DE102017104719A1

DE102017104719A1 - Strahlungsemittierender Halbleiterkörper und Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102017104719A1
Application number: DE102017104719.0A
Authority: DE
Inventors: Xue Wang; Markus Bröll; Anna Nirschl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-13
Also published as: US20190386175A1; WO2018162409A1; US11646394B2; DE112018001225A5; CN110383506A

Abstract

Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (2), die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einen n-leitenden Bereich (21) und einen p-leitenden Bereich (22) aufweist, angegeben, wobei
- der aktive Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet ist;
- der p-leitende Bereich eine Stromaufweitungsschicht (3), die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, aufweist; und
- die Stromaufweitungsschicht mit einem ersten Dotierstoff dotiert ist, der an Phosphor-Gitterplätzen eingebaut ist.
Weiterhin wird ein Halbleiterchip mit einem solchen Halbleiterkörper angegeben.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper und einen Halbleiterchip mit einem solchen Halbleiterkörper.
Bei strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf der Basis von Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial finden für die Stromaufweitung auf der p-Seite oftmals AlGaAs-Schichten Anwendung. Diese Schichten können jedoch korrodieren, was zum Ausfall des Halbleiterchips führen kann. Zudem zeigen derartige Schichten eine vergleichsweise hohe Absorption für das in dem Halbleiterchip zu erzeugende Licht. Alternativ kann mit Magnesium dotiertes GaP verwendet werden. Dadurch kann zwar eine Anfälligkeit gegenüber Feuchtigkeit vermieden werden, es wird jedoch ein deutlich schlechterer spezifischer Widerstand erzielt als bei AlGaAs. Zudem kann Magnesium in den aktiven Bereich diffudieren und Defekte bilden, was zum Lichtverlust führt.
Eine Aufgabe ist es, eine gute Stromaufweitung bei gleichzeitig geringen Absorptionsverlusten und einer hohen Feuchtestabilität zu erzielen.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterkörper gemäß Patentanspruch 1 und einen Halbleiterchip mit einem solchen Halbleiterkörper gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge angegeben. In vertikaler Richtung, also senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge, erstreckt sich der Halbleiterkörper zwischen einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche. Die Halbleiterschichtenfolge ist insbesondere epitaktisch abgeschieden, beispielsweise mittels MOCVD oder MBE. Die Halbleiterschichtenfolge bildet insbesondere den Halbleiterkörper, sodass alle Schichten des Halbleiterkörpers epitaktisches Material aufweisen. Mit anderen Worten besteht der gesamte Halbleiterkörper aus kristallinem Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers weist die Halbleiterschichtenfolge einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, einen n-leitenden Bereich und einen p-leitenden Bereich auf, wobei der aktive Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet ist. Der aktive Bereich befindet sich also in einem pn-Übergang.
Der aktive Bereich ist insbesondere zur Erzeugung von Strahlung im grünen, gelben, roten oder infraroten Spektralbereich vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers basiert der aktive Bereich auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial.
Auf „Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass das Material ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_xIn_yGa_1-x-yP aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Auf „Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass das Material ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_xIn_yGa_1-x-yAs aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers weist der p-leitende Bereich eine Stromaufweitungsschicht auf. Die Stromaufweitungsschicht ist also Teil des Halbleiterkörpers. Die Stromaufweitungsschicht ist insbesondere auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs ausgebildet. Beispielsweise bildet die Stromaufweitungsschicht die zweite Hauptfläche des Halbleiterkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist die Stromaufweitungsschicht mit einem ersten Dotierstoff dotiert. Der erste Dotierstoff bewirkt insbesondere eine p-Dotierung. Mit anderen Worten wirkt der erste Dotierstoff als Akzeptor. Beispielsweise ist der erste Dotierstoff an Gruppe-V-Gitterplätzen, insbesondere an Phosphor-Gitterplätzen eingebaut.
In mindestens einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers weist der strahlungsemittierende Halbleiterkörper eine Halbleiterschichtenfolge auf, die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, einen n-leitenden Bereich und einen p-leitenden Bereich aufweist, wobei der aktive Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet ist. Der p-leitende Bereich weist eine Stromaufweitungsschicht auf, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert. Die Stromaufweitungsschicht ist mit einem ersten Dotierstoff dotiert, der an Phosphor-Gitterplätzen eingebaut ist.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Stromaufweitungsschicht ein Halbleiterkörper realisiert werden kann, der sich im Vergleich zu einem Halbleiterkörper mit einer AlGaAs-Stromaufweitungsschicht durch eine verbesserte Feuchtestabilität und geringere Absorptionsverluste auszeichnet. Weiterhin kann eine hohe Leitfähigkeit und damit eine effiziente Stromaufweitung erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist der erste Dotierstoff ein Gruppe-IV-Element. Ein solches Element wirkt durch Einbau an einem Gruppe-V-Gitterplatz wie einem Phosphor-Gitterplatz als Akzeptor.
