200919883 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本專利申請案主張德國專利申請案DE 1 0 2007 044 439.9 之優先權，其已揭示的整個內容在此一倂作爲參考。 本發明涉及一種具有量子井結構之光電半導體晶片。 【先前技術】 具有量子井結構之光電半導體晶片例如在文件DE 1 99 5 5 747 A1中已爲人所知。 【發明內容】 本發明的目的是提供一種具有量子井結構之光電半導體 晶片；其效率及/或壽命已獲得改良。 _ 上述目的藉由申請專利範圍第1項之光電半導體晶片來 達成。本發明之光電半導體晶片之有利的佈置及其它形式 描述在申請專利範圍各附屬項中，其已揭示的內容藉由參 考而收納於說明書中。 ί , 本發明提供一種光電半導體晶片，其具有一種發出輻射 之半導體層序列。此發出輻射的半導體層序列包含一活性 區，其具有一第一量子井層，一第二量子井層以及二個終 端-位障層。第一和第二量子井層配置在二個終端-位障層之 間。換言之’該活性區配置在一個η -摻雜層或層序列和一 個Ρ -摻雜層或層序列之間。在η -摻雜層/層序列至ρ -摻雜層 /層序列之方向中’有一終端-位障層位於第一和第二量子井 層之前且在由η-摻雜的半導體層至Ρ-摻雜之半導體之方向 200919883 中另一終端-位障層位於第一和第二量子井層之 第一和第二量子井層在與各終端層比較下具 目匕帶間隙。該活性區因此具有一量子井結構’ 式量子井結構，其含有至少一第一和第二量子 個終端-位障層。此處，未提及能量狀態由於量 端-位障層所造成的量子化之維度。藉由量子井 外可獲得至少一量子膜、量子線及/或量子點以 之每一種組合。 活性區之量子井結構用來在半導體晶片操作 輻射。光電半導體晶片較佳是用來發出雷射輻 一種例如邊緣發射式雷射二極體晶片。 發出輻射之半導體層序列特別是一種藉由磊 製成的半導體層序列。在層生長中，通常依序; 層/層序列、活性區和P-導電層/層序列。於此， /層序列至P-摻雜層/層序列之方向簡稱爲“生I 而，此處須指出，例如在具有一穿隧接面之半導 目前稱爲“生長方向”的方向亦可與層生長的 反而延伸。 在生長方向中，有一終端層位於第一和第二 前，另一終端層在生長方向中跟隨在第一和第 之後。終端層和第一、第二量子井層之主延伸 直於生長方向。第一和第二量子井層、二個終 個活性區可適當地具有平行的主延伸面。 有一較小的 特別是多重 井層以及= 子井層和終 結構，則另 及這些結構 時產生電磁 射且較佳是 晶層生長所 製成η-導電 由η-摻雜層 ^方向”。然 :體晶片中， 實際方向相 量子井層之 二量子井層 面特別是垂 端層以及整 200919883 活性區具有一種半導體材料，其包含至少一第一和〜第 一成份。例如，活性區具有一種丨丨丨_ v _化合物_半導體材料’ 例如，一種氮化物-化合物-半導體材料，其例如可爲 I n A1G a N，或活性區亦可具有一種磷化物_化合物-半導髀材 料。另一方式是’活性區可具有一種II/VI_化合物_半導體 材料。例如’該半導體材料含有銦以作爲第一成份及/或含 有GaN，A1N及/或AlGaN以作爲第二成份。 一種III-V-化合物-半導體材料具有至少一第三族（例如’ B，Al，Ga，In)的元素和一第五族（例如，n，p，As)之元素。 特別是此槪念“III-V-化合物-半導體材料’，包含二元、三元 或四兀化合物之基（group)，其包含至少—第三族的元素和 至少一第五族之元素，例如，其可爲氮化物-和磷化物-化合 物半導體。此種二元、三元或四元化合物另外例如可具有 一種或多種摻雜物質以及其它的成份。 同理’ II/VI-化合物-半導體材料具有至少一第二族（例 如’ Be，Mg，Ca，Sr)的元素和一第六族（例如，〇，s，Se)之元 素。特別是此“ 11 / VI -化合物-半導體材料”包含二元、三元 或四元化合物’其具有至少一第二族的元素和至少一第六 族之元素。此種二元、三元或四元化合物另外例如可具有 一種或多種摻雜物質以及其它的成份。例如，以下的材料 屬於II/VI-化合物-半導體材料：ZnO, ZnMgO，CdS，ZnCdS, M g B e 〇。 活性區具有氮化物-化合物半導體材料在意義上是指，該 -7- 200919883 活性區或該活性區之至少一部份具有氮化物-化合物半導體 材料，較佳是111|1八1111〇311_1111\1或由111。八111,〇31.|1.„,1^所構成，：§： 中0SnSl，0Sm$l且n + mSl。於此，此材料未必含有上 述形式之以數學所表示之準確的組成。反之，其可$有· _ 種或多種摻雜物質以及其它成份。然而，爲了簡單之故， 上述形式只含有晶格（Al，Ga，In，N)之主要成份，這些主要 成份之一部份亦可由少量的其它物質來取代及/或補充。 