DE102007057672A1

DE102007057672A1 - Optoelektronischer Halbleiterkörper

Info

Publication number: DE102007057672A1
Application number: DE102007057672A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Sabathil; Karl Dr. Engl; Lutz Dr. Höppel; Martin Dr. Straßburg; Christoph Dr. Eichler
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-06-04

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper angegeben. Der optoelektronische Halbleiterkörper weist eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf, die eine aktive Schicht enthält, welche zur Erzeugung und/oder zum Empfang elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge enthält eine erste n-leitende Schicht und eine zweite n-leitende Schicht, zwischen denen die aktive Schicht angeordnet ist. Auf der zweiten n-leitenden Schicht ist eine elektrische Anschlussschicht angeordnet. Ein Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht erstreckt sich durch einen Durchbruch der aktiven Schicht hindurch zu der ersten n-leitenden Schicht. Zwischen dem Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht und der ersten n-leitenden Schicht ist eine Schutzdiode ausgebildet.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen optoelektronischen Halbleiterkörper anzugeben, bei dem die Gefahr einer Beschädigung durch elektrostatische Entladung (ESD, electrostatic discharge) besonders gering ist und der eine hohe Effizienz aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterkörper gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit explizit durch Rückbezug in die Beschreibung mit aufgenommen.
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angegeben. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge enthält eine aktive Schicht, welche zur Erzeugung und/oder zum Empfang elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Insbesondere handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterkörper um einen Leuchtdiodenchip, einen Laserdiodenchip und/oder einen Fotodiodenchip.
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge enthält eine erste n-leitende Schicht und eine zweite n-leitende Schicht, zwischen denen die aktive Schicht angeordnet ist. Zweckmäßigerweise enthält die epitaktische Halbleiterschichtenfolge zwi schen der ersten n-leitenden Schicht und der aktiven Schicht eine p-leitende Schicht.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der optoelektronische Halbleiterkörper einen Tunnelübergang zwischen der ersten n-leitenden Schicht und der aktiven Schicht auf, insbesondere zwischen der ersten n-leitenden Schicht und der p-leitenden Schicht.
Der Tunnelübergang enthält mindestens eine n-leitende Tunnelübergangsschicht, die der ersten n-leitenden Schicht zugewandt ist, und eine p-leitende Tunnelübergangsschicht, die der aktiven Schicht zugewandt ist. Die p-leitende Tunnelübergangssschicht kann in der p-leitenden Schicht enthalten sein, die n-leitende Tunnelübergangsschicht kann in der ersten n-leitenden Schicht enthalten sein.
Zwischen der n-leitenden und der p-leitenden Tunnelübergangsschicht ist bei einer Weiterbildung eine Zwischenschicht angeordnet. Die n-leitende und/oder die p-leitende Tunnelübergangsschicht sind bei einer anderen Weiterbildung als Übergitter von alternierenden Schichtpaaren ausgestaltet. Die Zwischenschicht weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Schichten mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung auf. Beispielsweise basiert der optoelektronische Halbleiterkörper auf dem Halbleitermaterial AlInGaN und die Zwischenschicht weist mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichem Aluminiumgehalt auf.
Der optoelektronische Halbleiterkörper weist eine elektrische Anschlussschicht auf, die auf der zweiten n-leitenden Schicht angeordnet ist und die insbesondere ein metallisches Material aufweist oder daraus besteht. Zweckmäßigerweise ist die elektrische Anschlussschicht auf der von der aktiven Schicht abgewandten Seite der zweiten n-leitenden Schicht angeordnet.
Ein Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht erstreckt sich durch einen Durchbruch der aktiven Schicht hindurch zu der ersten n-leitenden Schicht. Der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht verläuft also insbesondere in Richtung von der zweiten n-leitenden Schicht zur ersten n-leitenden Schicht durch die zweite n-leitende Schicht hindurch, durch die aktive Schicht hindurch und insbesondere durch die p-leitende Schicht hindurch bis zur ersten n-leitenden Schicht. Vorzugsweise verläuft der Ausläufer in dieser Richtung auch durch einen der aktiven Schicht zugewandten Randbereich der ersten n-leitenden Schicht hindurch, bis zu einem Mittelbereich der ersten n-leitenden Schicht, welcher dem Randbereich in Richtung von der aktiven Schicht weg nachfolgt.
