半导体层序列、光电子半导体芯片和用于制造半导体层序列的方法技术

在至少一个实施形式中提出用于光电子半导体芯片（10）的半导体层序列（1）。半导体层序列（1）包含至少三个量子阱（2），所述量子阱设计成用于产生电磁辐射。此外，半导体层序列（1）包括多个势垒层（3），所述势垒层中的至少一个分别设置在两个相邻的量子阱（2）之间。量子阱（2）具有第一平均铟含量并且势垒层（3）具有较小的第二平均铟含量。势垒层（3）的第二平均晶格常数在此小于量子阱（2）的第一平均晶格常数。

Semiconductor layer sequence, photoelectron semiconductor chip and method for manufacturing semiconductor layer sequence

In at least one embodiment, a semiconductor layer sequence (1) for an optoelectronic semiconductor chip (10) is presented. The semiconductor layer sequence (1) comprises at least three quantum wells (2), the quantum wells designed to generate electromagnetic radiation. In addition, the semiconductor layer sequence (1) includes a plurality of barrier layers (3), wherein at least one of the barrier layers is disposed between the two adjacent quantum wells (2). The quantum well (2) has a first average indium content, and the barrier layer (3) has a smaller second average indium content. The second average lattice constant of the barrier layer (3) is smaller than the first average lattice constant of the quantum well (2).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体层序列、光电子半导体芯片和用于制造半导体层序列的方法
提出一种半导体层序列。此外，提出一种用于制造这种半导体层序列的方法以及一种具有这种半导体层序列的光电子半导体芯片。
技术实现思路
要实现的目的在于，提出一种半导体层序列以及一种具有这种半导体层序列的光电子半导体芯片，其中半导体层序列相对于温度变化具有高的发射波长稳定性。根据半导体层序列的至少一个实施形式，所述半导体层序列设为用于光电子半导体芯片。那么，半导体层序列优选设计成用于使用在光电二极管、发光二极管或激光二极管中。半导体层序列优选基于III-V族化合物半导体材料。所述半导体材料例如为氮化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamN或磷化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamP或者也为砷化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamAs，其中分别为0≤n≤1、0≤m≤1undn+m≤1。在此，半导体层序列能够具有掺杂物质以及附加的组成成分。然而，为了简单性，仅说明半导体层序列的晶格的主要的组成成分，即Al、As、Ga、In、N或P，即使这些组成成分能够部分地通过少量的其他物质替代和/或补充时也如此。根据半导体层序列的至少一个实施形式，所述半导体层序列包括至少一个、尤其优选至少三个量子阱。量子阱设计成用于产生电磁辐射。术语量子阱在此不显示出关于量子化的维数的意义。因此，量子阱还包括具有在一个、两个或三个空间方向上的量子化的结构和这些结构的每种组合。