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WO2021175635A1 - Strahlungsemittierender halbleiterkörper und dessen verfahren zur herstellung - Google Patents

Strahlungsemittierender halbleiterkörper und dessen verfahren zur herstellung Download PDF

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Publication number
WO2021175635A1
WO2021175635A1 PCT/EP2021/054312 EP2021054312W WO2021175635A1 WO 2021175635 A1 WO2021175635 A1 WO 2021175635A1 EP 2021054312 W EP2021054312 W EP 2021054312W WO 2021175635 A1 WO2021175635 A1 WO 2021175635A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
region
radiation
semiconductor
dopant
semiconductor body
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/054312
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Ebbecke
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
Priority to JP2022553097A priority Critical patent/JP2023516427A/ja
Priority to US17/905,929 priority patent/US20230120369A1/en
Priority to KR1020227030956A priority patent/KR20220137741A/ko
Publication of WO2021175635A1 publication Critical patent/WO2021175635A1/de

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Definitions

  • a radiation-emitting semiconductor body is specified.
  • a radiation-emitting semiconductor chip and a method for producing a radiation-emitting semiconductor body are specified.
  • One problem to be solved consists in specifying a radiation-emitting semiconductor body which has a particularly high efficiency.
  • a radiation-emitting semiconductor chip and a method for producing such a radiation-emitting semiconductor body are to be specified.
  • the radiation-emitting semiconductor body is based, for example, on a III-V compound semiconductor material.
  • the compound semiconductor material is preferably a phosphide compound semiconductor material.
  • the radiation-emitting semiconductor body is designed to emit electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor body is, for example, visible light, in particular red light.
  • a peak wavelength of the emitted electromagnetic radiation lies in a red wavelength range. That is to say that the peak wavelength of the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor body is, for example, between 630 nm and 750 nm inclusive.
  • the semiconductor body has a main plane of extent. A vertical direction extends perpendicular to the main extension plane and lateral directions extend parallel to the main extension plane.
  • the radiation-emitting semiconductor body has an extension which, for example, is at most 500 mpi, in particular at most 10 mpi, in lateral directions.
  • the semiconductor body comprises a first semiconductor region of a first conductivity type.
  • the first semiconductor region comprises at least one first semiconductor layer.
  • the first semiconductor region can comprise a first semiconductor layer sequence.
  • the first semiconductor region is n-doped, for example, and is therefore n-conductive.
  • the first conductivity type is therefore an n-conductive type.
  • the radiation-emitting semiconductor body comprises a second semiconductor region of a second conductivity type.
  • the second semiconductor region is arranged in the vertical direction, for example above the first semiconductor region.
  • the second semiconductor region comprises at least one second semiconductor layer. Furthermore, the second semiconductor region can comprise a second semiconductor layer sequence.
  • the second semiconductor region is, for example, p-doped and thus p-conductive.
  • the first conductivity type is thus a p-conductive type.
  • the first semiconductor region and / or the second semiconductor region include, for example In x Ali-x P, where 0 ⁇ x ⁇ 1. That is to say, the first semiconductor region and / or the second semiconductor region comprise / comprises, for example, indium aluminum phosphide.
  • the second semiconductor area has a thickness in the vertical direction of, for example, at least 10 nm and at most 5 ⁇ m, in particular approximately 200 nm.
  • the radiation-emitting semiconductor body comprises an active region between the first semiconductor region and the second semiconductor region. That is to say, the active region is arranged between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
  • the active area is designed to generate electromagnetic radiation during operation.
  • the active area is in direct contact, for example, with the first semiconductor area and / or with the second semiconductor area.
  • a barrier layer can be arranged on the active region.
  • the barrier layer is arranged, for example, between the active region and the second semiconductor region. In this case, the barrier layer is in direct contact with the active area and the second semiconductor area.
  • the barrier layer has a thickness in the vertical direction of, for example, at least 5 nm and at most 200 nm, in particular of at least 10 nm and at most 100 nm.
  • the active area has a thickness in the vertical direction of, for example, at least 2 nm and at most 500 nm, in particular of at least 5 nm and at most 100 nm.
  • the active area includes, for example, a pn junction for generating the electromagnetic radiation, such as a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure).
  • a pn junction for generating the electromagnetic radiation such as a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure).
  • the active area includes, for example, In x Ga y Al- X P, where 0 ⁇ x ⁇ 1 and 0 ⁇ y ⁇ 1. That is, the active area includes, for example
  • the barrier layer comprises, for example, undoped In x Ga y Ali- x P, where 0 ⁇ x ⁇ 1 and 0 dy ⁇ 1.
  • the active region has a larger band gap in an edge region of the semiconductor body than in a central region of the semiconductor body.
  • the active area has a first band gap in the central area.
  • the active area has a second band gap, for example in the edge area.
  • the first band gap is smaller than the second band gap.
  • the first band gap is smaller on average and / or at every point than the second band gap.
  • the first band gap is predetermined, for example, by a first distance between a conduction band and a valence band in the active area in the central area.
  • the second The band gap is predetermined, for example, by a second distance between the conduction band and the valence band in the active area in the edge area.
  • the valence band of the active area in the central area is in particular continuously connected to the valence band of the active area in the edge area.
  • the conduction band of the active area in the central area is in particular continuously connected to the conduction band of the active area in the edge area.
  • the band gap of the active area thus increases continuously, in particular from the central area to the edge area.
  • the edge region ends where the second band gap has decreased by, for example, 10%, in particular 15%, of a difference between the second band gap and the first band gap.
  • the central area ends where the first band gap has increased by, for example, 10%, in particular 15%, of the difference. That is, the edge area and the central area are arranged spaced apart from one another in lateral directions.
  • the edge region of the semiconductor body surrounds the central region of the semiconductor body, for example, completely in the lateral direction.
  • the edge area is formed, for example, contiguous in the lateral direction.
  • the edge area surrounds the central area, for example, like a frame or a ring.
  • the edge region extends from at least one side surface of the semiconductor body in the lateral direction into the semiconductor body.
  • the edge region of the semiconductor body has a width.
  • the width of the edge region is the minimum extension in lateral directions from the side surface of the semiconductor body to one end of the edge region where the second band gap has decreased by, for example, 10%, in particular 15%, the difference between the second band gap and the first band gap.
  • the width of the edge region is, for example, at least 50 nm and at most 10 ⁇ m.
  • a band gap of the second semiconductor region is the same in the edge region and in the central region.
  • the second semiconductor region has a third band gap, in particular in the central region and in the edge region.
  • the third band gap of the second semiconductor region is the same in particular in the lateral directions and / or in the vertical direction. That is, the band gap of the second semiconductor area, in particular the third band gap, deviates in the lateral directions and / or in the vertical direction in the central area and in the edge area by no more than 5%, in particular by no more than 1%, from an average value of the third Band gap.
  • a band gap of the first semiconductor region is the same in the edge region and in the central region.
  • the first semiconductor region has a fourth band gap, in particular in the central region and in the edge region.
  • the fourth band gap of the first semiconductor region is the same in particular in the lateral directions and / or in the vertical direction. That is, the band gap of the first semiconductor area, in particular the fourth band gap, deviates in the lateral directions and / or in the vertical direction in the central area and in the edge area by no more than 5%, in particular by no more than 1%, from an average value of the fourth Band gap.
  • the radiation-emitting semiconductor body comprises a first semiconductor region of a first conductivity type, a second semiconductor region of a second conductivity type and an active region between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
  • the active region has a larger band gap in an edge region of the semiconductor body than in a central region of the semiconductor body. Furthermore, a band gap of the second semiconductor region is the same in the edge region and in the central region.