上述二個終端-位障層之半導體材料中第一成份之量小於 第一成份在第一和第二量子井層中之量。半導體材料之第 一成份特別是用來調整半導體材料之能帶間隙。 在上述光電半導體晶片之一實施形式中，第二量子#層 在與第一量子井層比較下具有較小的層厚度。本實施形式 中’第二量子井層所具有的半導體材料之第一成份較佳是 多於第一量子井層中者。 在另一實施形式中，第二量子井層之層厚度等於或大於 第一量子井層的層厚度。本實施形式中，第二量子井層所 具有的半導體材料之第一成份少於第一量子井層中者。 在一種實施形式中，第一和第二量子井層都用來發出電 磁輕射。例如，第一量子井層在生長方向中位於第二量子 井層之即且具有較小的層厚度。第一量子井層所具有的半 導體材料之第〜成份可適當地多於第二量子井層中者。 由第一量子井層所定義的量子井和第二量子井層所定義 的量子井之能羹位準可有利地藉由層厚度和半導體材料之 200919883 第一成份之量來互相調整，使第一量子井層和第二量子井 層相對於光電半導體晶片之總發射量之貢獻位於同一數量 級中且特別是實際上相等。 在一有利的另一形式中，第一量子井層之區域中所發出 的電磁輻射以及第二量子井層之區域中所發出的電磁轄射 基本上具有相同的光譜分佈，特別是光譜分佈之強度最大 値具有相同的波長。 當第一量子井層在生長方向中位於第二量子井層之前且 所具有的層厚度小於第二量子井層之層厚度時，則半導體 層序列可有利地具有一種高的晶體品質。此外，在與二個 量子井層具有相同的層厚度且所具有的半導體材料之第— 成份之量亦相等日^的情況相比較下，電荷載體至第一及/或 第二量子井層的注入現象亦可獲得改良。 在另一實施形式中’第二量子井層用來發出電磁輻射， 但第一量子井層不是用來發出電磁輻射。 不是用來發出電_ $旨射的量子井層在該光電半導體晶片 操作時未發出電磁輻射或該不是用來發出電磁輻射之量子 井層之區域中所發出的電磁輻射之量在與該用來發出電磁 輻射之量子井層之區域中所發出的電磁輻射之量相比之下 較小。例如’該不是用來發出電磁輻射之量子井層之區域 中所發出的電^ _射之量最多是該用來發出電磁輻射之量 子井層之區域中所發出的電磁輻射之量的一半，較佳是最 多五分之一’特別是最多十分之一。 200919883 在上述實施形式之一種適當的佈置中’第二量子井層所 具有的層厚度小於第一量子井層之層厚度，且第二量子井 層配置在第一量子井層之內部中。換言之，在生長方向中 第一量子井層之第一部份，第二量子井層和第一量子井層 之第二部份直接重疊著。第一量子井層之第一部份和第二 部份因此直接與第二量子井層相鄰接。 在此種佈置中，可有利地達成一特別有效的電荷載體捕 捉作用。特別是雷射二極體晶片可在操作時以所發出的雷 Γ — 射輻射之波長較長的強度最大値來達成電荷載體的捕捉作 用’該強度最大値例如可具有4 6 0 n m以下之波長，例如， 此波長位於藍色或綠色光譜範圍中。 在上述實施形式的一種變異形中，第二量子井層配置於 第一量子井層之內部中，第二量子井層所具有的半導體材 料的第一成份之量小於第一量子井層中者。在此種變異形 中’第一量子井層用來發出電磁輻射，第二量子井層不是 I: 用來發出電磁輸射。相較於第二量子井層省略時的一種實 施形式而言，上述變異形中該半導體層序列具有較佳的晶 體品質’使該半導體層序列之光學特性和電性獲得改良。 在光電半導體晶片之另一實施形式中，第一量子井層在 操作時用來發出電磁輻射，但第二量子井層不是用來發出 電te輸射。第二量子井層在生長方向中例如位於第一量子 井層之前或位於第一量子井層之後。 藉由第二量子井層或多個第二量子井層，其具有較第一 -10- 200919883 量子井層速小的層厚度及具有半導體材料之更多的 份、或具有較第一量子井層更大或相同的層厚度及 導體材料之較少的第〜成份，則半導體材料之第一 第一量子井層中的分佈可特別均勻。第一量子井層 陷（例如，鎵-空缺）數目可特別少，使重組時未發出 電荷載體對（P a 1 r)之數目可特別少。此外，特別是一 種摻雜物質擴散至第〜量子井層中的數量亦特別少 導體晶片具有一特別高的壽命。 在一種佈置中’該光電半導體晶片具有二個第一 層和至少一個第二量子井層。該第二量子井層或多 量子井層配置在該二個第一量子井層之間。 例如，至少一個第二量子井層可使電荷載體在該 一量子井層之間的穿燧機率提高。因此，可在該二 發出輻射的第一量子井層上達成一特別均勻的電荷 佈。 在上述佈置的另一形式中，至少一第二量子井層 方向中位於後方之第一量子井層之距離小於至生長 位於前方之第一量子井層之距離。例如，至生長方 於後方之第一量子井層之距離只有至生長方向中位 之第一量子井層之距離之一半以下，例如，四分之- 特別是在像InAlGaN之類的半導體材料中，其具 纖鋅礦（Wurtzit)結構，這會產生一種壓電場，其將對 體造成一種能量位障而使電荷載體不易注入至第一 第一成 具有半 成份在 中的缺 輻射的 種或多 ，使半 量子井 個第二 二個第 個用來 載體分 至生長 方向中 向中位 於前方 *以下。 