DE102017123542A1

DE102017123542A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip

Info

Publication number: DE102017123542A1
Application number: DE102017123542.6A
Authority: DE
Inventors: Xue Wang
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2019-04-11
Also published as: CN111433919B; US20200243709A1; WO2019072520A1; CN111433919A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) mit den Schritten:A) Bereitstellen einer Oberfläche (2) in einer Kammer (5),B) Bereitstellen zumindest eines organischen ersten Precursors (3) und eines zweiten Precursors (4) in der Kammer (5), wobei der organische erste Precursor (3) ein gasförmiges III-Verbindungsmaterial (3) aufweist, wobei der zweite Precursor (4) ein gasförmiges phosphor-enthaltendes Verbindungsmaterial (41) aufweist,C) Eptikatisches Abscheiden des ersten und zweiten Precursors (3, 4) bei einer Temperatur zwischen einschließlich 540 °C und einschließlich 660 °C und einem Druck zwischen einschließlich 30 mbar und einschließlich 300 mbar auf die Oberfläche (2) in der Kammer (5) zur Bildung einer ersten Schicht (12), die ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial (6) aufweist, wobei das Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor (3, 4) zwischen einschließlich 5 und einschließlich 200 beträgt, wobei das erzeugte Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial (6) mit Kohlenstoff dotiert ist, wobei die Kohlenstoffdotierkonzentration mindestens 4 × 10cmbeträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips. Ferner betrifft die Erfindung einen optoelektronischen Halbleiterchip, der vorzugsweise mit dem hier beschriebenen Verfahren erzeugt wird.
Bei optoelektronischen Halbleiterchips auf der Basis von Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialien finden für die Stromaufweitung und/oder Kontaktierung auf der p-Seite oftmals AlGaAs-Schichten Anwendung. Diese Schichten können jedoch korrodieren, was zum Ausfall des Halbleiterchips führen kann. Zudem zeigen derartige Schichten eine vergleichsweise hohe Absorption für das in dem Halbleiterchip zu erzeugende Licht. Alternativ kann mit Magnesium dotiertes Galliumphosphid verwendet werden. Dadurch kann zwar eine Anfälligkeit gegenüber Feuchtigkeit vermieden werden, es wird jedoch ein deutlich schlechterer spezifischer Widerstand erzielt als bei AlGaAs. Zudem kann Magnesium in den aktiven Bereich diffundieren und Defekte bilden, was zum Lichtverlust führt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleiterchip bereitzustellen, der eine gute Stromaufweitung und/oder Kontaktierung bei gleichzeitig geringen Absorptionsverlusten und einer hohen Feuchtestabilität aufweist. Insbesondere soll der Halbleiterchip einfach und/oder kostengünstig durch das hier beschriebene Verfahren erzeugt werden.
Diese Aufgabe wird beziehungsweise diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß dem Patentanspruch 1 und einem optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem Patentanspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips die Schritte auf:

A) Bereitstellen einer Oberfläche in einer Kammer,
B) Bereitstellen zumindest eines organischen ersten Precursors und eines zweiten Precursors in der Kammer. Der organische erste Precursor weist ein gasförmiges III-Verbindungsmaterial auf oder besteht daraus. Der zweite Precursor weist ein gasförmiges Phosphor-enthaltendes Verbindungsmaterial auf oder besteht daraus.
C) Epitaktisches Abscheiden des ersten und zweiten Precursors auf die Oberfläche in der Kammer. Dadurch wird eine erste Schicht, die ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial aufweist oder daraus besteht, gebildet. Das epitaktische Abscheiden erfolgt bei einer Temperatur zwischen einschließlich 540 °C und einschließlich 660 °C und einem Druck zwischen einschließlich 30 mbar und einschließlich 300 mbar, wobei das Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor zwischen einschließlich 5 und einschließlich 200 ist, wobei das erzeugte Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial mit Kohlenstoff dotiert ist, wobei die Kohlenstoffdotierkonzentration mindestens 2 × 10¹⁹ cm^-3 oder mindestens 4 × 10¹⁹ cm^-3 beträgt.

Die Erfindung betrifft ferner einen optoelektronischen Halbleiterchip. Vorzugsweise wird der optoelektronische Halbleiterchip mit dem hier beschriebenen Verfahren erzeugt. Dabei gelten alle Definitionen und Ausführungen des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips auch für den optoelektronischen Halbleiterchip und umgekehrt.
In zumindest einer Ausführungsform weist der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge weist insbesondere ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial auf. Die Halbleiterschichtenfolge weist einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, einen n-leitenden Bereich und einen p-leitenden Bereich auf. Der aktive Bereich ist zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet. Der p-leitende Bereich weist eine erste Schicht auf, oder die erste Schicht grenzt, insbesondere unmittelbar, an den p-leitenden Bereich. Die erste Schicht basiert auf dem mit Kohlenstoff dotierten Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial. Die Kohlenstoffdotierkonzentration des Phosphid-Verbindungshalbleitermaterials beträgt mindestens 5 × 10¹⁹ cm^-3. Die erste Schicht kann als p-Kontaktschicht und/oder p-Stromaufweitungsschicht ausgeformt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements den Verfahrensschritt A) auf, Bereitstellen einer Oberfläche. Die Oberfläche wird in einer Kammer bereitgestellt. Die Kammer ist insbesondere Bestandteil einer epitaktischen Anlage. Vorzugsweise ist die Kammer Bestandteil einer Anlage für eine metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Oberfläche die Oberfläche eines Substrats oder Trägers. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um einen GaAs, Saphir- oder Siliziumwafer handeln.
Zusätzlich oder alternativ ist die Oberfläche die Oberfläche einer Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Erzeugung von Strahlung, insbesondere über den aktiven Bereich, vorgesehen. Die Halbleiterschichtenfolge weist einen n-leitenden Bereich und einen p-leitenden Bereich auf. Der aktive Bereich ist zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet.
Der aktive Bereich ist insbesondere zur Erzeugung von Strahlung im blauen, grünen, gelben, roten, infraroten und/oder UV-Spektralbereich vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert der aktive Bereich der Halbleiterschichtenfolge auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Schicht auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basieren oder daraus bestehen.
