DE112018000553B4

DE112018000553B4 - Optoelektronischer Halbleiterchip

Info

Publication number: DE112018000553B4
Application number: DE112018000553.4T
Authority: DE
Inventors: Xue Wang; Markus Bröll
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2023-12-14
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: WO2018138081A1; JP2020506536A; DE112018000553A5; DE102017101637A1; CN110235258A; JP6924836B2; CN110235258B; US11502222B2; US20190386174A1

Abstract

Optoelektronischer Halbleiterchip (20) mit- einer Halbleiterschichtenfolge (10), die ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial aufweist, wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) einen p-Typ Halbleiterbereich (4), einen n-Typ Halbleiterbereich (2), und eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ Halbleiterbereich (2) angeordnete aktive Schicht (3) enthält,- einer an den p-Typ Halbleiterbereich (4) angrenzenden Stromaufweitungsschicht (8), die ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist, und- einer metallischen p-Anschlussschicht (12), die zumindest bereichsweise an die Stromaufweitungsschicht (8) angrenzt, wobei- der p-Typ Halbleiterbereich (4) eine p-Kontaktschicht (7) aufweist, die an die Stromaufweitungsschicht (8) angrenzt,- die p-Kontaktschicht (7) mit C dotiertes GaP aufweist,- eine C-Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht (7) mindestens 5 * 1019cm-3beträgt,- die p-Kontaktschicht (7) weniger als 100 nm dick ist, und- an einer von der Stromaufweitungsschicht (8) abgewandten Seite der p-Kontaktschicht (7) eine Zwischenschicht (15) angeordnet ist, die mit C dotiertes GaP aufweist, wobei die Zwischenschicht (15) eine geringere Dotierstoffkonzentration aufweist als die p-Kontaktschicht (7).

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip, insbesondere einen auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basierenden optoelektronischen Halbleiterchip.
Bei optoelektronischen Halbleiterchips wie z.B. Leuchtdiodenchips wird in der Regel zwischen dem elektrischen Kontakt und der Licht emittierenden Halbleiterschichtenfolge eine vergleichsweise dicke Stromaufweitungsschicht aus einem Halbleitermaterial mit guter elektrischer Leitfähigkeit angeordnet, um einen möglichst gleichmäßigen Stromfluss durch die aktive Schicht zu erzielen.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift US 6 426 518 B1 ein optoelektronischer Halbleiterchip bekannt, bei dem der Licht emittierende Bereich auf einem Phosphid-Verbindungshalbleiter basiert, wobei zwischen dem elektrischen Kontakt und dem Licht emittierenden Bereich eine Stromaufweitungsschicht aus p-AlGaAs angeordnet ist. Die Stromaufweitungsschicht weist eine Dicke zwischen 1 um und 10 um auf.
Die Druckschrift TSAI, Tsung-Yuan, et al.: On an AlGaInP multiple quantum well light emitting diode with a thin carbon-doped GaP contact layer structure", Journal of The Electrochemical Society, 2010, 157. Jg., Nr. 4, S. H459, beschreibt eine Licht emittierende Diode mit einer dünnen mit Kohlenstoff dotierten GaP Kontaktschicht und einer transparenten leitfähigen Indiumzinnoxid (ITO)-Schicht.
In der Druckschrift EP 2 950 355 A1 ist ein Licht emittierendes Bauelement mit einer Licht emittierenden Struktur angegeben.
Es hat sich herausgestellt, dass sich mit vergleichsweise dicken Stromaufweitungsschichten aus AlGaAs eine gute Stromaufweitung erzielen lässt, aber andererseits auch ein nicht unerheblicher Anteil der emittierten Strahlung absorbiert wird. Die Absorption einer dicken Stromaufweitungsschicht ist insbesondere dann nicht vernachlässigbar, wenn die emittierte Strahlung kurzwellig ist und/oder oder Aluminiumanteil in der Stromaufweitungsschicht gering ist. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass eine Erhöhung des Aluminiumanteils in der Stromaufweitungsschicht die Empfindlichkeit des optoelektronischen Halbleiterchips gegenüber Feuchtigkeit erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der sich durch eine geringe optische Absorption und gleichzeitig eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der optoelektronische Halbleiterchip enthält eine Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert. „Auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass eine oder mehrere Schichten der Halbleiterschichtenfolge ein III-Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise In_xAl_yGa_1-x-yP umfassen, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, Al, Ga, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Insbesondere umfasst die Halbleiterschichtenfolge mehrere Schichten aus In_xGa_yAl_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1.