Zwischen dem Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht und der ersten n-leitenden Schicht, insbesondere dem Mittelbereich der ersten n-leitenden Schicht, ist eine Schutzdiode ausgebildet. Bei der Schutzdiode handelt es sich beispielsweise um einen pn-Übergang oder um einen Schottky-Kontakt, auch Schottky-Barriere oder Schottky-Diode genannt. Insbesondere bei einer Ausgestaltung, bei der die Schutzdiode ein Schottky-Konakt ist, wird sie vorzugsweise von einem Teilgebiet des Ausläufers und einem Teilgebiet der ersten n-leitenden Schicht – zum Beispiel von einem Teilgebiet des Mittelbereichs der ersten n-leitenden Schicht – gebildet. Die Teilgebiete des Ausläufers und der ersten n-leitenden Schicht, welche den Schottky-Kontakt bilden, grenzen zweckmäßigerweise aneinander an.
Der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht stellt insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Schutzdiode und dem auf der zweiten n-leitenden Schicht angeordneten Gebiet der elektrischen Anschlussschicht her. Er kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei einer Ausgestaltung enthalten der Ausläufer oder mindestens ein Teil des Ausläufers und das auf der zweiten n-leitenden Schicht angeordnete Gebiet der elektrischen Anschlussschicht das gleiche Material. Es ist auch denkbar, dass das auf der zweiten n-leitenden Schicht angeordnete Gebiet der elektrischen Anschlussschicht und der Ausläufer unterschiedliche Materialien aufweisen.
Vorteilhafterweise wird bei Betrieb der aktiven Schicht in Durchlassrichtung die Schutzdiode in Sperrrichtung betrieben. Auf diese Weise ist mit Vorteil die Gefahr einer Beschädigung des optoelektronischen Halbleiterkörpers durch elektrostatische Entladung verringert.
Zugleich kann eine besonders kompakte Bauform des Halbleiterkörpers erzielt werden. Insbesondere ist der Platzbedarf für die als Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) dienende Schutzdiode besonders gering. Die strahlungsemittierende Fläche des optoelektronischen Halbleiterkörpers ist daher, beispielsweise im Vergleich zu einer seitlich neben der aktiven Schicht angeordneten ESD-Schutzdiode, besonders groß.
Bei einer Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper eine weitere elektrische Anschlussschicht auf, die auf der ersten n-leitenden Schicht angeordnet ist. Insbesondere ist sie auf der von der aktiven Schicht abgewandten Seite der ersten n-leitenden Schicht, und damit auf einer der elektrischen Anschlussschicht gegenüberliegenden Seite, angeordnet. Die wei tere elektrische Anschlussschicht weist vorzugsweise ein metallisches Material auf oder besteht daraus.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erste n-leitende Schicht nur stellenweise von der weiteren elektrischen Anschlussschicht bedeckt. Beispielsweise stellt die weitere elektrische Anschlussschicht ein Bondpad dar. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Auskopplung der von der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung und/oder die Einkopplung der von der aktiven Schicht zu empfangenden Strahlung teilweise oder vollständig durch die erste n-leitende Schicht hindurch.
Bei einer Weiterbildung überlappen der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht, der sich durch den Durchbruch der aktiven Schicht hindurch zu der ersten n-leitenden Schicht erstreckt, und die weitere elektrische Anschlussschicht einander lateral. Beispielsweise ist der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht in Draufsicht auf die erste n-leitende Schicht teilweise oder vollständig unter der weiteren elektrischen Anschlussschicht angeordnet.
