CN101233622A - 光电子半导体芯片 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种光电子半导体芯片(20)，在半导体芯片(20)的生长方向(c)上具有以下顺序的区域：用于有源区(2)的p掺杂的阻挡层(1)；有源区(2)，其适合于产生电磁辐射，其中有源区基于六边形的化合物半导体；以及用于有源区(2)的n掺杂的阻挡层(3)。此外，本申请还涉及一种具有这种半导体芯片(20)的器件和一种用于制造这种半导体芯片(20)的方法。

Description

光电子半导体芯片
本发明涉及一种光电子半导体芯片。
出版物US 2003/0085409A1描述了一种光电子半导体芯片。
本发明的任务是提供一种具有改进的效率的光电子半导体芯片。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，该光电子半导体芯片具有p掺杂的阻挡层，用于半导体芯片的有源区。朝生长方向看，该阻挡层设置在有源区之前。也就是说，从半导体芯片的生长衬底看，首先是用于有源区的p掺杂阻挡层，接着是有源区。p掺杂的阻挡层(限制层)由此在空间上比有源区更靠近生长衬底地设置。p掺杂的阻挡层优选是用于有源区的p阻挡层。p掺杂的阻挡层可以包括多个p掺杂的材料的单层。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，半导体芯片的有源区在生长方向上设置在p掺杂的阻挡层之后。优选地，有源区适于产生辐射。也就是说，如果电流被注入半导体芯片，则在有源区中通过载流子的复合产生电磁辐射，该电磁辐射至少部分离开半导体芯片。在此，有源区优选通过顺序的层来提供。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，有源区基于六边形的化合物半导体。
在本文的上下文中，这意味着，有源区或者有源区中的至少一个层包括六边形的化合物半导体。也就是说，至少有源区具有六边形的栅格结构。例如，整个光电子半导体芯片因此基于六边形的化合物半导体。也就是说，半导体芯片的半导体材料具有六边形的栅格结构。
六边形的化合物半导体例如是由化学元素周期表的II和VI主族元素的二元化合物、三元化合物和/或四元化合物构成的半导体结构。例如，可以是以下化合物：ZnO、ZnMgO、CdS、ZnCdS、MgBeO。此外，六边形的化合物半导体可以是由III主族元素与氮化物的二元化合物、三元化合物和/或四元化合物构成的半导体结构。例如，可以是以下半导体结构：BN、AlGaN、GaN、AlGaInN或者其它III-V化合物。
在此，有源区中的化合物半导体材料并非一定必须具有按照上面式子中之一的在数学上精确的组成。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变材料的典型的物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分，即使这些组成成分还可部分地被少量其它材料所代替。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，有源区的n掺杂的阻挡层在生长方向上设置在有源区之后。也就是说，n掺杂的阻挡层在生长方向上跟随在有源区之后。n掺杂的阻挡层由此在空间上比有源区距生长衬底更远。n掺杂的阻挡层优选地包括多个n掺杂材料的单层。n掺杂的阻挡层是用于有源区的阻挡层。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，半导体芯片在生长方向上具有以下顺序的区域：用于有源区的p掺杂的阻挡层；适于产生电磁辐射的并基于六边形的化合物半导体的有源区；以及用于有源区的n掺杂的阻挡层。也就是说，朝着生长方向上看，用于有源区的p阻挡层跟随在有源区之后，用于有源区的n阻挡层又跟随该有源区。在此，p和n阻挡层限制有源区中的载流子。优选的是，生长方向平行于半导体芯片的结晶学c轴。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，有源区基于III-V-半导体材料系InyGa1-x-yAlxN，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。
