光電子半導體芯片的制作方法
【專利摘要】在光電子半導體芯片(1)的至少一個實施形式中，該光電子半導體芯片基于氮化物材料系并且包括至少一個有源量子阱(2)。所述至少一個有源量子阱(2)構建為在工作中產(chǎn)生電磁輻射。此外，所述至少一個有源量子阱(2)在平行于半導體芯片(1)的生長方向z的方向上具有N個相繼的區(qū)域(A)，其中N是大于或等于2的自然數(shù)。區(qū)域(A)中的至少兩個具有彼此不同的平均銦含量c。
【專利說明】光電子半導體芯片
[0001] 本申請是 申請人:于2011年9月29日向中華人民共和國國家知識產(chǎn)權局提出的申 請?zhí)枮?01080014639. 5、發(fā)明名稱為"光電子半導體芯片"的中國發(fā)明專利申請的分案申 請。

【技術領域】
[0002] 提出了一種光電子半導體芯片。

【背景技術】
[0003] 出版物US 6, 849, 881 Bl涉及一種帶有多量子阱結構的光電子半導體器件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 一個要解決的任務在于提出帶有量子阱結構的光電子半導體芯片，該半導體芯片 在工作中以高效率產(chǎn)生輻射。
[0005] 根據(jù)光電子半導體芯片的至少一個實施形式，該光電子半導體芯片基于氮化物材 料系，具有至少一個有源量子阱，其中，在工作中在有源量子阱中產(chǎn)生電磁輻射，有源量子 阱在平行于半導體芯片的生長方向z的方向上具有N個相繼的區(qū)域，并且N是大于或等于 2的自然數(shù)，所述區(qū)域在平行于生長方向z的方向上連續(xù)地編號，所述區(qū)域中的至少兩個具 有彼此不同的平均鋁含量k，并且有源量子阱（2)滿足如下條件 ：
[0006] 50 彡 / (35-k(z))dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 120。
[0007] 根據(jù)光電子半導體芯片的至少一個實施形式，該光電子半導體芯片基于氮化物材 料系。換言之，半導體材料的一種組分是氮，半導體芯片借助該半導體材料來制造。材料系 于是例如是m-氮化物半導體材料。例如，半導體芯片基于AlGaN、GaN、InGaN或InAlGaN。
[0008] 根據(jù)光電子半導體芯片的至少一個實施形式，該半導體芯片外延地生長。通過外 延生長限定了生長方向z。
[0009] 根據(jù)光電子半導體芯片的至少一個實施形式，該光電子半導體芯片包括至少一個 有源量子阱。表述"量子阱"在此并未包含關于量子化維度的含義，量子阱因此可以是零維 的量子點、一維的量子線或多維的量子盆或這些結構的任意組合。
[0010] 根據(jù)光電子半導體芯片的至少一個實施形式，在半導體芯片工作中在至少一個有 源量子阱中產(chǎn)生電磁輻射。電磁輻射的波長優(yōu)選在200nm到3000nm之間的光譜范圍中，尤 其是在360nm到540nm之間的光譜范圍中，其中包括端值。
[0011] 根據(jù)光電子半導體芯片的至少一個實施形式，所述至少一個有源量子阱在平行于 半導體芯片的生長方向z的方向上具有N個相繼的區(qū)域。N在此情況下是大于或等于2的 自然數(shù)。換言之，所述至少一個量子阱包含至少兩個相鄰設置的、相繼生長的區(qū)域。
[0012] 根據(jù)光電子半導體芯片的至少一個實施形式，區(qū)域中的至少兩個具有彼此不同的 平均銦含量C。也就是說，在有源量子阱內(nèi)銦含量有目的地變化。
[0013] 根據(jù)半導體芯片的至少一個實施形式，有源量子阱滿足如下條件：
[0014] 40 彡 / c (z) dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 80
