光電子半導體晶片的製作方法

2023-05-18 02:18:46

專利名稱：光電子半導體晶片的製作方法
光電子半導體晶片
提出了一種光電子半導體晶片。出版物US 6，849，881B1涉及一種帶有多量子阱結構的光電子半導體器件。一個要解決的任務在於提出帶有量子阱結構的光電子半導體晶片，該半導體晶片在工作中以高效率產生輻射。根據光電子半導體晶片的至少一個實施形式，該光電子半導體晶片基於氮化物材料系。換言之，半導體材料的一種組分是氮，半導體晶片藉助該半導體材料來製造。材料繫於是例如是III-氮化物半導體材料。例如，半導體晶片基於AlGaN、GaN、InGaN或IniUGaN。根據光電子半導體晶片的至少一個實施形式，該半導體晶片外延地生長。通過外延生長限定了生長方向ζ。根據光電子半導體晶片的至少一個實施形式，該光電子半導體晶片包括至少一個有源量子阱。表述「量子阱」在此並未包含關於量子化維度的含義，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。根據光電子半導體晶片的至少一個實施形式，在半導體晶片工作中在至少一個有源量子阱中產生電磁輻射。電磁輻射的波長優選在200nm到3000nm之間的光譜範圍中，尤其是在360nm到540nm之間的光譜範圍中，其中包括端值。根據光電子半導體晶片的至少一個實施形式，所述至少一個有源量子阱在平行於半導體晶片的生長方向ζ的方向上具有N個相繼的區域。N在此情況下是大於或等於2的自然數。換言之，所述至少一個量子阱包含至少兩個相鄰設置的、相繼生長的區域。根據光電子半導體晶片的至少一個實施形式，區域中的至少兩個具有彼此不同的平均銦含量C。也就是說，在有源量子阱內銦含量有目的地變化。根據半導體晶片的至少一個實施形式，有源量子阱滿足如下條件40 彡 / c(z)dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 80所述至少一個有源量子阱滿足上述條件意味著，參數銦含量C、區域的數目N和區域以及有源量子阱在平行於生長方向ζ的方向上的的伸展選擇為使得關於在有源量子阱內沿著生長方向Z的銦含量C的積分減去區域數目N的2. 5倍並且減去有源量子阱在平行於生長方向ζ的方向上的伸展的1. 5倍在40到80之間(包括端值)、優選在50到70之間 (包括端值)。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) 的無量綱數值。區域數目N同樣無量綱地使用在上述條件中，ζ同樣無量綱並且對應於沿著平行於生長方向ζ的方向以納米為單位的坐標。在光電子半導體晶片的至少一個實施形式中，該光電子半導體晶片基於氮化物材料系並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生電磁輻射。此外，所述至少一個有源量子阱在平行於半導體晶片的生長方向ζ的方向上具有N 個相繼的區域，其中N是大於或等於2的自然數。有源量子阱的區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
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。這種有源量子阱關於沿著生長方向的銦含量方面至少分區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的交疊。提高的波函數的交疊會導致半導體晶片的效率提高。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並且可以用於複合以發射輻射。通過藉助在帶邊緣的區域中的一個或多個階梯形成異質邊界，可以產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晶片產生輻射的效率。上述關於量子阱的參數的條件尤其在區域的厚度方面和在其銦含量方面說明了用於構建有源量子阱的參數範圍，通過該參數範圍可以實現半導體晶片產生輻射時的令人驚訝的高效率並且由此特別高的性能。項f c (z) dz-2. 5N-1. 5 f dz可以取的值域在該情況下沒有原則上的限制。例如， 該項對於傳統的有源量子阱而言可以超過200或小於0。根據光電子半導體晶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晶片(1)，其基於氮化物材料系，所述光電子半導體晶片具有至少一個有源量子阱O)，其中-在工作中在有源量子阱O)中產生電磁輻射，-有源量子阱(2)在平行於半導體晶片(1)的生長方向Z的方向上具有N個相繼的區域(A)，並且N是大於或等於2的自然數，-所述區域(A)中的至少兩個具有彼此不同的平均銦含量c，並且-有源量子阱(2)滿足如下條件40 彡 / c(z)dz-2. 5N-1. 5 / dz 彡 80。