Bei dieser Weiterbildung wird vorteilhafterweise in dem Bereich, in welchem die weitere elektrische Anschlussschicht und der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht überlappen, von der aktiven Schicht keine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Bei Strahlung, die in einem von der weiteren elektrischen Anschlussschicht bedeckten Bereich der aktiven Schicht erzeugt wird, besteht die Gefahr, dass sie von der weiteren elektrischen Anschlussschicht absorbiert wird, was sich ungünstig auf die Effizienz des Halbleiterkörpers auswirkt. Analog steht bei einem strahlungsempfangenden Halbleiterkörper die von der ersten Anschlussschicht bedeckte Fläche der aktiven Schicht nicht zum Empfang elektromagnetischer Strahlung zur Verfügung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Halbleiterkörpers weist die erste n-leitende Schicht mindestens einen n-dotierten Bereich und nominell undotierten Bereich auf. Unter einem „nominell undotierten Bereich" wird ein undotierter oder gering n-dotierter Bereich verstanden. „Gering n-dotiert" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Konzentration eines n-Dotierstoffs höchstens 0,1 mal so groß, vorzugsweise höchstens 0,05 mal so groß und insbesondere höchstens 0,01 mal so groß ist wie die Konzentration eines n-Dotierstoffs in dem n-dotierten Bereich. Beispielsweise ist die die Konzentration des n-Dotierstoffs in dem nominell undotierten Bereich kleiner oder gleich 1 × 10¹⁸ 1/cm³, vorzugsweise kleiner oder gleich 5 × 10¹⁷ 1/cm³, insbesondere ist sie kleiner oder gleich 1 × 10¹⁷ 1/cm³.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist die Schutzdiode ein Schottky-Kontakt, der zwischen dem gering n-dotierten oder undotierten Bereich und dem Ausläufer der zweiten elektrischen Anschlussschicht ausgebildet. Auf diese Weise wird mit Vorteil eine breite Verarmungszone des Schottky-Kontakts erzielt.
Bei einer anderen Weiterbildung weist die erste n-dotierte Schicht einen ersten n-dotierten Bereich, den nominell undotierten Bereich und einen zweiten n-dotierten Bereich auf, die in Richtung von der aktiven Schicht weg in dieser Reihenfolge aufeinanderfolgen. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten n-dotierten Bereich um den der aktiven Schicht zugewandten Randbereich, durch den sich der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht hindurch erstreckt, und bei dem no minell undotierten Bereich um den Mittelbereich der ersten n-dotierten Schicht. Der Ausläufer endet also insbesonder in der nominell undotierten Schicht.
Bei einer anderen Weiterbildung weist der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht ein der ersten n-leitenden Schicht benachbartes Randstück auf, das ein Metall mit einer hohen Austrittsarbeit aufweist. Eine „hohe" Austrittsarbeit hat insbesondere einen Wert von größer oder gleich 3,5 eV, bevorzugt von größer oder gleich 4,0 eV, beispielsweise von größer oder gleich 4,5 eV. Beispielsweise weist das Randstück Platin und/oder Palladium auf.
Bei einer weiteren Ausgestaltung weist der optoelektronische Halbleiterkörper zwischen der zweiten n-leitenden Schicht und der elektrischen Anschlussschicht eine dielektrische Schicht auf, die mindestens eine Öffnung enthält.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung grenzt die elektrische Anschlussschicht im Bereich der mindestens einen Öffnung an die zweite n-leitende Schicht an. Mit anderen Worten ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge durch die mindestens eine Öffnung der dielektrischen Schicht hindurch mittels der elektrischen Anschlussschicht elektrisch kontaktiert. Zwischen der zweiten n-leitenden Schicht und der elektrischen Anschlussschicht ist vorzugsweise ein ohmscher Kontakt ausgebildet. Eine Gesamtfläche der Öffnung oder der Öffnungen – insbesondere ausschließlich eines mit dem Durchbruch der aktiven Schicht lateral überlappenden Gebiets – beträgt bei einer vorteilhaften Ausgestaltung maximal 10%, in einer vorteilhaften Variante maximal 5% der Grundfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge. Weist die dielektrische Schicht mehrere Öffnungen auf beträgt ein lateraler Abstand zwischen zwei Öffnungen zum Beispiel 20–30 μm.
Die dielektrische Schicht hat vorzugsweise einen Brechungsindex, der geringer ist als der Brechungsindex der zweiten n-leitenden Schicht. Der Brechungsindex der dielektrischen Schicht weicht beispielsweise um 1 oder mehr von dem Brechungsindex der zweiten n-leitenden Schicht ab. Vorzugsweise weist die dielektrische Schicht ein transluzentes oder transparentes Material auf.
Als Materialien für die dielektrische Schicht kommen insbesondere Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Spin-On Glas in Betracht. Weitere transparente, in einer Variante poröse, dielektrische Materialien, deren Brechungsindex kleiner als 1,5 ist, sind ebenfalls geeignet. Vorteilhaft sind transparente poröse Materialien, deren Brechungsindex annähernd demjenigen der Luft gleich ist.