„Auf Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass das Material ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_xIn_yGa_1-x-yP, aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Vorzugsweise ist für die erste Schicht x = 0 und y = 0. 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 und/oder ergänzt sein können.
Insbesondere umfasst die Halbleiterschichtenfolge mehrere Schichten aus Galliumphosphid.
Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfachquantentopfstruktur oder Mehrfachquantentopfstruktur 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 Quantenstrukturen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt B) auf, Bereitstellen zumindest eines organischen ersten Precursors und eines zweiten Precursors in der Kammer. Der organische erste Precursor weist ein gasförmiges III-Verbindungsmaterial auf oder besteht daraus. Der zweite Precursor weist ein gasförmiges Phosphor-enthaltendes Verbindungsmaterial auf oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der organische erste Precursor und/oder das III-Verbindungsmaterial Trimethylgallium (TMGa), Trimethylindium (TMIn) oder Trimethylaluminium (TMAl). Vorzugsweise ist der organische erste Precusor und/oder das III-Verbindungsmaterial Trimethylgallium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der zweite Precursor und/oder das Phosphor-enthaltende Verbindungsmaterial Phosphin (PH₃).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt C) auf, epitaktisches Abscheiden des ersten und zweiten Precursors auf die Oberfläche in der Kammer. Dadurch wird eine erste Schicht ausgebildet. Die erste Schicht umfasst oder besteht aus dem C-dotierten Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise C-dotiertem GaP. Die epitaktische Abscheidung erfolgt bei einer Temperatur zwischen einschließlich 540 °C und einschließlich 660 °C oder 700 °C und einem Druck zwischen einschließlich 30 mbar und einschließlich 300 mbar, wobei das Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor zwischen einschließlich 5 und einschließlich 200 ist (zweiter Precursor/erster Precursor = 5 bis 200). Die Kohlenstoffdotierkonzentration beträgt mindestens 5 × 10¹⁹ cm^-3.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weist der p-leitende Bereich eine p-Stromaufweitungsschicht auf. Die p-Stromaufweitungsschicht ist insbesondere Teil der Halbleiterschichtenfolge. Die p-Stromaufweitungsschicht ist insbesondere auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs ausgebildet. Beispielsweise bildet die p-Stromaufweitungsschicht die im Schritt C) des Verfahrens erzeugte erste Schicht, die das C-dotierte Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial umfasst.
Alternativ oder zusätzlich ist an dem p-leitenden Bereich der Halbleiterschichtenfolge eine Stromaufweitungsschicht angegrenzt, die ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist. An der Stromaufweitungsschicht ist ein metallischer p-Anschlusskontakt angeordnet, der zumindest bereichsweise an die Stromaufweitungsschicht angrenzt. Der p-Anschlusskontakt weist ein Metall oder eine Metalllegierung auf und ist an einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht angeordnet.
Der metallische p-Anschlusskontakt dient insbesondere zur Stromzufuhr durch eine Stromaufweitungsschicht in den n-leitenden Bereich. Er kann aber auch gleichzeitig die Funktion einer Spiegelschicht haben. Insbesondere ist zwischen der aus einem transparenten leitfähigen Oxid geformten Stromaufweitungsschicht und dem p-leitenden Bereich die in Schritt C) erzeugte erste Schicht angeordnet, die insbesondere ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial aufweist.
Insbesondere ist die erste Schicht aus Kohlenstoff-dotiertem Galliumphosphid geformt. Die erste Schicht dient hier insbesondere als p-Kontaktschicht. Die p-Kontaktschicht ist vorteilhaft sehr hoch mit Kohlenstoff dotiert. Die Kohlenstoffdotierkonzentration des Phosphid-Verbindungshalbleitermaterials der ersten Schicht liegt insbesondere bei 5 · 10¹⁹ cm^-3 bis 1 · 10²¹ cm^-3, insbesondere für eine als p-Kontaktschicht ausgeformte erste Schicht. Bevorzugt ist die Konzentration 5 · 10²⁰ cm^-3. Weiterhin ist die p-Kontaktschicht eine vergleichsweise dünne Schicht, deren Dicke vorzugsweise zwischen 5 nm und 200 nm, insbesondere zwischen 10 nm und 35 nm, beispielsweise 20 nm, ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Schicht als p-Kontaktschicht ausgeformt. Vorzugsweise wird die als p-Kontaktschicht ausgeformte erste Schicht im Schritt C) bei einer Temperatur zwischen einschließlich 520 °C oder 540 °C und einschließlich 620 °C (Realtemperatur), insbesondere zwischen einschließlich 540°C - 580°C, beispielsweise 560°C, und einem Druck von 30 mbar bis 300 mbar, insbesondere bei einem Druck zwischen 40-90 mbar, beispielsweise 66 mbar, und einem Verhältnis des zweiten Precursor-Materials zum ersten Precursor-Material von 5 bis 150, insbesondere 10-50, beispielsweise 15, erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine als p-Kontaktschicht ausgeformte erste Schicht in einer epitaktischen Anlage, beispielsweise VECCO E450, K450,K475 oder K475i oder Aixtron G4 oder G5 erzeugt. Als Temperatur kann eine Temperatur zwischen 560 °C und 600 °C, beispielsweise 560 °C und/oder 600 °C gewählt werden. Als Druck kann beispielsweise 66 mbar gewählt werden. Das Verhältnis von zweitem Precursor zu erstem Precursor kann 25 bei 600 °C und/oder 16 bei 560 °C sein. Als erster Precursor kann Trimethylgallium und als zweiter Precursor Phosphin verwendet werden. Insbesondere kann als Trägergas im Schritt C) Wasserstoff verwendet werden. Die erzeugte Schichtdicke der ersten Schicht liegt insbesondere zwischen 5 nm und 35 nm. Die Oberfläche kann in der Kammer rotieren, wobei die Rotation beispielsweise eine Umdrehung von 500 rpm und/oder 700 rpm aufweist. Damit kann ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer ersten Schicht erzeugt werden, die eine hohe Kohlenstoffdotierung in dem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial aufweist. Insbesondere ist die Kohlenstoffdotierkonzentration des erzeugten Phosphid-Verbindungshalbleitermaterials der ersten Schicht zwischen einschließlich 5 × 10¹⁹ cm^-3 und 1 × 10²¹ cm^-3. Der optoelektronische Halbleiterchip weist einen Kontaktwiderstand ITO/GaP zwischen 1 × 10^-5 bis 1 × 10^-4 Ω · cm², für Gold/Galliumphosphid von ungefähr 2 × 10^-5 Ω · cm² und für Platingold/Galliumphosphid von ungefähr 7 × 10^-6 Ω · cm², auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Schicht als Stromaufweitungsstruktur ausgeformt. Insbesondere wird eine als p-Stromaufweitungsstruktur ausgeformte erste Schicht im Schritt C) bei einer Temperatur zwischen 560 °C und 660 °C (Realtemperatur), insbesondere 580°C-620°C, beispielsweise 600°C, und einem Druck von 30 mbar bis 300 mbar, insbesondere 40-90 mbar, beispielsweise 66 mbar, und einem Verhältnis zwischen zweitem Precursor und erstem Precursor von 10 bis 200, insbesondere 10-40, beispielsweise 24, erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Temperatur im Schritt C) zwischen 540 °C und 620 °C für eine als p-Kontaktschicht ausgeformte erste Schicht oder zwischen 560°C und 660°C für eine als p-Stromaufweitungsschicht ausgeformte erste Schicht.
