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DE102017104370A1 - Halbleiterkörper - Google Patents

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DE102017104370A1
DE102017104370A1 DE102017104370.5A DE102017104370A DE102017104370A1 DE 102017104370 A1 DE102017104370 A1 DE 102017104370A1 DE 102017104370 A DE102017104370 A DE 102017104370A DE 102017104370 A1 DE102017104370 A1 DE 102017104370A1
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DE
Germany
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layer
layer stack
semiconductor body
region
indium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102017104370.5A
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English (en)
Inventor
Joachim Hertkorn
Marcus Eichfelder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Priority to US16/488,540 priority patent/US11018278B2/en
Priority to PCT/EP2018/054906 priority patent/WO2018158302A1/de
Priority to CN201880015306.0A priority patent/CN110383505B/zh
Priority to DE112018001095.3T priority patent/DE112018001095A5/de
Priority to JP2019565986A priority patent/JP6924852B2/ja
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Abstract

Es wird ein Halbleiterkörper (10) angegeben mit:
- einem p-dotierten Bereich (20),
- einem aktiven Bereich (30),
- einer Zwischenschicht (40), und
- einem Schichtenstapel (41), der Indium enthält, wobei sich die Indium-Konzentration im Schichtenstapel (41) entlang einer Stapelrichtung (z) ändert, und der Schichtenstapel (41) abgesehen von Dotierstoffen mit genau einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, wobei
- die Zwischenschicht (40) nominell frei von Indium ist, zwischen dem Schichtenstapel (41) und dem aktiven Bereich (30) angeordnet ist und direkt an den Schichtenstapel (41) angrenzt, und
- die Zwischenschicht (40) und/oder der Schichtenstapel (41) zumindest stellenweise n-dotiert sind.

Description

  • Es wird ein Halbleiterkörper angegeben.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Halbleiterkörper anzugeben, der effizient betrieben und hergestellt werden kann.
  • Der hier beschriebene Halbleiterkörper kann insbesondere auf einem III/V-Verbindungs-Halbleitermaterial basieren. Dabei ist es insbesondere möglich, dass der Halbleiterkörper auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterkörpers umfasst der Halbleiterkörper einen p-dotierten Bereich. Der p-dotierte Bereich ist mit zumindest einem p-Dotierstoff dotiert. Der p-dotierte Bereich kann eine oder mehrere p-dotierte Halbleiterschichten umfassen. Des Weiteren kann sich der p-dotierte Bereich über die gesamte laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers erstrecken. Die laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers ist quer, insbesondere senkrecht, zu einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterkörper einen aktiven Bereich. Auf dem aktiven Bereich kann der p-dotierte Bereich angeordnet sein. Im aktiven Bereich wird im Betrieb eine Funktion des Halbleiterkörpers wahrgenommen. Zum Beispiel kann der aktive Bereich dazu eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung zu emittieren oder zu detektieren. Der Halbleiterkörper ist dann Teil eines optoelektronischen Bauteils. Der aktive Bereich kann zum Bespiel eine Mehrzahl von alternierend angeordneten Quantentopfschichten und Barriereschichten umfassen. Weiter ist es möglich, dass der Halbleiterkörper Teil eines elektronischen Bauteils wie einer Diode, eines Transistors oder eines integrierten Schaltkreises ist. Der aktive Bereich ist dann entsprechend ausgebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterkörper eine Zwischenschicht. Die Zwischenschicht kann direkt an den aktiven Bereich angrenzen und der aktive Bereich kann auf die Zwischenschicht aufgewachsen sein. Die Zwischenschicht kann mit einem Halbleitermaterial gebildet sein. Beispielsweise kann die Zwischenschicht mit einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Galliumnitrid (GaN) gebildet sein. Die Materialzusammensetzung des Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials ändert sich, insbesondere im Rahmen einer Herstellungstoleranz, nicht innerhalb der Zwischenschicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterkörper einen Schichtenstapel, der Indium enthält, wobei sich die Indium-Konzentration im Schichtenstapel entlang der Stapelrichtung ändert, und der Schichtenstapel abgesehen von Dotierstoffen mit genau einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist. Dabei bedeutet genau ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial zum Beispiel, dass der Schichtenstapel Verunreinigungen oder Fremdatome mit einer Konzentration von weniger als 5 % aufweisen kann. Bevorzugt weist der Schichtenstapel Verunreinigungen oder Fremdatome mit einer Konzentration von weniger als 1 % auf. Die Zwischenschicht kann auf dem Schichtenstapel aufgebracht, zum Beispiel aufgewachsen, sein. Der Schichtenstapel kann verschiedene Halbleiterschichten umfassen. Somit kann der Schichtenstapel mit einem Halbleitermaterial gebildet sein, welches Indium enthält.