在本文的上下文中，这意味着，有源区或者有源区的至少一个层包括氮化物-III/V-化合物半导体材料，优选InyGa1-x-yAlxN，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。在此，该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组成。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变InyGa1-x-yAlxN材料的典型的物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分，如Al，Ga，In，N，即使这些组成成分还部分可被少量其它材料所代替。
优选的是，有源区在半导体芯片工作时适于产生在以下光谱范围的至少一个中的电磁辐射：紫外、蓝、蓝绿、黄、红。例如，发射波长可以借助铟浓度来调节。优选地，有源区为此基于III-V-半导体材料系InyGa1-yN，其中0＜y≤1。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，半导体芯片在生长方向上具有以下顺序的区域：用于有源区的p掺杂的阻挡层；适于产生电磁辐射的并基于III-V-半导体材料系InyGa1-x-yAlxN(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)的有源区；以及用于有源区的n掺杂的阻挡层。也就是说，朝着生长方向上看，有源区跟随在用于有源区的p阻挡层之后，用于有源区的n阻挡层又跟随在该有源区之后。在此，p和n阻挡层限制有源区中的载流子。在此，半导体芯片优选在Ga面生长模式(Ga-faceWachstumsmodus)中生长。生长方向平行于结晶学c轴。
光电子半导体芯片在此尤其是利用以下知识。在六边形的化合物半导体中(例如基于III-V-半导体材料系InyGa1-x-yAlxN(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)的半导体芯片中)，在可包括例如InGaN量子槽的有源区中，由于极性纤锌矿晶体结构和有源区中的张力而出现压电场。该压电场沿着生长方向对准。该场的极性与半导体芯片在其中生长的生长模式有关。例如，在使用金属有机物气相外延(MOVPE)时，优选以Ga面生长模式生长。例如对于GaN晶体，这意味着，在由其形成晶体的Ga-N双层中，镓原子朝着晶体的与生长衬底背离的表面。在以Ga面生长模式生长的晶体中(其中生长方向平行于结晶学c轴走向)，结晶学c轴和电场从衬底指向晶体表面。由于张力引起的压电场的极化具有相反的方向。通过极化感生的栅格电荷(Gitterladung)在有源区的朝着晶体表面的侧上是负的，而在有源区的朝着衬底和所生长晶体的界面的侧上是正的。压电场在c轴方向上的极性在Ga面生长模式中难以受到影响。
在有源区周围的顺序层中(其中在生长方向上，即平行于结晶学c轴，n阻挡层、有源区、p阻挡层依次相继)，压电场在此引起不利的势垒结构，该势垒结构使载流子注入有源区变得困难。由此造成这种光电子半导体芯片具有内部量子效率，该量子效率随着注入半导体芯片的电流的密度而强烈地下降。在生长方向上的所建议的顺序(p掺杂的阻挡层、有源区、n掺杂的阻挡层)利用了压电场的该极性，以辅助俘获在有源区中的载流子。压电场因此在这种顺序的层结构中有助于更好地俘获有源区中的载流子。内部量子效率由此也几乎与电流密度无关。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，在p掺杂的阻挡层与有源区之间设置有扩散势垒。扩散势垒适于防止p掺杂材料从阻挡层渗入有源区。也就是说，p掺杂材料中只有很小的部分可以通过扩散势垒从p掺杂的阻挡层到达有源区。在此，朝着生长方向看，扩散势垒设置在p掺杂的阻挡层之后并且设置在有源区之前。