Beispielsweise kann eine als p-Stromaufweitungsschicht ausgeformte erste Schicht in einer epitaktischen Anlage, beispielsweise von VECCO E450, K450 und K475, erzeugt werden. Als Temperatur kann beispielsweise 600 °C, als Druck 66 mbar und ein Verhältnis von zweitem Precursor zu erstem Precursor von 25 gewählt werden. Als Precursor können Trimethylgallium und Phosphin verwendet werden. Es kann damit eine erste Schicht aufweisend das Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial mit einer Kohlenstoffdotierkonzentration von 2 × 10¹⁹ cm^-3 oder 4 × 10¹⁹ cm^-3 bis 3 × 10²⁰ cm^-3 erzeugt werden. Die Schichtdicke der ersten Schicht kann zwischen 200 nm bis 350 nm, beispielsweise 270 nm, liegen. Die Oberfläche kann rotieren mit beispielsweise einer Umdrehung von 500 rpm und/oder 750 rpm. Der erzeugte optoelektronische Halbleiterchip kann einen spezifischen Widerstand von 0,002 bis 0,006 Ω · cm und einen Kontaktwiderstand Gold/Galliumphosphid zwischen 5 × 10^-6 und 2 × 10^-4 Ω · cm² aufweisen.
Die Erfinderin hat erkannt, dass durch das hier beschriebene Verfahren, insbesondere durch die Kombination des in Schritt C) angegebenen Verfahrensparameterfensters ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer ersten Schicht aus dem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial mit einer hohen Kohlenstoffkonzentration erzeugt werden kann. Insbesondere beträgt die Kohlenstoffdotierkonzentration mindestens 4 × 10¹⁹ cm^-3 oder mindestens 2 × 10¹⁹ cm^-3. Gerade die Kombination aus Temperatur, Druck und dem Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor erzeugt eine erste Schicht.
Zusätzlich weist die erste Schicht eine geringe Schichtdicke auf und ist feuchtigkeitsstabil und stabil gegenüber Delamination. Dies ist von Vorteil im Gegensatz zum bisher bekannten magnesiumdotierten Galliumphosphid, das als dicke Schicht ausgeformt werden muss und einen geringen Kontaktwiderstand aufweist, und dem bisher bereits bekannten Galliumaluminiumarsenid, das eine hohe Absorption und eine hohe Delamination aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt C) ein Trägergas verwendet. Insbesondere wird als Trägergas Wasserstoff verwendet. Insbesondere wird als Trägergas kein Argon verwendet. Das Trägergas wird vorzugsweise verwendet, um die gasförmigen III- und/oder Phosphor-enthaltenden Verbindungsmaterialien in die Kammer zu transportieren. Der erste und zweite Precursor reagieren dann zum Teil bereits in der Gasphase und diffundieren zur Oberfläche, wo die Precursor absorbieren und eine Zerlegungsreaktion stattfindet. Die gasförmigen Produkte desorbieren und diffundieren weg aus der Kammer.