Mittels der dielektrischen Schicht und/oder der elektrischen Anschlussschicht wird bei einer vorteilhaften Ausgestaltung zumindest ein Teil der von der aktiven Schicht in Richtung der zweiten elektrischen Anschlussschicht emittierten oder, im Fall einer zum Strahlungsempfang vorgesehenen aktiven Schicht, in Richtung der zweiten elektrischen Anschlussschicht durchgelassenen elektromagnetischen Strahlung in Richtung der ersten n-leitenden Schicht zurück reflektiert.
Durch die Rückreflexion eines Teils der von der aktiven Schicht in Richtung zur zweiten n-leitenden Schicht hin emittierten oder durchgelassenen Strahlung kann eine besonders hohe Effizienz des optoelektronischen Halbleiterkörpers erzielt werden.
Beispielsweise bei einer dielektrischen Schicht, deren Brechungsindex kleiner ist als der Brechungsindex der zweiten n-leitenden Schicht, kann die Rückreflexion mittels Totalreflexion erfolgen.
Die dielektrische Schicht weist – beispielsweise aufgrund der Änderung des Brechungsindex – einen besonders hohen Reflektionskoeffizienten auf, so dass sie von der aktiven Schicht in Richtung der dielektrischen Schicht emittierte elektromagnetische Strahlung vorteilhafterweise besonders effizient in Richtung der ersten n-leitenden Schicht zurück reflektiert. Zugleich ist die dielektrische Schicht besonders alterungsstabil, so dass die Gefahr einer Abnahme der Reflektivität mit der Zeit, beispielsweise im Vergleich zu einer Silberschicht als Reflektor, nur gering ist. Zudem wird mit Vorteil mittels insbesondere bei einer dielektrischen Schicht, die mehrere Öffnungen aufweist, der Betriebsstrom besonders homogen in die Halbleiterschichtenfolge eingeprägt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die dielektrische Schicht eine Schichtenfolge aus Schichten mit alternierend großem und kleinem Brechungsindex auf. Sie stellt, anders ausgedrückt, einen verteilten Bragg-Reflektor (distributed Bragg reflector, DBR) dar.
Die elektrische Anschlussschicht weist bei einer Weiterbildung – zumindest in einem der dielektrischen Schicht benachbarten Randbereich – ein Metall mit einem hohen Reflektionskoeffizienten auf. So kann mit Vorteil der Anteil der zurück reflektierten elektromagnetischen Strahlung weiter erhöht werden. Zusammen mit der dielektrischen Schicht ist insbesondere die Realisierung einer Ag-freien Spiegelschicht möglich. Beispielsweise enthält die elektrische Anschlussschicht Al, Rh und/oder Rt. Somit kann eine hohe Feuchtestabilität und/oder Langzeitstabilität des Halbleiterkörpers erzielt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung erstreckt sich die dielektrische Schicht durch den Durchbruch der aktiven Schicht hindurch zu der ersten n-leitenden Schicht und insbesondere auch durch den Randbereich der ersten n-leitenden Schicht hindurch. Auf diese Weise isoliert sie im Durchbruch den Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht, der sich ebenfalls durch die aktive Schicht hindurch erstreckt, sodass die Gefahr eines Kurzschlusses der aktiven Schicht durch den Ausläufer verringert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterkörper um einen Dünnfilm-Leuchtdiodenchip.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip zeichnet sich durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus:

– an einer zu einem Trägerelement hingewandten Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, insbesondere die elektrische Anschlussschicht und gegebenenfalls die dielektrische Schicht, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
– der Dünnfilm-Leuchtdiodenchip weist ein Trägerelement auf, bei dem es sich nicht um das Wachstumssubstrat handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich an der Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde;
– die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm oder weniger auf;
– die Halbleiterschichtenfolge ist frei von einem Aufwachssubstrat. Vorliegend bedeutet „frei von einem Aufwachssubstrat, dass ein gegebenenfalls zum Aufwachsen benutztes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark gedünnt ist. Insbesondere ist es derart gedünnt, dass es für sich oder zusammen mit der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge alleine nicht freitragend ist. Der verbleibende Rest des stark gedünnten Aufwachssubstrats ist insbesondere als solches für die Funktion eines Aufwachssubstrates ungeeignet; und
– die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.

Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Beispiele für Dünnfilm-Leuchtdiodenchips sind in den Druckschriften EP 0905797 A2 und WO 02/13281 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit ebenfalls durch Rückbezug aufgenommen wird.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher beispielsweise gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer, etwa einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus dem im Folgenden im Zusammenhang mit der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen optoelektronischen Halbleiterkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Figur ist nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, z. B. Schichten, zum besseren Verständnis und/oder zur besseren Darstellbarkeit übertrieben groß, etwa übertrieben dick, dargestellt sein.
Der optoelektronische Halbleiterkörper weist in Richtung von einer Vorderseite zu einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite eine erste n-leitende Schicht 1, einen Tunnelübergang 2, eine p-leitende Schicht 3, eine aktive Schicht 4 und eine zweite n-leitende Schicht 5 auf.
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge basiert beispielsweise auf dem Halbleitermaterial AlInGaN. Unter dem Ausdruck "basiert auf dem Halbleitermaterial AlInGaN" wird im vorliegenden Zusammenhang verstanden, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest die aktive Schicht Al_nIn_mGa_1-n-mN aufweist oder daraus 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, In, Ga, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die aktive Schicht 4 ist vorliegend zur Emission elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Insbesondere weist sie einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur zur Strahlungserzeugung auf. Der Begriff „Quantentopfstruktur" entfaltet dabei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Es kann sich um Quantenpunkte, Quantendrähte oder mindestens einen Quantenfilm handeln.
Der Tunnelübergang 2 weist vorliegend eine stark n-dotierte n-Typ Tunnelübergangsschicht, eine stark p-dotierte p-Typ Tunnelübergangsschicht und eine undotierte oder – insbesondere mit Mg als p-Dotierstoff dotierte – Zwischenschicht zwischen diesen auf. Die n-Typ Tunnelübergangsschicht und/oder die p-Typ Tunnelübergangsschicht können als Übergitter alternierender Schichten ausgebildet sein.
Eine von der aktiven Schicht 4 abgewandte Hauptfläche 100 der ersten n-leitenden Schicht 1, also die vorderseitige Hauptfläche, ist mit Auskoppelstrukturen 110 zur Lichtstreuung versehen. Beispielsweise können die Auskoppelstrukturen 110 in der ersten n-leitenden Schicht 1 selbst ausgebildet sein. Alternativ können sie auch als separate Schicht auf diese aufgebracht sein. Bei der separaten Schicht kann es sich z. B. um einen photonischen Kristall, einen photonischen Quasikristall oder eine nicht periodische Auskoppelstruktur handeln.
Bei einer Ausgestaltung ist die vorderseitige Hauptfläche 100 der ersten n-leitenden Schicht 1 mit Auskoppelstrukturen 110 strukturiert, die eine Höhe zwischen 100 und 1000 nm, vorzugsweise zwischen 150 und 500 nm, aufweisen und eine laterale Ausdehnung zwischen 50 und 800 nm, vorzugsweise zwischen 80 und 500 nm, aufweisen. Beispielsweise hat der Querschnitt der Auskoppelstrukturen 110 eine elliptische, kreisförmige, rechteckige oder quadratische Kontur.
Auf die rückseitige Hauptfläche 500 der zweiten n-leitenden Schicht 5 ist eine dielektrische Schicht 6 aufgebracht. Bei der dielektrischen Schicht 6 kann es sich beispielsweise um eine SiO₂-Schicht handeln. Vorzugsweise ist die dielektrische Schicht 6 als Schichtenfolge dielektrischer Schichten mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex ausgebildet, sodass sie einen verteilten Bragg-Reflektor darstellt. Beispielsweise enthält sie eine Schichtenfolge aus Paaren alternierender SiO₂- und TiO₂ Schichten. Auf diese Weise wird ein besonders hoher Anteil der von der aktiven Schicht 4 in rückseitiger Richtung emittierten elektromagnetischen Strahlung in Richtung der vorderseitigen Hauptfläche 100 zurück reflektiert.