  • Die Stapelrichtung des Halbleiterkörpers entspricht der Stapelrichtung des Schichtenstapels. Die Indium-Konzentration im Schichtenstapel ist nicht konstant entlang der Stapelrichtung. Das bedeutet, dass die Indium-Konzentration im Schichtenstapel beispielsweise in Stapelrichtung ansteigen oder sinken kann. Es ist möglich, dass sich die Indium-Konzentration im Schichtenstapel linear oder in anderer Art und Weise ändert. Bevorzugt ändert sich die Indium-Konzentration im Schichtenstapel quasi-kontinuierlich oder kontinuierlich. Dazu kann beispielsweise die Temperatur oder das Angebot von Indium während des Wachstums des Schichtenstapels quasi-kontinuierlich oder kontinuierlich geändert werden. In lateralen Richtungen kann die Indium-Konzentration im Schichtenstapel konstant sein.
  • Der Schichtenstapel ist mit einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet. Das bedeutet, dass der gesamte Schichtenstapel mit dem gleichen Halbleitermaterial gebildet ist und sich verschiedene Bereiche des Schichtenstapels nur in ihrer Indium-Konzentration und gegebenenfalls in ihrer Dotierstoffkonzentration voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann der Schichtenstapel mit Indiumgalliumnitrid (InGaN) gebildet sein.
  • Dadurch, dass der Schichtenstapel Indium enthält, kann der unerwünschte Einbau und somit die Konzentration von Verunreinigungen im aktiven Bereich vermieden oder zumindest verringert werden. Somit kann der Halbleiterkörper effizienter betrieben werden.
  • Dadurch, dass der Schichtenstapel mit genau einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, kann der Halbleiterkörper einfach hergestellt werden. Außerdem kann der Schichtenstapel zum Schutz gegen elektrostatische Entladung beitragen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterkörpers ist die Zwischenschicht nominell frei von Indium und zwischen dem Schichtenstapel und dem aktiven Bereich angeordnet und die Zwischenschicht grenzt direkt an den Schichtenstapel an. Dass die Zwischenschicht nominell frei von Indium ist, bedeutet in diesem Fall insbesondere, dass während des Wachstums der Zwischenschicht kein Indium bereitgestellt wird. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass Indium aus angrenzenden Schichten in die Zwischenschicht eindiffundiert. Der Schichtenstapel, die Zwischenschicht und der aktive Bereich sind in Stapelrichtung übereinander angeordnet und können sich jeweils über die gesamte laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers erstrecken.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterkörpers sind die Zwischenschicht und/oder der Schichtenstapel zumindest stellenweise n-dotiert. Es ist also möglich, dass die Zwischenschicht und der Schichtenstapel teilweise oder vollständig n-dotiert sind. Beispielsweise können einzelne Schichten des Schichtenstapels n-dotiert sein und andere Schichten sind undotiert. Die Zwischenschicht und der Schichtenstapel können beispielsweise mit Silizium dotiert sein.
  • Die Dotierstoffkonzentration in der Zwischenschicht und/oder im Schichtenstapel kann beispielsweise mindestens 5 * 1017 1/cm3 und höchstens 2 * 1018 1/cm3 betragen. Es ist außerdem möglich, dass die Dotierstoffkonzentration der Zwischenschicht zwischen 2 * 1018 1/cm3 und 3 * 1019 1/cm3 liegt. Es ist auch möglich, dass der Schichtenstapel Bereiche aufweist, in denen die Dotierstoffkonzentration mindestens 2 * 1018 1/cm3 und höchstens 3 * 1019 1/cm3 beträgt. Die Dicke in Stapelrichtung dieser höher dotierten Bereiche kann zwischen 5 Å und 30 Å liegen. Eine hohe Dotierstoffkonzentration in Bereichen der Zwischenschicht und/oder eine hohe Dotierstoffkonzentration in Bereichen des Schichtenstapels, können einen Schutz gegen elektrostatische Entladung bilden. Somit kann die Ausfallrate des Halbleiterkörpers bei elektrostatischer Aufladung verringert werden.
  • Der Halbleiterkörper kann auf einem Substrat aufgewachsen sein. Der Halbleiterkörper kann epitaktisch durch metallorganische Gasphasenepitaxie auf einem Substrat aufgewachsen sein. Es ist auch möglich, dass der Halbleiterkörper frei von einem Aufwachssubstrat ist und sich auf einem Trägerelement befindet, welches nachträglich nach dem Aufwachsen am Halbleiterkörper befestigt wird. Somit kann der Halbleiterkörper ein Dünnfilm-Halbleiterkörper sein, von dem das Aufwachssubstrat entfernt ist.
