DE102006013228A1

DE102006013228A1 - Optoelektronischer Halbleiterkörper

Info

Publication number: DE102006013228A1
Application number: DE200610013228
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Schmid; Bernd Dr. Mayer; Martin Müller
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper mit einer aktiven, zur Strahlungserzeugung geeigneten Zone. Dieser weist eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf, die eine p-dotierte p-Mantelschicht umfasst, die einen ersten und einen zweiten p-Dotierstoff aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterkörper, der eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeigneten aktiven Zone und einer p-Mantelschicht umfasst.
Optoelektronische Halbleiterkörper, die zur Strahlungserzeugung genutzt werden, weisen epitaktische Halbleiterschichtenfolgen auf, die unter Verwendung bestimmter p-Dotierstoffe hergestellt werden. Verschiedene Dotierstoffe bringen in der Regel jeweils spezifische Nachteile mit sich, die sich beispielsweise auf die optischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Halbleiterkörpers sowie auf das Herstellungsverfahren für einen solchen Halbleiterkörper auswirken können.

Die Druckschriften Cleo Europe, 2003, S. 146, Cleo, 2003, CTuM 29, Japanese Journal of Applied Physics, 2004, Bd. 43, S. 1951, IEEE Photonics Technology Letters, 2005, Bd. 17, S. 1375 und JP 08032111 A beschreiben den Schichtaufbau solcher strahlungsemittierender Halbleiterkörper. Verfahren zur Herstellung entsprechender epitaktischer Halbleiterschichtenfolgen werden beispielsweise in den Druckschriften JP 08335555 A und WO 03/044840 A1 beschrieben. Die Druckschrift IEEE Journal of Quantum Electronics, 1993, Bd. 29, S. 1337 geht auf den Einfluss von Elektronenleckströmen in A1GaInP Quantentopf-Lasern ein.

Eine Aufgabe der p-Mantelschicht besteht in der Regel darin, Ladungsträger in der aktiven Zone zu lokalisieren. Weiterhin sollte die p-Mantelschicht zudem eine hinreichende Leitfähigkeit für Löcher aufweisen. Hierzu ist die p-Mantelschicht in der Regel mit einem einzigen p-Dotierstoff dotiert. Gängige p-Dotierstoffe führen aber in der Regel entweder zu geringen Ladungsträgerkonzentrationen, diffundieren in die aktive Zone und können dort strahlungslose Rekombination begünstigen oder erschweren den Epitaxieprozess zur Herstellung des Halbleiterkörpers.

Beispielsweise ist aus der Druckschrift IEEE Journal of Quantum Electronics, 2004, Bd. 40, S. 1634, bekannt, dass bei Laserdioden auf Basis von AlGaInP, die Zink als p-Dotierstoff aufweisen, Zink in die aktive Zone diffundiert und dort strahlungslose Rekombination hervorruft. Zudem sind die maximal erzielbaren Zink-Konzentrationen nur relativ gering, so dass nur eine geringe Ladungsträgerkonzentration und ein unzureichender Einschluss der Ladungsträger in der aktiven Zone erreicht werden kann. Solche Laserdioden haben eine vergleichsweise geringe Effizienz und kurze Lebensdauer.

Bei der Herstellung von Halbleiterkörpern auf AlGaInP-Basis mit Magnesium als p-Dotierstoff tritt in der Regel das Problem auf, dass sich das Magnesium beim Abscheiden der p-Mantelschicht im Epitaxie-Reaktor anreichert. Bevor weitere Schichten hergestellt werden, muss das Magnesium zeitaufwendig aus dem Epitaxie-Reaktor entfernt werden. Zudem weisen mit Magnesium dotierte Schichten häufig eine Vielzahl an Fehlstellen und Versetzungen sowie makroskopische Defekte auf, die die Lichtausbeute verringern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Halbleiterkörper der eingangs genannten Art mit einer verbesserten p-dotierten Mantelschicht anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiterkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Halbleiterkörpers sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 14 angegeben.

Ein optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß der Erfindung umfasst insbesondere eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit:

– einer aktiven Zone, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und
– einer p-Mantelschicht die einen ersten und einen zweiten p-Dotierstoff aufweist.