Die erste n-leitende Schicht weist zwei n-dotierte Bereich 11, 13 auf, die beispielsweise mit Si als n-Dotierstoff dotiert sind. Ein nominell undotierter Bereich 12 folgt dem ersten n-dotierten Bereich 11 in Richtung von der vorderseitigen Hauptfläche 100 zur aktiven Schicht 4 hin nach und geht dem zweiten n-dotierten Bereich 13 voraus.
Die dielektrische Schicht 6 enthält Öffnungen 60, in denen die zweite n-leitende Schicht von der dielektrischen Schicht 6 unbedeckt ist.
Die dielektrische Schicht 6 erstreckt sich in Richtung von der zweiten n-leitenden Schicht 5 zur ersten n-leitenden Schicht 1, also in Richtung von der Rückseite zur Vorderseite, durch einen Durchbruch 40 der aktiven Schicht 4.
Mit anderen Worten ist in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eine Ausnehmung ausgebildet, insbesondere in Form eines Sacklochs. Die Ausnehmung verläuft durch die zweite n-leitende Schicht 5, die aktive Schicht 4, die p-leitende Schicht 3 und den Tunnelübergang 2 hindurch bis zur ersten n-leitenden Schicht 1. Vorliegend verläuft sie auch durch den zweiten n-dotierten Bereich 13 der ersten n-leitenden Schicht 1 hindurch bis zu dem nominell undotierten Bereich 12.
Die Seitenwand oder die Seitenwände der Ausnehmung sind zweckmäßigerweise von der dielektrischen Schicht 6 bedeckt.
Eine elektrische Anschlussschicht 7 ist auf der dielektrischen Schicht 6 ausgebildet. Sie weist vorliegend Aluminium auf oder besteht daraus. Die elektrische Anschlussschicht 7 erstreckt sich durch die Öffnungen 60 hindurch zur zweiten n-leitenden Schicht 5. Auf diese Weise ist die aktive Schicht 4 rückseitig elektrisch angeschlossen.
Ein Ausläufer 70 der elektrischen Anschlussschicht 7 erstreckt sich durch den Durchbruch 40 der aktiven Schicht 4 hindurch in der Ausnehmung bis zu dem nominell undotierten Bereich 12 der ersten n-leitenden Schicht 1. Mittels der die Seitenwand oder die Seitenwände der Ausnehmung bedeckenden dielektrischen Schicht 6, die den Ausläufer 70 lateral umschließt, ist die Gefahr eines Kurzschlusses der aktiven Schicht 4 durch den Ausläufer 70 der elektrischen Anschlussschicht 7 verringert.
Ein der ersten n-leitenden Schicht 1 benachbartes Randstück 710 des Ausläufers 70 der elektrischen Anschlussschicht 7 weist ein Metall mit einer hohen Austrittsarbeit – vorliegend Pt – auf. Zwischen diesem vorderseitigen Randstück 710 und dem nominell undotierten Bereich 12 der ersten n-leitenden Schicht 1 ist ein Schottky-Kontakt 9 ausgebildet, der eine Schutzdiode darstellt.
Alternativ ist auch denkbar, dass zwischen dem Ausläufer 70 und der ersten n-leitenden Schicht 1 ein pn-Übergang als Schutzdiode ausgebildet ist, etwa mittels einer p-leitenden Schicht in der Ausnehmung zwischen dem Ausläufer 70 und der n-leitenden Schicht 1.
Die Durchlassrichtung des Schottky-Kontakts 9 und der aktiven Schicht 4 sind entgegengesetzt gepolt. Wird an die elektrische Anschlussschicht 7 und die weitere elektrische Anschlussschicht 8 eine Spannung derart angelegt, dass die aktive Schicht in Vorwärtsrichtung betrieben wird, sperrt der Schottky-Kontakt 9, sodass die Gefahr von Verlusten durch Leckströme nur gering ist. Bei Anlegen einer Spannung in umgekehrter Richtung kann ein Strom durch den Schottky-Kontakt 9 fließen, sodass die Gefahr einer Beschädigung der aktiven Schicht mit Vorteil verringert ist.
Die vorderseitige Hauptfläche 100 der ersten n-leitenden Schicht ist stellenweise von einer weiteren elektrischen Anschlussschicht 8 bedeckt. Vorliegend handelt es sich bei der weiteren elektrischen Anschlussschicht 8 um ein metallisches Bondpad, das einen Mittelbereich der vorderseitigen Hauptfläche 100 der ersten n-leitenden Schicht 1 bedeckt. Zweckmäßigerweise ist/sind die von der weiteren elektrischen Anschlussschicht 8 bedeckte(n) Stelle(n) nicht aufgeraut oder strukturiert.