Die Halbleiterschichtenfolge enthält einen p-Typ Halbleiterbereich, einen n-Typ Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich und dem n-Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht zur Emission elektromagnetischer Strahlung.
Die aktive Schicht kann z. B. als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte oder Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Der optoelektronische Halbleiterchip enthält eine an den p-Typ Halbleiterbereich angrenzende Stromaufweitungsschicht, die ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist, und eine metallische p-Anschlussschicht, die zumindest bereichsweise an die Stromaufweitungsschicht angrenzt. Die p-Anschlussschicht weist ein Metall oder eine Metalllegierung auf und ist an einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht angeordnet. Die metallische p-Anschlussschicht dient insbesondere zur Stromzufuhr durch eine Stromaufweitungsschicht in den p-Typ Halbleiterbereich, sie kann aber auch gleichzeitig die Funktion einer Spiegelschicht haben.
Der p-Typ Halbleiterbereich weist eine p-Kontaktschicht auf, die an die Stromaufweitungsschicht angrenzt, wobei die p-Kontaktschicht mit Kohlenstoff (C) dotiertes Galliumphosphid (GaP) aufweist. Die p-Kontaktschicht ist vorteilhaft eine hoch dotierte Schicht, wobei die Dotierstoffkonzentration von Kohlenstoff in der p-Kontaktschicht mindestens 1 * 10¹⁹ cm^-3, bevorzugt mindestens 5 * 10¹⁹ cm^-3 beträgt. Weiterhin ist die p-Kontaktschicht eine vergleichsweise dünne Schicht, deren Dicke weniger als 100 nm beträgt.
Bei dem hierin beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip kann die p-Kontaktschicht aus C-dotiertem GaP vorteilhaft sehr dünn sein, da sich mit C-dotiertem GaP ein guter elektrischer Kontakt mit hoher Leitfähigkeit realisieren lässt. Insbesondere ist GaP mit einer vergleichsweise hohen Dotierstoffkonzentration von C herstellbar. Weiterhin kann die p-Kontaktschicht vorteilhaft vergleichsweise dünn sein, weil sie nicht die Funktion der Stromaufweitung erfüllen muss. Vielmehr erfolgt die Stromaufweitung bei dem hier beschriebenen Leuchtdiodenchip im Wesentlichen durch die Stromaufweitungsschicht aus dem transparenten leitfähigen Oxid, die zwischen der p-Kontaktschicht und der metallischen p-Anschlussschicht angeordnet ist.
Der optoelektronische Halbleiterchip mit einer dünnen mit C dotierten GaP-Schicht als p-Kontaktschicht und einer Stromaufweitungsschicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid zeichnet sich insbesondere durch eine besonders geringe Absorption und eine verbesserte Feuchtebeständigkeit aus.
Bevorzugt beträgt die C-Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht mehr als 5 * 10¹⁹ cm^-3. Insbesondere kann die C-Dotierstoffkonzentration einen Wert zwischen 5 * 10¹⁹ cm^-3 und 1 * 10²² cm^-3 aufweisen, beispielsweise etwa 5 * 10²⁰ cm^-3. Auf diese Weise wird ein besonders guter elektrischer Kontakt zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich und der Stromaufweitungsschicht hergestellt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Dicke der p-Kontaktschicht zwischen 1 nm und 100 nm. Eine so geringe Dicke der p-Kontaktschicht hat insbesondere den Vorteil, dass die Absorption in der p-Kontaktschicht besonders gering ist. Bei bevorzugten Ausgestaltungen kann die p-Kontaktschicht insbesondere weniger als 50 nm oder weniger als 35 nm dick sein.