扩散势垒可以直接设置在p掺杂的阻挡层和有源区之间。也就是说，扩散势垒因此与光电子半导体芯片的两个区分别具有边界面。扩散势垒优选包括多个层，这些层在其组成方面(例如在其掺杂方面或者在其掺杂程度方面)可以不同。优选地，阻挡层适于防止p掺杂材料的扩散，例如镁的扩散。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，朝着生长方向看，隧道接触(Tunnelkontakt)设置在p阻挡层之前。该隧道接触因此比p掺杂的阻挡层更靠近光电子半导体芯片的生长衬底地设置。优选地，隧道接触直接与p掺杂的阻挡层邻接，即隧道接触与该阻挡层具有一个边界面。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，隧道接触具有高的n掺杂的区域，该区域与p掺杂的阻挡层背离。此外，隧道接触具有高的p掺杂的区域，该区域朝着p掺杂的阻挡层。此外，隧道接触还优选地具有在隧道接触的两个区域之间的扩散势垒。扩散势垒优选适于阻挡或者防止至少p掺杂材料向隧道接触的n掺杂的区域的扩散。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，朝着生长方向上看，半导体的n型区域设置在隧道接触之前。也就是说，n型区域空间上比隧道接触更靠近生长衬底。优选地，n型区域直接与隧道接触邻接。特别优选地，n型区域与隧道接触具有边界面。隧道接触因此将n型区域与p掺杂的阻挡层相连。隧道接触用于将载流子注入p掺杂的阻挡层。
光电子半导体芯片在此还特别是利用了以下思想，即借助隧道接触可以在n型区域与p掺杂的阻挡层之间使用n型生长衬底用于生长光电子半导体芯片。这具有这样的优点：可以尽可能在导电良好的n型区域中进行电流运送。因此，该电流通过隧道接触被注入与n型区域相比相对薄的p阻挡层中。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，光电子半导体芯片生长到p型衬底上。芯片的半导体层在此优选以Ga面生长模式生长到衬底上。在该实施形式中，可以省去n型区域以及隧道接触。例如以下衬底可以用作p型衬底：p掺杂的氮化镓、p型碳化硅、p型Si(111)。
在此也可能的是，p型衬底在层序列生长之后被薄化。也就是说，在半导体结构生长之后(该半导体结构尤其是包括有源区)，p型衬底的厚度可以被减小或者p型衬底完全被去除。光电子半导体芯片因此具有薄化的衬底或者没有衬底。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，有源区包括至少一种量子阱结构。该量子阱结构可以是多量子阱结构，或者特别优选地是单量子阱结构。在此，可在量子阱结构中进行载流子的量子化，但这并非是一定必需的。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，有源区包括正好一个为产生辐射而设置的单量子阱结构。也就是说，有源区具有正好一个单量子阱结构，在该量子阱结构中在半导体芯片工作时产生电磁辐射。
根据至少一种实施形式，在为产生辐射而设置的单量子阱结构之前设置有至少一个不是针对产生辐射而设置的量子阱结构。也就是说，该光学无源的量子阱结构(前阱，pre-well)在空间上比光学有源量子阱结构更靠近生长衬底地设置。
朝着生长方向看，优选地，在光学有源量子阱结构之前设置有多个光学无源的量子阱结构。例如，朝着生长方向看，在光学有源量子阱结构之前设置有三到五个光学无源量子阱结构。这些光学无源量子阱结构优选地是具有比光学有源量子阱更少的铟成分的的量子阱结构。光学无源量子阱结构在半导体芯片工作时不产生或者几乎不产生电磁辐射。它们可以形成对光学有源量子阱结构的超晶格(Uebergitter)。
所说明的光电子半导体芯片在此还利用以下知识：所说明的光学无源的前阱改进了光学有源量子阱结构的质量，因为这些前阱例如可以无张力地生长。此外，还指出，所说明的前阱结构用作用于来自p掺杂阻挡层的p掺杂材料的扩散势垒。优选地，前阱因此设置在p掺杂的阻挡层与光学有源量子阱之间。
