DE102017107918A1 - Halbleiterchip - Google Patents

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Markus Bröll
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Abstract

Es wird ein Halbleiterchip (20) beschrieben, umfassend eine Halbleiterschichtenfolge (10), die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) einen p-Typ Halbleiterbereich (4) und einen n-Typ Halbleiterbereich (2) enthält. Der n-Typ Halbleiterbereich (2) umfasst eine Übergitterstruktur (20) zur Verbesserung der Stromaufweitung, wobei die Übergitterstruktur (20) eine periodische Anordnung von Halbleiterschichten (21, 22, 23, 24) aufweist. Eine Periode der Übergitterstruktur (20) weist mindestens eine undotierte erste Halbleiterschicht (21) und eine dotierte zweite Halbleiterschicht (22) auf, wobei eine elektronische Bandlücke E2 der dotierten zweiten Halbleiterschicht (22) größer ist als eine elektronische Bandlücke E1 der undotierten ersten Halbleiterschicht (21).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Halbleiterchip, insbesondere einen auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basierenden Halbleiterchip.
  • Bei elektronischen oder 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.
  • Es hat sich herausgestellt, dass sich mit vergleichsweise dicken Stromaufweitungsschichten aus AlGaAs eine gute Stromaufweitungsschicht 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 Aluminiumgehalt in der Stromaufweitungsschicht gering ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterchip anzugeben, der sich durch eine verbesserte Stromaufweitung, insbesondere bei vergleichsweise geringer Absorption in der Stromaufweitungsschicht, auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiterchip gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der Halbleiterchip enthält gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basiert. „Auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass eine oder mehrere Schichten der Halbleiterschichtenfolge ein III-Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, vorzugsweise In0,5AlxGa0,5-xP mit 0 ≤ x ≤ 0,5, oder AlnGa1-nAs1-mPm mit 0 ≤ n ≤ 1 und 0 < m ≤ 1. Entsprechend bedeutet „Auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ im vorliegenden Zusammenhang, dass eine oder mehrere Schichten der Halbleiterschichtenfolge ein III-Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere InxAlyGa1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, vorzugsweise AlyGa1-yAs umfassen, wobei 0 ≤ y ≤ 1. Dabei muss das jeweilige 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 beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, Al, Ga, P, As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Die Halbleiterschichtenfolge enthält insbesondere einen p-Typ Halbleiterbereich und einen n-Typ Halbleiterbereich. Im Fall eines optoelektronischen Halbleiterchips enthält der Halbleiterchip eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich und dem n-Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht. Die aktive Schicht ist insbesondere zur Emission elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich insbesondere um einen LED-Chip handeln, der vorzugsweise zur Emission von Licht im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich geeignet ist. Alternativ ist es auch möglich, dass die aktive Schicht eine strahlungsempfangende Schicht ist und der optoelektronische Halbleiterchip ein Detektor ist.
  • 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.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der n-Typ Halbleiterbereich eine Übergitterstruktur zur Verbesserung der Stromaufweitung auf. Die Übergitterstruktur weist eine periodische Anordnung von Halbleiterschichten auf, d.h. die Anordnung von Halbleiterschichten in der Übergitterstruktur wiederholt sich mindestens einmal oder vorzugsweise mehrmals. Eine Periode der Übergitterstruktur umfasst jeweils mindestens eine undotierte erste Halbleiterschicht und eine dotierte zweite Halbleiterschicht. Unter einer undotierten Schicht ist hier und im Folgenden eine nominell undotierte Schicht zu verstehen, d.h. eine Schicht, die bei der Herstellung nicht aktiv dotiert wird. Dies schließt nicht aus, dass bei der Herstellung und/oder durch Diffusion in der Halbleiterschichtenfolge unbeabsichtigt geringe Mengen Fremdatome in die undotierte Schicht gelangen können.