Weiterhin ist es insbesondere bei einer p-Kontaktschicht mit einer geringen Dicke möglich, dass diese nicht relaxiert oder zumindest zum Teil nicht relaxiert ist. Beim epitaktischen Aufwachsen der p-Kontaktschicht aus C-dotiertem GaP auf der darunter liegenden Halbleiterschicht, insbesondere einer InGaAlP-Schicht, wächst diese in einem Dickenbereich bis zu einigen Nanometern typischerweise zunächst mit der Gitterkonstante der darunter liegenden Halbleiterschicht auf, bis sie relaxiert, d.h. dass sich insbesondere durch die Ausbildung von Versetzungen die ihrer Materialzusammensetzung entsprechende Gitterkonstante einstellt. In dem Dickenbereich von 1 nm bis 100 nm ist die p-Kontaktschicht vorteilhaft noch nicht oder zumindest überwiegend noch nicht relaxiert. Die Defektdichte und die die Oberflächenrauheit sind daher in diesem Bereich vorteilhaft besonders gering. Die rms-Oberflächenrauheit der p-Kontaktschicht an der Grenzfläche zur Stromaufweitungsschicht beträgt vorteilhaft weniger als 2 nm.
Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips sind die Stromaufweitungsschicht und die p-Kontaktschicht bereichsweise unterbrochen. Dies kann vorteilhaft sein, um gezielt den Stromfluss durch einen Teilbereich des optoelektronischen Halbleiterchips zu reduzieren. Auf diese Weise kann insbesondere die Absorption in einer metallischen Anschlussschicht vermindert werden. Der optoelektronische Halbleiterchip kann insbesondere eine n-Anschlussschicht aufweisen, wobei die Stromaufweitungsschicht und die p-Kontaktschicht in einem der n-Anschlussschicht gegenüberliegenden Bereich unterbrochen sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass unterhalb der absorbierenden n-Anschlussschicht weniger Strahlung erzeugt und so Absorptionsverluste vermindert werden.
Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist an einer von der Stromaufweitungsschicht abgewandten Seite der p-Kontaktschicht eine p-dotierte InGaAlP-Schicht angeordnet. Die p-dotierte InGaAlP-Schicht kann insbesondere einen Indiumanteil von etwa 0,5 aufweisen, beispielsweise die Zusammensetzung In_0,5Ga_0,22Al_0,28P. Die InGaAlP-Schicht kann insbesondere mit Magnesium p-dotiert sein und ist vorzugsweise mehr als 50 nm dick.
Die Stromaufweitungsschicht des optoelektronischen Halbleiterchips weist gemäß zumindest einer Ausgestaltung Indium-Zinn-Oxid (ITO), Indium-Zink-Oxid (IZO) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Diese Materialien sind vorteilhaft transparent und weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Die Dicke der Stromaufweitungsschicht beträgt vorzugsweise zwischen 10 nm und 300 nm, beispielsweise etwa 60 nm. In diesem Dickenbereich ist die Absorption in der Stromaufweitungsschicht vorteilhaft gering.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des optoelektronischen Halbleiterchips ist der n-Typ Halbleiterbereich einer Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt, und der p-Typ Halbleiterbereich ist einem Trägersubstrat des optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen so genannten Dünnfilm-Leuchtdiodenchip, bei dem ein zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge verwendetes Aufwachssubstrat von dem optoelektronischen Halbleiterchip abgelöst ist. Das ursprüngliche Aufwachssubstrat kann insbesondere vom n-Typ Halbleiterbereich der Halbleiterschichtenfolge abgelöst sein. An der Seite des dem ursprünglichen Aufwachssubstrat gegenüberliegenden p-Typ Halbleiterbereichs ist der optoelektronische Halbleiterchip vorzugsweise mit dem Träger verbunden, beispielsweise mittels einer Lötverbindung. Der Träger ist in diesem Fall von einem Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge verschieden und weist beispielsweise Silizium, Molybdän, Germanium oder eine Keramik auf. Im Gegensatz zu herkömmlichen LEDs, bei denen in der Regel der n-Typ Halbleiterbereich dem Substrat und der p-Typ Halbleiterbereich der Strahlungsaustrittsfläche zugewandt ist, ist bei dem optoelektronischen Halbleiterchip in der Ausgestaltung als Dünnfilm-Leuchtdiodenchip der p-Typ Halbleiterbereich dem Träger und der n-Typ Halbleiterbereich der Strahlungsaustrittsfläche zugewandt.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des optoelektronischen Halbleiterchips weist die p-Anschlussschicht Gold oder Silber auf. Gold und Silber zeichnen sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe Reflektivität aus. Eine hohe Reflektivität der p-Anschlussschicht ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der p-Typ Halbleiterbereich dem Träger des optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt ist. In diesem Fall kann die p-Anschlussschicht aus der aktiven Schicht in Richtung des Trägers emittierte Strahlung zu einer Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips hin umlenken. Es ist möglich, dass die p-Anschlussschicht zur Verbesserung der Haftung eine dünne Haftvermittlerschicht aufweist, z.B. eine dünne Schicht aus ITO oder Ti.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 5 näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Größen der einzelnen Elemente sowie die Größenverhältnisse der Elemente untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Der in 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterchip 20 enthält eine Halbleiterschichtenfolge 10, die einen n-Typ Halbleiterbereich 2 und einen p-Typ Halbleiterbereich 4 aufweist. Zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich 2 und dem p-Typ Halbleiterbereich 4 ist eine aktive Schicht 3 angeordnet.