  • One idea of the radiation-emitting semiconductor body described here is, inter alia, to design an active region in such a way that it has a larger band gap in the edge region than in the central region.
  • the emission of electromagnetic radiation from the edge regions is thus advantageously suppressed.
  • a particularly homogeneous radiation characteristic and thus a particularly high level of efficiency can advantageously be achieved in this way.
  • a non-radiative recombination (English “non-radiative radiation”, or NRR for short) is advantageously suppressed in the edge areas due to the larger band gap.
  • the second semiconductor region has an essentially isotropic band gap.
  • a profile of the band gaps in the active area and in the second semiconductor area is decoupled.
  • the second semiconductor region can thus advantageously be made particularly thin. Due to the comparatively particularly thin design of the second semiconductor region, a Purcell factor can be comparatively particularly large. Because the Purcell factor is proportional to an emission rate of the semiconductor body, the efficiency can therefore also be high.
  • the active region comprises a first dopant in the edge region.
  • the density of the first dopant in the active area in the edge area is, for example, essentially constant. Essentially constant means here that the density can fluctuate due to the manufacturing process.
  • the density of the first dopant in the active area in the edge area is, for example, at least 10 15 per cm 3 , in particular at least 10 16 per cm 3 .
  • a density of the first dopant in a transition region of the semiconductor body between the edge region and the central region decreases continuously in the lateral direction.
  • the transition area is arranged in lateral directions, in particular between the edge area and the central area.
  • the active area in the edge area includes voids.
  • a density of the vacancies in this case scales with the density of the first dopant.
  • the density of the vacancies is directly proportional to the density of the first dopant.
  • the density of the first dopant specifies, for example, the density of the vacancies in the active area in the edge area.
  • the density of the vacancies specifies the band gap in the active area in the edge area, in particular the second band gap. That That is to say, the higher the density of the first dopant in the active region, the higher the second band gap.
  • a width of the transition region is at most as great as a thickness of the active region.
  • the width of the transition area is, for example, a minimum distance in the lateral direction from the edge area to the central area.
  • the transition area has the width of, for example, at least 2 nm and at most 500 nm.
  • the width of the transition region is, for example, at most as great as a thickness of the active region and the barrier layer.
  • the active region in the central region is free of the first dopant.
  • the active area in the central area is essentially free of the first dopant.
  • Essentially free of the first dopant means that a density of the first dopant in the active area in the central area corresponds to at most 5%, in particular at most 1%, of the density of the first dopant in the active area in the edge area.
  • the first dopant comprises a p-doping material.
  • the first dopant comprises or consists of Zn or Si.
  • the second semiconductor region comprises a second dopant.
  • a density of the second dopant specifies, for example, the band gap, in particular the third band gap, in the second semiconductor region in the edge region and in the central region.
  • the density of the second dopant in the second semiconductor region is, for example, at least 10 16 per cm 3 , in particular at least 10 17 per cm 3 .
  • a density of the second dopant in the second semiconductor region is essentially the same in the edge region and in the central region. Essentially equal here means that a density of the second dopant in the lateral directions and / or in the vertical direction in the second semiconductor region is not more than 5%, in particular by not more than 1%, of an average value of the density of the second dopant in the second semiconductor region deviates.
  • the second dopant comprises, for example, a p-doping material.
  • the second dopant comprises Mg or Zn or consists of Mg or Zn.
  • the second dopant and the first dopant are the same.
  • the first dopant and the second dopant are Zn.
  • the second Semiconductor region free from the first dopant is essentially free of the first dopant.
  • Essentially free of the first dopant means that a density of the first dopant in the second semiconductor region is at most 5%, in particular at most 1%, of the density of the first dopant in the active region in the edge region.
  • the first semiconductor region is free from the first dopant.
  • the first semiconductor region is essentially free of the first dopant.
  • Essentially free of the first dopant means here that a density of the first dopant in the first semiconductor region is below 0.1% of the density of the first dopant in the active region in the edge region.
  • the active region is free from the second dopant.
  • Essentially free of the second dopant here means that a density of the second dopant in the active region is at most 5%, in particular at most 1%, of the density of the second dopant in the second semiconductor region.
  • the band gap of the active region in the edge region is at least 50 meV, at most 150 meV larger than in the central region. That is, the first band gap is at least 50 meV to at most 150 meV larger than the second band gap. For example, the first band gap is approximately 80 meV larger than the second band gap.
  • a radiation-emitting semiconductor chip is also specified. All features and embodiments disclosed in connection with the radiation-emitting semiconductor chip are therefore also disclosed in connection with the radiation-emitting semiconductor, and vice versa.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a radiation-emitting semiconductor body described here.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode, or LED for short.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is a micro-LED. If the radiation-emitting semiconductor chip is a micro-LED, the radiation-emitting semiconductor chip has an extension in lateral directions of at most 100 gm, in particular at most 50 gm or 10 gm.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a first contact layer which is arranged on the first semiconductor region.
  • the first contact layer is designed to introduce charge carriers, for example, into the first semiconductor region.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a second contact layer which is arranged on the second semiconductor region.
  • the second contact layer is designed to introduce charge carriers, for example, into the second semiconductor region.
  • the first contact layer and / or the second contact layer have, for example, a transparent conductive metal or a transparent conductive oxide (TCO for short).
  • TCOs are transparent, conductive materials and include, for example, zinc oxide, tin oxides, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide and / or indium tin oxide (ITO).
  • the second contact layer it is possible for the second contact layer to have a reflective, electrically conductive metal, for example.
  • the second contact layer comprises, for example, one or more of the following materials or consists of one or more of these materials: Au, Ag, Al, Cu, Rh, Pd, Pt.
  • the second contact layer and / or the mirror layer has a reflectivity of at least 90%, in particular at least 95%, for the emitted electromagnetic radiation.
  • the second contact layer is arranged on a carrier.
  • the second contact layer is in electrically conductive contact with the carrier, for example.
  • the carrier is formed, for example, from a plastic, a metallic and / or ceramic metal or consists thereof.
  • the carrier is or comprises, for example, a printed circuit board, a printed circuit board (PCB) or a leadframe.
  • a method for producing a radiation-emitting semiconductor body is specified, with which, in particular, a radiation-emitting semiconductor body described here can be produced. All features and embodiments disclosed in connection with the radiation-emitting semiconductor body are therefore also disclosed in connection with the method and vice versa.
  • a first semiconductor region which has a first conductivity type.
  • an active region is applied to the first semiconductor region.
  • the active region is applied epitaxially to the first semiconductor region.
  • a band gap of the active region is enlarged in an edge region of the semiconductor body to be produced.
  • the active area is doped to enlarge the band gap in the edge area.
  • the doping produces, for example, voids in the active area in the edge area.
  • the voids are designed, for example, to predetermine the band gap of the active area in the edge area.
  • a second semiconductor region which has a second conductivity type, is applied.
  • the second semiconductor region is grown epitaxially on the active region.
  • the second Semiconductor area applied after doping the active area.
  • a width of the doped edge region in the active layer can be made particularly small in lateral directions.
  • semiconductor bodies can advantageously be produced which have a particularly small lateral extent.
  • Such a semiconductor body can have a maximum lateral extension between 100 nm and 10 ⁇ m inclusive.
  • the first semiconductor region is initially provided.
  • the active area is applied after the provision.
  • the second semiconductor region is applied in particular.
  • doping takes place in order to enlarge the band gap of the active region, a first dopant being introduced into the active region in the edge region when the active region is doped.