In Draufsicht auf die vorderseitige Hauptfläche 100 überlappen der sich durch den Durchbruch 40 erstreckende Ausläufer 70 der elektrischen Anschlussschicht 7 und die weitere elektrische Anschlussschicht 8. Insbesondere ist die laterale Ausdehnung des Ausläufers 70 und der weiteren elektrischen Anschlussschicht 8 etwa gleich groß. Auf diese Weise wird mit Vorteil unterhalb des Bondpads 8 von der aktiven Schicht 4 keine Strahlung erzeugt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels auf dieses beschränkt. Vielmehr umfasst sie jedes neue Merkmal sowie die Kombination von Merkmalen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination von Merkmalen in dem Ausführungsbeispiel oder in den Patentansprüchen nicht explizit angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0905797 A2 [0036]
- WO 02/13281 A1 [0036]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 [0036]

Claims

Optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die eine aktive Schicht enthält, welche zur Erzeugung und/oder zum Empfang elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge eine erste n-leitende Schicht und eine zweite n-leitende Schicht enthält, zwischen denen die aktive Schicht angeordnet ist, eine elektrische Anschlussschicht auf der zweiten n-leitenden Schicht angeordnet ist, sich ein Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht durch einen Durchbruch der aktiven Schicht hindurch zu der ersten n-leitenden Schicht erstreckt, und zwischen dem Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht und der ersten n-leitenden Schicht eine Schutzdiode ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 1, bei dem die Schutzdiode ein Schottky-Kontakt ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einer weiteren elektrischen Anschlussschicht, die auf einer der elektrischen Anschlussschicht gegenüberliegenden Seite der ersten n-leitenden Schicht angeordnet ist, wobei die weitere elektrische Anschlussschicht und der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht lateral überlappen.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste n-leitende Schicht mindestens einen n-dotierten Bereich und einen nominell undotierten Bereich aufweist und die Schutz diode zwischen dem Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht und dem gering n-dotierten oder undotierten Bereich ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 4, bei dem die erste n-dotierte Schicht einen ersten n-dotierten Bereich, den nominell undotierten Bereich und einen zweiten n-dotierten Bereich aufweist, die in Richtung von der aktiven Schicht weg aufeinander folgen.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Ausläufer der elektrischen Anschlussschicht ein der ersten n-leitenden Schicht benachbartes Randstück aufweist, das ein Metall mit einer hohen Austrittsarbeit aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 6, bei dem das Randstück Pt und/oder Pd aufweist.
Optoelektronischer Halbeiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der zwischen der zweiten n-leitenden Schicht und der elektrischen Anschlussschicht eine dielektrische Schicht mit mindestens einer Öffnung aufweist und die elektrische Anschlussschicht im Bereich der Öffnung an die zweite n-leitende Schicht angrenzt.
Optoelektronischer Halbeiterkörper gemäß Anspruch 8, bei dem sich die dielektrische Schicht durch den Durchbruch der aktiven Schicht hindurch zu der ersten n-leitenden Schicht erstreckt.
Optoelektronischer Halbeiterkörper gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die dielektrische Schicht und/oder die elektrische Anschlussschicht zumindest einen Teil der von der aktiven Schicht emittierten oder in Richtung der elektrischen Anschlussschicht durchgelassenen elektromagnetischen Strahlung in Richtung der ersten n-leitenden Schicht zurück reflektiert.
Optoelektronischer Halbeiterkörper gemäß Anspruch 10, bei dem die dielektrische Schicht eine Schichtenfolge aus Schichten mit alternierend großem und kleinem Brechungsindex aufweist.
Optoelektronischer Halbeiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen Tunnelübergang zwischen der ersten n-leitenden Schicht und der aktiven Schicht aufweist.
Optoelektronischer Halbeiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine von der aktiven Schicht abgewandte Hauptfläche der ersten n-leitenden Schicht aufgeraut und/oder strukturiert ist.
Optoelektronischer Halbeiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der frei von einem Aufwachssubstrat ist.
Optoelektronischer Halbeiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die epitaktische Halbleiterschichtenfolge AlInGaN aufweist.