Die Halbleiterschichtenfolge 10 basiert auf einem Phosphid-Verbindungshalbleiter, d. h. eine oder mehrere in der Halbleiterschichtenfolge 10 enthaltenen Halbleiterschichten weisen insbesondere In_xGa_yAl_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 auf. Insbesondere sind eine oder mehrere Schichten des n-Typ Halbleiterbereichs 2, der aktiven Schicht 3 und des p-Typ Halbleiterbereich 4 aus Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialien gebildet. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die Halbleiterschichtenfolge 10 eine oder mehrere Schichten eines anderen III-V-Verbindungshalbleitermaterials enthält, beispielsweise eine oder mehrere Arsenid-Verbindungshalbleiterschichten.
Die Halbleiterschichtenfolge 10 ist beispielsweise epitaktisch auf ein Aufwachssubstrat 1 aufgewachsen. Das Aufwachssubstrat 10 ist zum Beispiel ein GaP-Substrat oder ein GaAs-Substrat.
Die aktive Schicht 3 kann insbesondere eine strahlungsemittierende Schicht sein. Insbesondere kann die aktive Schicht 3 einen pn-Übergang oder vorzugsweise eine Einfach- oder Mehrfachquantentopfstruktur umfassen. Beispielsweise ist der optoelektronische Halbleiterchip 20 ein LED-Chip oder ein Halbleiterlaser. Alternativ ist es auch möglich, dass die aktive Schicht 3 eine strahlungsempfangende Schicht und der optoelektronische Halbleiterchip ein Detektor ist.
Der p-Typ Halbleiterbereich 4 kann mehrere p-dotierte Halbleiterschichten 5, 6, 7 enthalten. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass der p-Typ Halbeiterbereich 4 eine oder mehrere undotierte Schichten enthält. Entsprechend kann der n-Typ Halbleiterbereich 2 eine oder mehrere n-dotierte Schichten und gegebenenfalls auch eine oder mehrere undotierte Schichten enthalten.
Der p-Typ Halbleiterbereich 4 weist eine p-Kontaktschicht 7 auf, die an eine Stromaufweitungsschicht 8 angrenzt. Die p-Kontaktschicht 7 ist die äußerste Halbleiterschicht an der p-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips 20.
Die Stromaufweitungsschicht 8 enthält ein transparentes leitfähiges Oxid, beispielsweise ITO. Alternativ könnte das transparente leitfähige Oxid zum Beispiel ZnO oder IZO sein. Die Stromaufweitungsschicht 8 grenzt an eine p-Anschlussschicht 12 aus einem Metall oder einer Metalllegierung an. Die p-Anschlussschicht 12 dient zur Herstellung eines elektrischen Kontakts, um einen elektrischen Strom in die Halbleiterschichtenfolge 10 zu leiten. Eine n-Anschlussschicht 11 zur elektrischen Kontaktierung von der n-Seite kann beispielsweise an der Rückseite des Substrats 1 angeordnet sein, wenn ein elektrisch leitfähiges Substrat 1 verwendet wird. Alternativ sind aber auch andere Anordnungen der n-Anschlussschicht 11 möglich, beispielsweise kann die n-Anschlussschicht 11 auf einem freigelegtem Bereich des n-Typ Halbleiterbereichs 2 angeordnet sein (nicht dargestellt).