有一種 電荷載 量子井 -11- 200919883 層中。較靠近該生長方向中位於後方之第一量子井層而配 置的第二量子井層可有利地使電荷載體之能量位障減小。 在另一佈置方式中’該光電半導體晶片具有至少一第一 量子井層和二個第二量子井層’其中至少一第一量子井層 配置在該二個第二量子井層之間。在另一種形式中，至少 一第一量子井層配置在第一數目-和第二數目的第二量子井 層之間。換言之，第一數目的第二量子井層在生長方向中 位於該至少一第一量子井層之前，且第二數目的第二量子 井層在生長方向中位在該至少一第一量子井層之後。 第一數目的第二量子井層和第二數目的第二量子井層較 佳是含有相同數目的第二量子井層。換言之，該至少一第 一量子井層在生長方向之前的第二量子井層之數目較佳是 與該至少一第一量子井層在生長方向之後的第二量子井層 之數目相同。 在上述的佈置中’由該至少一第一量子井層所發出的電 磁輻射可特別良好地導入至活性區中。例如，藉由第二量 子井層可使活性區之折射率提高。該至少一第一量子井層 和由該活性區所發出之電磁輻射之間的空間上的重疊特別 大’因此在操作時可特別有效地發出雷射輻射。 第二量子井層可優先定義量子井結構，其能量位準是與 由該至少一第一量子井層所定義之量子井結構之能量位準 不同。以此種方式’則由該至少一第一量子井層所發出的 電磁輻射在第二量子井層之區域中被吸收的危險性即可下 -12- 200919883 降 在上述具有一第一數目-和一第二數目之第二量子井層之 半導體晶片之另一形式中，半導體材料之第一成份之量及/ 或第二量子井層之層厚度在離開該至少一第一量子井層之 方向中逐層地減少。換言之，在二個第二量子井層中，其 中一個位於該至少一第一量子井層之前，另一個位於該至 少一第一量子井層之後，與該至少一第一量子井層之距離 較小的第二量子井層所具有的半導體材料之第一成份 較大及/或所具有的層厚度較大。因此，可有利地_ _ 晶體結構特別良好的活性區。 在一種佈置中，該活性區具有一種對稱平面，卑 該活性區之主延伸面而延伸，即，特別是垂直於生<契 而延伸。此種佈置中該活性區含有多個第一-及/或兔 ^ 1¾ 量子井層。第一量子井層和第二量子井層相對於鉍 ^ % 面成鏡面對稱而配置著。此種鏡面對稱的配置例如 % 地將雷射輻射導入至雷射二極體晶片之活性區中。 θ刊 在具有一第二量子井層之半導體晶片之另一佈f 中第 量子井層之半導體材料之第一成份之量是第 量子井層之層厚度小於第一量子井層之層續 考 第一麗子井層之半導體材料之第一成份之量是第\ 員1J % 層者之1.2倍至2倍。在另—形式中，其中第二量禾 许 層厚度等於或大於第一量子井層之層厚度，則第 層之半導體材料之第一成份之量是第二量子井層 倍至2倍。 幾 % -13- 200919883 在另一佈置中，第一-和第二量子井層之層厚度相異的程 度大於或等於2倍。例如，一第二量子井層之層厚度小於 第一量子井層之層厚度，此一第二量子井層之層厚度最多 是第一量子井層之層厚度之一半，較佳是三分之一，特別 佳時是四分之一。例如，第一量子井層之層厚度是在2和 10nm之間，特別是在2nm(含）和5nm(含）之間。第二量子井 層之層厚度是在0.5和5nm之間，較佳是在0.5nm(含）和 2nm(含）之間，例如，inm。 在一種佈置中’第一-及/或第二量子井層之半導體材料含 有周期表中相同的族（第三族）之至少二個不同的元素，其中 個兀素包含在半導體材料之第一成份中且另一個元素包 含在半導體材料之第二成份中。該族之包含在第一成份中 的兀素之量介於該半導體材料中該族之此一元素之0.5 %至 50%之間。 例如’上述之第—成份是銦。第二成份例如是GaN，A1N 或AlGaN ’其含有鎵及/或鋁，此二個元素就像銦—樣屬於 周期表之第三族。在另一形式中，銦在半導體材料 In"AlmGai_"_mN 中所具有的量是 0.05S nS 0.5。 在另一形武中’半導體晶片用來發出一強度最大値是在 監色光s普區中之電磁輻射，且第一量子井層之半導體材料 具有一種0.15$η$〇.2之銦成份。在另一形式中，半導體 晶片用來發出一強度最大値是在紫外線光譜區中之電磁輻 射’且弟—籩子井層之半導體材料具有一種0.07 Sns 〇.1 -14- 200919883 之銦成份。 第一-和第二量子井層之間的距離、二個第一量 間的距離及/或二個第二量子井層之間的距離ΐ lnm(含）和50nm(含）之間，較佳是在3nm(含）和15 間。 在一種佈置中，第一-及/或第二量子井層內部中 材料之第一成份之量不是固定値。反之，該第一 f , 是隨著第一-及/或第二量子井層之層厚度而改變。 第一成份的濃度在生長方向中可在第一-或第二量 一部份區域上由邊緣而連續地升高或向邊緣而； 降。換言之，第一成份的濃度外形（pr〇flle)具有一 傾斜的邊緣。