  • a p-doping material from a gas phase, a liquid phase or a solid phase is diffused into the active area in the edge area.
  • a mask is applied to the active area before the active area is doped, in such a way that the edge area is free of the mask.
  • the mask covers, for example, the central one Area and a transition area which is arranged between the central area and the edge area.
  • the mask is designed in particular in such a way that the first dopant cannot diffuse through this mask into the active region.
  • the mask is therefore in particular not permeable to the first dopant.
  • an intermediate layer is grown over the full area of the active area.
  • the intermediate layer is, for example, a semiconductor composite material, such as, for example, GaAs.
  • the intermediate layer is structured, for example before doping the active area, in such a way that the edge area of the active area or the edge area of the barrier layer is exposed.
  • Such a structuring can take place by means of a lithographic method.
  • the structured intermediate layer forms the mask.
  • a further intermediate layer is applied to the intermediate layer.
  • the further intermediate layer is, for example, SiO 2, SiN or SiO n .
  • the mask is the further intermediate layer.
  • the intermediate layer it is possible for the intermediate layer to be arranged over the full area over the active area and for the further intermediate layer to be arranged exclusively completely in the central area and in the transition area.
  • the mask is applied before the second semiconductor region is applied removed. If the mask is formed by the further intermediate layer, the intermediate layer can likewise be removed before the application of the second semiconductor region.
  • the intermediate layer and the further intermediate layer are removed in a common method step. The intermediate layer or the intermediate layer and the further intermediate layer are removed, for example, by means of a wet chemical etching process, for example by using citric acid.
  • the intermediate layer advantageously protects the active area from external influences, at least in some areas, in particular during doping.
  • the second semiconductor region can thus be applied particularly well to the active region after the mask has been removed.
  • the second semiconductor region is doped with a second dopant during application.
  • the second semiconductor region is produced independently of the doping of the active region.
  • the second semiconductor region can be produced independently of a production of the first semiconductor region.
  • the second semiconductor region can thus advantageously be generated and doped in a growth system that is, in particular, different from a growth system of the first semiconductor region. A carryover of dopants can thus advantageously be minimized and the second semiconductor region can be made particularly thin.
  • the radiation-emitting semiconductor body, the radiation-emitting semiconductor chip and the method for producing a Radiation-emitting semiconductor body explained in more detail with reference to exemplary embodiments and the associated figures.
  • Figures 1 to 3 are schematic sectional representations of process stages in the production of a semiconductor body according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting semiconductor chip in accordance with an exemplary embodiment.
  • a first semiconductor region 2 which has a first conductivity type, is provided.
  • the first semiconductor region 2 is, for example, n-doped.
  • the first semiconductor region 2 is produced, for example, epitaxially on a substrate 12.
  • the substrate 12 is, in particular, a growth substrate of the first semiconductor region 2.
  • an active area 4 in particular over the entire area, is applied to the first semiconductor area 2.
  • a barrier layer 8, in particular over the entire area, is applied to the active region 4.
  • the active region 4 is applied epitaxially to the first semiconductor region 2.
  • the barrier layer 8 is applied, for example, epitaxially to the active region 4.
  • the intermediate layer 9 is also applied epitaxially.
  • the active region 4 and the barrier layer 8 include in particular indium gallium aluminum phosphide and the intermediate layer 9 in particular gallium arsenide. Furthermore, the first semiconductor region 2 comprises, in particular, indium aluminum phosphide.
  • the intermediate layer 9 is then structured as shown schematically in FIG.
  • the intermediate layer 9 is structured, for example, using a lithographic process. After structuring, the structured intermediate layer 9 exclusively covers a central area 6 and a transition area 7 of the semiconductor body 1 to be produced.
  • a further intermediate layer 10 in particular over the entire surface, can be applied to the intermediate layer 9 in the central area 6 are applied.
  • the further intermediate layer 10 is applied to the intermediate layer 9, in particular over the entire area, before the structuring of the intermediate layer 9.
  • the intermediate layer 9 and the further intermediate layer 10 are structured, for example, using a lithographic process, so that the barrier layer 8 is exposed in an edge region 5.
  • the intermediate layer 9 and the further intermediate layer 10 form a mask 11.
  • the active region 4 in the edge region 5 is doped with a first dopant 13.
  • the mask 11 here prevents the first dopant 13 from diffusing into the central region 6.
  • the active region 4 in the edge region 5 has a density of the first dopant 13 that is greater than a density of the first dopant 13 in the central region 6.
  • the active region 4 in the edge region 5 thus has a band gap that is approximately is 80 meV larger than a band gap in the central area 6.
  • the region into which the first dopant 13 has diffused under the mask 11 corresponds to a transition region 7.
  • the transition region 7 is arranged in lateral directions between the edge region 5 and the central region 6.
  • a width of the transition region 7 is at most as great as a thickness of the active region 4 and a thickness of the barrier layer 8. That is, the first dopant 13 can diffuse into the active region 4 under the mask 11 in lateral directions at most as far as the active area 4 and the barrier layer 8 are thick.
  • the mask 11 is removed by means of an etching process.
  • the mask 11, in particular the intermediate layer 9 and the further intermediate layer 10, are removed in such a way that the barrier layer 8 is completely exposed.
  • the second semiconductor region 3 is embodied in a p-doped manner, for example.
  • the second semiconductor region 3 is applied, in particular, epitaxially to the barrier layer 8.
  • the second semiconductor region 3 is doped with a second dopant 14 during application.
  • the first dopant 13 and the second dopant 14 are different from one another.
  • the first dopant 13 can be formed with Zn and the second dopant 14 with Mg.
  • the second semiconductor region 3 is then free of the first dopant 13.
  • the first dopant 13 and the second dopant 14 are the same.
  • the first dopant 13 and the second dopant 14 are formed with Zn.
  • the second semiconductor region 3, in contrast to the active region 4 has a band gap that is the same in the lateral directions and / or in the vertical direction in the edge region 5 and in the central region 6 is.
  • a termination layer 15 for passivating the second semiconductor region 3 is also grown on the second semiconductor region 3.
  • the termination layer 15 comprises, for example, a semiconductor material such as GaAs.
  • the substrate 12 can then be detached from the first semiconductor region 2 (not shown here).
  • the radiation-emitting semiconductor chip 16 in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 4 comprises a radiation-emitting semiconductor body 1, which is produced, for example, by means of the method that is produced in connection with FIGS.
  • the radiation-emitting semiconductor body 1 comprises a first semiconductor region 2, a second semiconductor region 3, and an active region 4 which is arranged between the first semiconductor region 2 and the second semiconductor region 3.
  • a substrate 12 as shown for example in connection with FIGS. 1 to 3, is removed from the first semiconductor region 2.
  • a first contact layer 17 is arranged on the first semiconductor region 2. Furthermore, a second contact layer 18 is arranged on the second semiconductor region 3. In addition, the second contact layer 18 is arranged on a carrier 19. The second contact layer 18 is in electrically conductive contact with the carrier 19.