Der Halbleiterkörper umfasst eine p-dotierte p-Mantelschicht, die neben einem ersten p-Dotierstoff vorteilhafterweise mindestens einen zweiten p-Dotierstoff aufweist.

Durch die Ko-Dotierung der p-Mantelschicht mit einem ersten und einem zweiten p-Dotierstoff werden die erwünschten Eigenschaften der jeweiligen Dotierstoffe kombiniert, während die Nachteile der einzelnen Dotierstoffe minimiert werden.

Der erste und der zweite p-Dotierstoff kann in der gesamten p-Mantelschicht vorhanden sein. Dabei braucht sich die Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs innerhalb der p-Mantelschicht nicht zu ändern.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform beträgt die Schichtdicke der p-Mantelschicht zwischen 0,5 μm und 1,5 μm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich die Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs innerhalb der p-Mantelschicht mit dem Abstand von der aktiven Zone. So kann beispielsweise in einem oder mehreren Teilbereichen der p-Mantelschicht nur der erste p-Dotierstoff vorhanden sein, in anderen Teilbereichen der p-Mantelschicht nur der zweite.

Die Änderung der Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs kann sich über den ganzen Bereich der p-Mantelschicht erstrecken. Sie kann aber auch innerhalb der p-Mantelschicht auf einen oder mehrere Teilbereiche begrenzt sein, während außerhalb dieser Teilbereiche die Konzentration des ersten und/oder zweiten p-Dotierstoffs einen konstanten Wert aufweist. Die Variation der Konzentration kann stufenartig oder kontinuierlich erfolgen. Auch eine Kombination aus stufenartigen und kontinuierlichen Konzentrationsänderungen ist denkbar. Die Konzentration jedes der Dotierstoffe kann dabei innerhalb der Mantelschicht beliebig oft zu- oder abnehmen.

Ein stufenartiger Übergang erfolgt in der Regel zwischen zwei verschiedenen, bevorzugt im Wesentlichen konstanten, Konzentrationen, wobei die Änderung der Konzentration üblicherweise im Verlauf von kleiner oder gleich 100 nm, bevorzugt von kleiner oder gleich 50 nm, und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 25 nm erfolgt.

Ändert sich innerhalb der p-Mantelschicht die Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs, können die elektronischen Eigenschaften und die Bandstruktur der Mantelschicht gezielt eingestellt werden.

Außerdem ist es auf diese Weise möglich, den Herstellungsprozess zu optimieren. Beispielsweise kann der Eintrag des ersten Dotierstoffs in den Epitaxiereaktor noch während des Wachstums der p-Mantelschicht abgebaut werden. Zugleich kann auf diese Weise die Menge des ersten p-Dotierstoffs, die nach einem Epitaxie-Prozess im Epitaxiereaktor verbleibt, verringert werden.