根据至少一种实施形式，在p掺杂的阻挡层与有源区之间设置有扩散势垒，该扩散势垒例如包含由III-V-半导体材料系AlxGa1-xN构成的材料。优选地，铝浓度在此为至少百分之二十。替代上述前阱，这种扩散势垒也可以设置为对来自p掺杂的阻挡层的p掺杂材料的势垒。p掺杂材料例如可以是镁。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，半导体芯片生长到具有偏差取向(Fehlorientierung)的生长衬底上。
在此，所说明的光电子半导体芯片尤其是以以下知识为基础：在偏差取向的生长衬底上比在准确取向的衬底上生长有明显更平坦的层。优选地，生长衬底具有在0.1度到1.0度之间的偏差取向(斜切角)。特别优选地，偏差取向在0.2度到0.5度之间。生长衬底例如可以是以下生长衬底中的一种：GaN、n-GaN、p-GaN、n-SiC、p-SiC、蓝宝石、n-Si(111)、p-Si(111)。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施形式，半导体芯片生长于其上的生长衬底被薄化。在极端情况下，生长衬底被完全从生长到衬底上的层序列去除。因此，层序列没有衬底。在此，该衬底例如可以借助研磨、刻蚀、激光烧蚀或者这些方法的组合来与生长衬底分离或者薄化。
此外，还提供了一种光电子器件，根据至少一种实施形式，光电子器件具有至少一个根据上述实施形式中的至少一种所述的光电子半导体芯片。该光电子器件优选为辐射二极管、即发光二极管或者激光二极管。
根据光电子器件的至少一种实施形式，光电子器件除具有至少一个光电子半导体芯片之外还具有端子、通过这些端子可以电接触光电子半导体器件。也就是说，在将电压施加到器件的端子上时，电流被注入光电子半导体芯片中。接着，光电子半导体芯片产生电磁辐射。
此外，还提供了一种用于制造根据上述实施形式中的至少一种所述的光电子半导体芯片的方法。在该方法中，以时间顺序在晶片上沉积以下区域：用于光电子半导体芯片的有源区的p掺杂的阻挡层；半导体芯片工作时适于产生电磁辐射的有源区；以及用于有源区的n掺杂的阻挡层。其中该有源区基于六边形的化合物半导体。晶片可以是这样的生长衬底：半导体芯片的另外的区域(例如p型区域或者n型区域)可已经被沉积在该生长衬底上。
根据用于制造光电子半导体芯片的方法的至少一种实施形式，以时间顺序在晶片上沉积以下区域：用于光电子半导体芯片的有源区的p掺杂的阻挡层；半导体芯片工作时适于产生电磁辐射的有源区；以及用于有源区的n掺杂的阻挡层。其中该有源区基于III-V-半导体材料系InyGa1-x-yAlxN(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)。晶片可以是这样的生长衬底：半导体芯片的另外的区域(例如p型区域或者n型区域)可已经被沉积在该生长衬底上。
此外，可能的是，在所述区域之前、其间或者之后，在晶片上沉积光电子半导体芯片的其他区域。光电子半导体芯片的这些区域优选地借助以下外延方法沉积在晶片上：金属有机物气相外延(MOVPE)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)。区域的沉积在此优选以Ga面生长模式来进行。
其上沉积有光电子半导体芯片的区域的生长衬底不仅可以是n型衬底而且可以是p型衬底。此外，生长衬底可以具有如上所述的偏差取向。
根据用于制造光电子半导体芯片的方法的至少一种实施形式，首先沉积p掺杂的阻挡层。接着，也就是说，在沉积有源区之前，中断生长过程并且将具有生长好的p掺杂的阻挡层的半导体晶片从生长反应器中取出。然后，例如生长反应器的反应壁的涂层被中和。也就是说，可能在生长反应器中去除残留的p掺杂材料。随后，具有生长好的p掺杂阻挡层的晶片又被引入反应器，并且可以如上所述的那样继续生长。以这样的方式，可以特别有效地减少p掺杂材料对有源区的污染。
但是在此也可能的是，所述继续生长在另一生长反应器中进行，而不是在其中沉积p掺杂的阻挡层的生长反应器中进行。