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) angegeben, mit: - einem ersten Halbleiterbereich (2) eines ersten Leitfähigkeitstyps, - einem zweiten Halbleiterbereich (3) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, und - einem aktiven Bereich (4) zwischen dem ersten Halbleiterbereich (2) und dem zweiten Halbleiterbereich (3), wobei - der aktive Bereich (4) in einem Randbereich (5) des Halbleiterkörpers (1) eine größere Bandlücke aufweist als in einem zentralen Bereich (6) des Halbleiterkörpers (1), und - eine Bandlücke des zweiten Halbleiterbereichs (3) im Randbereich (5) und im zentralen Bereich (6) gleich ist. Darüber hinaus werden ein strahlungsemittierender Halbleiterchip (14) und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterköpers (1) angegeben.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDER HALBLEITERKORPER UND DESSEN VERFAHREN
ZUR HERSTELLUNG
Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper angegeben. Darüber hinaus werden ein strahlungsemittierender Halbleiterchip und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers angegebenen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper anzugeben, der eine besonders hohe Effizienz aufweist. Außerdem soll ein strahlungsemittierender Halbleiterchip und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers angegeben werden.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper basiert beispielsweise auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Verbindungshalbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Die vom Halbleiterkörper emittierte elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise sichtbares Licht, insbesondere rotes Licht. In diesem Fall liegt eine Peakwellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung in einem roten Wellenlängenbereich. Das heißt, die Peakwellenlänge der vom strahlungsemittierenden Halbleiterkörper emittierten elektromagnetischen Strahlung liegt beispielsweise zwischen einschließlich 630 nm und einschließlich 750 nm. Der Halbleiterkörper weist eine Haupterstreckungsebene auf. Eine vertikale Richtung erstreckt sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene und laterale Richtungen erstrecken parallel zur Haupterstreckungsebene.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper weist eine Ausdehnung auf, die in lateralen Richtungen beispielsweise höchstens 500 mpi, insbesondere höchstens 10 mpibeträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterkörper einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps . Der erste Halbleiterbereich umfasst zumindest eine erste Halbleiterschicht. Weiterhin kann der erste Halbleiterbereich eine erste Halbleiterschichtenfolge umfassen. Der erste Halbleiterbereich ist beispielsweise n- dotiert und damit n-leitend ausgebildet. Damit handelt es sich in diesem Fall bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um einen n-leitenden Typ.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterkörper einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Der zweite Halbleiterbereich ist in vertikaler Richtung beispielsweise über dem ersten Halbleiterbereich angeordnet.
Der zweite Halbleiterbereich umfasst zumindest eine zweite Halbleiterschicht. Weiterhin kann der zweite Halbleiterbereich eine zweite Halbleiterschichtenfolge umfassen. Der zweite Halbleiterbereich ist beispielsweise p- dotiert und damit p-leitend ausgebildet. Damit handelt es sich in diesem Fall bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um einen p-leitenden Typ. Der erste Halbleiterbereich und/oder der zweite Halbleiterbereich umfassen beispielsweise InxAli-xP, wobei 0 < x < 1 ist. Das heißt, der erste Halbleiterbereich und/oder der zweite Halbleiterbereich umfassen/umfasst beispielsweise Indiumaluminiumphosphid .
Der zweite Hableiterbereich weist eine Dicke in vertikaler Richtung von beispielsweise mindestens 10 nm und höchstens 5 pm, insbesondere in etwa 200 nm, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterkörper einen aktiven Bereich zwischen dem ersten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich. Das heißt, zwischen dem ersten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich ist der aktive Bereich angeordnet. Der aktive Bereich ist dazu ausgebildet, im Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Der aktive Bereich steht beispielsweise mit dem ersten Halbleiterbereich und/oder mit dem zweiten Halbleiterbereich in direktem Kontakt. Alternativ kann auf dem aktiven Bereich eine Barriereschicht angeordnet sein. Die Barriereschicht ist beispielsweise zwischen dem aktiven Bereich und dem zweiten Halbleiterbereich angeordnet. Die Barriereschicht ist in diesem Fall in direktem Kontakt mit dem aktiven Bereich und dem zweiten Halbleiterbereich. Die Barriereschicht weist eine Dicke in vertikaler Richtung von beispielsweise mindestens 5 nm und höchstens 200 nm, insbesondere von mindestens 10 nm und höchstens 100 nm, auf. Der aktive Bereich weist eine Dicke in vertikaler Richtung von beispielsweise mindestens 2 nm und höchstens 500 nm, insbesondere von mindestens 5 nm und höchstens 100 nm, auf.
Der aktive Bereich umfasst zum Beispiel ein pn-Übergang zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung, wie beispielsweise eine Doppelheterostruktur, eine Einfach- QuantentopfStruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach- QuantentopfStruktur (MQW-Struktur).
Weiterhin umfasst der aktive Bereich beispielsweise InxGayAli- XP, wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1 ist. Das heißt, der aktive Bereich umfasst beispielsweise
Indiumgalliumaluminiumphosphid . Weist der Halbleiterkörper die Barriereschicht auf, umfasst die Barriereschicht beispielsweise undotiertes InxGayAli-xP, wobei 0 < x < 1 und 0 d y < 1 ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers weist der aktive Bereich in einem Randbereich des Halbleiterkörpers eine größere Bandlücke auf als in einem zentralen Bereich des Halbleiterkörpers. Beispielsweise weist der aktive Bereich im zentralen Bereich eine erste Bandlücke auf. Weiterhin weist der aktive Bereich beispielsweise im Randbereich eine zweite Bandlücke auf. Die erste Bandlücke ist in diesem Fall kleiner als die zweite Bandlücke. Insbesondere ist die erste Bandlücke im Mittel und/oder an jeder Stelle kleiner als die zweite Bandlücke.
Die erste Bandlücke ist beispielsweise durch einen ersten Abstand eines Leitungsbands zu einem Valenzband im aktiven Bereich in dem zentralen Bereich vorgegeben. Die zweite Bandlücke ist beispielsweise durch einen zweiten Abstand des Leitungsbands zu dem Valenzband im aktiven Bereich im Randbereich vorgegeben. Das Valenzband des aktiven Bereichs im zentralen Bereich ist insbesondere mit dem Valenzband des aktiven Bereichs im Randbereich kontinuierlich verbunden. Weiterhin ist das Leitungsband des aktiven Bereichs im zentralen Bereich mit dem Leitungsband des aktiven Bereichs im Randbereich insbesondere kontinuierlich verbunden. Die Bandlücke des aktiven Bereichs nimmt damit insbesondere vom zentralen Bereich zum Randbereich kontinuierlich zu.
Der Randbereich endet dort, wo die zweite Bandlücke um beispielsweise 10%, insbesondere 15%, einer Differenz zwischen der zweiten Bandlücke und der ersten Bandlücke abgenommen hat. Der zentrale Bereich endet dort, wo die erste Bandlücke um beispielsweise 10%, insbesondere 15%, der Differenz zugenommen hat. Das heißt, der Randbereich und der zentrale Bereich sind in lateralen Richtungen beanstandet voneinander angeordnet.
Der Randbereich des Halbleiterkörpers umgibt den zentralen Bereich des Halbleiterkörpers beispielsweise vollständig in lateralen Richtung. Der Randbereich ist in lateralen Richtung beispielsweise zusammenhängend ausgebildet. Der Randbereich umgibt den zentralen Bereich beispielsweise rahmenartig oder ringartig. Beispielsweise erstreckt sich der Randbereich von zumindest einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers in lateralen Richtung in den Halbleiterkörper hinein.
