光电子器件制造技术

技术编号:20929375 阅读:21 留言:0更新日期:2019-04-20 12:35
提出一种具有有源层的光电子器件(10),所述有源层具有多重量子阱结构(5),其中多重量子阱结构(5)包含量子阱层(51),所述量子阱层具有Alx1Iny1Ga1‑x1‑y1N,其中0≤x1<0.03,0≤y1≤0.1,并且x1+y1≤1,并且所述多重量子阱结构包含势垒层(52),所述势垒层具有Alx2Iny2Ga1‑x2‑y2N,其中0≤x2≤1,0≤y2≤0.02,并且x2+y2≤1,其中势垒层(52)具有在空间上变化的铝含量x2,势垒层(52)中的铝含量的最大值为x2,max≥0.05,并且势垒层(52)中的铝含量的最小值为x2,min

Optoelectronic devices

An optoelectronic device (10) with an active layer is proposed. The active layer has a multi-weight sub-well structure (5), in which the multi-weight sub-well structure (5) contains a quantum well layer (51). The quantum well layer has an Alx1Iny1Ga1 x1 y1N, where 0 < X1 < 0.03, 0 < Y1 < 0.1, and X1 + Y1 < 1, and the multi-weight sub-well structure contains a barrier layer (52), and the barrier layer has an Alx2Iny2Ga1. X 2 y 2N, where 0 < x 2 < 1, 0 < y 2 < 0.02, and x 2 + y 2 < 1, where the barrier layer (52) has a spatially varying Al content x 2, the maximum Al content in the barrier layer (52) is x 2, Max < 0.05, and the minimum Al content in the barrier layer (52) is x 2, min.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电子器件
本申请涉及一种尤其发射紫色辐射或者紫外辐射的光电子器件,所述光电子器件具有带有量子阱结构的有源层,所述有源层具有氮化物化合物半导体材料,尤其AlInGaN。本申请要求德国专利申请102016116425.9的优先权,其公开内容通过参引并入本文。
技术介绍
由尤其具有AlInGaN的氮化物化合物半导体构成的量子阱结构常常用作为LED或者激光二极管中的有源层,所述LED或者激光二极管通常在蓝色的光谱范围中进行发射。与半导体材料的组成相关地,尤其也可以在紫色或者紫外光谱范围中进行发射。为了实现在紫外光谱范围中的有效发射,必要的是,在量子阱结构中使用势垒层,所述势垒层具有相对大的电子带隙。这能够在材料体系AlInGaN中通过如下方式来实现:提高铝含量。然而,氮化物化合物半导体材料的晶格常数随着铝含量提高而降低。这在具有高的铝含量的层生长时导致:产生相对大的拉应力。由此产生如下风险:出现缺陷的构成,尤其出现在半导体层中的裂纹形成。
技术实现思路