Beispielsweise ist der erste Dotierstoff Kohlenstoff. Kohlenstoff zeichnet sich durch eine besonders geringe Diffusion innerhalb des Halbleiterkörpers aus. Die Gefahr einer Schädigung des Halbleiterkörpers, insbesondere des aktiven Bereichs durch Diffusion des ersten Dotierstoffs in den aktiven Bereich und ein damit einhergehender Lichtverlust des Halbleiterkörpers wird effizient vermieden.
Die Stromaufweitungsschicht weist beispielsweise eine Dotierkonzentration zwischen 1 × 10¹⁷ cm^-3 und 1 × 10²¹ cm^-3, beispielsweise zwischen 5 × 10¹⁹ cm^-3 und 5 × 10²⁰ cm^-3 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist die Stromaufweitungsschicht bezogen auf ein auf einer dem aktiven Bereich zugewandten Seite angrenzendes Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers gitterfehlangepasst und teilweise oder vollständig relaxiert. Das bedeutet, die Stromaufweitungsschicht wird mit ihrer intrinsischen Gitterkonstante abgeschieden, obwohl die intrinsische Gitterkonstante von der Gitterkonstante des darunterliegenden Halbleitermaterials verschieden ist. Das Material der Stromaufweitungsschicht weist also im Halbleiterkörper eine andere Gitterkonstante auf als das darunterliegende Material des Halbleiterkörpers.
Entgegen dem üblichen Bestreben, Relaxationen zu vermeiden, wird also gezielt eine Stromaufweitungsschicht eingesetzt, die nicht dieselbe Gitterkonstante wie das darunterliegende Halbleitermaterial aufweist und weder druck- noch zugverspannt aufwächst. Es hat sich gezeigt, dass sich der Halbleiterkörper trotz der Relaxation der Stromaufweitungsschicht insgesamt durch verbesserte Eigenschaften auszeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers weist die Stromaufweitungsschicht Al_xIn_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 0,05 und 0 ≤ y ≤ 0,05 auf. Die Stromaufweitungsschicht weist also kein Aluminium oder zumindest nur einen geringen Aluminium-Gehalt y auf. Ein effizienter Einbau eines Gruppe-IV-Elements wie Kohlenstoff auf Phosphor-Gitterplätzen wird dadurch vereinfacht. Weiterhin weist die Stromaufweitungsschicht kein oder nur vergleichsweise wenig Indium auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers gelten x = 0 und y = 0. Die Stromaufweitungsschicht ist also durch GaP gebildet und enthält zumindest nominell weder Aluminium noch Indium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers weist der p-leitende Bereich zwischen der Stromaufweitungsschicht und dem aktiven Bereich einen Teilbereich auf. Der Teilbereich ist insbesondere mit einem vom ersten Dotierstoff verschiedenen zweiten Dotierstoff p-leitend dotiert.
Der p-leitende Bereich weist also zwei Bereiche auf, die mit unterschiedlichen Dotierstoffen dotiert sind. Beispielsweise ist der erste Dotierstoff nicht in dem Teilbereich vorhanden. Weiterhin ist beispielsweise der zweite Dotierstoff nicht in der Stromaufweitungsschicht vorhanden. Zum Beispiel weisen sowohl die Stromaufweitungsschicht als auch der Teilbereich nur genau einen Dotierstoff auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist der zweite Dotierstoff auf Gruppe-III-Gitterplätzen eingebaut. Beispielsweise ist der zweite Dotierstoff ein Gruppe-II-Element, etwa Magnesium. Der zweite Dotierstoff wirkt also als Akzeptor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist zwischen der Stromaufweitungsschicht und dem aktiven Bereich eine Übergitterstruktur angeordnet. Mittels der Übergitterstruktur kann die Gefahr einer Ausbreitung von Kristalldefekten ausgehend von der Stromaufweitungsschicht in Richtung des aktiven Bereichs weitergehend unterdrückt werden.