Insbesondere sind die Precursor frei von Verunreinigungen, die durch die Herstellung in die Precursor hineingelangen können. Die Zerlegung des III-Verbindungsmaterials erfolgt vorzugsweise in mehreren Stufen, in denen sukzessive in der Gasphase die Methylgruppen als Radikale abgespalten werden. Der letzte Zerlegungsschritt des Monomethylgruppen-III-Elements erfolgt dann an der Oberfläche unter Beteiligung des Phosphor-enthaltenden Verbindungsmaterials. Dieses produziert bei seiner Zerlegung naszierenden atomaren Wasserstoff, der dann mit der letzten Methylgruppe zu Methan reagiert. Methan kann dann als Nebenprodukt abtransportiert werden. Das Trägergas bestimmt insbesondere die Hydrodynamik der Gasphase und kann die Reaktion beeinflussen, wenn es als Edukt oder Produkt in der Reaktion auftritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die epitaktische Abscheidung im Schritt C) eine metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE). Die metallorganische Gasphasenepitaxie kann auch als organometallische Gasphasenepitaxie (OMVPE) oder als metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) bezeichnet werden. Das prinzipielle Verfahren der metallorganischen Gasphasenepitaxie ist einem Fachmann hinreichend bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein zusätzlicher Precursor, ein gasförmiger organischer dritter Precursor, verwendet. Vorzugsweise ist der dritte Precursor aus CBr₄ geformt. Der dritte Precursor dient zur Erhöhung der Kohlenstoffdotierkonzentration in der ersten Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Schicht eine Schichtdicke von einschließlich 5 nm bis einschließlich 200 nm auf. Alternativ weist die erste Schicht eine Schichtdicke von einschließlich 50 nm bis einschließlich 500 nm, insbesondere von einschließlich 200 nm bis einschließlich 350 nm, auf. Insbesondere liegt die Schichtdicke der ersten Schicht zwischen 5 und 200 nm, wenn die erste Schicht als p-Kontaktschicht ausgeformt ist. Die Schichtdicke der ersten Schicht liegt insbesondere zwischen 50 nm und 500 nm, wenn die erste Schicht als p-Stromaufweitungsschicht ausgeformt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Temperatur im Schritt C) einen Wert zwischen 560 °C und 600 °C, beispielsweise 600 °C auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Druck im Schritt C) einen Wert zwischen 60 mbar und 70 mbar, beispielsweise 66 mbar, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kohlenstoffdotierkonzentration einen Wert zwischen 1 · 10²⁰ cm^-3 und 5 · 10²⁰ cm^-3 oder zwischen 5 · 10¹⁹ cm^-3 und 3 · 10²⁰ cm^-3 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Temperatur und/oder der Druck im Schritt C) konstant. Mit anderen Worten erfolgt keine Temperatur- und/oder Druckrampe während des Verfahrensschritts C).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt das Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor zwischen einschließlich 5 und einschließlich 150. Alternativ beträgt das Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor zwischen einschließlich 10 bis einschließlich 200. Das Verhältnis zwischen einschließlich 5 und einschließlich 150 liegt vorzugsweise bei einer als p-Kontaktschicht ausgeformten ersten Schicht vor. Das Verhältnis zwischen einschließlich 10 und einschließlich 200 liegt vorzugsweise bei einer als p-Stromaufweitungsschicht ausgeformten ersten Schicht vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial ein Galliumphosphid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial ein Alumiumgalliumphosphid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die erste Schicht an die Oberfläche einer Halbleiterschichtenfolge unmittelbar an. Die erste Schicht ist vorzugsweise als p-Kontaktschicht und/oder als p-Stromaufweitungsschicht ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt nach Schritt C) ein Abkühlschritt. In diesem Abkühlschritt wird zumindest das Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial in der Kammer abgekühlt. Insbesondere ist die Kammer frei von dem zweiten Precursor-Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt nach Schritt C) ein Abkühlschritt ohne zweiten Precursor, insbesondere ohne Phosphid-Verbindung, und nur mit einem Trägergas, beispielsweise Wasserstoff.
Nach dem Epitaxiewachstum von beispielsweise kohlenstoffdotiertem Galliumphosphid wird die Oberfläche, beispielsweise die Epischeiben, in der Kammer des Reaktors ohne Phosphin abgekühlt. Dadurch wird eine Kohlenstoff-Wasserstoff-Passivation vermieden, die zu einer hohen U_F von beispielsweise 30 mV bis 50 mV führt.
Nach dem üblichen Epitaxieprozess wird die Oberfläche, beispielsweise die Epischeiben, unter dem zweiten Precursor abgekühlt, beispielsweise unter Anwesenheit von Phosphin, AsH3 oder NH3, da es die Desorption von der Epioberfläche vermeidet.
In dem Fall mit der Galliumphosphidoberfläche wird eine Desorption beim Abkühlen ohne Phosphin nicht beobachtet. Es ist daher kein Alterungseffekt zu beobachten. Mit anderen Worten ist es bisher unüblich, den Abkühlprozess ohne den zweiten Precursor durchzuführen, da bisher bekannt ist, dass unter Anwesenheit des zweiten Precursors eine Stabilisierung der ersten Schicht erfolgt. Die Erfinderin hat erkannt, dass durch die Abwesenheit des zweiten Precursors im Abkühlschritt eine Kohlenstoff-Wasserstoff-Passivation vermieden wird und damit eine hohe U_F vermindert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine als p-Kontaktschicht ausgeformte erste Schicht eine hohe Kohlenstoffdotierung von 1 · 10²⁰ cm^-3 bis 5 · 10²⁰ cm^-3 und einen Absorptionskoeffizienten von 600 cm^-1 bis 2000 cm^-1 auf. Es werden ein kleinerer Kontaktwiderstand und eine hohe Helligkeit des Halbleiterchips erzeugt. Der Kontaktwiderstand liegt deutlich unter den in der bisherigen Literatur beschriebenen Werten von ITO/GaP 1 · 10^-5 bis 1 · 10^-4 Ωcm², Au/GaP von ungefähr 2 · 10^-5 Ωcm², PtAu/GaP von ungefähr 7 · 10^-6 Ωcm².
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine als p-Stromaufweitungsschicht ausgeformte erste Schicht eine hohe Kohlenstoffdotierung von 4 · 10¹⁹ bis 3 · 10²⁰ cm^-3 mit einem kleinen spezifischen Widerstand von 0,002 bis 0,006 Ω · cm² und einen Absorptionsparameter im Bereich von 400 bis 650 cm^-1 auf. Im Vergleich zu der Stromaufweitungsschicht von beispielsweise AlGaAs:C weist kohlenstoffdotiertes Galliumphosphid eine bessere Feuchtestabilität und Haftung auf und somit eine kleinere oder vergleichbare Absorption. Im Vergleich zu der Stromaufweitungsschicht aus magnesiumdotiertem Galliumphosphid weist kohlenstoffdotiertes Galliumphosphid keine Magnesiumdotierung auf, wobei das Alterungsrisiko damit deutlich herabgesetzt wird.
Bisher ist kein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips bekannt, das beim epitaktischen Abscheiden zur Erzeugung der ersten Schicht eine Kombination der hier beschriebenen Verfahrensparameter, wie Temperatur, Druck und Verhältniswerte, verwendet. Dadurch kann eine mit Kohlenstoff hochdotierte Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialschicht erzeugt werden, die zudem feuchtestabil ist und eine hohe Absorption aufweist.