Der Randbereich des Halbleiterkörpers weist eine Breite auf. Die Breite des Randbereichs ist die minimale Ausdehnung in lateralen Richtungen von der Seitenfläche des Halbleiterkörpers zu einem Ende des Randbereichs, wo die zweite Bandlücke um beispielsweise 10%, insbesondere 15%, der Differenz zwischen der zweiten Bandlücke und der ersten Bandlücke abgenommen hat Die Breite des Randbereichs ist beispielsweise mindestens 50 nm und höchstens 10 pm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist eine Bandlücke des zweiten Halbleiterbereichs im Randbereich und in zentralen Bereich gleich. Der zweite Halbleiterbereich weist insbesondere im zentralen Bereich und im Randbereich eine dritte Bandlücke auf. Die dritte Bandlücke des zweiten Halbleiterbereichs ist insbesondere in lateralen Richtungen und/oder in vertikaler Richtung gleich. Das heißt, die Bandlücke des zweiten Halbleiterbereichs, insbesondere die dritte Bandlücke, weicht in lateralen Richtungen und/oder in vertikaler Richtung im zentralen Bereich und im Randbereich um nicht mehr als 5%, insbesondere um nicht mehr als 1%, von einem Mittelwert der dritten Bandlücke ab.
Ferner ist eine Bandlücke des ersten Halbleiterbereichs im Randbereich und in zentralen Bereich gleich. Der erste Halbleiterbereich weist insbesondere im zentralen Bereich und im Randbereich eine vierte Bandlücke auf. Die vierte Bandlücke des ersten Halbleiterbereichs ist insbesondere in lateralen Richtungen und/oder in vertikaler Richtung gleich. Das heißt, die Bandlücke des ersten Halbleiterbereichs, insbesondere die vierte Bandlücke, weicht in lateralen Richtungen und/oder in vertikaler Richtung im zentralen Bereich und im Randbereich um nicht mehr als 5%, insbesondere um nicht mehr als 1%, von einem Mittelwert der vierten Bandlücke ab. In mindestens einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterkörper einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einen aktiven Bereich zwischen dem ersten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbereich. Der aktive Bereich weist in einem Randbereich des Halbleiterkörpers eine größere Bandlücke auf als in einem zentralen Bereich des Halbleiterkörpers. Weiterhin ist eine Bandlücke des zweiten Halbleiterbereichs im Randbereich und in zentralen Bereich gleich.
Eine Idee des hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist unter anderem, einen aktiven Bereich so auszubilden, dass dieser im Randbereich eine größere Bandlücke aufweist als im zentralen Bereich. Damit ist die Aussendung von elektromagnetischer Strahlung von den Randbereichen vorteilhafterweise unterdrückt. Mit Vorteil sind so eine besonders homogene Abstrahlcharakteristik und damit eine besonders hohe Effizienz erreichbar. Insbesondere wird mit Vorteil eine nichtstrahlende Rekombination (englisch „non radiative radiation", kurz NRR) in den Randbereichen durch die größere Bandlücke unterdrückt.
Weiterhin weist der zweite Halbleiterbereich eine im Wesentlichen isotrope Bandlücke auf. Hierbei ist ein Verlauf der Bandlücken im aktiven Bereich und im zweiten Halbleiterbereich entkoppelt. Vorteilhafterweise kann der zweite Halbleiterbereich so besonders dünn ausgeführt sein. Durch die vergleichsweise besonders dünne Ausführung des zweiten Halbleiterbereichs kann ein Purcell-Faktor vergleichsweise besonders groß sein. Da der Purcell-Faktor proportional zu einer Emissionsrate des Halbleiterkörpers ist, kann damit auch die Effizienz hoch sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers umfasst der aktive Bereich im Randbereich einen ersten Dotierstoff. Die Dichte des ersten Dotierstoffs im aktiven Bereich im Randbereich ist beispielsweise im Wesentlichen konstant. Im Wesentlichen konstant heißt hier, dass die Dichte herstellungsbedingt schwanken kann. Die Dichte des ersten Dotierstoffs in dem aktiven Bereich im Randbereich ist beispielsweise mindestens 1015 pro cm3, insbesondere mindestens 1016 pro cm3.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers nimmt eine Dichte des ersten Dotierstoffs in einem Übergangsbereich des Halbleiterkörpers zwischen dem Randbereich und dem zentralen Bereich in lateralen Richtung kontinuierlich ab. In diesem Fall ist der Übergangsbereich in lateralen Richtungen insbesondere zwischen dem Randbereich und dem zentralen Bereich angeordnet.
Neben dem ersten Dotierstoff im aktiven Bereich im Randbereich umfasst der aktive Bereich im Randbereich Leerstellen. Eine Dichte der Leerstellen skaliert hierbei mit der Dichte des ersten Dotierstoffs. Insbesondere ist die Dichte der Leerstellen direkt proportional zu der Dichte des ersten Dotierstoffs. Insbesondere gibt, die Dichte des ersten Dotierstoffs beispielsweise die Dichte der Leerstellen im aktiven Bereich im Randbereich vor. Weiterhin gibt die Dichte der Leerstellen die Bandlücke im aktiven Bereich im Randbereich, insbesondere die zweite Bandlücke, vor. Das heißt, je höher die Dichte des ersten Dotierstoffs im aktiven Bereich vorgegeben ist, desto höher ist die zweite Bandlücke.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist eine Breite des Übergangsbereichs höchstens so groß, wie eine Dicke des aktiven Bereichs. Die Breite des Übergangsbereichs ist beispielsweise ein minimaler Abstand in lateralen Richtung von dem Randbereich zu dem zentralen Bereich. Der Übergangsbereich weist die Breite von beispielsweise mindestens 2 nm und höchstens 500 nm auf.
Weist der Halbleiterkörper die Barriereschicht auf, dann ist die Breite des Übergangsbereichs beispielsweise höchstens so groß, wie eine Dicke des aktiven Bereichs und der Barriereschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist der aktive Bereich im zentralen Bereich frei von dem ersten Dotierstoff. Insbesondere ist der aktive Bereich im zentralen Bereich im Wesentlichen frei von dem ersten Dotierstoff. Im Wesentlichen frei von dem ersten Dotierstoff bedeutet hier, dass eine Dichte des ersten Dotierstoffs im aktiven Bereich im zentralen Bereich höchstens 5%, insbesondere höchstens 1%, der Dichte des ersten Dotierstoffs im aktiven Bereich im Randbereich entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers umfasst der erste Dotierstoff ein p-dotierendes Material. Beispielsweise umfasst der erste Dotierstoff Zn oder Si, oder besteht daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers umfasst der zweite Halbleiterbereich einen zweiten Dotierstoff. Eine Dichte des zweiten Dotierstoffs gibt beispielsweise die Bandlücke, insbesondere die dritte Bandlücke, im zweiten Halbleiterbereich im Randbereich und im zentralen Bereich vor.
Die Dichte des zweiten Dotierstoffs in dem zweiten Halbleiterbereich ist beispielsweise mindestens 1016 pro cm3, insbesondere mindestens 1017 pro cm3. Insbesondere ist eine Dichte des zweiten Dotierstoffs im zweiten Halbleiterbereich im Randbereich und in dem zentralen Bereich im Wesentlichen gleich. Im Wesentlichen gleich bedeutet hier, dass eine Dichte des zweiten Dotierstoffs in lateralen Richtungen und/oder in vertikaler Richtung im zweiten Halbleiterbereich um nicht mehr als 5%, insbesondere um nicht mehr als 1%, von einem Mittelwert der Dichte des zweiten Dotierstoffs im zweiten Halbleiterbereich abweicht.