  • Der p-dotierte Bereich, der aktive Bereich, die Zwischenschicht und der Schichtenstapel können dreidimensionale Körper bilden und beispielsweise quader- oder zylinderförmig sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterkörper einen p-dotierten Bereich, einen aktiven Bereich, eine Zwischenschicht und einen Schichtenstapel. Der Schichtenstapel enthält Indium, wobei sich die Indium-Konzentration im Schichtenstapel entlang einer Stapelrichtung ändert. Außerdem ist der Schichtenstapel abgesehen von Dotierstoffen mit genau einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet. Die Zwischenschicht ist nominell frei von Indium, zwischen dem Schichtenstapel und dem aktiven Bereich angeordnet und grenzt direkt an den Schichtenstapel an. Die Zwischenschicht und/oder der Schichtenstapel sind zumindest stellenweise n-dotiert.
  • Dem hier beschriebenen Halbleiterkörper liegt dabei unter anderem die Erkenntnis zu Grunde, dass der Halbleiterkörper effizient und kostengünstig hergestellt werden kann, da der Schichtenstapel mit nur einem Material gebildet ist. Der Halbleiterkörper kann zudem effizient betrieben werden, weil der Schichtenstapel mit Indium gebildet ist. Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung von Indium im Schichtenstapel der unerwünschte Einbau von Verunreinigungen in den aktiven Bereich verhindert oder zumindest verringert wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt ein erster Bereich des Schichtenstapels direkt an die Zwischenschicht an und die Indium-Konzentration sinkt im ersten Bereich in Richtung der Zwischenschicht. Der erste Bereich des Schichtenstapels kann sich in lateralen Richtungen über die gesamte laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers erstrecken. Der erste Bereich kann eine Vielzahl von Halbleiterschichten umfassen. Die Indium-Konzentration im ersten Bereich sinkt in Richtung der Zwischenschicht, so dass die Indium-Konzentration im ersten Bereich an der Grenzfläche zur Zwischenschicht auf einen minimalen Wert sinkt. Dabei kann die Indium-Konzentration im ersten Bereich kontinuierlich abnehmen. Bevorzugt sinkt die Indium-Konzentration im ersten Bereich auf einen minimalen Wert von < 1 %. Besonders bevorzugt sinkt die Indium-Konzentration im ersten Bereich auf einen minimalen Wert von < 0,5 %. Ist der Schichtenstapel beispielsweise mit InxGaN gebildet, ist x bevorzugt kleiner als 1 % und besonders bevorzugt kleiner als 0,5 %.
  • Wird eine Halbleiterschicht, welche Indium enthält und beispielsweise mit InGaN gebildet ist, auf einer Halbleiterschicht, welche kein Indium enthält und beispielsweise mit GaN gebildet ist, aufgewachsen, so kann die Ausfallrate des Halbleiterkörpers bei elektrostatischer Belastung erhöht sein. Vorteilhafterweise sinkt die Indium-Konzentration gemäß dieser Ausführungsform an der Grenzfläche zwischen dem Schichtenstapel und der Zwischenschicht auf einen minimalen Wert. Durch das kontinuierliche Absenken der Indium-Konzentration wird vermieden, dass eine Grenzfläche entsteht, bei der sich die Indium-Konzentration wesentlich ändert.
  • Da die Materialien InGaN und GaN unterschiedliche Gitterkonstanten aufweisen, entstehen Verspannungen im Material, wenn die beiden Materialien aufeinander aufgewachsen werden. Durch die Verspannungen entstehen piezoelektrische Felder. An einer Grenzfläche zwischen einer Schicht, welche mit InGaN gebildet ist und einer anderen Schicht, welche mit GaN gebildet ist, können sich somit Piezo-Ladungen anhäufen. Es hat sich gezeigt, dass diese die Ausfallrate des Halbleiterkörpers bei elektrostatischer Aufladung negativ beeinflussen können. Somit kann durch die Vermeidung von Grenzflächen, an welchen sich die Indium-Konzentration wesentlich ändert, ein erhöhter Schutz gegen elektrostatische Entladung erreicht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein zweiter Bereich des Schichtenstapels an der dem ersten Bereich abgewandten Seite des Schichtenstapels angeordnet und die Indium-Konzentration im zweiten Bereich steigt in Richtung der Zwischenschicht an. Der zweite Bereich kann sich über die gesamte laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers erstrecken. Der erste und der zweite Bereich sind in Stapelrichtung übereinander angeordnet. Sie grenzen jedoch nicht notwendigerweise direkt aneinander an. Der zweite Bereich kann eine Vielzahl von Halbleiterschichten umfassen. Die Indium-Konzentration im zweiten Bereich steigt in Stapelrichtung an. Bevorzugt steigt die Indium-Konzentration im zweiten Bereich von einem minimalen Wert von < 1 % oder besonders bevorzugt von < 0,5 % auf über einen Schwellwert von 1,5 % an. Besonders bevorzugt beträgt der Schwellwert mindestens 2 % und höchstens 4,9 %. Die Indium-Konzentration kann kontinuierlich ansteigen. Grenzt der zweite Bereich an eine Schicht außerhalb des Schichtenstapels an, welche mit GaN gebildet ist, so wird die Bildung von Piezo-Ladungen an der Grenzfläche verhindert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform steigt die Indium-Konzentration im zweiten Bereich des Schichtenstapels in Richtung der Zwischenschicht wenigstens auf einen Schwellwert an und sinkt im Bereich des Schichtenstapels nur innerhalb des ersten Bereichs wieder unter den Schwellwert. Das bedeutet, dass die Indium-Konzentration im Schichtenstapel