Bisher sind beispielsweise lediglich Verfahren bekannt, die niedrigere Temperaturen von beispielsweise 470 °C und einem Druck von 50 mbar mit Wasserstoffträgergas verwenden (Japanese Journal of Appl. Phys. Vol. 47, Nr. 9, 2008, Seiten 7023 bis 7025). Die dort erzeugte kohlenstoffdotierte Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialschicht weist aber eine geringere Kohlenstoffkonzentration von 3,2 · 10¹⁹ cm^-3 auf. Im Journal of Electrochemical Society, Vol. 157, Nr. 4, 2010, Seiten H459 bis H462 wird ebenfalls eine kohlenstoffdotierte Phosphid-Verbindungshalbleiterschicht mit einer Konzentration von größer als 1 · 10¹⁹ cm^-3 beschrieben. Allerdings werden diese Schichten bei einer geringeren Temperatur von 530 °C mit einem Verhältnis von zweitem Precursor zu erstem Precusor von 11 mit Wasserstoffträgergas erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt die Kohlenstoffdotierung in dem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial als p-Dotierung. Mit anderen Worten wirkt die Kohlenstoffdotierung als Akzeptor. Beispielsweise baut sich der Kohlenstoff an den Gruppe-V-Gitterplätzen, insbesondere an Phosphorgitterplätzen, ein.
Es hat sich gezeigt, dass durch das hier beschriebene Verfahren ein Halbleiterchip erzeugt werden kann, der eine verbesserte Feuchtestabilität und geringere Absorptionsverluste und weiterhin eine hohe Leitfähigkeit und damit eine effiziente Stromaufweitung aufweist.
Kohlenstoff zeichnet sich durch eine besonders geringe Diffusion innerhalb der Halbleiterschichtenfolge aus. Die Gefahr einer Schädigung mit der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere des aktiven Bereichs, durch Diffusion des Kohlenstoffs in den aktiven Bereich und ein damit einhergehender Lichtverlust der Halbleiterschichtenfolge werden effizient vermieden.
Bezüglich der Ausgestaltung des Halbleiterchips wird auf die Ansprüche und Figuren der DE 10 2017 101 637.6 und DE 10 2017 104 719.0 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Schicht frei von Magnesium.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A bis 1D ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einer Ausführungsform,
2A bis 3D jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einer Ausführungsform.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die 1A bis 1D zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einer Ausführungsform.
Die 1A zeigt das Bereitstellen einer Oberfläche in einer Kammer 5. Die Kammer 5 ist beispielsweise Teil eines epitaktischen Reaktors, wie VECCO K475. Die Oberfläche 2 ist vorzugsweise eine Oberfläche einer Halbleiterschichtenfolge 1. Die Halbleiterschichtenfolge 1 weist vorzugsweise ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial auf. Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen. Die Halbleiterschichtenfolge 1 weist einen aktiven Bereich 20 auf, der zwischen einem n-leitenden Bereich 21 und einem p-leitenden Bereich 22 angeordnet ist (hier nicht gezeigt).
In 1B ist der Verfahrensschritt B dargestellt, das Bereitstellen zumindest eines organischen ersten Precursors 3, der ein gasförmiges III-Verbindungsmaterial 31 aufweist, und eines zweiten Precursors 4, der ein gasförmiges Phosphor-enthaltendes Verbindungsmaterial 41 aufweist. Der erste Precursor 3 kann beispielsweise Trimethylgallium und der zweite Precursor 4 kann beispielsweise Phosphin sein. Zusätzlich kann ein Trägergas 7, beispielsweise Wasserstoff, verwendet werden, um die gasförmigen Precursor 3, 4 in die Kammer zu transportieren.
Die Precursor 3, 4 reagieren dann zum Teil bereits in der Gasphase und diffundieren zur Oberfläche 2. Insbesondere ist die Oberfläche 2 beheizt. Die Precursor 3, 4 werden absorbiert, wobei eine erste Schicht 12 gebildet wird, die ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial 6 aufweist oder daraus besteht. Insbesondere ist das Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial 6 Galliumphosphid (siehe 1C).
Die epitaktische Abscheidung des Phosphid-Verbindungshalbleitermaterials der ersten Schicht 12 in 1C erfolgt bei einer Temperatur zwischen einschließlich 520 °C oder 540 °C und einschließlich 660 °C, einem Druck zwischen einschließlich 30 mbar und einschließlich 300 mbar und einem Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor zwischen einschließlich 5 und einschließlich 200. Mit dem angegebenen Parameterfenster ist die Oberflächenqualität gut, die Leitfähigkeit hoch und die Absorption niedrig.
Als Nebenprodukt 11 kann beispielsweise Methan die Kammer 5 verlassen.
Die 1D zeigt die erste Schicht 12, die das C-dotierte Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial 6 aufweist oder daraus besteht. Die Kohlenstoffdotierkonzentration weist mindestens einen Wert von 5 × 10¹⁹ cm^-3 auf. Die erste Schicht 12 ist auf der Oberfläche 2 angeordnet.
Die 2A bis 2D zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einer Ausführungsform. In diesen Ausführungsbeispielen ist die erste Schicht 12 vorzugsweise als p-Kontaktschicht ausgeformt.
Die 2A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gemäß einer Ausführungsform. Der Halbleiterchip 100 weist eine Halbleiterschichtenfolge 1 auf, die vorzugsweise ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial 6 aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen. Die Halbleiterschichtenfolge 1 weist einen aktiven Bereich 20 auf, der zwischen einem p-leitenden Bereich 22 und einem n-leitenden Bereich 21 angeordnet ist.
Der p-leitende Bereich 22 weist eine erste Schicht 12 auf, oder die erste Schicht 12 grenzt, vorzugsweise direkt, an den p-leitenden Bereich 22. Die erste Schicht 12 weist ein kohlenstoffdotiertes Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial 6, vorzugsweise kohlenstoffdotiertes Galliumphosphid mit einer Kohlenstoffdotierkonzentration von mindestens 5 × 10¹⁹ cm^-3 auf. In dem Fall ist die erste Schicht 12 als p-Kontaktschicht 9 ausgeformt. Die p-Kontaktschicht 9 ist zwischen einer p-dotierten Indiumgalliumaluminiumphosphidschicht (p-InGaAlP) angeordnet. Die p-Kontaktschicht 9 grenzt an eine Stromaufweitungsschicht 13. Die p-Kontaktschicht 9 kann die äußerste Halbleiterschicht der p-Seite des optoelektronischen Halbleiterchips 100 bilden.