Beispielsweise weist die Übergitterstruktur eine Mehrzahl von ersten Teilschichten und eine Mehrzahl von zweiten Teilschichten auf, wobei die ersten Teilschichten und die zweiten Teilschichten bezüglich des Materials voneinander verschieden sind. Die Schichtdicken der ersten Teilschichten und der zweiten Teilschichten sind zweckmäßigerweise so gering, dass die Schichtdicke jeweils unterhalb deren kritischen Schichtdicke liegt und somit keine Relaxationen auftreten. Die kritische Schichtdicke gibt diejenige Schichtdicke an, oberhalb der bei gitterfehlangepasstem Material Relaxationen auftreten, so dass das gitterfehlangepasste Material nicht mehr die Gitterkonstante des darunter liegenden Materials annimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers sind alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge außer der Stromaufweitungsschicht gitterangepasst. „Gitterangepasst“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die relative Abweichung zwischen den Gitterkonstanten höchstens 2 % beträgt. Mit anderen Worten ist die Stromaufweitungsschicht die einzige relaxierte Halbleiterschicht innerhalb der Halbleiterschichtenfolge. Die übrigen Schichten sind entweder bezüglich des Aufwachssubstrats, beispielsweise Galliumarsenid, gitterangepasst oder wachsen zugverspannt oder druckverspannt auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist die Stromaufweitungsschicht in lateraler Richtung, also in einer entlang einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge verlaufenden Richtung, strukturiert. Beispielsweise weist die Stromaufweitungsschicht zumindest eine Ausnehmung auf. Die Ausnehmung ist in lateraler Richtung zum Beispiel vollständig von Material der Stromaufweitungsschicht umgeben.
Weiterhin wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einem solchen Halbleiterkörper angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterchip einen Träger auf, auf dem der Halbleiterkörper angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der Träger von einem Aufwachssubstrat für den Halbleiterkörper verschieden. Der Träger dient insbesondere auch der mechanischen Stabilisierung der Halbleiterkörpers, sodass das Aufwachssubstrat hierfür nicht mehr erforderlich ist und entfernt werden kann. Im Unterschied zum Aufwachssubstrat muss der Träger nicht die hohen kristallinen Anforderungen eines Aufwachssubstrats erfüllen und kann im Hinblick auf andere Kriterien gewählt werden, beispielsweise im Hinblick auf die Strahlungsdurchlässigkeit für im aktiven Bereich zu erzeugende Strahlung, die elektrische oder thermische Leitfähigkeit oder die kostengünstige Verfügbarkeit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper eine Spiegelschicht angeordnet. Die Spiegelschicht ist insbesondere als eine metallische Spiegelschicht ausgebildet. Beispielsweise zeichnet sich Gold durch eine hohe Reflektivität im sichtbaren und infraroten Spektralbereich aus. In Richtung des Trägers abgestrahlte Strahlung wird von der Spiegelschicht zurückreflektiert. Für den Träger kann daher auch ein Material Anwendung finden, das die im aktiven Bereich im Betrieb erzeugte Strahlung absorbieren würde.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der Träger für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung durchlässig und im Betrieb des Halbleiterchips tritt zumindest ein Teil der Strahlung durch den Träger aus, insbesondere auch aus zumindest einer Seitenfläche des Trägers.
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:

1A ein Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterkörper in schematischer Schnittansicht;
1B ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips mit einem Halbleiterkörper in schematischer Schnittansicht;
1C ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips mit einem Halbleiterkörper in schematischer Schnittansicht; und
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterkörper.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
Ein Ausführungsbeispiel für einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper 1 ist in 1A in schematischer Schnittansicht dargestellt. Der Halbleiterkörper 1 ist durch eine Halbleiterschichtenfolge 2 gebildet. Beispielsweise ist die Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden, etwa auf Galliumarsenid. Das Aufwachssubstrat ist in 1A nicht explizit gezeigt.
In vertikaler Richtung, also senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge 2 erstreckt sich der Halbleiterkörper 1 zwischen einer ersten Hauptfläche 11 und einer zweiten Hauptfläche 12.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20 auf, der zwischen einem n-leitenden Bereich 21 und einem p-leitenden Bereich 22 angeordnet ist.