所謂半導體材料之第一成份之量在 下是指該量子井層內部中該量之最大値。 在另一種佈置中，該光電半導體晶片設計成在 出一種強度最大値是在紫外線-及/或藍色光譜區 U 輻射。在另一形式中，該強度最大値位於藍色光 活性區含有二個用來產生輻射之第一量子井層。 同形式中，該強度最大値位於紫外線光譜區中且 有四個用來產生輻射之第一量子井層。在另一種 該半導體晶片是雷射二極體晶片·。 本發明之光電半導體晶片之其它優點、有利的 和其它形式將描述於下述與第1至11B圖有關之 施例中。 子井層之 网如是在 n m (含）之 該半導體 成份之量 例如，該 子井層之 軎續地下 個或二個 此種情況 操作時發 中之電磁 譜區中且 在另一不 活性區含 佈置中， 實施形式 舉例式實 200919883 【實施方式】 各圖式和實施例中相同-或作用相同的各組件分別設有相 同的元件符號。所示的各元件和各元件之間的比例未必依 比例繪出。反之，爲了清楚及/或更容易理解之故，各圖式 的一些細節（例如，層）已予放大地顯示出或予以加厚。 桌1圖顯不本發明第一實施例之光電半導體晶片的橫切 面’其目前是一種雷射二極體晶片。此半導體晶片具有一 種位於生長基板2上的磊晶半導體層序列1。 此一發出輻射之磊晶半導體層序列例如以一種六角形的 化合物半導體材料爲主’特別是以氮化物_ 111 -化合物半導體 材料爲主。氮化物-III-化合物半導體材料較佳是InAiGaN。 該生長基板2可適當地具有一種適合用來生長上述氮化 物-III-化合物半導體材料之材料。例如，該生長基板2可含 有GaN，SiC及/或監寶石或由這些材料中的至少一種所構 成。在離開該基板2之方向中，半導體層序列1首先具有一 ί 種η ·導電層或層序列1 1 0，然後具有活性區1 2 0以及活性區 之後的Ρ -摻雜層或層序列1 3 〇。 例如’該η -導電之層序列1丨〇具有一（特別是高摻雜之η_ 接雜的）η -接觸層1 1 1，此接觸層1丨丨例如含有G aN，其以一 種η -摻雜物質（例如，砂）來摻雜。 另一 η-導電層，例如，一種以n —摻雜物質（例如，矽）來摻 雜之GaN-或InGaN-層1 12，跟隨在該η•接觸層1 η之後。 例如，該層1 1 2 τη種電流擴散層，其具有高的橫向導電性。 -16- 200919883 此外’半導體層序列1較佳是具有一種電荷載體局限 (confinement)層，在雷射二極體晶片之情況下該局限層是一 種外罩（cl adding)層113。此一外罩層113在生長方向（gp， 特別是離開該生長基板2之方向）中跟隨該η-接觸層1 1 1和 該η-導電層1 1 2。 該η-外罩層113含有一種交替之層對（pair)所形成的超晶 格（super-lattice)。例如，其是一種由一對層AlGaN-層和GaN- r 層所形成的超晶格或由二個鋁含量不同的A1GaN-層所形成 \ 的超晶格。每一對層之至少一層較佳是以一種n —摻雜物質 (例如，矽）來摻雜。 一種η-導電之波導層1 14(例如，一種未摻雜的A1GaN_層） 跟隨著該外罩層。 一·種P -導電層1 3 1 ’例如’一種以p _摻雜物質（例如，鎂） 來摻雜的AlGaN -層，在離開該生長基板的方向中跟隨著該 活性區120。此p-導電層131亦可省略，以便使卜摻雜物質 ί 擴散至活性區1 20中的危險性下降。 此外’該Ρ-導電的層序列130含有一種ρ_波導層η2和 一種Ρ -電荷載體局限層（目前是一種ρ -外罩層丨33)，其在生 長方向中依據重疊著。該Ρ-波導層1 32例如具有未慘雜的 AlGaN’該ρ -外罩層類似於該η -外罩層113而具有—種由一 對層所構成的超晶格結構，其中每一對層例如具有一種以 Ρ-摻雜物質（例如’鎂）來摻雜的AlGaN-層和一未丨參雜的 AlGaN-層。該ρ-外罩層133跟隨在一種p_接觸層134之後， -17- 200919883 此P -接觸層1 3 4例如是一種高摻雜的p _摻雜之G a N -層。 活性區120含有一第一量子井層3和一在生長方向中跟隨 在第一量子井層3之後的第二量子井層4。一種終端-位障 層5 1位於第一量子井層3之前，另一終端-位障層5 1在第 二量子井層4之後。位障層52配置在第一量子井層3和第 二量子井層4之間且將此二個量子井層相隔開。此位障層 52之層厚度大約是5nm。 該終端-位障層5 1、位障層5 2以及第一-和第二量子井層 3、4較佳是未摻雜。終端-位障層5 1及/或位障層5 2之至少 一層及/或第一-和第二量子井層3、4之至少一層在本實施 例中或在另一種佈置中可交替地以n _或p _摻雜物質來摻雜。 第一-和第二量子井層3’ 4不同於位障層51，52之處特 別是該半導體材料之成份。例如，該半導體材料是 I η η A1 m G a m N。此丰導體材料之第—成份（目前是姻）在第 —-和第二量子井層3，4中所具有的量c (一種濃度）大於位 障層5 1 ’ 5 2中者。