Vorteilhafterweise ist der erste p-Dotierstoff dann nicht oder nur in geringem Maß im Epitaxiereaktor vorhanden, wenn Schichten hergestellt werden, die nicht mit dem ersten p-Dotierstoff dotiert werden sollen. So kann eine geringere Versetzungs- und Fehlstellendichte erzielt und dem Entstehen makroskopischer Defekte, die in der Regel eine Ausdehnung von größer oder gleich 1 μm entlang der Haupterstreckungsebene einer Schicht haben, vorgebeugt werden. Zudem kann so, beispielsweise bei nachfolgenden Epitaxie-Prozessen, der Einbau des ersten p-Dotierstoffs in n-dotierte Schichten verringert oder verhindert werden, wo er zu einer Reduktion der n-Dotierung führen könnte.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform nimmt die Konzentration des ersten p-Dotierstoffs innerhalb der p-dotierten Mantelschicht mit zunehmendem Abstand von der aktiven Zone ab und die Konzentration des zweiten p-Dotierstoffs mit zunehmendem Abstand von der aktiven Zone zu. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der der aktiven Zone benachbarte Randbereich der p-Mantelschicht im Wesentlichen mit dem ersten p-Dotierstoff dotiert und der von der aktiven Zone weiter entfernte Randbereich der p-Mantelschicht im Wesentlichen mit dem zweiten p-Dotierstoff. Es ist aber auch möglich, dass der der aktiven Zone benachbarte Randbereich und/oder der von der aktiven Zone entfernte Randbereich der p-Mantelschicht mit dem ersten und dem zweiten p-Dotierstoff zugleich, beispielsweise mit unterschiedlichen Konzentrationen, dotiert ist. Zwischen diesen Randbereichen gibt es bei dieser Ausführungsform mindestens einen Übergang, bei dem die Konzentration des ersten p-Dotierstoffs abnimmt und/oder die des zweiten p-Dotierstoffs zunimmt. Dieser Übergang kann beispielsweise im Verlauf von der aktiven Schicht weg kontinuierlich über die ganze Mantelschicht oder einen Teilbereich der Mantelschicht erfolgen, oder die Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs kann sich im Verlauf von der aktiven Schicht weg an mindestens einer Stelle stufenartig ändern.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die p-Mantelschicht einen ersten Teilbereich auf, der den ersten p-Dotierstoff, aber nicht den zweiten p-Dotierstoff, umfasst und einen zweiten Teilbereich, der den zweiten p-Dotierstoff, aber nicht den ersten p-Dotierstoff umfasst. Diese beiden Teilbereiche können beispielsweise direkt aneinander angrenzen. Alternativ können diese Teilbereiche auch durch mindestens einen weiteren dritten Teilbereich voneinander getrennt sein.

Die Schichtdicken des ersten und zweiten Teilbereichs der p-Mantelschicht betragen bevorzugt zwischen 10 Prozent und 90 Prozent der Schichtdicke der p-Mantelschicht, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Der erste und der zweite Teilbereich der p-Mantelschicht hat also bevorzugt eine Dicke zwischen 50 nm und 1,4 μm.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die p-Mantelschicht einen dritten Teilbereich, der den ersten und den zweiten p-Dotierstoff zugleich enthält. Dieser Teilbereich ist bevorzugt zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich angeordnet. Die Konzentration des ersten und zweiten p-Dotierstoffs in dem dritten Teilbereich kann derjenigen des jeweiligen Dotierstoffs im ersten beziehungsweise zweiten Teilbereich entsprechen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs in dem dritten Teilbereich von der jeweiligen Konzentration im ersten beziehungsweise zweiten Teilbereich abweicht. Insbesondere ist denkbar, dass die Konzentration des ersten und/oder zweiten p-Dotierstoffs sich innerhalb des dritten Teilbereichs kontinuierlich oder stufenartig ändert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der dritte Teilbereich eine Schichtdicke zwischen 50 nm und 200 nm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers ist die aktive Zone zwischen zwei Wellenleiterschichten angeordnet, welche vorzugsweise unmittelbar an die aktive Zone angrenzen. Dabei weist gemäß einer Ausführungsform mindestens eine der Wellenleiterschichten einen Brechungsindex auf, der sich kontinuierlich und/oder stufenartig ändert. Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine dieser Wellenleiterschichten zwischen der aktiven Zone und der p-Mantelschicht angeordnet. Die zwischen der aktiven Zone und der p-Mantelschicht angeordnete Wellenleiterschicht kann ebenfalls mit dem ersten und/oder dem zweiten p-Dotierstoff dotiert sein. Bevorzugt weist dabei die Wellenleiterschicht eine niedrige Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs auf. Zweckmäßigerweise ist diese Konzentration kleiner oder gleich 1·10¹⁷ Atome/cm³, bevorzugt liegt sie zwischen 1·10¹⁶ Atome/cm³ und 1·10¹⁷ Atome/cm³, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird für die p-Mantelschicht des Halbleiterkörpers als erster p-Dotierstoff Magnesium verwendet. Mit diesem lassen sich beispielsweise in vorteilhafter Weise eine hohe Ladungsträgerkonzentration erzielen und scharfe Übergänge gestalten sowie hohe Potentialbarrieren ausbilden.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird als zweiter p-Dotierstoff in der p-Mantelschicht Zink verwendet, das zum Beispiel vorteilhafterweise eine hohe Kristallqualität, insbesondere eine geringe Versetzungsdichte und/oder eine geringe Fehlstellendichte, gewährleistet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist Magnesium als erster p-Dotierstoff im ersten Teilbereich der p-Mantelschicht und Zink als zweiter p-Dotierstoff im zweiten Teilbereich der p-Mantelschicht enthalten. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Teilbereich um den der aktiven Zone benachbarten Randbereich und bei dem zweiten Teilbereich um den von der aktiven Zone entfernten Randbereich. Diese beiden Teilbereiche können benachbart oder durch einen dritten Teilbereich, der Magnesium und Zink als ersten und zweiten p-Dotierstoff zugleich enthält, getrennt sein.