Der aktive Bereich 20 basiert aus einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial. Beispielsweise ist der aktive Bereich 20 als eine Quantenstruktur mit einer Mehrzahl von Quantenschichten 201 und dazwischen angeordneten Barriereschichten 202 gebildet. Durch Wahl der Materialzusammensetzung des Phosphid-Verbindungshalbleitermaterials oder des Arsenid-Verbindungshalbleitermaterials und/oder der Schichtdicke der Quantenschichten 201 kann die Emissionswellenlänge der im aktiven Bereich zu erzeugenden Strahlung vom grünen über den gelben und roten bis in den infraroten Spektralbereich variiert werden.
Der p-leitende Bereich 22 weist eine Stromaufweitungsschicht 3 auf.
Die Stromaufweitungsschicht 3 bildet die zweite Hauptfläche 12. Die Stromaufweitungsschicht schließt den Halbleiterkörper 1 auf der p-Seite des aktiven Bereichs 20 ab.
Die Stromaufweitungsschicht 3 ist mit einem ersten Dotierstoff dotiert, der an Phosphor-Gitterplätzen eingebaut ist, beispielsweise mit einem Gruppe-IV-Element. Kohlenstoff eignet sich besonders als erster Dotierstoff, da mit Kohlenstoff hohe Dotierkonzentrationen und damit hohe elektrische Leitfähigkeiten erzielt werden. Weiterhin ist die Diffusion von Kohlenstoff geringer als bei anderen p-Dotierstoffen, die an Gruppe-III-Gitterplätzen eingebaut werden, wie beispielsweise Magnesium. Kohlenstoff verursacht somit keine Defekte im aktiven Bereich. Eine hohe stabile Effizienz ist so vereinfacht erzielbar. Die Stromaufweitungsschicht weist beispielsweise eine Dotierkonzentration zwischen 1 × 10¹⁷ cm^-3 und 1 × 10²¹ cm^-3, beispielsweise zwischen 1 × 10¹⁹ cm^-3 und 5 × 10²⁰ cm^-3 auf.
Insbesondere eignet sich mit Kohlenstoff dotiertes GaP-Material für die Stromaufweitungsschicht 3. Die Stromaufweitungsschicht 3 kann jedoch auch geringe Mengen von Aluminium und/oder Indium aufweisen, beispielsweise mit einem Aluminiumgehalt x ≤ 0,05 und einem Indiumgehalt y ≤ 0,05.
Eine derartige Stromaufweitungsschicht 3 zeichnet sich in den oben genannten Spektralbereichen für die im aktiven Bereich 20 zu erzeugende Strahlung durch eine hohe Transmission aus. Zudem ist eine solche Stromaufweitungsschicht im Vergleich zu einer AlGaAs-Stromaufweitungsschicht feuchtestabiler.
Die Stromaufweitungsschicht 3 bildet die zweite Hauptfläche 12 des Halbleiterkörpers 1. Zwischen dem aktiven Bereich 20 und der Stromaufweitungsschicht 3 weist der p-leitende Bereich 22 einen Teilbereich 221 auf. Für den Teilbereich 221 eignet sich beispielsweise ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial mit einem Aluminiumgehalt zwischen einschließlich 0,4 und einschließlich 0,5.
Im Unterschied zu den übrigen Schichten der Halbleiterschichtenfolge 2 ist die Stromaufweitungsschicht 3 vollständig oder teilweise relaxiert und weist folglich nicht die Gitterkonstante des Aufwachssubstrats, also Galliumarsenid, auf. Alle auf der dem aktiven Bereich 20 zugewandten Seite der Stromaufweitungsschicht 3 angeordneten Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge weisen also dieselbe Gitterkonstante auf.
Der p-leitende Bereich 22 weist weiterhin auf der dem aktiven Bereich 20 zugewandten Seite der Stromaufweitungsschicht 3 einen Teilbereich 221 auf. Der Teilbereich 221 ist mittels eines zweiten Dotierstoffs p-leitend dotiert. Insbesondere ist der zweite Dotierstoff vom ersten Dotierstoff verschieden. Beispielsweise eignet sich ein Gruppe-II-Element, das an Gruppe-III-Gitterplätzen eingebaut wird und als Akzeptor wirkt, etwa Magnesium.
In 1B ist ein Halbleiterchip 10 mit einem solchen Halbleiterkörper 1 gezeigt. Der Halbleiterchip 10 weist einen Träger 7 auf, auf dem der Halbleiterkörper 1 mit der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Der Träger 7 ist mittels einer Verbindungsschicht 6, etwa einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, an der Halbleiterschichtenfolge 2 befestigt.