Die Stromaufweitungsschicht 13 enthält ein transparentes leitfähiges Oxid, beispielsweise ITO. Alternativ kann das transparente leitfähige Oxid zum Beispiel Zinkoxid oder IZO sein. Die Stromaufweitungsschicht 13 grenzt an einen p-Anschlusskontakt aus einem Metall oder einer Metalllegierung.
Der p-Anschlusskontakt 14 dient als elektrischer Kontakt, um einen elektrischen Strom in die Halbleiterschichtenfolge 1 zu leiten. Ein n-Anschlusskontakt 15 dient zur elektrischen Kontaktierung von der n-Seite und kann beispielsweise an der Rückseite eines Trägers 16 angeordnet sein. Insbesondere ist der n-Anschlusskontakt 15 an der Rückseite eines Trägers 16 angeordnet, wenn ein elektrisch leitfähiger Träger verwendet wird. Alternativ sind aber auch andere Anordnungen des n-Anschlusskontaktes 15 möglich.
Die Stromaufweitungsschicht 13 hat hier den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer hohen Transparenz auf die gesamte p-Kontaktschicht 9 aufgebracht sein kann, wodurch eine gute Stromaufweitung ohne wesentliche Absorptionsverluste erfolgt. Die Dicke der Stromaufweitungsschicht 13 beträgt vorzugsweise zwischen 10 nm und 300 nm, beispielsweise etwa 60 nm.
Die p-Kontaktschicht 9 ist vorteilhaft als dünne Schicht mit nur weniger als 100 nm, vorzugsweise 1 nm bis 35 nm, ausgeformt.
Eine so geringe Dicke der p-Kontaktschicht 9 ist insbesondere deshalb möglich, weil die Stromaufweitung bereits in der angrenzenden Stromaufweitungsschicht 13 aus dem transparenten leitfähigen Oxid erfolgt. Die p-Kontaktschicht 9 aus kohlenstoffdotiertem Galliumphosphid muss daher nicht zur Stromaufweitung dienen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtdiodenchips, in denen in der Regel eine oder mehrere vergleichsweise dicke p-Typ-Halbleiterschichten zur Stromaufweitung eingesetzt werden, hat die sehr dünne p-Kontaktschicht 9 den Vorteil, dass die Absorption nur sehr gering ist.
Weiterhin zeichnet sich die dünne p-Kontaktschicht 9 durch eine geringe Rauheit aus. Die rms-Oberflächenrauheit der p-Kontaktschicht 9 an der Grenzfläche zur Stromaufweitungsschicht 13 beträgt vorteilhaft weniger als 2 nm. Die geringe Rauheit wird insbesondere durch die geringe Dicke ermöglicht, da die p-Kontaktschicht 9 bei einer so geringen Schichtdicke im Wesentlichen noch nicht komplett relaxiert ist. Anders ausgedrückt ist die p-Kontaktschicht 9 verspannt auf der darunterliegenden Halbleiterschichtenfolge 1 aufgewachsen. Ein Übergang zur Gitterkonstanten des Galliumphosphidhalbleitermaterials würde sich erst bei einer größeren Schichtdicke durch Ausbildung von Versetzungen einstellen.
Insbesondere ist die p-Kontaktschicht 9 frei von Aluminium. Ein hoher Aluminiumgehalt der p-Kontaktschicht 9 hätte an sich zwar den Vorteil, dass die Absorption aufgrund der durch den hohen Aluminiumgehalt großen elektronischen Bandlücke gering ist. Andererseits hat sich gezeigt, dass eine Halbleiterschicht mit hohem Aluminiumgehalt vergleichbar empfindlich gegenüber Feuchtigkeit ist. Da bei der hier beschriebenen p-Kontaktschicht 9 die Absorption bereits aufgrund der geringen Schichtdicke nur sehr gering ist, kann das Halbleitermaterial der p-Kontaktschicht 9 vorteilhaft frei von Aluminium sein, ohne dass eine signifikante Absorption in der p-Kontaktschicht 9 auftritt.
Die Dotierung der p-Kontaktschicht 9 mit Kohlenstoff hat den Vorteil, dass eine Diffusion von dem herkömmlicherweise verwendeten Dotierstoff Magnesium in tieferliegende Halbleiterschichten, insbesondere den aktiven Bereich 20, nicht auftritt. Die Problematik der Diffusion ist bei der Verwendung von Kohlenstoff als Dotierstoff geringer als bei der Verwendung von Magnesium.
Die 2B zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gemäß einer Ausführungsform. Der optoelektronische Halbleiterchip 100 ist hier als sogenannte Dünnfilm-LED ausgeformt. Bei der Dünnfilm-LED ist die Halbleiterschichtenfolge 1 von ihrem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgelöst. Auf der dem ursprünglichen Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Seite ist der Halbleiterchip 100 mit mindestens einer Verbindungsschicht 18, beispielsweise einer Lotschicht, auf einem Trägersubstrat 161 angeordnet. Von dem aktiven Bereich 20 aus gesehen ist also die p-Kontaktschicht 9 dem Trägersubstrat 161 zugewandt. Das Trägersubstrat 161 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, Germanium, Molybdän oder eine Keramik, aufweisen.
Wie bereits im Zusammenhang mit 2A beschrieben, enthält der Halbleiterchip 100 der 2B eine p-Kontaktschicht 9 mit kohlenstoffdotiertem Galliumphosphid und grenzt an die Stromaufweitungsschicht 13 an, die ein transparentes leitfähiges Oxid, wie beispielsweise ITO, enthält.
Dabei gelten alle Ausführungen zur p-Kontaktschicht 9 der 2B auch wie bereits im Zusammenhang mit 2A beschrieben.