根据半导体层序列的至少一个实施形式，至少三个量子阱沿着半导体层序列的生长方向相叠设置。换言之，量子阱中的每一个设置在层中或者层通过量子阱形成，其中所述层垂直于生长方向定向并且沿着生长方向彼此跟随。在相邻的量子阱或通过量子阱形成的层之间优选存在半导体层序列的另外的层，使得量子阱或由其形成的层不会直接地彼此跟随。在下文中，同义地使用术语量子阱和通过量子阱形成的层。根据半导体层序列的至少一个实施形式，所述半导体层序列包括多个势垒层。在两个相邻的量子阱之间分别存在至少一个势垒层。可能的是，在两个相邻的量子阱之间分别存在势垒层中的刚好一个势垒层以及势垒层都直接地邻接于一个或两个相邻的量子阱。根据半导体层序列的至少一个实施形式，量子阱具有第一平均铟含量并且势垒层具有第二平均铟含量。平均铟含量能够表示：铟含量关于相应的势垒层或相应的量子阱来取平均值，或铟含量也关于全部量子阱和/或关于全部势垒层来取平均值，或铟含量关于全部相同成形的量子阱和/或势垒层来取平均值。量子阱的第一平均铟含量在此大于势垒层的第二平均铟含量。根据半导体层序列的至少一个实施形式，势垒层具有第二平均晶格常数并且量子阱具有第一平均晶格常数。对于对晶格常数取平均值而言优选适用的是如在上文中所描述的与关于铟含量取平均值相同的内容。在此，量子阱的第一平均晶格常数大于势垒层的第二平均晶格常数。换言之，调节在量子阱和势垒层之间的应变。在至少一个实施形式中，半导体层序列设为用于光电子半导体芯片。半导体层序列包含至少三个量子阱，所述量子阱设计成用于产生电磁辐射并且所述量子阱沿着半导体层序列的生长方向相叠设置。此外，半导体层序列包括多个势垒层，所述势垒层中的至少一个分别设置在两个相邻的量子阱之间。量子阱具有第一平均铟含量并且势垒层具有较小的第二平均铟含量。在此，势垒层的第二平均晶格常数小于量子阱的第一平均晶格常数。由例如发光二极管发射的辐射的波长随着发光二极管的温度变化而变化。例如在615nm附近的光谱范围中，所述变化大约为0.1nm/K。如果不同颜色的发光二极管相互组合地使用，那么在温度变化时，可能改变由发光二极管产生的混合颜色。这在许多应用中是不期望的。用于解决所述问题的一个可能性在于，例如通过相对耗费的冷却或加热发光二极管来避免发光二极管的温度变化。对此，能够使用用于发光二极管的温度的和/或用于由发光二极管发射的颜色或混合颜色的调节回路和/或传感器。通过目的明确地调节量子阱和势垒层之间的应变，能够减小在温度变化时的波长变化。所述应变尤其通过量子阱的和势垒层的不同的铟含量来实现。不同的晶格常数与不同的铟含量相关联。尤其在无应变的InGaAlP的情况下，由势垒层产生的对于空穴的势垒相对来看显著高于对于电子的势垒。同样地，载流子、即电子和空穴不均匀地分布。随着温度升高，所述分布改进，即变得更均匀，这当然也引起与较低的复合能量关联的更大的发射波长。由此，与通过半导体材料的晶格本身所得出的相比，在温度变化时引起更大的波长变化。无应变的半导体层序列的生长通常比应变的半导体层序列的生长更简单。然而，通过应变的半导体层序列的通常复杂的生长，能够实现减小半导体层序列的发射波长的温度相关性。根据半导体层序列的至少一个实施形式，所述半导体层序列在此基于(AlxGa1-x)1-yInyP，在此适用的是：0≤x≤1。根据半导体层序列的至少一个实施形式，对于量子阱适用的是：0.51≤y≤0.7或者0.53≤y≤0.6。根据半导体层序列的至少一个实施形式，对于势垒层适用的是下述关系：0.3≤y≤0.49或者0.4≤y≤0.47。根据半导体层序列的至少一个实施形式，势垒层的平均铟含量与量子阱的平均铟含量的差异是至少5个百分点或者至少10个百分点或者是至少15个百分点。因此换言之，Δy≥0.05或者Δy≥0.10或者Δy≥0.15，其中Δy＝y量子阱–y势垒层。根据半导体层序列的至少一个实施形式，对于整个半导体层序列和/或对于势垒层和/或对于量子阱适用的是：0.45≤x≤0.85或者0.50≤x≤0.80。对于量子阱尤其能够适用的是：0≤x≤0.4，并且对于势垒层能够适用的是：0.4≤x≤1。根据半导体层序列的至少一个实施形式，势垒层分别具有厚度D3并且量子阱分别具有厚度D2。可能的是，全部势垒层具有相同的厚度D3并且全部量子阱具有相同的厚度D2。同样可能的是，势垒层的组和/或量子阱的组分别具有相同的厚度D2和D3或者量子阱和/或势垒层成对地具有彼此不同的厚度。