Der zweite Dotierstoff umfasst beispielsweise ein p- dotierendes Material. In diesem Fall umfasst der zweite Dotierstoff Mg oder Zn oder besteht aus Mg oder Zn.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers sind der zweite Dotierstoff und der erste Dotierstoff gleich. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Dotierstoff und dem zweiten Dotierstoff um Zn.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist der zweite Halbleiterbereich frei vom ersten Dotierstoff. Insbesondere ist der zweite Halbleiterbereich im Wesentlichen frei von dem ersten Dotierstoff. Im Wesentlichen frei von dem ersten Dotierstoff bedeutet hier, dass eine Dichte des ersten Dotierstoffs im zweiten Halbleiterbereich höchstens 5%, insbesondere höchstens 1%, der Dichte des ersten Dotierstoffs im aktiven Bereich im Randbereich ist.
Alternativ oder zusätzlich ist der erste Halbleiterbereich frei vom ersten Dotierstoff. Insbesondere ist der erste Halbleiterbereich im Wesentlichen frei von dem ersten Dotierstoff. Im Wesentlichen frei von dem ersten Dotierstoff bedeutet hier, dass eine Dichte des ersten Dotierstoffs im ersten Halbleiterbereich unter 0,1% der Dichte des ersten Dotierstoffs im aktiven Bereich im Randbereich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist der aktive Bereich frei von dem zweiten Dotierstoff. Im Wesentlichen frei von dem zweiten Dotierstoff bedeutet hier, dass eine Dichte des zweiten Dotierstoffs im aktiven Bereich höchstens 5%, insbesondere höchstens 1%, der Dichte des zweiten Dotierstoffs im zweiten Halbleiterbereich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist die Bandlücke des aktiven Bereichs im Randbereich um mindestens 50 meV, höchstens 150 meV größer als im zentralen Bereich. Das heißt, die erste Bandlücke ist um mindestens 50 meV bis höchstens 150 meV größer als die zweite Bandlücke. Beispielsweise ist die erste Bandlücke in etwa 80 meV größer als die zweite Bandlücke . Des Weiteren wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angegeben. Sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiter offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip einen hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper. Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode, kurz LED.
Insbesondere handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um eine Mikro-LED. Handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um eine Mikro-LED, so weist der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine Ausdehnung in lateralen Richtungen von höchstens 100 gm, insbesondere höchstens 50 gm oder 10 gm, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine erste Kontaktschicht, die auf dem ersten Halbleiterbereich angeordnet ist. Die erste Kontaktschicht ist dazu ausgebildet, Ladungsträger beispielsweise in den ersten Halbleiterbereich einzubringen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip eine zweite Kontaktschicht, die auf dem zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist. Die zweite Kontaktschicht ist dazu ausgebildet, Ladungsträger beispielsweise in den zweiten Halbleiterbereich einzubringen. Die erste Kontaktschicht und/oder die zweite Kontaktschicht weisen beispielsweise ein transparentes leitendes Metall oder ein transparentes leitendes Oxid (englisch: transparent conductive oxide, kurz TCO) auf. TCOs sind transparente, leitende Materialien und umfassen beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxide, Kadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid und/oder Indiumzinnoxid (ITO).
Alternativ ist es möglich, dass die zweite Kontaktschicht beispielsweise ein reflektierendes, elektrisch leitendes Metall aufweist. In diesem Fall umfasst die zweite Kontaktschicht beispielsweise eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien oder besteht aus einem oder mehreren dieser Materialien: Au, Ag, Al, Cu, Rh, Pd, Pt.
Weiterhin ist es möglich, dass auf der zweiten Kontaktschicht eine Spiegelschicht angeordnet ist. Insbesondere weist die zweiten Kontaktschicht und/oder die Spiegelschicht für die emittierte elektromagnetische Strahlung eine Reflektivität von wenigstens 90%, insbesondere wenigstens 95%, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die zweite Kontaktschicht auf einem Träger angeordnet. Die zweite Kontaktschicht steht mit dem Träger beispielsweise in elektrisch leitendem Kontakt.
Der Träger ist beispielsweise aus einem Kunststoff, einem metallischen und/oder keramischen Metall gebildet oder besteht daraus. Der Träger ist oder umfasst beispielsweise eine Leiterplatte, eine bedruckte Leiterplatte (Englisch: printed Circuit board, kurz PCB) oder einen Anschlussrahmen (englisch: leadframe). Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers angegeben, mit dem insbesondere ein hier beschriebener strahlungsemittierender Halbleiterkörper hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein erster Halbleiterbereich bereitgestellt, der einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein aktiver Bereich auf den ersten Halbleiterbereich aufgebracht. Insbesondere wird der aktive Bereich epitaktisch auf den ersten Halbleiterbereich aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Bandlücke des aktiven Bereichs in einem Randbereich des herzustellenden Halbleiterkörpers vergrößert. Beispielsweise wird der aktive Bereich zur Vergrößerung der Bandlücke im Randbereich dotiert. Durch das Dotieren werden beispielsweise Leerstellen im aktiven Bereich in dem Randbereich erzeugt.
Die Leerstellen sind beispielsweise dazu ausgebildet, die Bandlücke des aktiven Bereichs im Randbereich vorzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein zweiter Halbleiterbereich, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, aufgebracht. Insbesondere wird der zweite Halbleiterbereich epitaktisch auf dem aktiven Bereich gewachsen. Beispielsweise wird der zweite Halbleiterbereich nach dem dotieren des aktiven Bereichs aufgebracht .
Durch das Wachstum des zweiten Bereichs nach dem Dotieren des aktiven Bereichs kann eine Breite dotierten Randbereichs in der aktiven Schicht in lateralen Richtungen besonders klein ausgeführt werden. Damit können vorteilhafterweise Halbleiterkörper hergestellt werden, die eine besonders kleine laterale Ausdehnung aufweisen. Ein derartiger Halbleiterkörper kann eine maximale laterale Ausdehnung zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 10 pm aufweisen .
Insbesondere wird bei dem hier beschriebenen Verfahren zunächst der erste Halbleiterbereich bereitgestellt. Beispielsweise wird nach dem Bereitstellen der aktive Bereich aufgebracht. Nachdem die Bandlücke des aktiven Bereichs im Randbereich vergrößert ist, folgt insbesondere das Aufbringen des zweiten Halbleiterbereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zum Vergrößern der Bandlücke des aktiven Bereichs ein Dotieren, wobei beim Dotieren des aktiven Bereichs ein erster Dotierstoff in den aktiven Bereich im Randbereich eingebracht wird. Beispielsweise wird ein p-dotierendes Material aus einer Gasphase, einer flüssigen Phase oder einer festen Phase in den aktiven Bereichs im Randbereich eindiffundiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Dotieren des aktiven Bereichs eine Maske auf den aktiven Bereich aufgebracht, derart dass der Randbereich frei von der Maske ist. Die Maske bedeckt beispielsweise den zentralen Bereich und einen Übergangsbereich, der zwischen dem zentralen Bereich und dem Randbereich angeordnet ist.
Die Maske ist insbesondere derart ausgebildet, dass der erste Dotierstoff nicht durch diese Maske in den aktiven Bereich diffundieren kann. Die Maske ist damit insbesondere nicht permeabel für den ersten Dotierstoff.
Beispielsweise wird nach dem Aufbringen des aktiven Bereichs eine Zwischenschicht vollflächig auf den aktiven Bereich aufgewachsen . Bei der Zwischenschicht handelt es sich beispielsweise um ein Halbleiterverbundmaterial, wie beispielsweise GaAs.