Die Stromaufweitungsschicht 8 aus dem transparenten leitfähigen Oxid hat insbesondere den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer hohen Transparenz auf die gesamte p-Kontaktschicht 7 aufgebracht sein kann, wodurch eine gute Stromaufweitung ohne wesentliche Absorptionsverluste erfolgt. Die Dicke der Stromaufweitungsschicht 8 beträgt vorzugsweise zwischen 10 nm und 300 nm, beispielsweise etwa 60 nm.
Die p-Kontaktschicht 7, an der die Stromaufweitungsschicht 8 an die Halbleiterschichtenfolge 10 anschließt, ist vorteilhaft eine C-dotierte GaP-Schicht. Bei der C-Dotierung von GaP lässt sich vorteilhaft eine hohe Dotierstoffkonzentration erreichen. Die Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht 7 kann beispielsweise im Bereich zwischen 1 * 10¹⁹ cm^-3 und 1 * 10²² cm^-3 liegen. Bevorzugt beträgt die Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht 7 mehr als 5 * 10¹⁹ cm^-3, beispielsweise etwa 5 * 10²⁰ cm^-3. Durch die hohe Dotierung der p-Kontaktschicht 7 wird ein guter elektrischer Anschluss an die Stromaufweitungsschicht 8 erzielt.
Die p-Kontaktschicht 7 ist vorteilhaft eine dünne Schicht, die nur weniger als 100 nm, bevorzugt 1 nm bis 35 nm dick ist. Eine so geringe Dicke der p-Kontaktschicht 7 ist insbesondere deshalb möglich, weil die Stromaufweitung bereits in der angrenzenden Stromaufweitungsschicht 8 aus dem transparenten leitfähigen Oxid erfolgt. Die p-Kontaktschicht 7 aus C-dotiertem GaP muss daher nicht zur Stromaufweitung dienen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtdiodenchips, in denen in der Regel eine oder mehrere vergleichsweise dicke p-Typ Halbleiterschichten zur Stromaufweitung eingesetzt werden, hat die sehr dünne p-Kontaktschicht 7 den Vorteil, dass die Absorption nur sehr gering ist.
Weiterhin zeichnet sich die dünne p-Kontaktschicht 7 aus mit C dotiertem GaP vorteilhaft durch eine geringe Rauheit aus. Die rms-Oberflächenrauheit der p-Kontaktschicht 7 an der Grenzfläche zur Stromaufweitungsschicht 8 beträgt vorteilhaft weniger als 2 nm. Die die geringe Rauheit wird insbesondere durch die geringe Dicke, insbesondere im bevorzugten Dickenbereich von etwa 1 nm bis 35 nm, ermöglicht, da die p-Kontaktschicht 7 bei einer so geringen Schichtdicke im Wesentlichen noch nicht komplett relaxiert ist. Anders ausgedrückt ist die p-Kontaktschicht 7 verspannt auf der darunter liegenden Halbleiterschicht 6 aufgewachsen, bei der es sich insbesondere um eine p-dotierte InGaAlP-Schicht 6 handelt. Ein Übergang zur Gitterkonstante des GaP-Halbleitermaterials würde sich erst bei einer größeren Schichtdicke durch Ausbildung von Versetzungen einstellen. Der Ga-Gehalt in der InGaAlP-Schicht 6 ist insbesondere vorteilhaft zur Reduzierung der Alterung.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die p-Kontaktschicht 7 frei von Aluminium ist. Ein hoher Aluminiumgehalt in der p-Kontaktschicht 7 hätte an sich zwar den Vorteil, dass die Absorption aufgrund der durch den hohen Aluminiumgehalt großen elektronischen Bandlücke gering ist. Andererseits hat sich gezeigt, dass eine Halbleiterschicht mit hohem Aluminiumgehalt vergleichsweise empfindlich gegenüber Feuchtigkeit ist. Da bei der hierin beschriebenen p-Kontaktschicht 7 die Absorption bereits aufgrund der geringen Schichtdicke nur sehr gering ist, kann das Halbleitermaterial der p-Kontaktschicht 7 vorteilhaft frei von Aluminium sein, ohne dass eine signifikante Absorption in der p-Kontaktschicht 7 auftritt.