  • Vorteilhaft ist eine elektronische Bandlücke E2 der dotierten zweiten Halbleiterschicht größer als eine elektronische Bandlücke E1 der undotierten ersten Halbleiterschicht. Die Übergitterstruktur enthält somit vorteilhaft abwechselnd undotierte erste Halbleiterschichten mit kleinerer elektronischer Bandlücke E1 und dotierte zweite Halbleiterschichten mit größerer elektronischer Bandlücke E2.
  • Es hat sich herausgestellt, dass sich bei einer solchen periodischen Anordnung undotierter erster Halbleiterschichten und dotierter zweiter Halbleiterschichten in den undotierten ersten Halbleiterschichten vorteilhaft ein zweidimensionales Elektronengas ausbildet. Durch das zweidimensionale Elektronengas wird die Leitfähigkeit der Übergitterstruktur vorteilhaft erhöht. Insbesondere vermindert sich der spezifische Widerstand der Übergitterstruktur, woraus eine erhöhte Querleitfähigkeit resultiert. Mittels der hier beschriebenen Übergitterstruktur in dem n-Typ Halbleiterbereich kann deshalb eine besonders homogene Stromeinprägung in den Halbleiterchip, insbesondere in die aktive Schicht eines optoelektronischen Halbleiterchips erzielt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die undotierte erste Halbleiterschicht In0,5Alx1Ga0,5-x1P mit 0 ≤ x1 ≤ 0,27 oder Aly1Ga1-y1As mit 0 ≤ y1 < 0,4 auf. Die dotierte zweite Halbleiterschicht weist vorzugsweise In0,5Alx2Ga0,5-x2P mit 0 ≤ x2 ≤ 0,5 und x1 < x2 oder Aly2Ga1-y2As mit 0 < y2 ≤ 1 und y1 < y2 auf. Bei dieser Ausgestaltung weist die dotierte zweite Halbleiterschicht einen größeren Aluminiumgehalt als die undotierte erste Halbleiterschicht auf. Bei Arsenid- und Phosphid-Verbindungshalbleitern vergrößert sich die elektronische Bandlücke mit zunehmendem Aluminiumgehalt. Durch den höheren Aluminiumgehalt kann insbesondere erreicht werden, dass die dotierte zweite Halbleiterschicht eine größere elektronische Bandlücke als die undotierte erste Halbleiterschicht aufweist.
  • Die dotierte zweite Halbleiterschicht ist vorteilhaft n-dotiert und weist vorzugsweise Te oder Si als Dotierstoff auf. Bevorzugt beträgt die Dotierstoffkonzentration in der dotierten zweiten Halbleiterschicht mindestens 1 * 1016 cm-3. Insbesondere kann die Dotierstoffkonzentration in der dotierten zweiten Halbleiterschicht einen Wert zwischen 1 * 1016 cm-3 und 1 * 1020 cm-3, bevorzugt zwischen 1 * 1017 cm-3 und 1 * 1019 cm-3, beispielsweise etwa 1 * 1018 cm-3 aufweisen.
  • Bei einer Ausgestaltung beträgt die Dicke der undotierten ersten Halbleiterschicht zwischen 1 nm und 30 nm, bevorzugt zwischen 3 nm und 15 nm und besonders bevorzugt zwischen 5 nm und 10 nm. Die dotierte zweite Halbleiterschicht ist beispielsweise zwischen 5 nm und 200 nm, bevorzugt zwischen 20 nm und 30 nm dick.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterchips ist die undotierte erste Halbleiterschicht in der Übergitterstruktur jeweils zwischen einer undotierten ersten Zwischenschicht und einer undotierten zweiten Zwischenschicht angeordnet. Eine Periode der Übergitterstruktur besteht bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft aus vier Schichten, wobei in einer Periode jeweils die undotierte erste Zwischenschicht, die undotierte erste Halbleiterschicht, die undotierte zweite Zwischenschicht und die dotierte zweite Halbleiterschicht aufeinanderfolgen. Durch die undotierten Zwischenschichten in der Übergitterstruktur wird erreicht, dass die undotierte erste Halbleiterschicht und die dotierte zweite Halbleiterschicht in einer Periode der Übergitterstruktur jeweils nicht unmittelbar aneinander angrenzen. Auf diese Weise wird eine Streuung von Elektronen an den Grenzflächen zwischen den undotierten ersten Halbleiterschichten und den dotierten zweiten Halbleiterschichten in der Übergitterstruktur vermindert.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die erste undotierte Zwischenschicht und die zweite undotierte Zwischenschicht jeweils das gleiche Halbleitermaterial auf wie die dotierte zweite Halbleiterschicht. Insbesondere können die erste undotierte Zwischenschicht und die zweite undotierte Zwischenschicht im Wesentlichen die gleiche elektronische Bandlücke wie die dotierte zweite Halbleiterschicht aufweisen.
