具有帶有至少一個高阻擋層的多量子阱的光電子半導體芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光電子半導體芯片，所述光電子半導體芯片具有構成為多量子阱結構的有源層。
[0002]本專利申請要求德國專利申請102013 107 969.5的優先權，其公開內容在此作為參引并入本文。
【背景技術】
[0003]在發射輻射的光電子半導體芯片、例如LED芯片或激光二極管芯片中，輻射的發射通常與工作溫度相關。典型地，要考慮輻射產生的效率隨著溫度升高而降低。輻射產生的降低的效率在非常高的工作溫度下會引起亮度的明顯降低。例如，在包含InGaAlP半導體材料并且在550nm至640nm的波長范圍中發射的發射福射的半導體芯片中，在溫度從室溫升高到大約100°C的情況下，如果不采取用于使輻射發射穩定的適當措施，則會出現達到80百分比的亮度降低。
【發明內容】
[0004]本發明基于下述目的，提出一種發射輻射的光電子半導體芯片，所述光電子半導體芯片的特征在于降低輻射發射的溫度相關性。
[0005]所述目的通過根據獨立要求1的光電子半導體芯片來實現。本發明的有利的設計方案和改進方案是從屬權利要求的主題。
[0006]根據至少一個設計方案，光電子半導體芯片具有ρ型半導體區域、η型半導體區域和設置在Ρ型半導體區域和η型半導體區域之間的有源層，所述有源層構成為多量子阱結構。多量子阱結構具有多個交替的量子阱層和阻擋層，其中阻擋層與量子阱層相比具有較大的電子帶隙。
[0007]在光電子半導體芯片中，有利地，多量子阱結構的阻擋層的與距η型半導體區域相比更靠近Ρ型半導體區域設置的至少一個阻擋層是高阻擋層。在此并且在下文中，將高阻擋層理解成下述阻擋層，所述阻擋層具有大于多量子阱結構的其余的阻擋層的電子帶隙辦的電子帶隙Ehb。換言之，多量子阱結構的阻擋層除了至少一個高阻擋層之外分別具有電子帶隙Eb，其中在與距η型半導體區域相比更靠近ρ型半導體區域設置的一個或多個高阻擋層中的電子帶隙提高到值Ehb>Eb。為了實現至少一個高阻擋層的更大的電子帶隙Ehb，至少一個高阻擋層有利地具有不同于多量子阱結構的其余的阻擋層的材料組成的材料組成。多量子阱結構的沒有構成為高阻擋層的其余的阻擋層有利地分別具有相同的材料組成和相同的電子帶隙Eb。
[0008]將至少一個高阻擋層加入多量子阱結構的朝向ρ型半導體區域的區域中具有下述優點，高阻擋層用作為尤其用于空穴的載流子阻擋。尤其已經證實的是，對于空穴而言比對于電子而言更難經過高阻擋層。從P型半導體區域注入到多量子阱結構中的空穴因此不能夠無阻礙地分布在整個多量子阱結構中，而是優選地在一個量子阱層或多個多量子阱層中積聚，所述量子阱層設置在P型半導體區域和至少一個高阻擋層之間。通過空穴在多量子阱結構中的所述不均勻的分布，輻射產生的效率尤其在低的溫度下、例如在室溫下降低。相反地，在較高的溫度下，對于空穴而言更容易經過多量子阱結構的朝向Ρ型半導體區域的區域中的高阻擋層。空穴隨著溫度升高更均勻地分布在多量子阱結構中，使得在多量子阱結構的更大的區域中發生載流子復合，以產生輻射。溫度越高，通過至少一個高阻擋層造成的輻射產生的效率降低出于所述原因越小。
[0009]輻射產生的效率在低的溫度下、尤其在室溫下通過至少一個加入到量子阱結構中的高阻擋層造成的降低在此處描述的多量子阱結構中有意地予以考慮，以便抵抗在溫度升高時在發射輻射的半導體器件中典型地觀察到的降低的效率。典型地，發射輻射的半導體器件的效率隨著溫度升高而降低，因為載流子在有源區中的埋置由于載流子的更大的迀移率變得更差進而出現在有源層之外以不進行輻射的復合的形式的增大的損耗。將至少一個高阻擋層加入到多量子阱結構的朝向Ρ型半導體區域的區域中引起相反效應，通過相反效應，輻射產生的效率隨著溫度升高而增大。以所述方式，減少或者優選甚至補償通常觀察到的亮度隨著溫度升高的降低。光電子半導體芯片的特征因此在于發射的輻射的亮度的改進的溫度穩定性。