Die Dotierung der p-Kontaktschicht 7 mit Kohlenstoff hat weiterhin den Vorteil, dass eine Diffusion von dem herkömmlicherweise verwendeten Dotierstoff Magnesium in tiefer liegende Halbleiterschichten, insbesondere die aktive Schicht 3, nicht auftritt. Die Problematik der Diffusion ist bei der Verwendung von Kohlenstoff als Dotierstoff geringer als bei der Verwendung von Magnesium.
Bei dem in 2 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 20 handelt es sich um eine sogenannte Dünnfilm-LED, bei der die Halbleiterschichtenfolge 10 von ihrem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgelöst ist. Das ursprüngliche Aufwachssubstrat ist von dem n-Typ Halbleiterbereich 2 abgelöst, der bei diesem Ausführungsbeispiel an der Strahlungsaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips 20 angeordnet ist. Auf der dem ursprünglichen Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Seite ist der optoelektronische Halbleiterchip 20 mit mindestens einer Verbindungschicht 13 wie zum Beispiel einer Lotschicht auf ein Trägersubstrat 14 aufgebracht. Von der aktiven Schicht 3 aus gesehen ist also der p-Typ Halbleiterbereich 4 mit der p-Kontaktschicht 7 dem Trägersubstrat 14 zugewandt. Das Trägersubstrat 14 ist ungleich dem zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 10 verwendeten Aufwachssubstrat. Das Trägersubstrat 14 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial wie zum Beispiel Silizium, Germanium oder Molybdän oder eine Keramik aufweisen.
Wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält die p-Kontaktschicht 7 mit C dotiertes GaP und grenzt an die Stromaufweitungsschicht 8 an, die ein transparentes leitfähiges Oxid wie zum Beispiel ITO enthält. Die Stromaufweitungsschicht 8 grenzt bereichsweise an die p-Anschlussschicht 12 an. Die p-Anschlussschicht 12 ist vorzugsweise eine reflektierende Schicht, um die von der aktiven Zone 5 in Richtung des Trägersubstrat 14 emittierte Strahlung zu der gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche an der Oberfläche des n-Typ Halbleiterbereichs 2 zu reflektieren. Die reflektierende p-Anschlussschicht 12 kann insbesondere Silber oder Gold aufweisen oder daraus bestehen. Silber und Gold zeichnen sich durch eine hohe Reflektivität aus.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Stromaufweitungsschicht 8 und der p-Anschlussschicht 12 bereichsweise eine dielektrische Schicht 9 angeordnet, bei der sich insbesondere um eine Siliziumoxidschicht handeln kann. Aufgrund des vergleichsweise geringen Brechungsindex des dielektrischen Materials der dielektrischen Schicht 9, beispielsweise SiO2, kann die dielektrische Schicht 9 eine Totalreflexion eines Teils der in Richtung des Trägersubstrat 14 emittierten Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche hin bewirken. Die reflektierende Wirkung der metallischen p-Anschlussschicht 12 wird daher durch die dielektrische Schicht 9 vorteilhaft weiter verstärkt. Da die dielektrische Schicht 9 nicht elektrisch leitfähig ist, ist die p-Anschlussschicht 12 durch einen oder mehrere Durchbrüche in der dielektrischen Schicht 9 an die Stromaufweitungsschicht 8 angeschlossen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und die sich daraus ergebenden Vorteile des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals näher erläutert.
Das in 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 20 unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten optoelektronischen Halbleiterchip dadurch, dass die p-Kontaktschicht 7 und die Stromaufweitungsschicht 8 in einem Bereich, der der n-Anschlussschicht 11 gegenüberliegt, unterbrochen sind. Hierzu wird beispielsweise bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips vor dem Aufbringen der dielektrischen Schicht 9 und der p-Anschlussschicht 12 eine Ausnehmung in der Stromaufweitungsschicht 8 und der p-Kontaktschicht 7 erzeugt. Diese Strukturierung erfolgt insbesondere vor dem Ablösen des Aufwachssubstrats und vor dem Verbinden des optoelektronischen Halbleiterchips mit dem Träger 14. Das teilweise Entfernen der Stromaufweitungsschicht 8 und der p-Kontaktschicht 7 in dem Bereich, der der n-Anschlussschicht 11 gegenüberliegt, hat insbesondere den Vorteil, dass der Stromfluss durch die aktive Schicht 3 in diesem Bereich vermindert wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass unterhalb der absorbierenden n-Anschlussschicht 11 weniger Strahlung erzeugt und so Absorptionsverluste vermindert werden.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 3 hinsichtlich seiner Funktionsweise und den weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 20 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, dass an einer von der Stromaufweitungsschicht 8 abgewandten Seite der p-Kontaktschicht 7 eine Zwischenschicht 15 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 15 grenzt insbesondere direkt an die von der Stromaufweitungsschicht 8 abgewandte Seite der p-Kontaktschicht 7 an. Die Zwischenschicht 15 ist beispielsweise zwischen 10 nm und 200 nm dick.