nur innerhalb des ersten und des zweiten Bereichs weniger als der Schwellwert beträgt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich kann ein dritter Bereich angeordnet sein, in welchem die Indium-Konzentration über dem Schwellwert liegt. Dabei können der erste und der zweite Bereich jeweils eine Schichtdicke von weniger als 5 nm aufweisen. Da der Schichtenstapel mit nur einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, kommt es auch innerhalb des Schichtenstapels nicht zur Bildung von Piezo-Ladungen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Bereich des Schichtenstapels n-dotiert und der dritte Bereich ist undotiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt der zweite Bereich des Schichtenstapels direkt an den ersten Bereich des Schichtenstapels an. In diesem Fall weist der Schichtenstapel keinen dritten Bereich auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass der erste und der zweite Bereich in Stapelrichtung verschiedene Dicken aufweisen. Beispielsweise kann der erste Bereich eine wesentlich geringere Dicke aufweisen als der zweite Bereich. Zum Beispiel ist die Dicke des zweiten Bereichs zwei bis 20 mal so groß wie die Dicke des ersten Bereichs. Bevorzugt ist die Dicke des zweiten Bereichs drei bis vier mal so groß wie die Dicke des ersten Bereichs.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sinkt die Indium-Konzentration im Schichtenstapel in Richtung der Zwischenschicht. Das bedeutet, dass die Indium-Konzentration im Schichtenstapel in Richtung der Zwischenschicht nicht ansteigt, sondern nur sinkt. Dabei kann die Indium-Konzentration im Schichtenstapel kontinuierlich in Richtung der Zwischenschicht sinken. Sinkt die Indium-Konzentration an der Grenzfläche zur Zwischenschicht im Schichtenstapel auf einen minimalen Wert von < 1 % oder bevorzugt < 0,5 %, wird die Bildung von Piezo-Ladungen an der Grenzfläche verhindert. Dadurch dass in diesem Ausführungsbeispiel der Schichtenstapel nur einen Bereich aufweist, kann der Herstellungsprozess des Halbleiterkörpers vereinfacht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform steigt die Indium-Konzentration im Schichtenstapel in Richtung der Zwischenschicht an. Das bedeutet, dass die Indium-Konzentration im Schichtenstapel in Richtung der Zwischenschicht nicht sinkt, sondern nur ansteigt. Dabei kann die Indium-Konzentration im Schichtenstapel kontinuierlich in Richtung der Zwischenschicht ansteigen. Um eine Ausbildung von Piezo-Ladungen an der Grenzfläche zwischen dem Schichtenstapel und der Zwischenschicht zu verringern, kann die Zwischenschicht hoch n-dotiert sein. Das bedeutet, dass die Dotierstoffkonzentration beispielsweise mindestens 2 * 1018 1/cm3 und höchstens 3 * 1019 1/cm3 beträgt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Schichtenstapel mindestens ein Paar alternierende Schichten auf, wobei eine erste Schicht jedes Paars n-dotiert ist und eine zweite Schicht jedes Paars nominell undotiert ist. Dabei sind die alternierenden Schichten zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des Schichtenstapels angeordnet. Die Indium-Konzentration in den alternierenden Schichten kann konstant sein. Die erste Schicht jedes Paars kann beispielsweise mit Silizium n-dotiert sein. Dass die zweite Schicht jedes Paars nominell undotiert ist, bedeutet, dass während des Wachstums der zweiten Schicht kein Dotierstoff bereitgestellt wird. Es ist jedoch möglich, dass Dotierstoffe aus benachbarten Schichten in die zweite Schicht eingebaut werden. Die zweite Schicht weist aber eine Dotierstoffkonzentration auf, die deutlich geringer ist als die Dotierstoffkonzentration in den angrenzenden Schichten. Zum Beispiel beträgt die Dotierstoffkonzentration in der zweiten Schicht höchstens 5 * 1016 1/cm3. Bevorzugt weist der Schichtenstapel eine Vielzahl von Paaren alternierender Schichten auf. Die alternierenden Schichten können zu einem verbesserten Schutz gegen elektrostatische Entladung beitragen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Schicht jedes Paars eine andere Indium-Konzentration als die zweite Schicht jedes Paars auf. Die erste und die zweite Schicht weisen also jeweils eine konstante Indium-Konzentration auf. Die Indium-Konzentration in der ersten Schicht kann entweder größer oder kleiner als die Indium-Konzentration in der zweiten Schicht sein. Dabei kann der Unterschied zwischen den absoluten Indium-Konzentrationen in der ersten und der zweiten Schicht beispielsweise ein Prozent sein. Beispielsweise kann die Indium-Konzentration in der ersten Schicht 2 % betragen und in der zweiten Schicht 3 % betragen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Schichtenstapel zwischen der Zwischenschicht und einer Schichtenfolge angeordnet und die Schichtenfolge ist nominell frei von Indium. Die Schichtenfolge kann eine Vielzahl von Halbleiterschichten umfassen. Des Weiteren kann die Schichtenfolge direkt an den Schichtenstapel angrenzen. Das bedeutet, dass die Schichtenfolge, der Schichtenstapel und die Zwischenschicht in Stapelrichtung übereinander angeordnet sind. Dass die Schichtenfolge nominell frei von Indium ist, bedeutet, dass während des Wachstums der Schichtenfolge kein Indium bereitgestellt wird. Es ist jedoch möglich, dass Indium aus angrenzenden Schichten in die Schichtenfolgeeingebaut wird.