2.根據權利要求1所述的光電子半導體晶片(1)，其中所述至少一個有源量子阱(2) 滿足如下條件NN40 < J^clWl - 2.5N-I^wi <80,i=l /=1其中Ci是第i區域㈧的平均銦含量，而Wi是第i區域(A)的寬度，並且所述區域(A) 在平行於生長方向ζ的方向上連續編號。
3.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，其中銦含量c在所述至少一個有源量子阱O)的區域(A)內分別是恆定的。
4.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，其中N大於等於3，並且其中在平行於生長方向ζ的方向上並且從半導體晶片(1)的P連接側(P)到η連接側(η)，對於所述區域(A)的至少一部分的平均銦含量適用Ci〈 Ci+ι ？ 1-^ Ci+1〉Ci+2 ？其中所述區域(A)在平行於生長方向ζ的方向上連續地編號。
5.根據上一權利要求所述的光電子半導體晶片(1)，其中適用(；<(；+2。
6.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，其中N大於等於3，並且其中在平行於生長方向Z的方向上並且從半導體晶片(1)的P連接側(P)到η連接側(η)，對於所述區域(A)的至少一部分的平均銦含量適用。i〉Ci+1Ci+2〉Ci+1Ci〉Ci+2 其中所述區域(A)在平行於生長方向ζ的方向上連續地編號。
7.根據權利要求1至3之一所述的光電子半導體晶片(1)，其中在所述至少一個有源量子阱O)中的銦含量c在平行於生長方向ζ的方向上單調增加。
8.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，其中N在3到10之間，包括端值，並且其中有源量子阱⑵的總寬度(W)在0.25nm到12nm之間，包括端值。
9.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，所述光電子半導體晶片在平行於生長方向ζ的方向上具有在2個到5個之間的有源量子阱，其中包括端值。
10.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，所述光電子半導體晶片包括至少兩個無源量子阱(3)，其中無源量子阱(3)的銦含量分別小於所述至少一個有源量子阱O)的最高銦含量。
11.根據權利要求9和10所述的光電子半導體晶片(1)，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.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，所述光電子半導體晶片包括至少兩個波導層G)，其中所述至少一個有源量子阱(2)在波導層(4)之間，並且其中所述波導層中的至少一個包含至少一個載流子勢壘層(5)。
13.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，所述光電子半導體晶片構建用於產生雷射輻射。
14.根據上述權利要求之一所述的光電子半導體晶片(1)，所述光電子半導體晶片構建為用於產生在430nm到540nm之間的電磁輻射，其中包括端值。
15.一種光電子半導體晶片(1)，其基於氮化物材料系，具有至少一個有源量子阱0)，其中-在工作中在有源量子阱O)中產生電磁輻射，-有源量子阱(2)在平行於半導體晶片(1)的生長方向ζ的方向上具有N個相繼的區域(A)，並且N是大於或等於2的自然數，-所述區域(A)在平行於生長方向ζ的方向上連續地編號， -所述區域(A)中的至少兩個具有彼此不同的平均鋁含量k，並且 -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。
全文摘要
在光電子半導體晶片(1)的至少一個實施形式中，該光電子半導體晶片基於氮化物材料系並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)構建為在工作中產生電磁輻射。此外，所述至少一個有源量子阱(2)在平行於半導體晶片(1)的生長方向z的方向上具有N個相繼的區域(A)，其中N是大於或等於2的自然數。區域(A)中的至少兩個具有彼此不同的平均銦含量c。
文檔編號H01L33/06GK102369606SQ201080014639
公開日2012年3月7日 申請日期2010年3月10日 優先權日2009年3月30日
發明者克裡斯託夫·艾克勒, 尤偉·史特勞斯, 史蒂芬·魯特格恩, 迪澤爾·科尤恩, 阿德裡恩·史蒂芬·阿朗姆梅斯科, 馬蒂亞斯·扎巴蒂爾 申請人:奧斯蘭姆奧普託半導體有限責任公司