例如’量子井層3 ’ 4中的銦濃度（gp， 在該組成InnAUGamN中之分量n)較高。 第2Α圖顯示本發明第一實施例之半導體層序列之活性區 之半導體材料之第一成份之濃度外形。此濃度c(目前是銦 濃度）依據以n m爲單位的相對位置X而繪出。該生長方向 在第2A圖中由左向右延伸。濃度c由上向下而而變大，其 因此以任意單位來表示。爲了清楚之故，濃度差異値已過 度地予以顯示。 -18- 200919883 因此’在終端-位障層5 1和位障層5 2中該銦濃度c較小， 例如’在這些層中未含有銦或實際上銦不存在。第一量子 井層3具有最大的銦濃度c。第二量子井層4之銦濃度c大 於位障層51，5 2之銦濃度且小於第一量子井層3之銦濃度 C 0 半導體材料之第一成份之量C，目前是銦濃度C，會影響 該半導體材料之能帶間隙。此能帶間隙因此是由導電帶之 低能量邊緣和價帶之高能量邊緣之間的能量距離來設定。 導電帶之低能量邊緣之外形基本上對應於上述半導體材料 之第一成份的濃度外形’其中能量軸E顯示在與濃度軸c 相反的方向中。第2A圖中該能量E由下向上增加。 導電帶之能量邊緣之外形“基本上”對應於濃度外形， 這表不：各種干擾’例如’半導體材料中壓電場之影響’ 在圖式中未被考慮。由於壓電場，則濃度外形會發生差等 例如’在位障層5 1，5 2之一和相鄰的第一-或第二量子弁層 3，4之間的接面區中會有能量位障。對量子井層3而言， 此種差異在第2 A圖中以虛線來表示。 在第一實施例中’銦含量c等於成份IniiAlmGai.n mN之分 量η，且銦含量c此在第一量子井層3中例如是第二量子井 層4中之1.2倍（含）至2倍（含）。目前大約是2倍。 第一量子井層3之層厚度最多例如等於第二量子井層4 之層厚度的一半。目前，第二量子井層4之層厚度 且大約是第一量子井層3之層厚度的2·5倍。第—量子幷餍 -19- 200919883 3之層厚度大約是2nm。 量子井結構之能量位準是由第一-和第二量子井層3’ 4所 定義，此能量位準是與第一成份的濃度c以及量子井層3 ’ 4之層厚度有關。由第一-和第二量子井層3，4所定義的量 子井基本上具有相同的能量位準。本實施例中’第一量子 井層3和第二量子井層4都是以此種方式來發出輻射之量子 井層。 在第2 A圖之第一實施例中，半導體材料之第一成份的濃 度外形基本上是矩形的。實際上的濃度外形會由於第一成 份的擴散及/或沈積而會與圖不的外形有差異。 在第一實施例之第2 B圖所示的變異形中，未試圖形成銦 濃度c之矩形的外形。反之，第一量子井層3之濃度是 V -形的且第二量子井層4之濃度外形成梯形。在此二個量子 井層3，4中，半導體材料之第一成份之濃度c在層厚度之 大約0.5 nm至lnm寬的範圍中連續地上升。 L 在第一量子井層3中，該上升大約持續至該層的中央處， 由此處開始該濃度c連續地下降且大約對稱於該上升的情 況。在第二量子井層4中，第一成份的濃度c在第二量子井 層之中央區域中基本上是疋値的且在遠離第一量子井層之 此側上陡峭地（實際上是垂直地）下降。 本發明人已確定的事實是’藉由上述V -形-及/或梯形的外 形’則由於六角形的半導體材料中由壓電場所造成的能量 位障對量子井層3 ’ 4中的電荷載體的注入之最不利的影響 -20- 200919883 可被降低。 第3A圖中所示的第二實施例不同於第一實施例之處在 於’活性區120具有二個第一量子井層3，其在生長方向中 重疊著且分別藉由一個位障層5 2而互相隔開。該三個第一 量子井層3用來產生輻射。第一量子井層3例如具有一種大 約4 n m的層厚度。位障層5 2例如大約8 n m厚。 多個（目前是二個）第二量子井層4在生長方向中跟隨在該 三個第一量子井層3之後’即’第二量子井層4在p _側配 置在第一量子井層3之後。第二量子井層4所具有的層厚度 小於第一量子井層3之層厚度（大約是inm)。第二量子井層 4之層厚度例如最多是第一量子井層3之層厚度之一半，較 佳是四分之一。第二量子井層4之銦濃度c之値是在第一量 子井層3之銦濃度c之1.2倍（含）至2倍（含）之間，二個第 二量子井層4藉由位障層而互相隔開，此位障層之層厚度 大約是3nm。 t 另一個位障層5 2配置在第一-和第二量子井層3，4之間， 此位障層52之厚度大約是18nm。 第二量子井層4可有利地使一種p-摻雜物質（例如，鎂） 擴散至用來產生輻射之量子井層3中的危險性下降。 本實施例中，第二量子井層4不是用來產生輻射。由於 與第一量子井層3比較下有較闻的銦濃度c以及較小的層厚 度，則在與由第一量子井層3所定義之量子井之能量位準 來發出電磁輻射相比較下，第二量子井層4之能量位準只 -2 1- 200919883 具有一種很小的機率來發出電磁輻射。一種p-摻雜物質擴 散至第二量子井層4中時因此不會對該半導體晶片之效率 造成影響或只有輕微的影響，使該半導體晶片之壽命特別 高。 