带有多量子阱结构的光电子半导体芯片制造技术

本发明专利技术提出了一种光电子半导体芯片，其具有有源区（２０），该有源区包含设计用于产生电磁辐射的多量子阱结构，该多量子阱结构具有多个相继的量子阱层（２１０，２２０，２３０）。多量子阱结构具有至少一个第一量子阱层（２１０），其被ｎ导电地掺杂并且设置在与所述第一量子阱层（２１０）邻接的ｎ导电地掺杂的两个势垒层（２５０）之间。多量子阱结构具有第二量子阱层（２２０），其未掺杂并且设置在与所述第二量子阱层邻接的两个势垒层（２５０，２６０）之间，其中一个势垒层ｎ导电地掺杂而另一个未掺杂。此外，多量子阱结构具有至少一个第三量子阱层（２３０），其未掺杂并且设置在与所述第三量子阱层邻接的未掺杂的两个势垒层（２６０）之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利申请要求德国专利申请102007046027.0的优先权，其公开内容通过引用结合于此。本申请涉及一种带有多量子阱结构的光电子半导体芯片。 带有多量子阱结构的光电子半导体芯片例如在出版物WO 01/39282A2和US 5,831,277中公开。 本申请的任务是提出一种带有多量子阱结构的光电子半导体芯片，其是特别高效的。 该任务通过根据权利要求1所述的光电子半导体芯片来解决。该半导体芯片的有利的扩展方案和改进方案在从属权利要求中进行说明。权利要求的公开内容在此明确地通过引用结合到本说明书中。 本申请提出了一种光电子半导体芯片，其具有有源区，该有源区包含为了产生电磁辐射而设置的多量子阱结构。该有源区尤其是外延的半导体层序列的部分区域。半导体芯片例如是发光二极管芯片或者激光二极管芯片。 有源区包含多个相继的量子阱层。合乎目的地，每个量子阱层设置在与其关联的两个势垒层之间。换言之，在有源区中相继地分别是势垒层和量子阱层。在每个量子阱层之前尤其是与其关联的势垒层，并且在该量子阱层之后是与其关联的另外的势垒层。表述“之前”和“之后”在本上下文中应理解为分别在半导体芯片的n侧至p侧的方向上，其中有源区设置在n侧和p侧之间。 术语“多量子阱结构”和“量子阱层”在本上下文中并未阐明量子化的维度方面的含义。由量子阱层和两个与其关联的势垒层限定的量子阱可以是量子膜、至少一个量子线或者至少一个量子点，或者这些结构中的至少两个的组合。 多量子阱结构具有至少一个第一量子阱层，其n导电地掺杂并且设置在邻接第一量子阱层的、n导电地掺杂的两个势垒层之间。换言之，尤其是不仅第一量子阱层而且与其关联的两个势垒层都n导电地掺杂。 n导电地掺杂的层在本上下文中理解为以至少一种n掺杂材料如硅来掺杂的层。可能的是，两个不同的层(譬如量子阱层和势垒层)以不同的n掺杂材料来n导电地掺杂。优选地，所有n导电地掺杂的量子阱层和势垒层以相同的n掺杂材料掺杂。 多量子阱结构还具有至少一个、优选恰好一个第二量子阱层，该第二量子阱层未被掺杂并且设置在与第二量子阱层邻接的两个势垒层之间，这些势垒层中的一个n导电地掺杂而另一个未被掺杂。例如，第二量子阱层在第一量子阱层之后。尤其是，在第二量子阱层之前的势垒层被n导电地掺杂而在第二量子阱层之后的势垒层未被掺杂。 未被掺杂的层在此理解为如下的层其基本上没有n掺杂材料或者p掺杂材料。然而，未被掺杂的层例如由于n掺杂材料和/或p掺杂材料的扩散也可以具有n掺杂材料和/或p掺杂材料的低的浓度，尤其是具有低到趋近于零的浓度。当n掺杂材料在未掺杂的层中的浓度比n掺杂材料在第一量子阱层中的浓度低至少40％、优选低至少70％时，n掺杂材料尤其是以低浓度存在于未掺杂的层中。 最后，多量子阱结构具有至少一个第三量子阱层，其未掺杂并且设置在与第三量子阱结构邻接的同样未掺杂的两个势垒层之间。合乎目的地，第三量子阱层在第二量子阱层之后地设置在有源区中。 专利技术人已确定的是，借助第一、第二和第三量子阱层的这样的顺序实现了半导体芯片的特别高的效率。尤其是在大的工作电流的情况下，相对于传统的半导体芯片提高了效率。光电子半导体芯片例如设计用于以大于或者等于80mA的工作电流来驱动。 在一种扩展方案中，多量子阱结构具有至少一个第四量子阱层，其未掺杂并且设置在与第四量子阱层邻接的、n导电地掺杂的两个势垒层之间。例如，第四量子阱结构在所述至少一个第一量子阱层之后并且在第二量子阱层之前。 具有第四量子阱层的半导体芯片有利地具有特别低的正向电压。换言之，借助特别低的工作电压实现了预先给定的工作电流。具有至少一个第四量子阱层的半导体芯片例如设计用于以低的工作电流、如以大约20mA的工作电流驱动。 