Zwischen dem Träger 7 und der Halbleiterschichtenfolge 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Spiegelschicht 5 angeordnet. Die Spiegelschicht 5 dient gleichzeitig der elektrischen Kontaktierung der Stromaufweitungsschicht 3. Zwischen der Spiegelschicht 5 und der Stromaufweitungsschicht 3 ist stellenweise eine dielektrische Schicht 55 angeordnet. Die dielektrische Schicht weist eine oder eine Mehrzahl von Öffnungen 550 auf, in denen die Spiegelschicht mit der Stromaufweitungsschicht elektrisch leitend verbunden ist. Die Spiegelschicht grenzt also nicht vollflächig an die zweite Hauptfläche 12 an. Im aktiven Bereich 20 unter vergleichsweise großen Winkeln zur vertikalen Richtung emittierte Strahlung kann an der dielektrischen Schicht 55 totalreflektiert werden, sodass diese Strahlungsanteile weitestgehend verlustfrei reflektiert werden und nachfolgend aus dem Halbleiterchip 10 austreten können. Für die dielektrische Schicht 55 eignet sich beispielsweise Siliziumoxid.
Es hat sich gezeigt, dass sich die vorstehend beschriebene Stromaufweitungsschicht 3 auch durch eine verbesserte Haftung zu einer derartigen dielektrischen Schicht 55 auszeichnet. Die Zuverlässigkeit des Halbleiterchips 10 wird so weiter erhöht.
Zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 10 weist der Halbleiterchip einen ersten Kontakt 81 und einen zweiten Kontakt 82 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Kontakt auf der der Halbleiterschichtenfolge 2 gegenüberliegenden Seite des Trägers 7 angeordnet. Der erste Kontakt 81 ist auf der ersten Hauptfläche 11 des Halbleiterkörpers 1 angeordnet und mit dem n-leitenden Bereich 21 verbunden.
Die Anordnung des ersten und zweiten Kontakts kann jedoch in weiten Grenzen variiert werden, solange durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen dem ersten Kontakt 81 und dem zweiten Kontakt 82 Ladungsträger von entgegengesetzten Seiten in den aktiven Bereich 20 gelangen und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren können.
Mittels der Spiegelschicht 6 wird in Richtung des Trägers 7 abgestrahlte Strahlung in den Halbleiterkörper 1 zurückreflektiert. Der Träger 7 muss daher selbst nicht für die im aktiven Bereich 20 erzeugte Strahlung durchlässig sein. Beispielsweise eignet sich für den Träger ein Halbleitermaterial wie Silizium oder Germanium. Im Betrieb des Halbleiterchips tritt die Strahlung überwiegend an der dem Träger abgewandten ersten Hauptfläche 11 aus. Ein solcher Halbleiterchip ist in guter Näherung ein Oberflächenemitter mit einer Lambert'sehen Abstrahlcharakteristik.
Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann auf die Spiegelschicht 5 jedoch auch verzichtet werden. In diesem Fall eignet sich für den Träger 7 insbesondere ein strahlungsdurchlässiges Material, sodass die im aktiven Bereich 20 erzeugte Strahlung durch den Träger 7 hindurch aus dem Halbleiterchip 10 austreten kann, etwa GaP. Insbesondere kann die Strahlung zumindest teilweise auch durch mindestens eine Seitenfläche des Trägers austreten. Ein Halbleiterchip, bei dem ein wesentlicher Teil der Strahlung, beispielsweise mindestens 30 % der Strahlung, auch seitlich aus dem Halbleiterchip austritt, wird auch als Volumenemitter bezeichnet.
In 1C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist die Stromaufweitungsschicht 3 in lateraler Richtung eine Strukturierung auf. Die Strukturierung ist in Form einer Mehrzahl von Ausnehmungen 35 in der Stromaufweitungsschicht ausgebildet. Die Ausnehmungen sind beispielsweise für eine Störung von Wellenleitereffekten im Halbleiterkörper 2 vorgesehen. Die Auskoppeleffizienz kann so erhöht werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 35 der Stromaufweitungsschicht 3 und die Öffnungen 550 der dielektrischen Schicht 55 lateral voneinander beabstandet. Die Ausnehmungen 35 und die Öffnungen 550 können davon abweichend in Draufsicht jedoch auch vollständig oder zumindest teilweise überlappend nebeneinander angeordnet sein. In den Öffnungen 550 ist eine Kontaktschicht 51 für eine elektrische Kontaktierung der Stromaufweitungsschicht 3 angeordnet. Die Kontaktschicht ist in vertikaler Richtung gesehen stellenweise zwischen der Stromaufweitungsschicht 3 und der Spiegelschicht 5 angeordnet. Eine solche Kontaktschicht kann auch in den übrigen Ausführungsbeispielen Anwendung finden, ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterkörper in schematischer Schnittansicht gezeigt. Dieses weitere Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied hierzu weist der p-leitende Bereich 22 eine Übergitterstruktur 45 auf. Die Übergitterstruktur 45 ist zwischen der Stromaufweitungsschicht 3 und dem aktiven Bereich 20 angeordnet. Die Übergitterstruktur 45 weist beispielsweise eine Mehrzahl erster Teilschichten 451 und eine Mehrzahl zweiter Teilschichten 452 auf. Zur vereinfachten Darstellung sind in 2 jeweils nur eine erste Teilschicht und eine zweite Teilschicht gezeigt. Beispielsweise eignet sich für die erste Teilschicht GaP und für die zweite Teilschicht AlInP.