Die Zwischenschicht wird zum Beispiel vor dem Dotieren des aktiven Bereichs derart strukturiert, dass der Randbereich des aktiven Bereichs oder der Randbereich der Barriereschicht freigelegt wird. Eine derartige Strukturierung kann mittels einem lithographischen Verfahren erfolgen. In diesem Fall bildet die strukturierte Zwischenschicht die Maske.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine weitere Zwischenschicht auf der Zwischenschicht aufgebracht wird. Bei der weiteren Zwischenschicht handelt es sich beispielsweise um Si02, SiN oder SiOn. In diesem Fall handelt es sich bei der Maske um die weitere Zwischenschicht. In diesem Fall ist es möglich, dass die Zwischenschicht vollflächig über dem aktiven Bereich angeordnet ist und die weitere Zwischenschicht ausschließlich vollständig im zentralen Bereich und im Übergangsbereich angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Maske vor dem Aufbringen des zweiten Halbleiterbereichs entfernt. Ist die Maske durch die weitere Zwischenschicht gebildet, kann die Zwischenschicht vor dem Aufbringen des zweiten Halbleiterbereichs ebenfalls entfernt werden. Insbesondere werden die Zwischenschicht und die weitere Zwischenschicht in einem gemeinsamen Verfahrensschritt entfernt. Die Zwischenschicht oder die Zwischenschicht und die weitere Zwischenschicht werden beispielsweise mittels eines nasschemischen Ätzprozesses, beispielsweise durch Benutzung von Zitronensäure, entfernt.
Vorteilhafterweise schützt die Zwischenschicht den aktiven Bereich zumindest bereichsweise vor äußeren Einflüssen, insbesondere beim Dotieren. Damit kann der zweite Halbleiterbereich nach dem Entfernen der Maske besonders gut auf den aktiven Bereich aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der zweite Halbleiterbereich beim Aufbringen mit einem zweiten Dotierstoff dotiert. In diesem Fall wird der zweite Halbleiterbereich unabhängig von dem Dotieren des aktiven Bereichs erzeugt. Weiterhin kann der zweite Halbleiterbereich unabhängig von einer Erzeugung des ersten Halbleiterbereichs erzeugt werden. Vorteilhafterweise kann der zweite Halbleiterbereich damit in einem Wachstumssystem erzeugt und dotiert werden, das insbesondere verschieden von einem Wachstumssystem des ersten Halbleiterbereichs ist. Damit kann eine Dotantenverschleppung mit Vorteil minimiert werden und der zweite Halbleiterbereich kann besonders dünn ausgeführt werden.
Nachfolgend werden der strahlungsemittierende Halbleiterkörper, der strahlungsemittierende Halbleiterchip und das Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert .
Es zeigen:
Figuren 1 bis 3 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien bei der Herstellung eines Halbleiterkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 4 schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchip gemäß einem Ausführungsbeispiel .
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.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1, 2 und 3 wird gemäß der Figur 1 ein erster Halbleiterbereich 2, der einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, bereitgestellt. Der erste Halbleiterbereich 2 ist beispielsweise n-dotiert ausgebildet. Weiterhin ist der erste Halbleiterbereich 2 beispielsweise epitaktisch auf einem Substrat 12 erzeugt. Bei dem Substrat 12 handelt es sich insbesondere um ein Aufwachssubstrat des ersten Halbleiterbereichs 2. In einem weiteren Schritt wird ein aktiver Bereich 4, insbesondere vollflächig, auf den ersten Halbleiterbereich 2, aufgebracht. Zudem wird eine Barriereschicht 8, insbesondere vollflächig, auf den aktiven Bereich 4, aufgebracht. Beispielsweise wird der aktive Bereich 4 epitaktisch auf den ersten Halbleiterbereich 2 aufgebracht. Weiterhin wird die Barriereschicht 8 zum Beispiel epitaktisch auf den aktiven Bereich 4 aufgebracht.
Zudem wird nach dem Aufbringen der Barriereschicht 8 eine Zwischenschicht 9, insbesondere vollflächig, auf die Barriereschicht 8 aufgebracht. Beispielsweise wird auch die Zwischenschicht 9 epitaktisch aufgebracht.
Der aktive Bereich 4 und die Barriereschicht 8 umfassen insbesondere Indiumgalliumaluminiumphosphid und die Zwischenschicht 9 insbesondere Galliumarsenid. Weiterhin umfasst der erste Halbleiterbereich 2 insbesondere Indiumaluminiumphosphid .
Nachfolgend wird die Zwischenschicht 9 wie in Figur 2 schematisch dargestellt strukturiert. Die Zwischenschicht 9 wird beispielsweise mit einem lithographischen Prozess strukturiert. Nach dem Strukturieren bedeckt die strukturierte Zwischenschicht 9 ausschließlich einen zentralen Bereich 6 und einen Übergangsbereich 7 des herzustellenden Halbleiterkörpers 1. Das heißt, die Barriereschicht 8 wird durch das Entfernen der Zwischenschicht 9 in einem Randbereich 5, der den zentralen Bereich 6 vollständig umgibt, freigelegt.
Nachfolgend kann eine weitere Zwischenschicht 10, insbesondere vollflächig, auf der Zwischenschicht 9 im zentralen Bereich 6 aufgebracht werden. Alternativ ist es möglich, dass die weitere Zwischenschicht 10 vor dem Strukturieren der Zwischenschicht 9, insbesondere vollflächig, auf die Zwischenschicht 9 aufgebracht wird. In diesem Fall werden die Zwischenschicht 9 und die weitere Zwischenschicht 10 beispielsweise mit einem lithographischen Prozess strukturiert, sodass die Barriereschicht 8 in einem Randbereich 5 freigelegt wird.
Die Zwischenschicht 9 und die weitere Zwischenschicht 10 bilden eine Maske 11. In einem weiteren Schritt wird der aktive Bereich 4 in dem Randbereich 5 mit einem ersten Dotierstoff 13 dotiert. Die Maske 11 verhindert hier ein Diffundieren des ersten Dotierstoffs 13 in den zentralen Bereich 6. Es ist jedoch möglich, dass der erste Dotierstoff 13 bei diesem Schritt in lateralen Richtungen bereichsweise unter die Maske 11 diffundiert.
In diesem Fall weist der aktive Bereich 4 im Randbereich 5 eine Dichte des ersten Dotierstoffs 13 auf, die größer ist als eine Dichte des ersten Dotierstoffs 13 im zentralen Bereich 6. Damit weist der aktive Bereich 4 im Randbereich 5 eine Bandlücke auf, die in etwa um 80 meV größer ist als eine Bandlücke im zentralen Bereich 6.
Da der erste Dotierstoff 13 in lateralen Richtungen auch bereichsweise unter Maske 11 diffundiert ist, nimmt die Dichte des ersten Dotierstoffs 13 im aktiven Bereich 4 vom Randbereich 5 zu dem zentralen Bereich 6 kontinuierlich ab. Der Bereich, in den der erste Dotierstoff 13 unter die Maske 11 diffundiert ist, entspricht einem Übergangsbereich 7. Der Übergangsbereich 7 ist in lateralen Richtungen zwischen dem Randbereich 5 und dem zentralen Bereich 6 angeordnet. Eine Breite des Übergangsbereichs 7 ist höchstens so groß, wie eine Dicke des aktiven Bereichs 4 und eine Dicke der Barriereschicht 8. Das heißt, der erste Dotierstoffs 13 kann in lateralen Richtungen höchstens so weit in den aktiven Bereich 4 unter der Maske 11 diffundieren, wie der aktive Bereich 4 und die Barriereschicht 8 dick sind.