另一种制造光电子半导体芯片的可能性(其中在有源区中的压电场不是针对载流子注入的势垒)在于：在N过量(N-Ueberschuss)的情况下以分子束外延或者以金属有机物气相外延实现该结构。由此，可以在外延时调整N表面终止(N-Oberflaechenterminierung)，也就是说，该结构以N面生长模式生长。由此，压电场的极化被翻转，并且该结构可以以以下顺序生长：n阻挡层、有源区、p阻挡层，而不出现所述的不利的势垒。
在此所说明的半导体芯片以及其组成部分的其它优点、优选实施形式和改进方案可从以下结合附图所阐述的实施例中得到。
图1A示出了在此所说明的半导体芯片的第一实施例的示意性截面图。
图1B示出了在此所说明的光电子半导体芯片的第二实施例的示意性截面图。
图1C示出了在此所说明的光电子半导体芯片的第三实施例的示意性截面图。
图2A示出了在此所说明的光电子半导体芯片的第四实施例的示意性截面图。
图2B示出了在此所说明的光电子半导体芯片的第五实施例的示意性截面图。
图2C示出了在此所说明的光电子半导体芯片的第六实施例的示意性截面图。
图3示意性示出了在此所说明的光电子半导体芯片的第一实施例的价带和导带的曲线。
图4示意性示出了在此所说明的光电子半导体芯片的第四实施例的价带和导带的曲线。
图5示意性示出了光电子半导体芯片的价带和导带的曲线。
图6示出了具有根据图1和2的实施例的光电子半导体芯片的光电子器件。
在实施例和附图中，相同的或者作用相同的组成部分分别设置有相同的参考标记。附图中所示出的元件并不一定可以视为是符合比例的。更确切地说，为了更好的理解，附图的单个组成部分可以部分地被夸大地表示。
在图1示出了在此所说明的半导体芯片20的第一实施例的示意性截面图。
在该实施例中，n型衬底优选地用作生长衬底7。在此，可能的n型衬底是：n-GaN、n-SiC、n-Si(111)。但是也可能的是，使用不导电的衬底，例如蓝宝石。
在此，衬底7可以具有略微的偏差取向，该偏差取向在生长的层的晶体质量方面可以证明是有利的。衬底7的偏差取向优选在0.2度到0.5度之间，例如0.3°。这样的偏差取向通过减小岛状生长和降低粗糙度而产生明显更平坦的层。即，由此可以减小生长的层的粗糙度。
朝着生长方向c看，n型区域6跟随在衬底7之后。生长方向在此选择为平行于结晶学c轴。半导体芯片20以Ga面生长模式生长。其中n型区域6优选为n掺杂的氮化镓。n型区域的层厚度为大约1到5μm，优选为3到4μm之间。优选地，n型区域掺杂以硅。
朝着生长方向c看，隧道接触5跟随在n型区域6之后。隧道接触5优选为高掺杂的n-p隧道结。在此，n掺杂的侧朝着n型区域6。p掺杂的侧背离n型区域6。隧道接触5在其朝向n型区域6的侧具有高n掺杂的InyGa1-x-yAlxN层(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)，或者高n掺杂的InyGa1-x-yAlxN超晶格(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)。例如硅适合作为n掺杂材料。掺杂浓度优选为至少1019、特别优选为至少1020。高n掺杂的层优选最厚20nm。
在背离n型区域6的侧上，隧道接触5包括例如高p掺杂的InyGa1-x-yAlxN层(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)或者高p掺杂的InyGa1-x-yAlxN超晶格(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)。可能的p掺杂材料在此通过镁来提供。掺杂浓度优选为至少1019、特别优选为至少1020。高p掺杂的层优选最厚20nm。
在生长方向c中，p阻挡层1跟随在隧道接触5之后。p阻挡层1例如是p掺杂的AlxGa1-xN层(其中0≤x≤0.1)。p阻挡层的层厚度优选为50到500纳米之间。优选的p掺杂材料在此是镁。阻挡层1用作有源区2的p阻挡层。
在n型区域6与p阻挡层1之间的隧道接触5能够实现：在半导体芯片20中的电流运送尽可能在n型区域中进行。由此，使芯片工作时的电阻性损耗最小化。在隧道接触5之后的p阻挡层1的一定的厚度是必需的，以便获得半导体芯片20的随后的有源区1的良好的晶体质量。