Mit Magnesium als p-Dotierstoff lässt sich insbesondere eine hohe Ladungsträgerkonzentration und damit eine hohe Potentialbarriere zu benachbarten Bereichen, etwa der aktiven Zone, erzielen. Eine auf diese Weise mittels Magnesiumdotierung bewirkte scharfe und hohe Potentialbarriere, die der aktiven Zone benachbart ist, verringert mit Vorteil einen Elektronenleckstrom aus der aktiven Zone heraus. Zudem ist die zeitliche Änderung des Konzentrationsprofils durch Diffusion bei einer Dotierung mit Magnesium vergleichsweise gering, was sich günstig auf die Lebensdauer des Halbleiterkörpers auswirkt. Zugleich besitzt der Halbleiterkörper aufgrund der Zink-Dotierung eine stabile Schichtstruktur die üblicherweise im Wesentlichen keine makroskopischen Defekte und eine geringe Dichte an Punkt- und/oder Liniendefekten aufweist. Die gemeinsame Verwendung von Magnesium und Zink als p-Dotierstoffe in der p-Mantelschicht ermöglicht in der Regel eine besonders hohe Ladungsträgerkonzentration.

Während des Abscheidens des Zink-dotierten Teilbereiches der p-Mantelschicht kann vorteilhafterweise gleichzeitig der Magnesium-Hintergrund im Epitaxiereaktor abgebaut werden. Eine Entfernung des Magnesiums aus dem Epitaxiereaktor beispielsweise im Anschluss an die Herstellung der p-Mantelschicht kann dadurch entfallen. So kann der Herstellungsprozess wesentlich beschleunigt und eine kostengünstigere Produktion erreicht werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die p-Mantelschicht des Halbleiterkörpers mindestens einen weiteren Dotierstoff auf. Bei einem solchen weiteren Dotierstoff kann es sich um einen p- und/oder einen n-Dotierstoff handeln. Der mindestens eine weitere Dotierstoff kann entweder in der gesamten Mantelschicht vorhanden sein, oder die Ko-Dotierung mit dem weiteren Dotierstoff kann auf einen Teilbereich der p-Mantelschicht beschränkt sein. Die Teilbereiche, die den weiteren Dotierstoff enthalten, brauchen dabei nicht mit den Teilbereichen der Mantelschicht identisch zu sein, die den ersten, den zweiten, oder zugleich den ersten und den zweiten p-Dotierstoff enthalten. Es ist jedoch auch möglich, dass mindestens einer der Teilbereiche, die den ersten und/oder zweiten p-Dotierstoff enthalten, mit dem Teilbereich der p-Mantelschicht zusammenfällt, der den weiteren Dotierstoff enthält. Der Teilbereich der p-Mantelschicht, der den weiteren Dotierstoff – beispielsweise Silizium – enthält, ist bevorzugt der aktiven Zone benachbart. Besonders bevorzugt stellt er eine Diffusions-Stoppschicht dar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform basiert die Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Halbleiterkörpers auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial.