Der p-Anschlusskontakt 14 kann aus Silber oder Gold bestehen. Silber oder Gold zeichnen sich durch eine hohe Reflektivität aus. Bei dem hier dargestellten Beispiel ist zwischen der Stromaufweitungsschicht 13 und dem p-Anschlusskontakt 14 bereichsweise eine dielektrische Schicht 19 angeordnet, bei der es sich insbesondere um eine Siliziumoxidschicht handeln kann. Aufgrund des vergleichsweise geringen Brechungsindex des dielektrischen Materials der dielektrischen Schicht 19 kann die dielektrische Schicht 19 eine Totalreflexion eines Teils der in Richtung des Trägersubstrats 161 emittierten Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche hin bewirken.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und die sich daraus ergebenden Vorteile des Ausführungsbeispiels der 2B entsprechen dem Ausführungsbeispiel der 2A und werden daher nicht nochmals näher erläutert.
Die 2C zeigt eine schematische Seitendarstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gemäß einer Ausführungsform. Der Halbleiterchip der 2C unterscheidet sich von dem Halbleiterchip der 2B dadurch, dass die p-Kontaktschicht 9 und die Stromaufweitungsschicht 13 in einem Bereich durchbrochen sind. Hierzu wird beispielsweise bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips 100 vor dem Aufbringen der dielektrischen Schicht 19 und des p-Anschlusskontakts 14 eine Ausnehmung in der Stromaufweitungsschicht 13 und der p-Kontaktschicht 9 erzeugt. Diese Strukturierung erfolgt insbesondere vor dem Ablösen des Aufwachssubstrates und vor dem Verbinden des Halbleiterchips 100 mit dem Trägersubstrat 161. Dies hat den Vorteil, dass der Stromfluss durch den aktiven Bereich 20 vermindert wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass unterhalb des n-Anschlusskontakts 15 weniger Strahlung erzeugt wird und so Absorptionsverluste vermindert werden.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 2C den Ausführungen des Halbleiterchips der 2B.
Der Halbleiterchip der 2A bis 2C wurde insbesondere bei einer Temperatur zwischen 540 °C und 650 °C, bei einem Druck zwischen 30 mbar und 300 mbar und einem Verhältnis zwischen zweitem und erstem Precursor von 5 bis 150 erzeugt. Die resultierende Schichtdicke der ersten Schicht 12 beträgt insbesondere zwischen 5 nm und 200 nm, vorzugsweise 5 nm bis 35 nm.
Die 3A bis 3D zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einer Ausführungsform. Hier ist die erste Schicht 12 insbesondere als p-Stromaufweitungsschicht ausgeformt. Zusätzlich kann die erste Schicht 12 eine p-Kontaktierungsfunktion aufweisen.
Der Halbleiterchip der 3A weist einen aktiven Bereich 20 auf, der zwischen einem n-leitenden Bereich 21 und einem p-leitenden Bereich 22 angeordnet ist.
Der aktive Bereich 20 basiert auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial. Beispielsweise ist der aktive Bereich 20 als eine Quantenstruktur mit einer Mehrzahl von Quantenschichten 201 und dazwischen angeordneten Barriereschichten 202 gebildet. Durch die Wahl der Materialzusammensetzung des Phosphid-Verbindungshalbleitermaterials und/oder der Schichtdicke der Quantenschichten 201 kann die Emissionswellenlänge der im aktiven Bereich 20 zu erzeugenden Strahlung vom grünen über den gelben und roten bis in den infraroten Spektralbereich variiert werden.
Der p-leitende Bereich 22 weist die erste Schicht 12 auf, die hier als p-Stromaufweitungsschicht 6 ausgeformt ist. Die Stromaufweitungsschicht 6 ist mit Kohlenstoff dotiert und weist ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere C-dotiertes GaP, auf. Die Kohlenstoffdotierkonzentration beträgt insbesondere zwischen 2 × 10¹⁹ und 3 × 10²⁰ cm^-3.
Dabei gelten alle bisher dargestellten Definitionen und Ausführungen zur ersten Schicht 12 auch für das Ausführungsbeispiel der 3A, das daher an dieser Stelle nicht näher erläutert wird.
Der Halbleiterchip der 3A bis 3D wurde insbesondere bei einer Temperatur zwischen 540 °C und 660 °C, bei einem Druck zwischen 30 mbar und 300 mbar und einem Verhältnis zwischen zweitem und erstem Precursor von 10 und 200 erzeugt. Die resultierende Schichtdicke der ersten Schicht 12 beträgt insbesondere zwischen 50 nm und 500 nm, vorzugsweise 200 nm bis 350 nm.
Insbesondere ist die Stromaufweitungsschicht 6 frei von Aluminium und/oder Indium.
Die Stromaufweitungsschicht 6 zeichnet sich in dem oben genannten Spektralbereich für die im aktiven Bereich 20 zu erzeugende Strahlung durch eine hohe Transmission aus. Zudem ist eine solche Stromaufweitungsschicht im Vergleich zu einer Aluminiumgalliumarsenid-Stromaufweitungsschicht feuchtestabiler.
Im Unterschied zu den übrigen Schichten der Halbleiterschichtenfolge 1 ist die Stromaufweitungsschicht 6 vollständig oder teilweise relaxiert und weist folglich nicht die Gitterkonstante des Aufwachssubstrats auf. Alle auf der dem aktiven Bereich 20 zugewandten Seite der Stromaufweitungsschicht 6 angeordneten Schichten der Halbleiterschichtenfolge weisen also dieselbe Gitterkonstante auf.
Der p-leitende Bereich 22 kann weiterhin auf der dem aktiven Bereich 20 zugewandten Seite der Stromaufweitungsschicht 6 einen Teilbereich 221 aufweisen. Der Teilbereich 221 ist mittels eines zweiten Dotierstoffs p-leitend dotiert. Insbesondere ist der zweite Dotierstoff vom Kohlenstoff verschieden. Beispielsweise ist der zweite Dotierstoff Magnesium.
Die 3B zeigt einen Halbleiterchip 100, der einen Träger 16 aufweist. Der Träger 16 ist mittels einer Verbindungsschicht 18, beispielsweise einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, an der Halbleiterschichtenfolge 1 befestigt. Zwischen dem Träger 16 und der Halbleiterschichtenfolge 1 kann eine Spiegelschicht 200 angeordnet sein. Die Spiegelschicht 200 dient gleichzeitig der elektrischen Kontaktierung der Stromaufweitungsschicht 6. Der Halbleiterchip 100 weist zudem einen p-leitenden Bereich 22, einen aktiven Bereich 20 und einen n-leitenden Bereich 21 auf. Zudem weist der Halbleiterchip 100 einen p-Anschlusskontakt 14 und einen n-Anschlusskontakt 15 auf. Der n-Anschlusskontakt 15 grenzt an den n-leitenden Bereich 21, der p-Anschlusskontakt 14 grenzt an den Träger 16.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und die sich daraus ergebenden Vorteile dieses Ausführungsbeispiels entsprechen im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 3A.