根据半导体层序列的至少一个实施形式，对于势垒层中的一个的厚度D3相对于相关联的、相邻的量子阱的厚度D2适用的是：0.25或0.75或0.9或1.0或1.1小于或等于D3/D2，并且替选地或附加地，10.0或7.5或2.0或1.5大于或等于D3/D2，尤其1.0≤D3/D2≤2.0。换言之，势垒层优选地大约等厚于或厚于分别相关联的、相邻的量子阱。根据半导体层序列的至少一个实施形式，所述半导体层序列具有至少两个量子阱，所述量子阱设计成用于以彼此不同的波长产生电磁辐射。半导体层序列例如具有至少两组量子阱，其中每组包括设计成用于产生特定的波长的量子阱。换言之，每组设为用于产生特定的波长的辐射。替选地，可能的是，量子阱沿着生长方向关于其发射波长具有连续的或近似连续的变化。术语波长在此尤其表示量子阱的发射光谱中的下述波长，在所述波长处发射最大的辐射功率，英语也称作PeakWavelength(峰值波长)。根据半导体层序列的至少一个实施形式，第一组的量子阱以第一波长λ1发射并且第二组的量子阱以第二波长λ2发射。在此，优选适用的是，λ1<λ2。此外，优选适用的是，差λ2-λ1≥2nm或≥3nm。此外，差λ2-λ1优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光电子半导体芯片(10)的半导体层序列(1)，其具有：‑至少三个量子阱(2)，所述量子阱设计成用于产生电磁辐射并且所述量子阱沿着所述半导体层序列(1)的生长方向(G)相叠设置；‑多个势垒层(3)，所述势垒层中的至少一个分别设置在两个相邻的量子阱(2)之间；其中，‑所述量子阱(2)被划分成第一组量子阱(2a)和第二组量子阱(2b)；‑所述第一组量子阱(2a)设计成用于以第一波长λ1发射，和‑第二组量子阱(2b)设计成用于以第二波长λ2发射，‑λ1<λ2以及2nm≤λ2‑λ1≤15nm，‑所述量子阱(2)具有第一平均铟含量并且所述势垒层具有第二平均铟含量，所述第一平均铟含量大于所述第二平均铟含量，并且‑所述势垒层(3)的第二平均晶格常数小于所述量子阱(2)的第一平均晶格常数，‑所述半导体层序列(1)基于(Al

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.29 DE 102011115312.11.一种用于光电子半导体芯片(10)的半导体层序列(1)，其具有：-至少三个量子阱(2)，所述量子阱设计成用于产生电磁辐射并且所述量子阱沿着所述半导体层序列(1)的生长方向(G)相叠设置；-多个势垒层(3)，所述势垒层中的至少一个分别设置在两个相邻的量子阱(2)之间；其中，-所述量子阱(2)被划分成第一组量子阱(2a)和第二组量子阱(2b)；-所述第一组量子阱(2a)设计成用于以第一波长λ1发射，和-第二组量子阱(2b)设计成用于以第二波长λ2发射，-λ1<λ2以及2nm≤λ2-λ1≤15nm，-所述量子阱(2)具有第一平均铟含量并且所述势垒层具有第二平均铟含量，所述第一平均铟含量大于所述第二平均铟含量，并且-所述势垒层(3)的第二平均晶格常数小于所述量子阱(2)的第一平均晶格常数，-所述半导体层序列(1)基于(AlxGa1-x)1-yInyP，其中0<x≤1，-对于所述量子阱(2)的第一平均铟含量适用的是：0.51≤y≤0.7，-对于所述势垒层(3)的第二平均铟含量适用的是：0.3≤y≤0.49，并且-所产生的所述电磁辐射的波长位于最少595nm和最多625nm之间。2.根据权利要求1所述的半导体层序列(1)，其中对于所述量子阱适用的是：0.53≤y≤0.6，并且对于所述势垒层(3)适用的是：0.4≤y≤0.47。3.根据权利要求1所述的半导体层序列(1)，其中对于所述势垒层(3)的厚度D3相对于相关联的所述量子阱(2)的厚度D2适用的是：0.75≤D3/D2≤7.5。4.根据权利要求1所述的半导体层序列(1)，其中所述第一组包括比所述第二组更多数量的量子阱(2a，2b)，并且其中这些组沿着所述生长方向(G)彼此相继并且所述第一组量子阱比所述第二组量子阱更...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊瓦尔·通林，马丁·鲁道夫·贝林格，
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