„Auf Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Zone und/oder die p-Mantelschicht, ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_l-n-mP aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen,. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

Die maximale Konzentration des ersten und des zweiten p-Dotierstoffs beträgt bevorzugt zwischen 1·10¹⁶ Atome/cm³ und 1·10²⁰ Atome/cm³, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Besonders bevorzugt beträgt die maximale Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs – zumindest außerhalb des von der aktiven Zone entfernten und/oder des der aktiven Zone benachbarten Randbereichs der p-Mantelschicht – zwischen 1·10¹⁷ Atome/cm³ und 5·10¹⁸ Atome/cm³, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.

In dem von der aktiven Zone entfernten und/oder in dem der aktiven Zone benachbarten Randbereich der p-Mantelschicht kann die maximale Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs, beispielsweise aufgrund von Diffusionsprozessen, zwischen 1·10¹⁸ Atome/cm³ und 1·10²⁰ Atome/cm³, insbesondere zwischen 5·10¹⁸ Atome/cm³ und 5·10¹⁹ Atome/cm³, betragen, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.

In dem der aktiven Zone benachbarten Randbereich der p-Mantelschicht kann der erste und/oder der zweite p-Dotierstoff jedoch auch in besonders geringer Konzentration vorliegen – beispielsweise in einer Konzentration von kleiner oder gleich 1·10¹⁷ Atome/cm³, bevorzugt zwischen 1·10¹⁶ Atome/cm³ und 1·10¹⁷ Atome/cm³, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. So kann beispielsweise eine besonders hohe Strahlungsausbeute erzielt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die maximale Konzentration des ersten p-Dotierstoffs höher als die des zweiten p-Dotierstoffs. Beispielsweise kann die maximale Konzentration des ersten p-Dotierstoffs etwa doppelt so hoch sein, wie die des zweiten p-Dotierstoffs.

In einem dritten Teilbereich der p-Mantelschicht, der den ersten und den zweiten p-Dotierstoff zugleich enthält, beträgt die maximale Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs bevorzugt zwischen 1·10¹ Atome/cm³ und 1·10¹⁸ Atome/cm³, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Halbleiterkörper geeignet, Laserstrahlung zu erzeugen.