优选地，扩散势垒4跟随在p掺杂的阻挡层1之后。扩散势垒4优选适合于减小或者防止有源区2受到p掺杂材料(即例如受到镁)的污染。没有扩散势垒4，污染通过p掺杂材料例如从p掺杂的阻挡层1扩散进有源区2而发生。在图1A的实施例中，扩散势垒4包括例如AlxGa1-xN中间层。扩散势垒4的厚度优选在1到20nm之间。铝浓度优选为最大50％。
朝着生长方向c看，在扩散势垒4之后设置有有源区2。在图1A的实施例中，有源区优选包括正好一个为产生辐射而设置的单量子阱结构8(对此也可参看图3)。有源区2优选基于III-V-半导体材料系InyGa1-yN(其中0＜y≤1)。优选地，有源区2适合产生紫外、蓝、篮-绿、黄或者红光谱范围的电磁辐射。有源区2中的铟浓度优选为百分之十到百分之六十之间。
朝着生长方向c看，n掺杂的阻挡层3跟随在有源区2之后。n掺杂的阻挡层3为例如掺杂有硅的氮化镓层。n掺杂的阻挡层3的厚度优选为100到200nm之间。
此外，根据图1A的实施例的半导体芯片20可以包括另外的、未表示在图1A中的层和区域。这样，半导体芯片例如可以在衬底7的下侧和在阻挡层3的上侧具有接触层。此外，还可能的是，衬底7被薄化或者完全被去除。半导体芯片20因此例如可以用其背离衬底7的表面固定在支承体上，该支承体在其热膨胀系数方面可以比原始生长衬底7更好地与所生长的层匹配。
半导体芯片20优选借助以下外延方法来制造：金属有机物气相外延、分子束外延、氢化物气相外延。优选地，半导体芯片以Ga面生长模式朝着平行于结晶学c轴的方向生长。
此外，还可能的是，半导体芯片20如在图1B中所示的那样具有p型生长衬底70。在这样的情况下，图1A的实施例的n型区域6可以被p型区域60代替。隧道接触5可以被省去。可能的p型衬底在此例如是：p-GaN、p-SiC、p-Si(111)。
不同于图1A的实施例，图1C示出了半导体芯片20，其中在隧道接触5的高n掺杂的层5a与隧道接触5的高p掺杂的层5b之间设置有扩散势垒14。扩散势垒14优选适合于阻挡或者防止p掺杂物质从高p掺杂层扩散进高n掺杂的层。优选地，扩散势垒14是铝浓度为至少百分之五十(优选为百分之六十、特别优选是至少百分之八十)的AlxGa1-xN层。扩散势垒14的层厚度优选为1到2nm之间。
图3示意性示出根据图1a的实施例的与半导体芯片20的生长高度h相关的导带10的曲线和价带11的曲线。
与此相反，图5示出了与半导体芯片的生长高度h有关的导带10和价带11的曲线，其中朝着生长方向看，依次是n型阻挡层3、有源区2和p阻挡层1。如从图5可看到，在说明书的发明内容部分中所述的压电场的极性导致针对电子e注入的势垒10a，这些电子来自n掺杂的区域3。电子e必须克服能量势垒10a以便在俘获量子阱8中被俘获。电子e中克服该势垒10a的部分并未被量子阱8俘获，而是跟随导带的其他曲线。这些电子e因此并不能用于产生辐射。如果施加到半导体芯片上的工作电压被提高，则未被量子阱8俘获的载流子数量提高。结果，半导体芯片的内部量子阱随着电流密度增加而强烈地下降。
类似的也适用于价带11中的空穴p。这些空穴必须克服能量势垒11a以便在量子阱8中被俘获。
在此所建议的半导体芯片20现在尤其以以下知识为基础，即首先使得显现为负的压电场在半导体芯片20的有源区2中可用，以改进量子阱结构的载流子俘获。
如在图3中可看到的那样，在生长方向c上层序列改变为p阻挡层1、有源区2和n阻挡层3导致：针对电子e或者空穴p的能量势垒10a和11a极大地改进了量子阱结构8中的载流子的俘获。这些势垒如今在相应的载流子流动方向(用箭头表示)上设置在量子阱结构8之后。量子效率与电流密度的相关性由此被强烈减小或者甚至不再存在。这种半导体芯片的辐射功率在电流强度的大范围上直接正比于所注入的电流。在较小的芯片面积的情况下，改进的量子效率允许更大的光功率，而没有损失芯片的效率。此外，层序列的所述改变还引起了半导体芯片20的工作电压V的明显下降。
如图3进一步所示出的那样，尤其是对于单量子阱结构8得到了所述优点。在单量子阱结构8中，朝着生长方向c看，设置在前的量子阱结构几乎未出现载流子的注入，因为首先要克服势垒10a、11a。
