DE102020106113A1 - Strahlungsemittierender halbleiterkörper, strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterkörpers - Google Patents

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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

  • 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 µm, insbesondere höchstens 10 µm beträgt.
  • 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 InxAl1-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 µm, 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 InxGayAl1 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 InxGayAl1-xP, wobei 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤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 µm.
  • 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 µm, insbesondere höchstens 50 µm oder 10 µm, 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 µm 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 SiO2, 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:
    • 1 bis 3 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien bei der Herstellung eines Halbleiterkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 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 1, 2 und 3 wird gemäß der 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 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 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 4 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper 1, der beispielsweise mittels dem Verfahren, das in Verbindung mit den 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 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.
  • 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
    ersten 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 (16)

  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 (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, - Aufbringen eines aktiven Bereichs (4) auf den ersten Halbleiterbereichs (2), - 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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