Bei einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterkörper um einen Leuchtdiodenchip.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1, einen schematischen Querschnitt einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2, einen schematischen Querschnitt einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
3, einen schematischen Querschnitt einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten oder Dotierstoffe, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis relativ zu anderen Bestandteilen des jeweiligen Ausführungsbeispiels übertrieben groß dargestellt sein.
Der optoelektronische Halbleiterkörper des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone 1 auf, in der Strahlung erzeugt wird.
Zur Strahlungserzeugung umfasst die aktive Zone 1 bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder besonders bevorzugt eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW). Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u. a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Beispiele für MQW-Strukturen sind in den Druckschriften WO 01/39282, US 5,831,277 , US 6,172,382 B1 und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die aktive Zone 1 ist zwischen zwei Wellenleiterschichten 2 angeordnet, so dass der Halbleiterkörper vorliegend eine Laserdiode bildet, die geeignet ist Laserstrahlung zu erzeugen. Die Wellenleiterschichten 2 können auch weggelassen sein, dann handelt es sich bei dem Halbleiterkörper in der Regel um einen Leuchtdiodenchip. Weiterhin ist die aktive Zone 1 zwischen einer n-dotierten n-Mantelschicht 3 und einer p-dotierten p-Mantelschicht 4 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine der Wellenleiterschichten 2 zwischen der aktiven Zone 1 und der p-Mantelschicht 4 angeordnet. Die andere Wellenleiterschicht 2 ist zwischen der aktiven Zone 1 und der n-Mantelschicht 3 angeordnet. Diese epitaktische Schichtenfolge aus n-Mantelschicht 3, Wellenleiterschicht 2, aktive Zone 1, Wellenleiterschicht 2 und p-Mantelschicht 4 enthält vorliegend AlGaInP. Es kann aber auch ein anderes Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial verwendet sein.
Die p-Mantelschicht 4 weist einen ersten Teilbereich 5 auf, der mit einem ersten p-Dotierstoff 8 dotiert ist und einen zweiten Teilbereich 6, der mit einem zweiten p-Dotierstoff 9 dotiert ist. Vorzugsweise ist im ersten Teilbereich 5 Magnesium als erster p-Dotierstoff 8 eingesetzt. Vorliegend ist der erste Teilbereich 5 benachbart an die aktive Zone 1 angeordnet und bildet einen der aktiven Zone 1 benachbarten Randbereich. In einem zweiten Teilbereich 6 der p-Mantelschicht 4, der vorliegend ein von der aktiven Zone 1 entfernter Randbereich ist, ist bevorzugt Zink als zweiter p-Dotierstoff 9 vorhanden. Der erste und der zweite Teilbereich 5 und 6 können beispielsweise aneinander angrenzen.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich 5, 6 der p-Mantelschicht 4 nicht notwendigerweise eine klare Trennlinie vorliegen muss. Vielmehr können der erste und der zweite Teilbereich 5, 6 auch zumindest stellenweise überlappen, beispielsweise auf Grund des Herstellungsprozesses.
Die Schichtdicke der p-Mantelschicht 4 beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 μm und 1,5 μm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Vorliegend beträgt sie etwa 1 μm. Die Schichtdicken des ersten und zweiten Teilbereichs 5, 6 betragen vorliegend zwischen 100 nm und 900 nm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Die maximale Konzentration des ersten und des zweiten p-Dotierstoffs, beträgt vorliegend außerhalb des von der aktiven Zone entfernten und des der aktiven Zone benachbarten Randbereichs der p-Mantelschicht zwischen 1·10¹⁷ Atome/cm³ und 5·10¹⁸ Atome/cm³, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. In dem von der aktiven Zone entfernten und/oder in dem der aktiven Zone benachbarten Randbereich der p-Mantelschicht beträgt vorliegend die maximale Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffs, beispielsweise aufgrund von Diffusionsprozessen, zwischen 1·10¹⁸ Atome/cm³ und 1·10²⁰ Atome/cm³, insbesondere zwischen 5·10¹⁸ Atome/cm³ und 5·10¹⁹ Atome/cm³, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Der optoelektronische Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bildet aufgrund der Magnesiumdotierung in dem der aktiven Zone 1 benachbarten ersten Teilbereich 5 der p-Mantelschicht 4 eine hohe Potentialbarriere gegenüber der aktiven Zone 1 aus, die eine effektive Begrenzung der Elektronen auf die aktive Zone 1 erlaubt. Dies wird sowohl durch die geringe Diffusionskonstante von Magnesium begünstigt, die stufenartige Übergänge erlaubt, als auch durch das hohe Dotierniveau, das mit diesem p-Dotierstoff erreicht werden kann. Da Magnesium jedoch nicht im gesamten Bereich der p-Mantelschicht verwendet wird, bleibt bei der Herstellung des Halbleiterkörpers der Gesamteintrag dieses Elements in den Epitaxiereaktor, wo es sich nachteilig auf den Herstellungsprozess auswirkt, gering. Im Epitaxiereaktor vorhandenes Magnesium wird während des Wachstums des zinkdotierten zweiten Teilbereichs 6 der p-Mantelschicht 4 bereits abgebaut, so dass der Herstellungsprozess effizienter gestaltet werden kann.
Bei dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem ersten Teilbereich 5 der p-Mantelschicht 4, der der aktiven Zone benachbart angeordnet und vorliegend mit Magnesium als erstem p-Dotierstoff 8 dotiert ist, und dem zweiten Teilbereich 6, der weiter von der aktiven Zone 1 entfernt und bevorzugt mit Zink als zweitem p-Dotierstoff 9 dotiert ist, ein dritter Teilbereich 7 angeordnet. Dieser dritte Teilbereich 7 ist mit dem ersten und dem zweiten p-Dotierstoff 8, 9 zugleich dotiert. Dadurch kann beispielsweise die Gesamtkonzentration an p-Dotierstoffen gegenüber den Bereichen 5 bzw. 6 erhöht werden. Die Konzentration des ersten und des zweiten p-Dotierstoffs in dem dritten Teilbereich 7 beträgt vorliegend zwischen 1·10¹⁷ Atome/cm³ und 1·10¹⁸ Atome/cm³, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Der dritte Teilbereichs 7 weist vorliegend eine Schichtdicke zwischen 50 nm und 200 nm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Die Übergänge zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Teilbereich 5, 6, 7 sind vorliegend stufenartig ausgestaltet, so dass die p-Mantelschicht 4 aus definierten Schichten aufgebaut ist. Alternativ kann sich die Konzentration des ersten und/oder zweiten p-Dotierstoffs beim Übergang zwischen dem Teilbereich 5 und dem Teilbereich 7 beziehungsweise dem Teilbereich 7 und dem Teilbereich 6 kontinuierlich ändern.
Zusätzlich kann gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zwischen der p-Mantelschicht 4 und der aktiven Zone 1 eine Diffusionsstoppschicht 10 angeordnet sein, wie in 3 dargestellt. So kann eine Diffusion des ersten und/oder zweiten p-Dotierstoffs 8, 9 in die aktive Zone 1 minimiert werden.
Eine solche Diffusionsstoppschicht ist beispielsweise in der Druckschrift DE 103 06 311 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Vorliegend ist die Diffusionsstoppschicht als Folge von alternierend kompressiv und tensil verspannten Schichten ausgeführt, die bevorzugt mit einem weiteren Dotierstoff stark n-dotiert ist, wobei als weiterer Dotierstoff beispielsweise Silizium verwendet ist.
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.