  • Die Schichtenfolge ist dazu ausgelegt, zu einem besseren Schutz gegen elektrostatische Entladung beizutragen. Dazu werden gezielt vorhandene Versetzungen genutzt. Ein Strompuls kann dann über von den Versetzungen erzeugte Unebenheiten in der Schichtenfolge abfließen, ohne den aktiven Bereich zu beschädigen. Somit kann die Ausfallrate des Halbleiterkörpers bei elektrostatischer Aufladung reduziert werden. Eine solche Schichtenfolge ist im Zusammenhang mit einer ersten Halbleiterschichtenfolge in der Druckschrift WO 2011080219 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der aktive Bereich zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, ausgebildet. Bei dem Halbleiterkörper kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode handeln. Die Leuchtdiode kann beispielsweise elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Spektralbereich emittieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Schichtdicke des Schichtenstapels in Stapelrichtung mindestens 5 nm und höchstens 150 nm. Bevorzugt beträgt die Schichtdicke des Schichtenstapels mindestens 15 nm. Besonders bevorzugt beträgt die Schichtdicke des Schichtenstapels mindestens 30 nm und höchstens 90 nm. Beispielsweise kann die Schichtdicke des Schichtenstapels 60 nm betragen. Vorteilhafterweise wird die Schichtdicke des Schichtenstapels so gewählt, dass ein Relaxieren des Schichtenstapels verhindert werden kann und somit die Bildung von Kristalldefekten minimiert wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Indium-Konzentration im Schichtenstapel kleiner als 5 %. Bevorzugt ist die Indium-Konzentration im Schichtenstapel kleiner als 3 %. Besonders bevorzugt beträgt die Indium-Konzentration im Schichtenstapel ungefähr 2,7 %. Da die Indium-Konzentration im Schichtenstapel relativ klein ist, kann der Schichtenstapel mit einer hohen Qualität aufgewachsen werden. Das bedeutet zum Beispiel, dass weniger Verspannungen im Schichtenstapel entstehen.
  • Im Folgenden werden hier beschriebene Halbleiterkörper in Verbindung mit Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
    • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • Die 2 bis 6 zeigen schematische Querschnitte durch einen Halbleiterkörper gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 10. Der Halbleiterkörper 10 umfasst einen Schichtenstapel 41, auf den eine Zwischenschicht 40 aufgebracht ist. Auf die Zwischenschicht 40 ist ein aktiver Bereich 30 aufgebracht. Außerdem umfasst der Halbleiterkörper 10 einen p-dotierten Bereich 20, welcher auf den aktiven Bereich 30 aufgebracht ist.
  • Der Schichtenstapel 41 weist einen ersten Bereich 42 auf, welcher direkt an die Zwischenschicht 40 angrenzt. Weiter weist der Schichtenstapel 41 einen zweiten Bereich 43 auf, der an der dem ersten Bereich 42 abgewandten Seite des Schichtenstapels 41 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Bereich 42 und dem zweiten Bereich 43 befindet sich ein dritter Bereich 44. Der Schichtenstapel 41 ist abgesehen von Dotierstoffen mit genau einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet. Dabei bedeutet genau ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, dass der Schichtenstapel Verunreinigungen oder Fremdatome mit einer Konzentration von weniger als 5 % aufweisen kann. Bevorzugt weist der Schichtenstapel Verunreinigungen oder Fremdatome mit einer Konzentration von weniger als 1 % auf. Außerdem enthält der Schichtenstapel 41 Indium.