Die Zwischenschicht 15 weist wie die p-Kontaktschicht 7 mit C dotiertes GaP auf, wobei die Zwischenschicht 15 eine geringere Dotierstoffkonzentration auf als die p-Kontaktschicht 7 aufweist. Vorzugsweise weist die p-Kontaktschicht 7 eine C-Dotierstoffkonzentration von mindestens 1 * 10²² cm^-3 auf. Die Zwischenschicht 15 weist in diesem Fall eine Dotierstoffkonzentration von weniger als 1 * 10²² cm^-3 auf. Bevorzugt beträgt die Dotierstoffkonzentration in der Zwischenschicht 15 mehr als 1 * 10¹⁹ cm^-3, insbesondere zwischen 1 * 10¹⁹ cm^-3 und 1 * 10²² cm^-3. Die Zwischenschicht 15 hat insbesondere den Vorteil, dass die Ausbreitung von Defekten aus der höher dotierten p-Kontaktschicht 7 vermindert wird. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 4 hinsichtlich seiner Funktionsweise und den weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
In 5 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 20 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, dass an einer von der Stromaufweitungsschicht 8 abgewandten Seite der p-Kontaktschicht 7 ein Übergitter 16a, 16b aus abwechselnden ersten Schichten 16a und zweiten Schichten 16b angeordnet ist. Das Übergitter 16a, 16b grenzt insbesondere direkt an die von der Stromaufweitungsschicht 8 abgewandte Seite der p-Kontaktschicht 7 an. Das Übergitter 16a, 16b ist insbesondere eine periodische Schichtenfolge, die N Perioden umfassend jeweils eine erste Schicht 16a und eine zweite Schicht 16b aufweist. Die Anzahl der Perioden N des Übergitters beträgt vorzugsweise mehr als 3, beispielsweise etwa 20. Das Übergitter 16a, 16b hat insbesondere den Vorteil, dass die Ausbreitung von Defekten aus der mit C dotierten p-Kontaktschicht 7 vermindert wird. Es ist auch möglich, dass unterhalb der p-Kontaktschicht 7 sowohl die geringer dotierte Zwischensicht aus GaP:C des vorherigen Ausführungsbeispiel als auch und das Übergitter 16a, 16b angeordnet werden.
Das Übergitter 16a, 16b weist vorzugsweise erste Schichten 16a mit der Zusammensetzung In_0,5Ga_xAl_0,5-xP und zweite Schichten 16b mit der Zusammensetzung In_0,5Ga_yAl_0,5-yP auf.
Hierbei gilt vorzugsweise (x-y)/x > 0,05. Beispielsweise ist x = 0,25 und y = 0. Aufgrund der unterschiedlichen Materialzusammensetzungen können die ersten Schichten 16a und zweiten Schichten 16b gegeneinander verspannt sein, beispielsweise im Bereich bis ± 3000 ppm. Die ersten Schichten 16a und die zweiten Schichten 16b des Übergitters sind beispielsweise zwischen 5 nm und 200 nm dick.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 5 hinsichtlich seiner Funktionsweise und den weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Es ist selbstverständlich auch denkbar, die Merkmale der Ausführungsbeispiele der 4 und 5 bei optoelektronischen Halbleiterchips mit umgekehrter Polarität, wie sie in den 2 und 3 dargestellt sind, anzuwenden.