每二個互相跟隨的第一量子井層3具有一種距離dl，每 二個互相跟隨的第二量子井層具有一種距離d2。距離d 1特 別是等於位障層5 2之層厚度，該位障層5 2將二個第一量子 井層3互相隔開。距離d2特別是等於位障層52之層厚度， 該位障層52將二個第二量子井層4互相隔開。 距離d 1和d2不須相等。例如，二個第一量子井層3之間 的距離d 1至少是二個第二畺子井層4之間的距離d 2之二 倍。 在第3 B圖所示的第二實施例之變異形中，該二個第二量 子井層4所具有的層厚度大於第一量子井層3之層厚度（其 大約是6nm)。第二量子井層4至第一量子井層3之距離大 約較第3 A圖所示之實施例還小4 n m。各第二量子井層4藉 由位障層5 2而相隔開，該位障層5 2之層厚度d 2同樣是 4nm。配置在二個第一量子井層3之間的位障層52之層厚 度因此是配置在二個第二量子井層4之間的位障層52之層 厚度的二倍。 上述半導體材料之第一成份之量c在第二量子并層4中者 少於第一量子井層3中者。例如，該半導體材料之第一成 份之濃度c在第一量子井層3中者是在第二量子井層4中者 -22- 200919883 之1 .2倍（含）至2倍（含）。 如第二實施例所示，在第3B圖之第一青 宋一貫施例之變異形中 各第二量子井層4不是用來發出電磁輻射。 在第二實施例及其變異形中’該半導體材料之第一成份 在活性區中之量較未具有第二量子井層4時的活性區中的 量還高。以此種方式’在與半導體層序列之在活性區之前 及/或之後設有一種層之情況相比較下，該活性區具有較高 的折射率。該活性區1 20因此特別適合用來作爲該活性题 1 20中所產生的電磁輻射用之波導。在另—種形式中，該半 導體層序列1未設有η -波導層114及/或p_波導層132，各 波導層顯示在第1圖中。
第4A圖中顯示第三實施例之半導體晶片之活性區1 2〇之 銦含量之濃度外形。層厚度及第一成份之濃度c等於第二實 施例之變異形中的層厚度及濃度（第3B圖）。然而，在第三 實施例中第二量子井層4在生長方向中位於第一量子井層3 之前。 第4 B圖顯示第三實施例之變異形之銦濃度之外形。第三 實施例之變異形之活性區1 20例如與第4A圖之第三實施例 之活性區不同之處在於，多個第二量子井層4(用來取代二 個平坦且寬廣之第二量子井層4)在生長方向中位於第一量 子井層3之中。相較於第一量子井層3而言，該多個第二量 子井層4具有較小的層厚度以及具有半導體材料之第—$ 份之更多的濃度c。此處顯示有七個第二量子井層4位於第 -23- 200919883 一量子井層3之前，其間距離大約是15n m。 在第4 B圖所示之第三實施例之變異形中，位於每二個相 鄰之第二量子井層4之間的位障層5 2具有一種大約2 n m之 層厚度d2，各個第二量子井層4分別具有lnm之厚度。 藉由第二量子井層4(其在第三實施例及其變異形中不是 用來產生輻射且位於發出輻射用之第一量子井層3之前）， 則可使活性區1 20達成一種特別高的晶體品質。特別是第一 量子井層3之區域中該活性區之晶體品質特別高，使用來 產生輻射之第一量子井層3之區域中電荷載體發生重組而 未發出輻射之危險性下降。由如第4B圖之第三實施例所示 之第二量子井層4所構成的超晶格結構特別適合於此處。 在第5圖所示之第四實施例中，多個第二量子井層41， 42，43在生長方向中位於二個第一量子井層3之前。 然而，相對於先前的實施例而言，不是全部的第二量子 井層都具有相同的層厚度。反之，在離開第一量子井層3 而延伸之外形中各層之層厚度逐漸下降。換言之，直接與 第一量子井層3相鄰的第二量子井層41具有最大的層厚 度’離開第一量子井層3最遠的第二量子井層43具有最小 的層厚度’且配置在此二個第二量子井層41，43之間的第 二量子井層42所具有的層厚度介於該二個第二量子井層 4 1，4 3之層厚度之間。 於此’該二個面向第一量子井層3之第二量子井層41， 42具有一種層厚度，其大於或等於第一量子井層3之層厚 -24- 200919883 度且所具有之該活性區之半導體材料之第一成份之量是 C’其小於第一量子井層3之第一成份之量。離開第一量子 井層3最遠之第二量子井層43在本實施例中一方面具有小 於第一量子井層3之層厚度，且另一方面該半導體材料之 第一成份之量（例如，銦濃度）c亦小於第一量子井層3之第 一成份之量。 例如，在本實施例或先前的實施例中，全部之第二量子 井層4, 41’ 42’ 43都含有相同濃度c之半導體材料之第— 成份。 弟6 A圖所不的桌五貫施例除了二個位於第一量子井層3 之前的第二量子井層41，42，43之外另具有其它三個第二 量子井層41’ 42’ 43’其在生長方向中位於第一量子井層3 之後。 第五實施例之活性區1 2 0因此具有一種對稱平面6。活性 區120之第一量子井層3和第二量子井層41，42，43分別 對該對稱平面6成鏡面對稱而配置著。 