[0015] 所述至少一個有源量子阱滿足上述條件意味著，參數(shù)銦含量c、區(qū)域的數(shù)目N和區(qū) 域以及有源量子阱在平行于生長方向z的方向上的伸展選擇為：使得關于在有源量子阱內(nèi) 沿著生長方向Z的銦含量C的積分減去區(qū)域數(shù)目N的2. 5倍并且減去有源量子阱在平行于 生長方向z的方向上的伸展的1. 5倍在40到80之間（包括端值）、優(yōu)選在50到70之間 (包括端值）。
[0016] 銦含量在此情況下表示：非氮晶格位置的一部分通過銦原子替換。銦含量c在上 述條件的情況下無量綱地以百分比來說明。也就是說，c具有在0到100之間（包括端值） 的無量綱數(shù)值。區(qū)域數(shù)目N同樣無量綱地使用在上述條件中，z同樣無量綱并且對應于沿 著平行于生長方向z的方向以納米為單位的坐標。
[0017] 在光電子半導體芯片的至少一個實施形式中，該光電子半導體芯片基于氮化物材 料系并且包括至少一個有源量子阱。所述至少一個有源量子阱為此構建為在工作中產(chǎn)生電 磁輻射。此外，所述至少一個有源量子阱在平行于半導體芯片的生長方向z的方向上具有N 個相繼的區(qū)域，其中N是大于或等于2的自然數(shù)。有源量子阱的區(qū)域中的至少兩個具有彼 此不同的平均銦含量c。此外，所述至少一個有源量子阱滿足條件：
[0018] 40 彡 / c(z)dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 80，
[0019] 尤其是
[0020] 50 彡 / c(z)dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 70。
[0021] 這種有源量子阱關于沿著生長方向的銦含量方面至少分區(qū)段地具有階梯狀的和/ 或斜坡狀的形式。通過有源量子阱的該斜坡狀和/或階梯狀的結構，可以提高在價帶和導 帶中的波函數(shù)的交疊。提高的波函數(shù)的交疊會導致半導體芯片的效率提高。
[0022] 此外，可以提高載流子俘獲率。換言之，載流子（例如電子）在有源量子阱中被以 高概率俘獲并且可以用于復合以發(fā)射輻射。通過借助在帶邊緣的區(qū)域中的一個或多個階梯 形成異質邊界，可以產(chǎn)生局部的邊界面電荷。通過這些局部的邊界面電荷，可以附加地降低 壓電場，由此同樣可以提高半導體芯片產(chǎn)生輻射的效率。
[0023] 上述關于量子阱的參數(shù)的條件尤其在區(qū)域的厚度方面和在其銦含量方面說明了 用于構建有源量子阱的參數(shù)范圍，通過該參數(shù)范圍可以實現(xiàn)半導體芯片產(chǎn)生輻射時的令人 驚訝的高效率并且由此特別高的性能。
[0024] 項/ c (z) dz-2. 5N-1. 5 / dz可以取的值域在該情況下沒有原則上的限制。例如， 該項對于傳統(tǒng)的有源量子阱而言可以超過200或小于0。
[0025] 根據(jù)光電子半導體芯片的至少一個實施形式，所述至少一個有源量子阱滿足如下 條件：

【權利要求】
1. 一種光電子半導體芯片（1)，其基于氮化物材料系，具有至少一個有源量子阱（2)， 其中 -在工作中在有源量子阱（2)中產(chǎn)生電磁輻射， -有源量子阱（2)在平行于半導體芯片（1)的生長方向z的方向上具有N個相繼的區(qū) 域（A)，并且N是大于或等于2的自然數(shù)， -所述區(qū)域（A)在平行于生長方向z的方向上連續(xù)地編號， -所述區(qū)域（A)中的至少兩個具有彼此不同的平均鋁含量k，并且 -有源量子阱（2)滿足如下條件： 50 彡 / (35-k(z))dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 120。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電子半導體芯片（1)，其中所述至少一個有源量子阱（2)滿 足如下條件： N N 50. Yj (35 - k^v.) - 2.5/V - 1.5^ η;. <120, 其中ki是第i區(qū)域（A)的平均鋁含量，而Wi是第i區(qū)域（A)的寬度，并且所述區(qū)域（A) 在平行于生長方向z的方向上連續(xù)編號， 其中鋁含量k無量綱地以百分比來說明，w無量綱地以納米為單位來說明。