Claims

Optoelektronischer Halbleiterkörper umfassend eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit: – einer aktiven Zone (1), die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und – einer p-Mantelschicht (4), die einen ersten und einen zweiten p-Dotierstoff (8, 9) aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 1, bei dem sich die Konzentration des ersten und/oder des zweiten p-Dotierstoffes (8, 9) innerhalb der p-Mantelschicht (4) mit dem Abstand von der aktiven Zone ändert.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 2, bei dem innerhalb der p-dotierten Mantelschicht (4) die Konzentration des ersten p-Dotierstoffs (8) mit zunehmendem Abstand von der aktiven Zone abnimmt und die des zweiten p-Dotierstoffs (9) mit zunehmendem Abstand von der aktiven Zone zunimmt.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem die p-Mantelschicht (4) einen ersten Teilbereich (5) aufweist, der den ersten p-Dotierstoff (8) umfasst und einen zweiten Teilbereich (6), der den zweiten p-Dotierstoff (9) umfasst.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 4, bei dem der erste Teilbereich (5) frei von dem zweiten p-Dotierstoff (9) ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 5, bei dem der zweite Teilbereich (6) frei von dem ersten p-Dotierstoff (8) ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die p-Mantelschicht (4) einen dritten Teilbereich (7) umfasst, der den ersten und den zweiten Dotierstoff (8, 9) umfasst.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die aktive Zone (1) zwischen Wellenleiterschichten (2) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 8, bei dem die aktive Zone (1) an die Wellenleiterschichten (2) angrenzt.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei dem eine der Wellenleiterschichten (2) zwischen der aktiven Zone (1) und der p-Mantelschicht (4) angeordnet ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste p-Dotierstoff (8) Magnesium ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite p-Dotierstoff (9) Zink ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein der aktiven Zone (1) benachbarter Teil der p-Mantelschicht (4) Magnesium als ersten p-Dotierstoff (8) und ein von der aktiven Zone weiter entfernter Teil der p-Mantelschicht (4) Zink als zweiten p-Dotierstoff (9) aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die p-Mantelschicht (4) mindestens einen weiteren Dotierstoff aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest die aktive Zone (1) und/oder die p-Mantelschicht (4) der Halbleiterschichtenfolge auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die maximale Konzentration des ersten und des zweiten p-Dotierstoffs einen Wert zwischen 1·10¹⁶ Atome/cm³ und 1·10²⁰ Atome/cm³, insbesondere zwischen 1·10¹⁷ Atome/cm³ und 5·10¹⁸ Atome/cm³, aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 16, bei dem der dritte Teilbereich eine Schichtdicke zwischen 50 nm und 200 nm aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der geeignet ist, Laserstrahlung zu erzeugen.
Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der ein Leuchtdiodenchip ist.