  • Die Indium-Konzentration im Schichtenstapel 41 ist nicht konstant. Im zweiten Bereich 43 steigt die Indium-Konzentration in einer Stapelrichtung z auf über einen Schwellwert an. Die Stapelrichtung z ist senkrecht zur lateralen Ausdehnung des Halbleiterkörpers 10. Bevorzugt steigt die Indium-Konzentration im zweiten Bereich 43 von einem minimalen Wert von < 1 % oder bevorzugt < 0,5 % auf über den Schwellwert an. In 1 ist auf der z-Achse die Stapelrichtung z des Halbleiterkörpers 10 aufgetragen und auf der y-Achse die Indium-Konzentration im Schichtenstapel 41. Im zweiten Bereich 43 steigt die Indium-Konzentration also kontinuierlich an. Im dritten Bereich 44 des Schichtenstapels 41 ist die Indium-Konzentration konstant. Im ersten Bereich 42 des Schichtenstapels 41 sinkt die Indium-Konzentration wieder unter den Schwellwert. In diesem Fall sinkt die Indium-Konzentration kontinuierlich. Bevorzugt sinkt die Indium-Konzentration im ersten Bereich 42 bis auf einen minimalen Wert von < 1 % oder bevorzugt < 0,5 %. Der Schwellwert der Indium-Konzentration kann beispielsweise mindestens 1,5 % und höchstens 4,9 % betragen. Bevorzugt beträgt der Schwellwert mindestens 2 % und höchstens 3 %. Da die Indium-Konzentration relativ gering ist, kann der Schichtenstapel 41 mit einer verbesserten Qualität, das bedeutet mit weniger Verspannungen und Versetzungen, aufgewachsen werden.
  • Die Indium-Konzentration kann im ersten Bereich 42 und im zweiten Bereich 43 beispielsweise dadurch geändert werden, dass die Temperatur, die Wachstumsrate oder der Druck während des Wachstums des Schichtenstapels 41 und das Angebot von Indium geändert werden.
  • Der Schichtenstapel 41 kann beispielsweise mit InGaN gebildet sein und zumindest stellenweise n-dotiert sein. Beispielsweise kann der Schichtenstapel 41 mit Silizium dotiert sein.
  • Der Schichtenstapel 41 kann eine Dicke von mindestens 5 nm und höchstens 150 nm aufweisen. Der erste Bereich 42 und der zweite Bereich 43 können jeweils eine Dicke von weniger als 5 nm aufweisen.
  • Die Zwischenschicht 40 grenzt direkt an den Schichtenstapel 41 an und ist zwischen dem Schichtenstapel 41 und dem aktiven Bereich 30 angeordnet. Nominell ist die Zwischenschicht 40 frei von Indium. Das bedeutet, dass während des Wachstums der Zwischenschicht 40 kein Indium bereitgestellt wird. Es ist jedoch möglich, dass Indium aus benachbarten Schichten in die Zwischenschicht 40 eingebaut wird. Die Zwischenschicht 40 kann mit GaN gebildet sein. Außerdem kann die Zwischenschicht 40 in Teilbereichen n-dotiert sein. Dabei kann die Dotierstoffkonzentration in der Zwischenschicht 40 mindestens 2 * 1018 1/cm3 und höchstens 3 * 1019 1/cm3 betragen. Auch der Schichtenstapel 41 kann Bereiche oder Schichten aufweisen, in denen die Dotierstoffkonzentration in diesem Bereich liegt.
  • Grenzt eine Schicht, welche Indium enthält an eine Schicht, welche kein Indium enthält, so kann es zur Bildung von Piezo-Ladungen an der Grenzfläche zwischen den zwei Schichten kommen. Die Bildung von Piezo-Ladungen wird in diesem Ausführungsbeispiel dadurch verhindert, dass die Indium-Konzentration im ersten Bereich 42 auf einen sehr geringen Wert sinkt. Somit wird eine Bildung von Piezo-Ladungen an der Grenzfläche zwischen dem Schichtenstapel 41 und der Zwischenschicht 40 verhindert. Außerdem wird die Bildung von Piezo-Ladungen an der Grenzfläche zwischen dem zweiten Bereich 43 und darunterliegenden Schichten, welche nicht zum Schichtenstapel 41 gehören, verhindert.
  • Der aktive Bereich 30 grenzt direkt an die Zwischenschicht 40 an und ist auf dieser aufgewachsen. Der aktive Bereich 30 kann zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, ausgebildet sein. Der aktive Bereich 30 kann beispielsweise eine Mehrfachquantentopfstruktur umfassen, welche eine Mehrzahl von alternierend angeordneten Quantentopfschichten und Barriereschichten umfasst. Die Barriereschichten können mit GaAlN, InGaN oder GaN gebildet sein und die Quantentopfschichten können mit InAlGaN oder InGaN gebildet sein. Auf dem aktiven Bereich 30 ist der p-dotierte Bereich 20 angeordnet.