  • Die erste undotierte Zwischenschicht und die zweite undotierte Zwischenschicht sind vorzugsweise jeweils zwischen 0,5 nm und 20 nm dick.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die Übergitterstruktur zwischen 5 und 100 Perioden, bevorzugt zwischen 30 und 50 Perioden auf. Mit einer Anzahl von Perioden in diesem Bereich lässt sich eine hohe elektrische Leitfähigkeit erzielen, wobei die Gesamtdicke der Übergitterstruktur noch vorteilhaft gering gehalten werden kann.
  • Der spezifische Widerstand der Übergitterstruktur beträgt bei einer bevorzugten Ausgestaltung weniger als 0,05 Ωcm, z.B. 0,01 Ωcm.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterchip ein optoelektronischer Halbleiterchip, der eine aktive Schicht aufweist. Die aktive Schicht des optoelektronischen Halbleiterchips ist vorzugsweise als Einfach- oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet, die mindestens eine Quantentopfschicht und mindestens eine Barriereschicht aufweist. Bei dieser Ausgestaltung weisen die undotierten ersten Halbleiterschichten der Übergitterstruktur in der Stromaufweitungsschicht vorteilhaft eine größere elektronische Bandlücke als die mindestens eine Quantentopfschicht der Quantentopfstruktur auf.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 4 näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 2 eine schematische grafische Darstellung der Elektronendichte ne in der Übergitterstruktur bei einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit einer senkrecht zu den Schichtebenen verlaufenden Ortskoordinate z,
    • 3 eine schematische grafische Darstellung der elektronischen Bandstruktur in der Übergitterstruktur bei einem Ausführungsbeispiel, und
    • 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem zweiten 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 100 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 vorzugsweise auf einem Phosphid-Verbindungshalbleiter, d. h. eine oder mehrere in der Halbleiterschichtenfolge 10 enthaltenen Halbleiterschichten weisen insbesondere InxGayAl1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, vorzugsweise In0,5AlxGa0,5-xP mit 0 ≤ x ≤ 0,5, 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 oder Arsenid-Phosphid-Verbindungshalbleiterschichten.
  • Die aktive Schicht 3 ist bei dem Ausführungsbeispiel als Quantentopfstruktur 31, 32 ausgebildet, vorzugsweise als Mehrfach-Quantentopfstruktur. Die Quantentopfstruktur weist beispielsweise eine periodische Anordnung von abwechselnden Quantentopfschichten 31 und Barriereschichten 32 auf. Die Quantentopfstruktur weist eine Anzahl P Perioden auf, wobei P beispielsweise zwischen 1 und 120 beträgt.
  • Die zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Quantentopfschichten 31 weisen eine elektronische Bandlücke EQW auf, die geringer ist als eine elektronische Bandlücke EB der Barriereschichten 32.
  • Der p-Typ Halbleiterbereich 4 kann eine oder mehrere p-dotierte Halbleiterschichten 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 eine oder mehrere undotierte Schichten enthalten.
  • Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 weist der n-Typ Halbleiterbereich 2 eine Übergitterstruktur 20 auf, die als Stromaufweitungsschicht fungiert. Der n-Typ Halbleiterbereich 2 kann zusätzlich zu der Übergitterstruktur 20 noch weitere Halbleiterschichten 25, 26 umfassen. Die Übergitterstruktur 20 weist eine periodische Abfolge von Halbleiterschichten 21, 22 auf, wobei die Anzahl der Perioden N beträgt. Mit zunehmender Anzahl der Perioden kann die elektrische Leitfähigkeit gesteigert werden, wobei andererseits aber die Absorption aufgrund der zunehmenden Gesamtdicke zunehmen kann. Die Anzahl N der Perioden beträgt vorteilhaft zwischen 5 und 70.