Bezugszeichenliste

1: Aufwachssubstrat
2: n-Typ Halbleiterbereich
3: aktive Schicht
4: p-Typ Halbleiterbereich
5: p-Typ Halbleiterschicht
6: p-InGaAlP Schicht
7: p-Kontaktschicht
8: Stromaufweitungsschicht
9: dielektrische Schicht
10: Halbleiterschichtenfolge
11: n-Anschlussschicht
12: p-Anschlussschicht
13: Verbindungsschicht
14: Träger
15: Zwischenschicht
16a: erste Schichten
16b: zweite Schichten
20: optoelektronischer Halbleiterchip

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (20) mit - einer Halbleiterschichtenfolge (10), die ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial aufweist, wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) einen p-Typ Halbleiterbereich (4), einen n-Typ Halbleiterbereich (2), und eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ Halbleiterbereich (2) angeordnete aktive Schicht (3) enthält, - einer an den p-Typ Halbleiterbereich (4) angrenzenden Stromaufweitungsschicht (8), die ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist, und - einer metallischen p-Anschlussschicht (12), die zumindest bereichsweise an die Stromaufweitungsschicht (8) angrenzt, wobei - der p-Typ Halbleiterbereich (4) eine p-Kontaktschicht (7) aufweist, die an die Stromaufweitungsschicht (8) angrenzt, - die p-Kontaktschicht (7) mit C dotiertes GaP aufweist, - eine C-Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht (7) mindestens 5 * 10¹⁹ cm^-3 beträgt, - die p-Kontaktschicht (7) weniger als 100 nm dick ist, und - an einer von der Stromaufweitungsschicht (8) abgewandten Seite der p-Kontaktschicht (7) eine Zwischenschicht (15) angeordnet ist, die mit C dotiertes GaP aufweist, wobei die Zwischenschicht (15) eine geringere Dotierstoffkonzentration aufweist als die p-Kontaktschicht (7).
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei die C-Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht (7) mindestens 1 * 10²⁰ cm^-3 beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die p-Kontaktschicht (7) eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die p-Kontaktschicht (7) eine Dicke von weniger als 50 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die p-Kontaktschicht (7) eine Dicke von weniger als 35 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromaufweitungsschicht (8) und die p-Kontaktschicht (7) bereichsweise unterbrochen sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 6, wobei der optoelektronische Halbleiterchip eine n-Anschlussschicht (11) aufweist, und wobei die Stromaufweitungsschicht (8) und die p-Kontaktschicht (7) in einem der n-Anschlussschicht (11) gegenüberliegenden Bereich unterbrochen sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die p-Kontaktschicht (7) eine rms-Oberflächenrauheit von weniger als 2 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer von der Stromaufweitungsschicht (8) abgewandten Seite der p-Kontaktschicht (7) eine p-dotierte InAlGaP-Schicht (6) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromaufweitungsschicht (8) ITO, ZnO oder IZO aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromaufweitungsschicht (8) eine Dicke zwischen 10 nm und 300 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der n-Typ Halbleiterbereich (2) einer Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips (20) zugewandt ist, und der p-Typ Halbleiterbereich (4) einem Trägersubstrat (14) des optoelektronischen Halbleiterchips (20) zugewandt ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die p-Anschlussschicht (12) Gold oder Silber aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (15) eine Dotierstoffkonzentration von mehr als 1 * 10¹⁹ cm^-3 aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (15) zwischen 10 nm und 200 nm dick ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer von der Stromaufweitungsschicht (8) abgewandten Seite der p-Kontaktschicht (7) ein Übergitter (16a, 16b) aus abwechselnden ersten Schichten (16a) und zweiten Schichten (16b) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (20) nach Anspruch 16, wobei das Übergitter (16a, 16b) eine periodische Schichtenfolge ist, die mehr als drei Perioden aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (20) nach Anspruch 16 oder 17, wobei die ersten Schichten (16a) und die zweiten Schichten (16b) des Übergitters zwischen 5 nm und 200 nm dick sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Stromaufweitungsschicht (8) und der p-Anschlussschicht (12) bereichsweise eine dielektrische Schicht (9) angeordnet ist, und wobei die p-Anschlussschicht (12) durch einen oder mehrere Durchbrüche in der dielektrischen Schicht (9) an die Stromaufweitungsschicht (8) angeschlossen ist.