第6B圖所示的第五實施例之變異形不同於第五實施例之 處在於，第二量子井層中所含有的銦濃度c會改變，但第：：： 量子井層41，42，43之層厚度未改變。第6B圖所示的第二 量子井層41，42，43都具有相同的層厚度，其在此一變異 形中亦與第一量子井層3之層厚度相同。上述半導體材料 之第一成份之濃度c在離開第一量子井層3而延伸之外形中 逐層地下降。 -25- 200919883 第6C圖中顯示第五實施例之另—種變異形。在此種第二 變異形中，在生長方向中位於第一量子井層3之後的第二 量子井層41’ ，42’ ，43’之銦濃度外形基本上不是矩形而 是一種梯形的外形，這與第6 B圖所示的第五實施例之變異 形不同’但與第一實施例之第2 B圖所示的變異形之第二量 子井層4相似。 以上述方式，則電洞由半導體晶片之p _側經由生長方向 中位於第一量子井層3之後的第二量子井層41’ ，42’ ， 43’而注入至用來發出輻射的第一量子井層3中時特別有 效。 在第7圖所示的第六實施例中，如第五實施例所示，該 活性區1 2 0同樣對稱於對稱平面6。此對稱平面6目前是經 由第一量子井層3而延伸。活性區1 2 0特別是具有奇數個活 性（即’用來產生輻射）之第一量子井層3。活性區1 2 0目前 恰巧具有一個第一量子井層3，其用來產生輻射。 第一量子井層3之半導體材料包含該活性區120之半導體 材料之第一成份（目前是銦）之量是c，其大約是第二量子井 層4之半導體材料者之二倍。 此處須指出，與第2A圖至第11B圖之濃度外形不同之處 在於’第7圖之濃度外形中，半導體材料之第一成份之濃 度c是由下向上增加。 分別有二個第二量子井層4在生長方向中位於第一量子 井層3之前及之後。個別的二個相鄰的量子井層3，4之間 -26- 200919883 的距離目前都是同樣大。 第7圖中顯示該活性區120中由第一量子井層3所發出之 輻射之場強度7之大小A。。藉由對稱於該對稱平面6而配 置的桌一 Η子井層4，則可在第一量子井層3和該活性區1 2 0 中傳送的電磁輻射之場強度7之間達成一特別高的重疊， 這樣可藉由該半導體晶片而特別有效地產生雷射輻射。 第8Α圖顯示第七實施例之半導體晶片之銦濃度的外形。 與先前的實施例不同之處在於，第七實施例中一第二量子 井層4配置在二個第一量子井層3之間。 目前的第二量子井層所具有的層厚度是與該二個第一量 子井層3的層厚度相同，但銦濃度c小於該二個第一量子井 層3中者。另一方式是，第二量子井層4之層厚度小於第一 量子井層3之層厚度，但銦濃度c大於該二個第一量子井層 3中者。 在第七實施例中，第二量子井層4配置在二個第一量子 井層3之中央，使該活性區1 2 0對該對稱平面6成鏡面對稱。 在第8 Β圖所示之第七實施例之一種變異形中，多個（目前 是四個）第二量子井層4配置在二個第一量子井層3之中央 且與該鏡面6成對稱而配置著。此處特別是涉及一種層厚 度較小的第二量子井層4之超晶格，其活性區之半導體材 料之第一成份之濃度c較高。 配置在該二個第一量子井層3之間的至少一第二量子井 層4例如是作爲至少一用來產生輻射之第一量子井層3用之 -27- 200919883 電荷儲存區。因此，可在個別的第一量子井層3上達成特 別均句的電荷分佈。另一方式是，配置在二個第一量子井 層3之間的至少一第二量子井層4特別是有利地耦合著二個 第一量子井層3。例如，該至少一第二量子井層4可支配一 種微帶（mini-band)以使電荷載體在二個第一量子井層3之 間穿隧。以此種方式，則該二個第一量子井層3可特別均 句地受到電性栗送（electrically pumping)。 第9圖顯示第八實施例之活性區1 20之半導體材料之第一 成份的濃度外形。就像第七實施例一樣，第二量子井層4 配置在二個第一量子井層3之間。 目前的第二量子井層4具有一種例如2nm以下之層厚 度’層厚度較佳是lnm以下。第二量子井層4之層厚度目 前是小於第一量子井層3之層厚度之五分之一。第二量子 井層4之半導體材料中第一成份之量c例如是第一量子井層 3之半導體材料之第一成份之量c之1 .2倍至2倍。 相較於第七實施例而言，第二量子井層4目前不是配置 在二個第一量子井層3之中央。反之，第二量子井層4距離 該生長方向中配置在後的第一量子井層3較近，距離該生 長方向中配置在前之第一·量子井層3較遠。 第八實施例中，二個第一量子井層3之間的距離d,例如 至少是配置在該二個第一量子井層3之間的第二量子井層4 之層厚度之至少二倍，較佳是至少四倍，特別佳時是至少 五倍’及/或此距離dl等於第二量子井層4至該生長方向中 -28- 200919883 配置在後的第一量子井層3之距離。第二量子井層4至配置 在前的第一量子井層3之距離目前大約是至配置在後之第 一量子井層3之距離的大約四倍至五倍。例如，後者之値 大約介於lnm至2nm之間，且第二量子并層4至該生長方 向中配置在前之第一量子井層之距離介於4nm(含）和 6 n m (含）之間。 