本专利技术基于如下目的,提出一种具有有源层的光电子器件,所述有源层尤其适合于发射在紫外光谱范围中的辐射并且特征在于降低形成缺陷的风险。该目的通过具有权利要求1的特征的光电子器件来实现。本专利技术的有利的设计方案和改进形式是从属权利要求的主题。根据至少一个设计方案,光电子器件具有有源层,所述有源层具有多重量子阱结构,其中多重量子阱结构包含量子阱层和势垒层。势垒层与量子阱层相比至少局部地具有较大的电子带隙。量子阱层优选具有Alx1Iny1Ga1-x1-y1N,其中0≤x1<0.03,0≤y1≤0.1,并且x1+y1≤1。优选地,量子阱层中的铝含量为x1=0。此外,对于量子阱层中的铟含量而言优选适用的是y1>0。量子阱层优选具有InGaN,尤其Iny1Ga1-y1N,其中0<y1≤0.1。势垒层优选具有Alx2Iny2Ga1-x2-y2N,其中0≤x2≤1,0≤y2≤0.02,并且x2+y2≤1,其中势垒层中的铝含量x2在空间上变化。铝含量沿着垂直于势垒层的主面的方向变化,或者换言之沿着势垒层的生长方向变化。对于势垒层中的铝含量x2的最大值优选适用的是,x2,max≥0.05。此外,对于势垒层中的铝含量的最小值x2,min优选适用的是x2,min<0.05。通过量子阱结构的势垒层中的铝含量x2不是恒定的、而是在空间上变化并且具有最大值x2,max≥0.05和最小值x2,min<0.05的方式,能够实现大的电子带隙,但是其中关于势垒层的层厚度取平均值的铝含量有利地小于铝含量的最大值x2,max≥0.05。由此,降低势垒层中的拉应力从而预防如下风险:在势垒层中出现缺陷的构成和/或裂纹形成。势垒层有利地在与相邻的量子阱层的至少一个边界面处具有铝含量的最大值x2,max。这具有如下优点:势垒层在与分别相邻的量子阱层的边界面处具有大的电子带隙。以这种方式实现:在与量子阱层的边界面处实现大的势垒高度。在一个优选的设计方案中,铝含量的最大值x2,max为x2,max≥0.1,尤其优选为x2,max≥0.2。这样大的铝含量对于如下量子阱结构是有利的,所述量子阱结构设置用于发射在紫外光谱范围中的辐射。特别地,势垒层中的铝含量从与在其之前的层的边界面起首先以一级或多级的方式或者连续地降低直至最小值x2,min。紧接着,铝含量能够从最小值起以一级或多级的方式或者连续地再次增加。根据至少一个设计方案,势垒层在如下至少一个区域中具有铝含量的最小值x2,min,所述区域与相邻的量子阱层具有至少1nm的间距。铝含量的最小值在势垒层中优选为x2,min≤0.02,尤其优选为x2,min=0。特别地,势垒层在铝含量的最小值的区域中能够具有GaN。在光电子器件的一个优选的设计方案中,有源层设置在n型半导体区域和p型半导体区域之间,其中在从n型半导体区域指向p型半导体区域的方向上,中间层分别设置在势垒层和紧接着的量子阱层之间。从p型半导体区域指向n型半导体区域的方向典型地对应于半导体层序列的生长方向。因此在该设计方案中在边界面处设置中间层,在所述边界面处沿着生产方向量子阱层跟随势垒层。中间层优选具有Alx3Iny3Ga1-x3-y3N,其中0≤x3<0.03,0≤y3≤0.02,并且x3+y3≤1。中间层的厚度有利地小于1.5nm,尤其优选小于1nm。中间层与紧接着的势垒层相比具有相对小的铝含量x3≤0.03,优选x3≤0.01并且尤其优选x3=0。此外,中间层中的铟含量y3≤0.02仅是非常小的或者优选y3=0。特别地,中间层能够是GaN层。将中间层插入势垒层和紧接着的量子阱层之间尤其具有下述优点:避免量子阱层在具有高的铝份额的势垒层上的直接生长。已经证实为有利的是,尤其具有铟含量的量子阱层不直接在具有高的铝含量的势垒层上生长,因为在这种情况下会在铟和铝之间出现不利的反应。根据另一有利的设计方案,势垒层在从n型半导体区域指向p型半导体区域的方向上分别直接邻接于之前的量子阱层。由此,在这些边界面处尤其分别不设置中间层。更确切地说,有利的是,在这些边界面处进行从量子阱层的材料到势垒层的材料的突然的转变,以便避免势垒层中的空穴的提高的停留概率。量子阱结构在一个有利的设计方案中是多重量子阱结构,所述多重量子阱结构具有分别由三个层构成的多个周期,其中所述三个层是势垒层、中间层和量子阱层。周期的数量有利地在3和15之间,优选在4和8之间。多重量子阱结构中的势垒层的厚度优选在3nm和8nm之间,优选在3nm和5nm之间。量子阱层优选具有在2nm和4nm之间的厚度。光电子器件优选是发射UV辐射的光电子器件。特别地,光电子器件能够适合于发射中央波长小于420nm的UV辐射。尤其优选地,中央波长在365nm和400nm之间。在该光谱范围中进行发射的光电子器件尤其能够用于漆的硬化。附图说明接下来根据实施例结合图1至4详细阐述本专利技术。