  • Dadurch dass der Schichtenstapel 41 Indium enthält, kann der unerwünschte Einbau und somit die Konzentration von Verunreinigungen im aktiven Bereich 30 verringert werden. Somit kann der Halbleiterkörper 10 effizienter betrieben werden.
  • Dadurch dass der Schichtenstapel 41 mit genau einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, kann der Halbleiterkörper 10 einfach hergestellt werden. Außerdem ist der Halbleiterkörper 10 robuster als ein Halbleiterkörper, welcher mit einer größeren Anzahl von unterschiedlichen Materialien hergestellt wird.
  • 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 10 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Halbleiterkörpers 10 entspricht dem Aufbau, welcher in 1 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist der dritte Bereich 44 des Schichtenstapels 41 jedoch Paare von alternierenden Schichten auf. Dabei ist eine erste Schicht 45 jedes Paars n-dotiert und eine zweite Schicht 46 jedes Paars nominell undotiert. Die ersten Schichten 45 können beispielsweise mit Silizium dotiert sein. Dass die zweiten Schichten 46 nominell undotiert sind, bedeutet, dass während des Wachstums der zweiten Schichten 46 kein Dotierstoff bereitgestellt wird. Es ist jedoch möglich, dass Dotierstoffe aus benachbarten Schichten in die zweiten Schichten 46 eingebaut werden.
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 10 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Halbleiterkörpers 10 entspricht dem Aufbau, welcher in 1 gezeigt ist. Zusätzlich weist der Halbleiterkörper 10 eine Schichtenfolge 50 auf. Der Schichtenstapel 41 ist zwischen der Zwischenschicht 40 und der Schichtenfolge 50 angeordnet und die Schichtenfolge 50 ist nominell frei von Indium. Die Schichtenfolge 50 kann mit GaN gebildet sein und zum Schutz gegen elektrostatische Entladung beitragen. Dazu werden gezielt vorhandene Versetzungen in der Schichtenfolge 50genutzt. Ein Strompuls kann dann über von den Versetzungen erzeugte Unebenheiten in der Schichtenfolge 50 abfließen, ohne den aktiven Bereich 30 zu beschädigen. Somit kann die Ausfallrate des Halbleiterkörpers 10 bei elektrostatischer Aufladung reduziert werden. Vorteilhafterweise bilden sich an der Grenzfläche zwischen dem Schichtenstapel 41 und der Schichtenfolge 50 keine Piezo-Ladungen aus, weil die Indium-Konzentration im zweiten Bereich 43 im Bereich der Grenzfläche sehr gering ist.
  • 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 10 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Im Bereich des Schichtenstapels 41 sind zwei alternative Möglichkeiten dargestellt. Im ersten Fall, welcher auf der linken Seite dargestellt ist, steigt die Indium-Konzentration im Schichtenstapel 41 in Richtung der Zwischenschicht 40 kontinuierlich an. Der Schichtenstapel 41 weist also in diesem Fall nur einen ersten Bereich 42 auf. An der Grenzfläche zur Zwischenschicht 40 ist die Indium-Konzentration im Schichtenstapel 41 maximal. Um die Ausbildung von Piezo-Ladungen an der Grenzfläche zumindest zu verringern, kann die Zwischenschicht 40 teilweise hoch n-dotiert sein. Im zweiten Fall, welcher auf der rechten Seite dargestellt ist, sinkt die Indium-Konzentration im Schichtenstapel 41 in Richtung der Zwischenschicht 40. Dabei ist die Indium-Konzentration im Schichtenstapel 41 an der Grenzfläche zur Zwischenschicht 40 minimal. Somit wird die Bildung von Piezo-Ladungen an dieser Grenzfläche verhindert. Da in diesem Ausführungsbeispiel der Schichtenstapel 41 lediglich einen ersten Bereich 42 aufweist, kann der Halbleiterkörper 10 besonders einfach hergestellt werden.
  • 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 10 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Halbleiterkörpers 10 entspricht dem Aufbau, welcher in 2 gezeigt ist. In diesem Fall unterscheiden sich die ersten Schichten 45 und die zweiten Schichten 46 nicht nur dadurch, dass die ersten Schichten 45 n-dotiert sind und die zweiten Schichten 46 undotiert sind, sondern auch dadurch, dass die ersten Schichten 45 eine andere Indium-Konzentration als die zweiten Schichten 46 aufweisen. Die Indium-Konzentration ist in allen ersten Schichten 45 gleich und unterscheidet sich von der Indium-Konzentration der zweiten Schichten 46. Auch in allen zweiten Schichten 46 ist die Indium-Konzentration gleich. Die Indium-Konzentration in den ersten Schichten 45 kann also entweder größer oder kleiner als die Indium-Konzentration in den zweiten Schichten 46 sein. Der Unterschied der Indium-Konzentrationen der ersten Schichten 45 und der zweiten Schichten 46 kann beispielsweise ein Prozent betragen.