Mittels der Übergitterstruktur kann die Gefahr einer Fortsetzung von Gitterdefekten ausgehend von der Stromaufweitungsschicht 3 in Richtung des aktiven Bereichs 20 weitergehend verringert werden. Dadurch bedingter Lichtverlust kann vermieden werden.
Insgesamt zeichnen sich der beschriebene Halbleiterkörper und ein damit gebildeter Halbleiterchip durch eine hohe Feuchtestabilität, geringen Lichtverlustund gleichzeitig durch eine gute Stromaufweitung aufgrund einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bei gleichzeitig geringen Absorptionsverlusten aus. Zudem wird die Zuverlässigkeit des Halbleiterchips aufgrund einer verbesserten Haftung einer dielektrischen Schicht auf einer solchen Stromaufweitungsschicht verbessert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterkörper
10: Halbleiterchip
11: erste Hauptfläche
12: zweite Hauptfläche
2: Halbleiterschichtenfolge
20: aktiver Bereich
201: Quantenschicht
202: Barriereschicht
21: n-leitender Bereich
22: p-leitender Bereich
221: Teilbereich
3: Stromaufweitungsschicht
35: Ausnehmung
45: Übergitter
451: erste Teilschicht
452: zweite Teilschicht
5: Spiegelschicht
51: Kontaktschicht
55: dielektrische Schicht
550: Öffnung
6: Verbindungsschicht
7: Träger
81: erster Kontakt
82: zweiter Kontakt

Claims

Strahlungsemittierender Halbleiterkörper (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (2), die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einen n-leitenden Bereich (21) und einen p-leitenden Bereich (22) aufweist, wobei - der aktive Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet ist; - der p-leitende Bereich eine Stromaufweitungsschicht (3), die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, aufweist; und - die Stromaufweitungsschicht mit einem ersten Dotierstoff dotiert ist, der an Phosphor-Gitterplätzen eingebaut ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 1, wobei der erste Dotierstoff ein Gruppe-IV-Element ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Dotierstoff Kohlenstoff ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromaufweitungsschicht bezogen auf ein auf einer dem aktiven Bereich zugewandten Seite angrenzendes Halbleitermaterial gitterfehlangepasst und teilweise oder vollständig relaxiert ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromaufweitungsschicht Al_xIn_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 0,05 und 0 ≤ y ≤ 0,05 aufweist.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 5, wobei x = 0 und y = 0 gelten.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der p-leitende Bereich zwischen der Stromaufweitungsschicht und dem aktiven Bereich einen Teilbereich (221) aufweist, wobei der Teilbereich mit einem vom ersten Dotierstoff verschiedenen zweiten Dotierstoff p-leitend dotiert ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 7, wobei der zweite Dotierstoff auf Gruppe-III-Gitterplätzen eingebaut ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der Stromaufweitungsschicht und dem aktiven Bereich eine Übergitterstruktur (45) angeordnet ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge außer der Stromaufweitungsschicht gitterangepasst sind.
Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromaufweitungsschicht in lateraler Richtung strukturiert ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip (10) mit einem Halbleiterkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Halbleiterchip einen Träger (7) aufweist, auf dem der Halbleiterkörper angeordnet ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 12, wobei der Träger von einem Aufwachssubstrat für den Halbleiterkörper verschieden ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 13, wobei zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper eine Spiegelschicht (5) angeordnet ist.
Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Träger für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung durchlässig ist und im Betrieb des Halbleiterchips zumindest ein Teil der Strahlung durch den Träger hindurch austritt.