图2A示出了在此所述的光电子半导体芯片20的第二实施例。不同于图1A的实施例，在该实施例中扩散势垒4通过两个层4a和4b来提供。层4a是AlxGa1-xN层，其不包括为产生辐射而设置的量子阱结构9。层4b例如可以通过本征的氮化镓层来提供。
图4示意性地示出了与对于图2A中所示的半导体芯片20的生长高度h相关的导带10和价带11。在此，朝着生长方向看，在单量子阱8之前设置有三个较浅的量子阱9，这些量子阱并不是为产生辐射而设。这些量子阱结构9例如基于III-V-半导体材料系InyGa1-x-yAlxN(其中铟含量为最高百分之十)。相反，在光学有源量子阱8中的铟含量优选在百分之十到百分之六十。
图2A的半导体芯片20在此尤其以以下知识为基础，即光学无源量子阱结构9一方面阻挡p掺杂材料(例如镁)的扩散，另一方面，量子阱结构9形成了对于单量子阱结构8的超晶格，并且由此改进了有源区2的晶体结构。
不同于图2A的实施例，图2B示出了光电子芯片20，其中层序列沉积到p型衬底70上。n型区域6在此被p型区域60代替，隧道接触5可以被省去。
不同于图2A的实施例，图2C示出了半导体芯片20，其中在隧道接触5的高n掺杂的层5a与隧道接触5的高p掺杂的层5b之间设置有扩散势垒14。该扩散势垒14优选适合于阻挡或者防止p掺杂材料从高p掺杂的层扩散到高n掺杂的层。优选地，扩散势垒14为AlxGa1-xN层，该层具有至少百分之五十(优选至少百分之六十、特别优选为至少百分之八十)的铝浓度。扩散势垒14的层厚度为优选1到2nm之间。
图6示出了光电子器件200。光电子器件200优选为辐射二极管。半导体芯片20因此为辐射二极管芯片。半导体芯片20通过与图1和2结合所说明的半导体芯片来提供。该芯片例如设置在壳体18的凹处中。
壳体18例如由塑料或者陶瓷材料构成。该芯片用其表面导电地与外端子部183相连。例如，芯片为此可以接合到暴露于壳体18的凹处中的端子部183上。半导体芯片20进一步与外端子部184相连。例如，半导体芯片20通过线接合丝(Wire-Bonddraht)19与端子部184导电地相连。对此，壳体18例如可以具有另一凹处185，在该凹处中第二端子部184是可自由达到的。
此外，在芯片20之后还设置有反射器182，该反射器可通过壳体的一部分形成。此外，用于保护半导体芯片20免受过压(例如ESD(静电放电)电压脉冲)的元件17与半导体芯片20并联或者反并联连接。元件17例如可以是发光二极管、齐纳二极管或者变阻器。
此外，芯片20优选地被浇铸材料186包围，该材料例如可以包含硅树脂、环氧树脂或者PMMA。此外，浇铸材料186可以包含发光转换材料，该材料适于将发光二极管芯片20在工作时产生的电磁辐射的至少一部分转换波长。以这样的方式，尤其可以产生白色的光。合适的发光转换材料，诸如YAG:Ce粉末，例如已在出版物WO 98/12757中进行了说明，其关于发光转换材料的内容通过引用结合于此。
本发明并非通过借助实施例对本发明的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括任意新的特征以及这些特征的任意组合，特别是包含权利要求中的特征的任意组合，即使这些特征或者组合本身没有在权利要求中或者实施例中被明确说明。
本专利申请要求德国专利申请102005035722.9-33的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

Claims (22)

1.一种光电子半导体芯片，朝着半导体芯片(20)的生长方向(c)具有以下顺序的区域：
-用于有源区(2)的p掺杂的阻挡层(1)，
-有源区(2)，其适合于产生电磁辐射，其中有源区基于六边形的化合物半导体，以及
-用于有源区(2)的n掺杂的阻挡层(3)