  • Bevorzugt beträgt die Anzahl N der Perioden zwischen 30 und 50. Auf diese Weise ist es möglich, eine gute elektrische Leitfähigkeit bei keiner oder nicht zu großer Absorption zu erzielen. Jede Periode der Übergitterstruktur 20 umfasst eine undotierte erste Halbleiterschicht 21 und eine dotierte zweite Halbleiterschicht 22. Die dotierten Halbleiterschichten 22 weisen jeweils eine elektronische Bandlücke E2 auf, die größer ist als die elektronische Bandlücke E1 der undotierten ersten Halbleiterschichten 21. Die undotierten ersten Halbleiterschichten 21 bilden in der Übergitterstruktur Potentialtöpfe zwischen den dotierten zweiten Halbleiterschichten 22 aus. Die Bandlücke E1 der undotierten ersten Halbleiterschichten 21, die die Potentialtöpfe ausbilden, ist größer als die Bandlücke EQW der Quantentopfschichten 31 in der Mehrfach-Quantentopfstruktur, die als aktive Schicht 3 fungiert. Die durch die undotierten ersten Halbleiterschichten 21 ausgebildeten Potentialtöpfe dienen im Gegensatz zu den Quantentopfschichten 31 nicht zur Strahlungserzeugung.
  • Zur Erzielung der größeren elektronischen Bandlücke E2 ist es vorteilhaft, wenn die dotierten zweiten Halbleiterschichten 22 einen größeren Aluminiumgehalt als die undotierten ersten Halbleiterschichten 21 aufweisen. Die undotierten ersten Halbleiterschichten 21 können insbesondere In0,5Alx1Ga0,5-x1P mit 0 ≤ x1 ≤ 0,27 oder Aly1Ga1-y1As mit 0 ≤ y1 < 0,4 aufweisen. Die dotierten zweiten Halbleiterschichten 22 können insbesondere In0,5Alx1Ga0,5-x1P mit 0 < x2 ≤ 0,5 und x2 > x1 oder Aly2Ga1-y2As mit y2 > y1 aufweisen.
  • Beispielsweise weist die undotierte erste Halbleiterschicht 21 In0,5Al0,1Ga0,4P und die dotierte zweite Halbleiterschicht 22 In0,5Al0,28Ga0,22P auf. Die dotierte zweite Halbleiterschicht 22 ist vorzugsweise mit Si oder Te dotiert und weist eine Dotierstoffkonzentration von beispielsweise 1*1018 cm-3 auf. Die Dicke der undotierten ersten Halbleiterschicht 21 beträgt zum Beispiel etwa 7 nm und die Dicke der dotierten zweiten Halbleiterschicht 22 etwa 30 nm.
  • In den undotierten ersten Halbleiterschichten 21, die in der Übergitterstruktur 20 jeweils zwischen den dotierten zweiten Halbleiterschichten 22 angeordnet sind, bildet sich vorteilhaft ein zweidimensionales Elektronengas aus, durch das sich die elektrische Leitfähigkeit vorteilhaft erhöht. Insbesondere kann mittels der Übergitterstruktur 20 erreicht werden, dass der spezifische Widerstand nicht mehr als 0,05 Ωcm beträgt. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 zeichnet sich deshalb durch eine gute Stromaufweitung aus, die zu einer besonders homogenen Strahlungsemission über die Fläche des optoelektronischen Halbleiterchips 100 führt. Insbesondere hat die Übergitterstruktur 20 den Vorteil, dass mit einem vergleichsweise dünnen n-Typ Halbleiterbereich 2 bereits eine gute Stromaufweitung erzielt werden kann. Durch die Übergitterstruktur in dem n-Typ Halbleiterbereich 2 kann insbesondere die Leitfähigkeit ohne Vergrößerung der Gesamtdicke des n-Typ Halbleiterbereichs 2 erhöht werden, oder bei einer vorgegebenen Leitfähigkeit die Gesamtdicke im Vergleich zu einer homogenen Stromaufweitungsschicht vermindert werden.
  • Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 handelt es sich um eine so genannte 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 100 angeordnet ist. Auf der dem ursprünglichen Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Seite ist der optoelektronische Halbleiterchip 100 mit mindestens einer Verbindungschicht 7 wie zum Beispiel einer Lotschicht auf ein Trägersubstrat 1 aufgebracht. Von der aktiven Schicht 3 aus gesehen ist also der p-Typ Halbleiterbereich 4 dem Trägersubstrat 1 zugewandt. Das Trägersubstrat 1 ist ungleich dem zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 10 verwendeten Aufwachssubstrat. Das Trägersubstrat 1 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial wie zum Beispiel Silizium, Germanium oder Molybdän oder eine Keramik aufweisen.
  • Der p-Typ Halbleiterbereich 4 grenzt bereichsweise an eine Spiegelschicht 6 an. Die Spiegelschicht 6 ist dazu vorgesehen, die von der aktiven Zone 3 in Richtung des Trägersubstrats 1 emittierte Strahlung zu der gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche an der Oberfläche des n-Typ Halbleiterbereichs 2 zu reflektieren. Die Spiegelschicht 6 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 dem p-Typ Halbleiterbereich 4 und der Spiegelschicht 6 bereichsweise eine dielektrische Schicht 5 angeordnet, bei der es sich insbesondere um eine Siliziumoxidschicht handeln kann. Aufgrund des vergleichsweise geringen Brechungsindex des dielektrischen Materials der dielektrischen Schicht 5, beispielsweise SiO2, kann die dielektrische Schicht 5 eine Totalreflexion eines Teils der in Richtung des Trägersubstrats 1 emittierten Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche hin bewirken. Die reflektierende Wirkung der metallischen Spiegelschicht 6 wird daher durch die dielektrische Schicht 5 vorteilhaft weiter verstärkt. Da die dielektrische Schicht 5 nicht elektrisch leitfähig ist, ist die Spiegelschicht 6 durch einen oder mehrere Durchbrüche in der dielektrischen Schicht 5 an den p-Typ Halbleiterbereich 4 angeschlossen.
  • Zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips 100 sind eine n-Anschlussschicht 8 und eine p-Anschlussschicht 9 vorgesehen. Die n-Anschlussschicht 8 zur elektrischen Kontaktierung von der n-Seite kann beispielsweise an der Strahlungsaustrittseite auf dem n-Typ Halbleiterbereich 2 angeordnet sein. Die p-Anschlussschicht 9 kann beispielsweise an der Rückseite des Trägersubstrats 1 angeordnet sein, wenn ein elektrisch leitfähiges Trägersubstrat 1 verwendet wird.
  • Die 2 zeigt schematisch die Elektronendichte ne in Abhängigkeit von einer in senkrechter Richtung verlaufenden Ortskoordinate z bei einem Ausführungsbeispiel der Übergitterstruktur. Zur Vereinfachung ist hier eine Übergitterstruktur mit nur drei Perioden dargestellt, wobei die Übergitterstruktur aber tatsächlich beispielsweise zwischen 5 und 70, bevorzugt zwischen 30 und 50 Perioden aufweisen kann. In den undotierten ersten Halbleiterschichten 21, die zwischen den dotierten zweiten Halbleiterschichten 22 angeordnet sind, liegt eine vergleichsweise große Elektronendichte vor. Durch die hohe Elektronendichte und hohe Beweglichkeit der Elektronen in den undotierten ersten Halbleiterschichten 21 erhöht sich vorteilhaft die elektrische Leitfähigkeit der Übergitterstruktur.