In einem weiteren Verfahrensschritt, schematisch dargestellt in der Figur 3, wird die Maske 11 mittels eines Ätzprozesses entfernt. Die Maske 11, insbesondere die Zwischenschicht 9 und die weitere Zwischenschicht 10, werden derart entfernt, dass die Barriereschicht 8 vollständig freigelegt wird.
Nachfolgend wird ein zweiter Halbleiterbereich 3 auf die freigelegte Barriereschicht 8 aufgebracht, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der zweite Halbleiterbereich 3 ist beispielsweise p-dotiert ausgebildet. Der zweite Halbleiterbereich 3 wird insbesondere epitaktisch auf die Barriereschicht 8 aufgebracht. Zudem wird der zweite Halbleiterbereich 3 beim Aufbringen mit einem zweiten Dotierstoff 14 dotiert.
Beispielsweise sind der erste Dotierstoff 13 und der zweite Dotierstoff 14 verschieden voneinander. In diesem Fall kann der erste Dotierstoff 13 mit Zn gebildet sein und der zweite Dotierstoff 14 mit Mg. Insbesondere ist dann der zweite Halbleiterbereich 3 frei von dem ersten Dotierstoff 13.
Alternativ sind der erste Dotierstoff 13 und der zweite Dotierstoff 14 gleich. In diesem Fall sind der der erste Dotierstoff 13 und der zweite Dotierstoff 14 mit Zn gebildet. Für den Fall, dass die Dotierstoffe 13, 14 verschieden oder gleich sind, weist der zweite Halbleiterbereich 3 im Unterschied zu dem aktiven Bereich 4 eine Bandlücke auf, die in lateralen Richtungen und/oder in vertikaler Richtung im Randbereich 5 und im zentralen Bereich 6 gleich ist.
Nach dem Aufbringen des zweiten Halbleiterbereichs 3 wird zudem eine Abschlussschicht 15 zur Passivierung des zweiten Halbleiterbereichs 3 auf den zweiten Halbleiterbereich 3 aufgewachsen . Die Abschlussschicht 15 umfasst beispielsweise ein Halbleitermaterial, wie etwa GaAs.
Nachfolgend kann das Substrat 12 von dem ersten Halbleiterbereich 2 abgelöst werden (hier nicht dargestellt).
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 16 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper 1, der beispielsweise mittels dem Verfahren, das in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 hergestellt ist. Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper 1 umfasst einen ersten Halbleiterbereich 2, einen zweiten Halbleiterbereich 3, und einem aktiven Bereich 4, der zwischen dem ersten Halbleiterbereich 2 und dem zweiten Halbleiterbereich 3 angeordnet ist. In diesem Fall ist ein Substrat 12, wie beispielsweise in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 gezeigt, von dem ersten Halbleiterbereich 2 entfernt.
Auf dem ersten Halbleiterbereich 2 ist eine erste Kontaktschicht 17 angeordnet. Weiterhin ist auf dem zweiten Halbleiterbereich 3 eine zweite Kontaktschicht 18 angeordnet. Zudem ist die zweite Kontaktschicht 18 auf einem Träger 19 angeordnet. Die zweite Kontaktschicht 18 steht mit dem Träger 19 in elektrisch leitendem Kontakt. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020 106 113.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
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
1 strahlungsemittierender Halbleiterköper
2 erster Halbleiterbereich 3 zweiter Halbleiterbereich
4 aktiver Bereich
5 Randbereich
6 zentraler Bereich 7 Übergangsbereich 8 BarriereSchicht
9 Zwischenschicht
10 weitere Zwischenschicht 11 Maske 12 Substrat 13 erster Dotierstoff
14 zweiter Dotierstoff
15 AbSchlussSchicht
16 strahlungsemittierender Halbleiterchip 17 erste Kontaktschicht 18 zweite Kontaktschicht
19 Träger

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) mit:
- einem ersten Halbleiterbereich (2) eines ersten Leitfähigkeitstyps,
- einem zweiten Halbleiterbereich (3) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, und
- einem aktiven Bereich (4) zwischen dem ersten Halbleiterbereich (2) und dem zweiten Halbleiterbereich (3), wobei
- der aktive Bereich InGaAlP umfasst,
- der erste Leitfähigkeitstyp n-leitend ausgebildet ist und der zweite Leitfähigkeitstyp p-leitend ausgebildet ist,
- der aktive Bereich (4) in einem Randbereich (5) des Halbleiterkörpers (1) eine größere Bandlücke aufweist als in einem zentralen Bereich (6) des Halbleiterkörpers (1), und
- eine Bandlücke des zweiten Halbleiterbereichs (3) im Randbereich (5) und im zentralen Bereich (6) gleich ist.
2. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- der aktive Bereich (4) im Randbereich (5) einen ersten Dotierstoff (13) umfasst,
- eine Dichte des ersten Dotierstoffs (13) in einem Übergangsbereich (7) des Halbleiterkörpers (1) zwischen dem Randbereich (5) und dem zentralen Bereich (6) in lateralen Richtungen kontinuierlich abnimmt, und
- eine Breite des Übergangsbereichs (7) höchstens so groß ist, wie eine Dicke des aktiven Bereichs (4).
3. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der aktive Bereich (4) im zentralen Bereich (6) frei von dem ersten Dotierstoff (13) ist.
4. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Dotierstoff (13) ein p-dotierendes Material umfasst.
5. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite
Halbleiterbereich (3) einen zweiten Dotierstoff (14) umfasst.
6. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) nach dem Anspruch 5, bei dem der zweite Dotierstoff (14) und der erste Dotierstoff (13) gleich sind.
7. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der zweite Halbleiterbereich (3) frei von dem ersten Dotierstoff (13) ist.
8. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem der aktive Bereich (4) frei von dem zweiten Dotierstoff (14) ist.
9. Strahlungsemittierender Halbleiterköper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bandlücke des aktiven Bereichs (4) im Randbereich (5) um mindestens 50 meV bis höchstens 150 meV größer als im zentralen Bereich (6).
10. Strahlungsemittierender Halbleiterchip mit
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterköper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
- einer ersten Kontaktschicht, die auf dem ersten Halbleiterbereich (2) angeordnet ist, und - einer zweiten Kontaktschicht, die auf dem zweiten Halbleiterbereich (3) angeordnet ist.
11. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die zweite Kontaktschicht auf einem Träger angeordnet ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterköpers (1) mit den Schritten:
- Bereitstellen eines ersten Halbleiterbereichs (2), der einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der erste Leitfähigkeitstyp n-leitend ausgebildet ist und der zweite Leitfähigkeitstyp p-leitend ausgebildet ist,
- Aufbringen eines aktiven Bereichs (4) auf den ersten Halbleiterbereichs (2), wobei der aktive Bereich InGaAlP umfasst,
- Vergrößern einer Bandlücke des aktiven Bereichs (4) in einem Randbereich (5) des herzustellenden Halbleiterkörpers (1),
- Aufbringen eines zweiten Halbleiterbereichs (3), der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zum Vergrößern der Bandlücke des aktiven Bereichs ein Dotieren erfolgt, wobei beim Dotieren des aktiven Bereichs (4) ein erster Dotierstoff (13) in den aktiven Bereich (4) im Randbereich (5) eingebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei vor dem Dotieren des aktiven Bereichs (4) eine Maske (11) auf den aktiven Bereich (4) aufgebracht wird, derart dass der Randbereich (5) frei von der Maske ist.
15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Maske (11) vor dem Aufbringen des zweiten Halbleiterbereichs (3) entfernt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der zweite Halbleiterbereich (3) beim Aufbringen mit einem zweiten Dotierstoff (14) dotiert wird.
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