3. 根據(jù)權利要求2所述的光電子半導體芯片（1)，其中鋁含量k在所述至少一個有源 量子阱⑵的區(qū)域㈧內(nèi)分別是恒定的。
4. 根據(jù)權利要求3所述的光電子半導體芯片（1)，其中N大于等于3,并且其中在平行 于生長方向z的方向上并且從半導體芯片（1)的p連接側（p)到η連接側（η)，對于所述區(qū) 域（A)的至少一部分的平均鋁含量適用： 并_@_ ki+1〈ki+2， 其中所述區(qū)域（A)在平行于生長方向z的方向上連續(xù)地編號。
5. 根據(jù)權利要求4所述的光電子半導體芯片（1)，其中適用： ki〉ki+2。
6. 根據(jù)權利要求5所述的光電子半導體芯片（1)，其中N大于等于3,并且其中在平行 于生長方向z的方向上并且從半導體芯片（1)的p連接側（p)到η連接側（n)，對于所述區(qū) 域（A)的至少一部分的平均鋁含量適用： kj〈kj+1 并且 kj+2〈kj+1 并且 kj〈kj+2， 其中所述區(qū)域（A)在平行于生長方向z的方向上連續(xù)地編號，并且其中kj是第j區(qū)域 (A)的平均鋁含量，并且j尹i。
7. 根據(jù)權利要求1至3之一所述的光電子半導體芯片（1)，其中在所述至少一個有源 量子阱（2)中的鋁含量k在平行于生長方向z的方向上單調(diào)增加。
8. 根據(jù)權利要求1至6之一所述的光電子半導體芯片（1)，其中N在3到10之間，包 括端值，并且其中有源量子阱（2)的總寬度（W)在0. 25nm到12nm之間，包括端值。
9. 據(jù)權利要求1至6之一所述的光電子半導體芯片（1)，所述光電子半導體芯片在平 行于生長方向z的方向上具有在2個到5個之間的有源量子阱（2)，其中包括端值。
10. 根據(jù)權利要求9所述的光電子半導體芯片（1)，所述光電子半導體芯片包括至少兩 個無源量子阱（3)，其中無源量子阱（3)的鋁含量分別小于所述有源量子阱（2)的最高鋁含 量。
11. 根據(jù)權利要求10所述的光電子半導體芯片（I)，其中在至少兩個相鄰的有源量子 阱（2)之間存在至少一個無源量子阱（3)。
12. 根據(jù)權利要求1至6之一所述的光電子半導體芯片（1)，所述光電子半導體芯片包 括至少兩個波導層（4)，其中所述至少一個有源量子阱（2)在波導層（4)之間，并且其中所 述波導層（4)中的至少一個包含至少一個載流子勢壘層（5)。
13. 根據(jù)權利要求1至6之一所述的光電子半導體芯片（1)，所述光電子半導體芯片構 建用于產(chǎn)生激光福射。
14. 根據(jù)權利要求1至6之一所述的光電子半導體芯片（1)，所述光電子半導體芯片構 建為用于產(chǎn)生在430nm到540nm之間的電磁輻射，其中包括端值。
【文檔編號】H01L33/06GK104319331SQ201410437730
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2010年3月10日 優(yōu)先權日:2009年3月30日
【發(fā)明者】阿德里恩·斯蒂芬·阿朗姆梅斯科, 迪澤爾·科尤恩, 克里斯托夫·艾克勒, 馬蒂亞斯·扎巴蒂爾, 斯蒂芬·魯特格恩, 尤偉·斯特勞斯 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司