2.根据上述权利要求所述的光电子半导体芯片，其中有源区基于III-V-半导体材料系InyGa1-x-yAlxN，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中在p掺杂的阻挡层(1)和有源区(2)之间设置有扩散势垒(4)，该扩散势垒适于防止掺杂材料扩散进有源区(2)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中朝着生长方向(c)看，在p掺杂的阻挡层(1)之前设置有隧道接触(5)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中隧道接触(5)具有高n掺杂的区域(5a)、高p掺杂的区域(5b)和在隧道接触(5)的这两个区域(5a，5b)之间扩散势垒(14)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中朝着生长方向(c)看，在隧道接触(5)之前设置有n型区域(6)。
7.根据权利要求1或者2所述的光电子半导体芯片，其中半导体芯片的区域沉积到p型生长衬底上。
8.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中有源区(2)包括量子阱结构(8，9)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中有源区(2)包括正好一个为产生辐射而设置的单量子阱结构(8)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中朝着生长方向(c)看，在为产生辐射而设置的量子阱结构(2)之前设置有至少一个并不是为产生辐射而设置的量子阱结构(9)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中并不是为产生辐射而设置的量子阱结构(9)具有比为产生辐射而设置的量子阱结构更小的铟浓度。
12.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中在p掺杂的阻挡层(1)与有源区(2)之间设置有扩散势垒(4)，该扩散势垒包含III-V-半导体材料系AlxGa1-xN构成的材料，其中x≥0.2。
13.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中有源区(2)基于III-V-半导体材料系InyGa1-yN，其中0＜y≤1。
14.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，具有生长衬底(7)，该生长衬底(7)具有偏差取向。
15.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中生长衬底(7)的偏差取向为0.1°到1.0°之间。
16.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体芯片，其中生长衬底(7)被薄化。
17.根据权利要求2至16中任一项所述的光电子半导体芯片，其中半导体芯片以Ga面生长模式来生长。
18.一种光电子器件，其带有根据上述权利要求中至少一项所述的光电子半导体芯片，具有端子(183，184)，光电子半导体芯片(20)可通过这些端子被电接触。
19.一种用于制造根据上述权利要求中至少一项所述的光电子半导体芯片的方法，
其中以下区域以所述顺序沉积到晶片上：
a)用于半导体芯片的有源区(2)的p掺杂的阻挡层(1)，
b)有源区(2)，其适合于产生电磁辐射，其中有源区基于六边形的化合物半导体，以及
c)用于有源区(2)的n掺杂的阻挡层(3)。
20.根据上述权利要求所述的方法，其中适于产生电磁辐射的有源区(2)基于III-V-半导体材料系InyGa1-x-yAlxN，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。
21.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中使用以下外延方法：金属有机物气相外延、分子束外延、氢化物气相外延。
22.根据权利要求20或者21所述的方法，其中半导体芯片以Ga面生长模式来生长。
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