生电磁辐射。此外，所述至少一个有源量子阱在平行于半导体芯片的生长方向ζ的方向上具有N 个相继的区域，其中N是大于或等于2的自然数。有源量子阱的区域中的至少两个具有彼此不同的平均铟含量c。此外，所述至少一个有源量子阱满足条件
40 彡 / c(z)dz-2. 5N—1. 5 / dz 彡 80，尤其是50 彡 / c(z)dz-2. 5N-1. 5 f dz 彡 70。这种有源量子阱关于沿着生长方向的铟含量方面至少分区段地具有阶梯状的和/ 或斜坡状的形式。通过有源量子阱的该斜坡状和/或阶梯状的结构，可以提高在价带和导带中的波函数的交叠。提高的波函数的交叠会导致半导体芯片的效率提高。此外，可以提高载流子俘获率。换言之，载流子(例如电子)在有源量子阱中被以高概率俘获并且可以用于复合以发射辐射。通过借助在带边缘的区域中的一个或多个阶梯形成异质边界，可以产生局部的边界面电荷。通过这些局部的边界面电荷，可以附加地降低压电场，由此同样可以提高半导体芯片产生辐射的效率。上述关于量子阱的参数的条件尤其在区域的厚度方面和在其铟含量方面说明了用于构建有源量子阱的参数范围，通过该参数范围可以实现半导体芯片产生辐射时的令人惊讶的高效率并且由此特别高的性能。项f c (z) dz-2. 5N-1. 5 f dz可以取的值域在该情况下没有原则上的限制。例如， 该项对于传统的有源量子阱而言可以超过200或小于0。根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，所述至少一个有源量子阱满足如下条件
权利要求
1.一种光电子半导体芯片(1)，其基于氮化物材料系，所述光电子半导体芯片具有至少一个有源量子阱O)，其中-在工作中在有源量子阱O)中产生电磁辐射，-有源量子阱(2)在平行于半导体芯片(1)的生长方向Z的方向上具有N个相继的区域(A)，并且N是大于或等于2的自然数，-所述区域(A)中的至少两个具有彼此不同的平均铟含量c，并且-有源量子阱(2)满足如下条件40 彡 / c(z)dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 80。
2.根据权利要求1所述的光电子半导体芯片(1)，其中所述至少一个有源量子阱(2) 满足如下条件NN40 < J^clWl - 2.5N-I^wi <80,i=l /=1其中Ci是第i区域㈧的平均铟含量，而Wi是第i区域(A)的宽度，并且所述区域(A) 在平行于生长方向ζ的方向上连续编号。
3.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，其中铟含量c在所述至少一个有源量子阱O)的区域(A)内分别是恒定的。
4.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，其中N大于等于3，并且其中在平行于生长方向ζ的方向上并且从半导体芯片(1)的P连接侧(P)到η连接侧(η)，对于所述区域(A)的至少一部分的平均铟含量适用Ci〈 Ci+ι ？ 1-^ Ci+1〉Ci+2 ？其中所述区域(A)在平行于生长方向ζ的方向上连续地编号。
5.根据上一权利要求所述的光电子半导体芯片(1)，其中适用(；<(；+2。
6.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，其中N大于等于3，并且其中在平行于生长方向Z的方向上并且从半导体芯片(1)的P连接侧(P)到η连接侧(η)，对于所述区域(A)的至少一部分的平均铟含量适用。i〉Ci+1Ci+2〉Ci+1Ci〉Ci+2 其中所述区域(A)在平行于生长方向ζ的方向上连续地编号。
7.根据权利要求1至3之一所述的光电子半导体芯片(1)，其中在所述至少一个有源量子阱O)中的铟含量c在平行于生长方向ζ的方向上单调增加。
8.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，其中N在3到10之间，包括端值，并且其中有源量子阱⑵的总宽度(W)在0.25nm到12nm之间，包括端值。
9.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，所述光电子半导体芯片在平行于生长方向ζ的方向上具有在2个到5个之间的有源量子阱，其中包括端值。
10.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，所述光电子半导体芯片包括至少两个无源量子阱(3)，其中无源量子阱(3)的铟含量分别小于所述至少一个有源量子阱O)的最高铟含量。
11.根据权利要求9和10所述的光电子半导体芯片(1)，其中在至少两个相邻的有源量子阱(2)之间存在至少一个无源量子阱(3)。
12.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，所述光电子半导体芯片包括至少两个波导层G)，其中所述至少一个有源量子阱(2)在波导层(4)之间，并且其中所述波导层中的至少一个包含至少一个载流子势垒层(5)。
13.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，所述光电子半导体芯片构建用于产生激光辐射。
14.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，所述光电子半导体芯片构建为用于产生在430nm到540nm之间的电磁辐射，其中包括端值。
15.一种光电子半导体芯片(1)，其基于氮化物材料系，具有至少一个有源量子阱0)，其中-在工作中在有源量子阱O)中产生电磁辐射，-有源量子阱(2)在平行于半导体芯片(1)的生长方向ζ的方向上具有N个相继的区域(A)，并且N是大于或等于2的自然数，-所述区域(A)在平行于生长方向ζ的方向上连续地编号， -所述区域(A)中的至少两个具有彼此不同的平均铝含量k，并且 -有源量子阱(2)满足如下条件 50 彡 / (35-k(z))dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 120。
全文摘要
在光电子半导体芯片(1)的至少一个实施形式中，该光电子半导体芯片基于氮化物材料系并且包括至少一个有源量子阱(2)。所述至少一个有源量子阱(2)构建为在工作中产生电磁辐射。此外，所述至少一个有源量子阱(2)在平行于半导体芯片(1)的生长方向z的方向上具有N个相继的区域(A)，其中N是大于或等于2的自然数。区域(A)中的至少两个具有彼此不同的平均铟含量c。
文档编号H01L33/06GK102369606SQ201080014639
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月30日
发明者克里斯托夫·艾克勒, 尤伟·斯特劳斯, 斯蒂芬·鲁特格恩, 迪泽尔·科尤恩, 阿德里恩·斯蒂芬·阿朗姆梅斯科, 马蒂亚斯·扎巴蒂尔 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司