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 10 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des Halbleiterkörpers 10 entspricht dem Aufbau, welcher in 1 gezeigt ist. Im Unterschied zur 1 weist der Schichtenstapel 41 in diesem Ausführungsbeispiel lediglich einen ersten Bereich 42 und einen zweiten Bereich 43 auf. Der erste Bereich 42 grenzt direkt an den zweiten Bereich 43 an. Dabei ist die Dicke des zweiten Bereichs 43 in Stapelrichtung z wesentlich größer als die Dicke des ersten Bereichs 42. Beispielsweise ist die Dicke des zweiten Bereichs 43 zwei bis 20 mal so groß wie die Dicke des ersten Bereichs 42. Bevorzugt ist die Dicke des zweiten Bereichs 43 drei bis vier mal so groß wie die Dicke des ersten Bereichs 42.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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 Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10:
    Halbleiterkörper
    20:
    p-dotierter Bereich
    30:
    aktiver Bereich
    40:
    Zwischenschicht
    41:
    Schichtenstapel
    42:
    erster Bereich
    43:
    zweiter Bereich
    44:
    dritter Bereich
    45:
    erste Schicht
    46:
    zweite Schicht
    50:
    Schichtenfolge
    z:
    Stapelrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2011080219 A1 [0031]

Claims (13)

  1. Halbleiterkörper (10) mit: - einem p-dotierten Bereich (20), - einem aktiven Bereich (30), - einer Zwischenschicht (40), und - einem Schichtenstapel (41), der Indium enthält, wobei sich die Indium-Konzentration im Schichtenstapel (41) entlang einer Stapelrichtung (z) ändert, und der Schichtenstapel (41) abgesehen von Dotierstoffen mit genau einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, wobei - die Zwischenschicht (40) nominell frei von Indium ist, zwischen dem Schichtenstapel (41) und dem aktiven Bereich (30) angeordnet ist und direkt an den Schichtenstapel (41) angrenzt, und - die Zwischenschicht (40) und/oder der Schichtenstapel (41) zumindest stellenweise n-dotiert sind.
  2. Halbleiterkörper (10) gemäß Anspruch 1, wobei ein erster Bereich (42) des Schichtenstapels (41) direkt an die Zwischenschicht (40) angrenzt und die Indium-Konzentration im ersten Bereich (42) in Richtung der Zwischenschicht (40) sinkt.
  3. Halbleiterkörper (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein zweiter Bereich (43) des Schichtenstapels (41) an der dem ersten Bereich (42) abgewandten Seite des Schichtenstapels (41) angeordnet ist und die Indium-Konzentration im zweiten Bereich (43) in Richtung der Zwischenschicht (40) ansteigt.
  4. Halbleiterkörper (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Indium-Konzentration im zweiten Bereich (43) des Schichtenstapels (41) in Richtung der Zwischenschicht (40) wenigstens auf einen Schwellwert ansteigt und im Bereich des Schichtenstapels (41) nur innerhalb des ersten Bereichs (42) wieder unter den Schwellwert sinkt.
  5. Halbleiterkörper (10) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei der zweite Bereich (43) des Schichtenstapels (41) direkt an den ersten Bereich (42) des Schichtenstapels (41) angrenzt.
  6. Halbleiterkörper (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Indium-Konzentration im Schichtenstapel (41) in Richtung der Zwischenschicht (40) sinkt.
  7. Halbleiterkörper (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Indium-Konzentration im Schichtenstapel (41) in Richtung der Zwischenschicht (40) ansteigt.
  8. Halbleiterkörper (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schichtenstapel (41) mindestens ein Paar alternierender Schichten aufweist, wobei eine erste Schicht (45) jedes Paars n-dotiert ist und eine zweite Schicht (46) jedes Paars nominell undotiert ist.
  9. Halbleiterkörper (10) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die erste Schicht (45) jedes Paars eine andere Indium-Konzentration als die zweite Schicht (46) jedes Paars aufweist.
  10. Halbleiterkörper (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schichtenstapel (41) zwischen der Zwischenschicht (40) und einer Schichtenfolge (50) angeordnet ist und die Schichtenfolge (50) nominell frei von Indium ist.
  11. Halbleiterkörper (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der aktive Bereich (30) zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, ausgebildet ist.
  12. Halbleiterkörper (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichtdicke des Schichtenstapels (41) in Stapelrichtung (z) mindestens 5 nm und höchstens 150 nm beträgt.
  13. Halbleiterkörper (10) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Indium-Konzentration im Schichtenstapel (41) kleiner als 5 % ist.
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