在一个扩展方案中，多量子阱结构具有至少与第三量子阱层同样多的第一量子阱层。在一个改进方案中，多量子阱结构包含比第三量子阱层多的第一量子阱层。专利技术人已在大量的比较试验中确定当第一量子阱层的数目选择得大于或者等于第三量子阱层的数目时，半导体芯片是特别高效的。 在另一扩展方案中，有源区具有最多十个量子阱层。优选地，该有源区具有五个或者更多个量子阱层。半导体芯片特别优选具有在七个到九个之间的量子阱层，其中包括边界值。专利技术人的试验已得出，这种半导体芯片在预先给定的工作电流的情况下产生特别高的光通量。尤其是，光通量的随着增大的工作电流的饱和特性表现得特别小。 在一个扩展方案中，在从半导体芯片的n侧至p侧的方向上在有源区之前是交替的层的对的超晶格。该超晶格例如在小于或者等于50nm、尤其是小于或者等于30nm的层厚度上延伸。例如，其具有大约25nm的层厚度。 超晶格的交替的层例如具有小于或者等于5nm的层厚度，尤其是具有大约0.5nm到2nm的层厚度，其中包括边界值。交替的层的每个对的至少一个层n导电地掺杂。在一个扩展方案中，整个超晶格n导电地掺杂。 借助50nm或者更小的超晶格的小的层厚度实现了半导体芯片的特别低的正向电压。借助n导电地掺杂的第一量子阱层，在超晶格的小的层厚度的情况下也实现了将载流子良好地注入到所述至少一个第三量子阱层中。 第一量子阱层、两个与第一量子阱层邻接的势垒层和/或与第二量子阱层邻接的n导电地掺杂的势垒层尤其是以大于或者等于1×1018原子/cm3的浓度来用n掺杂材料掺杂。在一个扩展方案中，第一量子阱层和两个与第一量子阱层邻接的势垒层具有相同浓度的相同n掺杂材料。可替选地或者附加地，在一个改进方案中，与第二量子阱层邻接的、n导电地掺杂的势垒层具有与第一量子阱层和/或同第一量子阱层邻接的势垒层相同浓度的n掺杂材料。当在两个层之间的n掺杂材料的浓度相差20％或者更少，优选相差10％或者更少，例如相差5％或者更少时，这两个层在此具有“相同浓度的”n掺杂材料。 势垒层例如具有在5nm到12nm之间的层厚度，优选在6nm到11nm之间的层厚度，特别优选在9nm到10.5nm之间的层厚度，其中分别包括边界值。在一个改进方案中，量子阱层具有1纳米到5纳米之间的层厚度，优选在2nm到3nm之间的层厚度，其中分别包含边界值。例如，势垒层的层厚度为大约10nm而量子阱层的层厚度为大约2.5nm。专利技术人的比较试验已经得出在势垒层的这种层厚度的情况下和/或在量子阱层的这种层厚度的情况下，随着增大的工作电流，半导体芯片具有光通量的特别低的饱和度。 在另一扩展方案中，半导体芯片没有生长衬底。尤其是，半导体芯片是薄膜半导体芯片。 薄膜半导体芯片的特征尤其在于以下典型特征的至少之一 -在产生辐射的外延的半导体层序列的朝着支承元件的第一主面上施加或者构建有反射层，该反射层将外延的半导体层序列中产生的电磁辐射的至少一部分向回反射到半导体层序列中； -薄膜半导体芯片包含支承元件，该支承元件并不是其上外延地生长了半导体层序列的生长衬底，而是独立的支承元件，其事后固定在外延的半导体层序列上， -外延的半导体层序列的生长衬底被从外延的层序列去除，或者薄化为使得其单独与外延的层序列一起是非自由支承的，或者 -外延的半导体层序列具有在20μm或者更小的范围中、尤其是在10um的范围中的厚度。 支承元件优选构建为对于半导体芯片发射的辐射是可透射的。 此外，外延的半导体层序列优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电子半导体芯片，具有有源区（２０），该有源区包含设计用于产生电磁辐射的多量子阱结构，该多量子阱结构包含多个相继的量子阱层（２１０，２２０，２３０），其中所述多量子阱结构具有：－至少一个第一量子阱层（２１０），其ｎ导电地掺杂并且设置在与所述第一量子阱层（２１０）邻接的、ｎ导电地掺杂的两个势垒层（２５０）之间，－第二量子阱层（２２０），其未掺杂并且设置在两个与所述第二量子阱层邻接的势垒层（２５０，２６０）之间，其中一个势垒层ｎ导电地掺杂而另一个未掺杂，以及－至少一个第三量子阱层（２３０），其未掺杂并且设置在与所述第三量子阱层邻接的、未掺杂的两个势垒层（２６０）之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得施陶斯，马蒂亚斯彼得，亚历山大沃尔特，
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：DE[德国]