附图示出:图1示出贯穿根据第一实施例的光电子器件的横截面的示意图,图2示出在一个实施例中在势垒层中的铝含量的变化曲线的示意图,图3示出在另一实施例中在势垒层中的铝含量的变化曲线的示意图,以及图4示出贯穿根据另一实施例的光电子器件的横截面的示意图。相同的或者起相同作用的组成部分在附图中分别设有相同的附图标记。所示出的组成部分以及所述组成部分彼此间的大小关系不应视为是符合比例的。具体实施方式在图1中示出的根据一个实施例的光电子器件10是LED芯片,所述LED芯片具有p型半导体区域4、n型半导体区域6和设置在p型半导体区域4和n型半导体区域6之间并且适合于发射辐射的有源层,所述有源层是多重量子阱结构5。LED芯片10优选是在紫外光谱范围中进行发射的LED芯片。LED芯片10的多重量子阱结构5优选适合于发射中央波长小于420nm、优选在365nm和400nm之间的辐射。根据所述实施例的LED芯片10是所谓的薄膜半导体芯片,其中原本用于外延生长半导体层序列4、5、6的生长衬底已经剥离并且替代于此半导体层序列4、5、6已经借助于连接层2、尤其焊料层与不同于生长衬底的载体衬底1连接。在这种薄膜发光二极管芯片中,p型半导体区域4通常朝向载体衬底1。在p型半导体区域4和载体衬底1之间有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电子器件(10),所述光电子器件具有有源层,所述有源层具有多重量子阱结构(5),其中所述多重量子阱结构(5)包含量子阱层(51),所述量子阱层具有Alx1Iny1Ga1‑x1‑y1N,其中0≤x1<0.03,0≤y1≤0.1,并且x1+y1≤1,并且所述多重量子阱结构包含势垒层(52),所述势垒层具有Alx2Iny2Ga1‑x2‑y2N,其中0≤x2≤1,0≤y2≤0.02,并且x2+y2≤1,其中‑所述势垒层(52)具有在空间上变化的铝含量x2,‑所述势垒层(52)中的铝含量的最大值为x2,max≥0.05,并且‑所述势垒层(52)中的铝含量的最小值为x2,min<0.05。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.02 DE 102016116425.91.一种光电子器件(10),所述光电子器件具有有源层,所述有源层具有多重量子阱结构(5),其中所述多重量子阱结构(5)包含量子阱层(51),所述量子阱层具有Alx1Iny1Ga1-x1-y1N,其中0≤x1<0.03,0≤y1≤0.1,并且x1+y1≤1,并且所述多重量子阱结构包含势垒层(52),所述势垒层具有Alx2Iny2Ga1-x2-y2N,其中0≤x2≤1,0≤y2≤0.02,并且x2+y2≤1,其中-所述势垒层(52)具有在空间上变化的铝含量x2,-所述势垒层(52)中的铝含量的最大值为x2,max≥0.05,并且-所述势垒层(52)中的铝含量的最小值为x2,min<0.05。2.根据权利要求1所述的光电子器件,其中所述势垒层(52)在与相邻的量子阱层(51)的至少一个边界面处具有铝含量的最大值x2,max。3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件,其中所述势垒层(52)中的铝含量的最大值为x2,max≥0.1。4.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件,其中所述势垒层(52)中的铝含量的最大值为x2,max≥0.2。5.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件,其中所述势垒层(52)中的铝含量从与位于其之前的层的边界面起以一级或多级的形式或者连续地下降至所述最小值x2,min,并且从所述最小值起以一级或多级的形式或者连续...

【专利技术属性】
技术研发人员:维尔纳·贝格鲍尔约阿希姆·赫特功
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:德国,DE

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