  • 3 zeigt schematisch den Verlauf der Leitungsbandkante EL, der Fermienergie EF sowie der Valenzbandkante EV bei einem Beispiel der Übergitterstruktur. Die Leitungsbandkante der undotierten ersten Halbleiterschichten 21 liegt vorteilhaft unterhalb der Fermienergie. Im Leitungsband der undotierten ersten Halbleiterschichten 21 sind deshalb freie Elektronen vorhanden, die ein so genanntes zweidimensionales Elektronengas ausbilden. Die freie Elektronen in den undotierten ersten Halbleiterschichten 21 haben eine hohe Beweglichkeit, dadurch ist die elektrische Leitfähigkeit der Übergitterstruktur erhöht.
  • Das in 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten optoelektronischen Halbleiterchip dadurch, dass die undotierten ersten Halbleiterschichten 21 in der Übergitterstruktur 20 jeweils zwischen einer undotierten ersten Zwischenschicht 23 und einer undotierten zweiten Zwischenschicht 24 angeordnet sind.
  • Die Perioden der Übergitterstruktur 20 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils vier Schichten auf, wobei in den Perioden jeweils die erste undotierte Zwischenschicht 23, die undotierte erste Halbleiterschicht 21, die undotierte zweite Zwischenschicht 24 und die dotierte zweite Halbleiterschicht 22 aufeinanderfolgen. Die undotierte erste Zwischenschicht 23 und die undotierte zweite Zwischenschicht 24 weisen vorteilhaft jeweils im Wesentlichen die gleiche elektronische Bandlücke auf wie die dotierte zweite Halbleiterschicht 22. Insbesondere können die undotierte erste Zwischenschicht 23 und die undotierte zweite Zwischenschicht 24 jeweils abgesehen von der Dotierung das gleiche Halbleitermaterial wie die dotierte zweite Halbleiterschicht 22 aufweisen.
  • Beispielsweise weist die undotierte erste Zwischenschicht 23 In0,5Al0,28Ga0,22P, die undotierte erste Halbleiterschicht 21 In0,5Al0,1Ga0,4P, die undotierte zweite Zwischenschicht 23 In0,5Al0,28Ga0,22P und die dotierte zweite Halbleiterschicht 22 In0,5Al0,28Ga0,22P auf. Die dotierte zweite Halbleiterschicht 22 ist vorzugsweise mit Si oder Te dotiert und weist eine Dotierstoffkonzentration von beispielsweise 1*1018 cm-3 auf.
  • Die Dicke der undotierten ersten Zwischenschicht 23 beträgt zum Beispiel etwa 6 nm, die Dicke der undotierten ersten Halbleiterschicht 21 etwa 7 nm, die Dicke der undotierten zweiten Zwischenschicht 24 etwa 4 nm und die Dicke der dotierten zweiten Halbleiterschicht 22 etwa 25 nm.
  • Die undotierten ersten Halbleiterschichten 21 der Übergitterstruktur bilden jeweils Potentialtöpfe aus, in denen eine hohe Elektronendichte vorhanden ist. Insbesondere kann sich in den undotierten ersten Halbleiterschichten 21 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein zweidimensionales Elektronengas ausbilden, das eine Erhöhung der Leitfähigkeit bewirkt. Wenn die undotierten ersten Halbleiterschichten 21 unmittelbar an die dotierten zweiten Halbleiterschichten 22 angrenzen würden, würden an der Grenzfläche zwischen den undotierten ersten Halbleiterschichten 21 und den dotierten zweiten Halbleiterschichten 22 vermehrt Elektronen an Phononen gestreut. Die Anordnung der undotierten ersten Halbleiterschichten 21 zwischen den undotierten Zwischenschichten 23, 24 hat den Vorteil, dass die Streuung von Elektronen vermindert wird.
  • Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 4 hinsichtlich seiner Funktionsweise und den weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Träger
    2
    n-Typ Halbleiterbereich
    3
    aktive Schicht
    4
    p-Typ Halbleiterbereich
    5
    dielektrische Schicht
    6
    Spiegelschicht
    7
    Verbindungsschicht
    8
    n-Anschlussschicht
    9
    p-Anschlussschicht
    10
    Halbleiterschichtenfolge
    20
    Übergitterstruktur
    21
    undotierte erste Halbleiterschicht
    22
    dotierte zweite Halbleiterschicht
    23
    undotierte erste Zwischenschicht
    24
    undotierte erste Zwischenschicht
    31
    Quantentopfschicht
    32
    Quantentopfschicht
    100
    optoelektronischer Halbleiterchip

Claims (13)

  1. Halbleiterchip (100) mit einer Halbleiterschichtenfolge (10), die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) einen p-Typ Halbleiterbereich (4) und einen n-Typ Halbleiterbereich (2), und eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ Halbleiterbereich (2) angeordnete aktive Schicht (3) enthält, wobei - der n-Typ Halbleiterbereich (2) eine Übergitterstruktur (20) zur Verbesserung der Stromaufweitung umfasst, wobei die Übergitterstruktur (20) eine periodische Anordnung von Halbleiterschichten (21, 22, 23, 24) aufweist, - eine Periode der Übergitterstruktur (20) mindestens eine undotierte erste Halbleiterschicht (21) und eine dotierte zweite Halbleiterschicht (22) aufweist, wobei eine elektronische Bandlücke E2 der dotierten zweiten Halbleiterschicht (22) größer ist als eine elektronische Bandlücke E1 der undotierten ersten Halbleiterschicht (21) .
  2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei die undotierte erste Halbleiterschicht (21) In0,5Alx1Ga0,5-x1P mit 0 ≤ x1 ≤ 0,27 oder Aly1Ga1-y1As mit 0 ≤ y1 < 0,4 aufweist, und die dotierte zweite Halbleiterschicht (22) In0,5Alx2Ga0,5-x2P mit 0 ≤ x2 ≤ 0,5 und x1 < x2 oder Aly2Ga1-y2As mit 0 < y2 ≤ 1 und y1 < y2 aufweist.
  3. Halbleiterchip nach Anspruch 2, wobei der Aluminiumgehalt x1 der undotierten ersten Halbleiterschicht (21) weniger als 0,25 beträgt.
  4. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dotierte zweite Halbleiterschicht (22) eine Dotierstoffkonzentration zwischen 1 * 1016 cm-3 und 1*1020 cm-3 aufweist.
  5. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die undotierte erste Halbleiterschicht (21) zwischen 3 nm und 15 nm dick ist.
  6. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dotierte zweite Halbleiterschicht (22) zwischen 20 nm und 30 nm dick ist.
  7. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die undotierte erste Halbleiterschicht (21) in der Übergitterstruktur (20) jeweils zwischen einer undotierten ersten Zwischenschicht (23) und einer undotierten zweiten Zwischenschicht (24) angeordnet ist.
  8. Halbleiterchip nach Anspruch 7, wobei die undotierte erste Zwischenschicht (23) und die undotierte zweite Zwischenschicht (24) die gleiche elektronische Bandlücke E2 wie die dotierte zweite Halbleiterschicht (22) aufweisen.
  9. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die undotierte erste Zwischenschicht (23) und/oder die undotierte zweite Zwischenschicht (24) zwischen 0,5 nm und 20 nm dick ist.
  10. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übergitterstruktur (20) zwischen 5 und 70 Perioden aufweist.
  11. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein spezifischer Widerstand der Übergitterstruktur (20) weniger als 0,05 Ωcm beträgt.
  12. Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip ein optoelektronischer Halbleiterchip ist, und der optoelektronische Halbleiterchip eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ Halbleiterbereich (2) angeordnete aktive Schicht (3) aufweist.
  13. Halbleiterchip nach Anspruch 12, wobei die aktive Schicht (3) eine Quantentopfstruktur aufweist, die mindestens eine Quantentopfschicht (31) und mindestens eine Barriereschicht (32) aufweist, und wobei die elektronische Bandlücke E1 der undotierten ersten Halbleiterschicht (21) der Übergitterstruktur (20) größer ist als eine elektronische Bandlücke EQW der mindestens einen Quantentopfschicht (31) der Quantentopfstruktur.
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