[0010]根據一個優選的設計方案，至少一個高阻擋層具有電子間隙Ehb，對此適用的是:Ehb-Eb 20.05eV。高阻擋層的材料組成因此優選地選擇成，使得高阻擋層具有與其余的阻擋層相比大至少0.05eV的電子帶隙。在一個特別優選的變型方案中，至少一個高阻擋層的電子帶隙Ehb甚至比其余的阻擋層的電子帶隙大0.leV。
[0011]多量子阱結構優選具有不多于10個的高阻擋層。多量子阱結構中的高阻擋層的數量優選在1和10之間，特別優選在1和5之間。
[0012]在光電子半導體芯片的一個設計方案中，從ρ型半導體區域開始，多量子阱結構的前k個阻擋層是高阻擋層，其中k是在1和10之間并且特別優選在1和5之間的數字。
[0013]在一個優選的設計方案中，多量子阱結構具有剛好一個高阻擋層。除剛好一個高阻擋層之外，優選全部其余的阻擋層分別具有相同的帶隙Eb。加入剛好一個高阻擋層具有下述優點，輻射產生的效率在室溫下與在應用多個高阻擋層的情況下相比不那么強地降低。
[0014]在應用剛好一個高阻擋層時，所述高阻擋層優選設置在從ρ型半導體區域開始為第m個量子阱層的量子阱和直接相鄰的量子阱層之間，其中m是在1和20之間、優選在1和10之間的數字。換言之，在該設計方案中，在1和20之間、優選在1和10之間的量子阱層設置在ρ型半導體區域和高阻擋層之間，并且全部其余的量子阱層設置在高阻擋層和η型半導體區域之間。在低的工作溫度下，因此，空穴優選在Ρ型半導體區域和高阻擋層之間的m個量子阱層中積聚。
[0015]在該設計方案中，尤其可以是m=l。在該情況下，高阻擋層設置在從ρ型半導體區域開始的第一量子阱層和第二量子阱層之間。在該設計方案中，因此，僅多量子阱結構的最靠外的量子阱層借助于高阻擋層與其余的量子阱層分開。
[0016]在另一個設計方案中，多量子阱結構不僅具有一個高阻擋層，而且具有多個高阻擋層，所述多個高阻擋層與距η型半導體區域相比更靠近ρ型半導體區域設置。在應用多個高阻擋層的情況下，可能必須考慮在室溫下的效率的更加強的降低，其中但是這提供下述可能性，在高的溫度下降低或甚至補償亮度的更大的下降。因此，相對于不具有高阻擋層的多量子阱結構，得到雖然在室溫下明顯降低的但是具有明顯改進的溫度穩定性的亮度。
[0017]多量子阱結構可以基于磷化物化合物半導體，尤其InxAlyGaityP，其中1，0< y < 1并且x+y < 1，并且例如設為用于在550nm至640nm的波長范圍中發射福射。在具有這種有源層的光電子半導體芯片中，至少一個高阻擋層是特別有利的，因為這種半導體芯片典型地具有發射的亮度的強的溫度相關性，所述溫度相關性可以借助于至少一個高阻擋層減小或者甚至補償。
[0018]替選地，多量子阱結構可以基于氮化物化合物半導體，尤其InxAlyGaityN，其中0<x<l,0<y< 1并且x+y < 1，并且例如設為用于在紫外的或藍色的光譜范圍中發射。此外，多量子講結構也可以基于砷化物化合物半導體，尤其InxAlyGaityAs，其中0 <x^l，0^y<1并且x+y < 1，并且設為用于在紅色和/或紅外的光譜范圍中、例如在大約700nm至800nm下發射。
[0019]在一個優選的設計方案中，至少一個高阻擋層和其余的阻擋層分別具有InxAlyGai—X—yP、InxAlyGaityN 或 InxAlyGaityAs，其中0 <x<l,0<y< 1 并且 x+y < 1，其中至少一個高阻擋層的鋁含量y大于其余的阻擋層的鋁含量y。更大的鋁含量有利地引起高阻擋層的電子帶隙與其余的阻擋層相比增大。
[0020]多量子阱結構的不構成為高阻擋層并且分別具有相同的電子帶隙Eb的其余的阻擋層的數