藉由第二量子井層4，則用來產生輻射之第一量子井層3 之能量位障可有利地下降，如第2A圖中以虛線所示的第一 量子井層3所不者。 在第10圖所示的第九實施例中，第二量子井層4配置在 第一量子井層3內部中。換言之，第二量子井層4鄰接於該 在活性區1 2 0之生長方向中配置於其前的第一量子井層3 之第一子區（partial are a)31。此外，第二量子井層4鄰接於 該在活性區1 2 0之生長方向中配置於其後的第一量子井層3 之第二子區32。第一-和第二量子井層3，4特別是未由一 種位障層5 2所隔開。 本實施例中，上述半導體材料之第一成份之量c在第一量 子井層3之第一-和第二子區31，32中較第二量子井層4中 的半導體材料之第一成份之量c大1.2倍至2倍。較其它具 有第二量子井層4(其所含有的第一成份之量c較高）之實施 例而言，本實施例中第二量子井層4之層厚度不大於或等 於第一量子井層之層厚度。反之，第二量子井層4之層厚 度目前是小於第一量子井層3之層厚度。例如，第二量子 -29- 200919883 井層4之層厚度最多是第一量子井層3之層厚度之三分之 一，較佳是五分之一。 藉由第一量子井層3內部中所配置的第二量子井層4,則 可達成一特別高的晶體品質，且因此可使第一量子井層3 中之輪射產生的效率特別闻。第一量子井層3之第一子區 31和第二子區32可有利地藉由第二量子井層4而相稱合。 本實施例中可有利地獲得一第一量子井層3，其具有特別大 的層厚度且能以此種方式發出輻射流較大的電磁輻射。 / & 第1 1 A圖中顯示第十實施例之活性區1 20之半導體材料 之第一成份之濃度外形。第十實施例中，就像第九實施例 一樣，一第二量子井層4個別地配置在一第一量子井層3 之內部中。 然而，相較於第九實施例而言，第十實施例中設有產生 輻射用的第二量子井層4,第一量子井層3不是用來產生輻 射而是可有利地用來將第二量子井層4之電荷載體予以聚 G 集。因此，特別是可製成一種以InAlGaN爲主的半導體雷 射晶片。其可發出波長特別短的雷射束。例如，該半導體 雷射晶片可在波長大於或等於470nm的範圍中具有一種發 射最大値，此發射最大値特別是可在長波長的藍色光譜區 或綠色光譜區中。 本實施例或先前的第九實施例中，活性區1 2 0之第一和第 二量子井層3，4以對該對稱平面6成鏡面對稱的方式而配 置著。 -30- 200919883 第11B圖中顯示第十實施例之另一形式。此另一形式中， 第一量子井層3之橫切面具有半導體材料之第一成份之v_ 形的濃度外形。以此方式’可達成一種特別良好的電荷載 體捕捉作用。 本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反之， 本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特別是 包含各申請專利範圍-或不同實施例之個別特徵之每一種組 合’當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示在各申 請專利範圍中或各實施例中時亦屬本發明。 【圖式簡單說明】 第1圖本發明第一實施例之光電半導體晶片之發出輻射 的半導體層序列的橫切面。 第2A，2B圖本發明第—實施例及其變異形之半導體層 序列之活性區之半導體材料之第一成份之濃度外形。 第3A’ 3B圖本發明第二實施例及其變異形之活性區之 半導體材料之第一成份之濃度外形。 第4A，4B圖本發明第三實施例及其變異形之活性區之 半導體材料之第一成份之濃度外形。 第5圖本發明第四實施例之活性區之半導體材料之第一 成份之濃度外形。 第6A’ 6B和6C圖本發明第五實施例及其第一、第二變 異形之活性區之半導體材料之第一成份之濃度外形。 第7圖本發明第六實施例之活性區之半導體材料之第一 -31- 200919883 成份之濃度外形。 第8 A，8 B圖本發明第七實施例及其變異形之活性區之 半導體材料之第一成份之濃度外形。 第9圖本發明第八實施例之活性區之半導體材料之第一 成份之濃度外形。 第1 0圖本發明第九實施例之活性區之半導體材料之第 一成份之濃度外形。 第1 1 A，Π B圖本發明第十實施例及其變異形之活性區 之半導體材料之第一成份之濃度外形。 【主要元件符號說明】 1 半導體層序列^ 2 生長基板 3 第一量子井層 4 第二量子井層 6 對稱平面 7 場強度之値 3 1 第一子區 32 第二子區 41,42,43 第二量子井層 5 1 終端-位障層 52 位障層 1 10 η -摻雜層或層序列 111 η -接觸層 -32- n-導電層 n-電荷載體局限層 η -波導層 活性區 Ρ-導電層或層序列 Ρ-摻雜層 Ρ -波導層 Ρ-電荷載體局限層 Ρ -接觸層 場強度之値 濃度 第一距離 第二距離 能量 相對位置 -33-