Insbesondere ist der Halbleiterchip gemäß der 3B als Volumenemitter ausgeformt. Dies bezeichnet einen Halbleiterchip, bei dem ein wesentlicher Teil der Strahlung, beispielsweise mindestens 30 % der Strahlung, seitlich aus dem Halbleiterchip austritt.
Die 3C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip 100. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit 3B beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied hierzu weist die Stromaufweitungsschicht 6 in lateraler Richtung eine Strukturierung auf. Die Strukturierung ist in Form einer Mehrzahl von Ausnehmungen 210 in der Stromaufweitungsschicht 6 ausgebildet. Die Ausnehmungen 210 sind beispielsweise für eine Störung von Wellenleitereffekten vorgesehen. Die Auskoppeleffizienz kann so erhöht werden.
Die 3D zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterkörper 100 gemäß einer Ausführungsform. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit 3A beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist der p-leitende Bereich eine Übergitterstruktur 220 auf. Die Übergitterstruktur 220 ist zwischen der Stromaufweitungsschicht 6 und dem aktiven Bereich 20 angeordnet. Die Übergitterstruktur 220 weist beispielsweise eine Mehrzahl erster Teilschichten 2210 und eine Mehrzahl zweiter Teilschichten 2220 auf. Zur vereinfachten Darstellung sind in 3D jeweils nur eine erste Teilschicht 2210 und eine zweite Teilschicht 2220 gezeigt. Für die erste Teilschicht 2210 eignet sich Galliumphosphid und für die zweite Teilschicht 2220 Aluminiumindiumphosphid.
Mittels der Übergitterstruktur 220 kann die Gefahr einer Fortsetzung von Gitterdefekten ausgehend von der Stromaufweitungsschicht 6 in Richtung des aktiven Bereichs 20 weitgehend verringert werden. Dadurch bedingter Lichtverlust kann somit vermieden werden.
Insgesamt zeichnen sich die hier beschriebenen Halbleiterkörper und der damit gebildete Halbleiterchip durch eine hohe Feuchtestabilität, geringen Lichtverlust und gleichzeitig durch eine gute Stromaufweitung und/oder p-Kontaktierung aufgrund einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bei gleichzeitig geringen Absorptionsverlusten aus. Zudem kann die Zuverlässigkeit des Halbleiterchips aufgrund einer verbesserten Haftung einer dielektrischen Schicht auf einer Stromaufweitungsschicht verbessert werden.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, die 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

100: optoelektronischer Halbleiterchip
1: Halbleiterschichtenfolge
2: Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge
20: aktiver Bereich
21: n-leitender Bereich
22: p-leitender Bereich
3: erster Precursor
4: zweiter Precursor
31: III-Verbindungsmaterial
41: Phosphor-enthaltendes Verbindungsmaterial
5: Kammer
6: Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial
7: Trägergas
8: dritter Precursor
9: p-Kontaktschicht
10: p-Stromaufweitungsschicht
11: Nebenprodukt
12: erste Schicht
13: Stromaufweitungsschicht
14: p-Anschlusskontakt
15: n-Anschlusskontakt
16: Träger
161: Trägersubstrat
17: p-InGaAlP-Schicht
18: Verbindungsschicht
19: dielektrische Schicht
200: Spiegelschicht
210: Ausnehmungen
220: Übergitterstrukturen
2210: erster Teilbereich
2220: zweiter Teilbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017101637 [0056]
DE 102017104719 [0056]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Japanese Journal of Appl. Phys. Vol. 47, Nr. 9, 2008, Seiten 7023 bis 7025 [0052]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) mit den Schritten: A) Bereitstellen einer Oberfläche (2) in einer Kammer (5), B) Bereitstellen zumindest eines organischen ersten Precursors,(3) und eines zweiten Precursors (4) in der Kammer (5), wobei der organische erste Precursor (3) ein gasförmiges III-Verbindungsmaterial (3) aufweist, wobei der zweite Precursor (4) ein gasförmiges phosphor-enthaltendes Verbindungsmaterial (41) aufweist, C) Eptikatisches Abscheiden des ersten und zweiten Precursors (3, 4) bei einer Temperatur zwischen einschließlich 540 °C und einschließlich 660 °C und einem Druck zwischen einschließlich 30 mbar und einschließlich 300 mbar auf die Oberfläche (2) in der Kammer (5) zur Bildung einer ersten Schicht (12), die ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial (6) aufweist, wobei das Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor (3, 4) zwischen einschließlich 5 und einschließlich 200 beträgt, wobei das erzeugte Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial (6) mit Kohlenstoff dotiert ist, wobei die Kohlenstoffdotierkonzentration mindestens 4 × 10¹⁹ cm^-3 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Schritt C) ein Abkühlschritt zumindest des Phosphid-Verbindungshalbleitermaterials (6) in der Kammer (5) erfolgt, wobei die Kammer (5) frei von dem zweiten Precursor (4) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Schritt C) ein Abkühlschritt ohne zweiten Precursor (4) und nur mit einem Trägergas (7) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Trägergas (7) im Schritt C) Wasserstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich ein gasförmiger organischer dritter Precursor (8) CBr₄ verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (12) eine Schichtdicke von einschließlich 5 nm bis einschließlich 200 nm oder von einschließlich 50 nm bis einschließlich 500 nm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur im Schritt C) zwischen 540 °C und 620 °C für eine als p-Kontaktschicht (9) ausgeformte erste Schicht (12) oder zwischen 560°C und 660°C für eine als p-Stromaufweitungsschicht (10) ausgeformte erste Schicht (12) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck im Schritt C) zwischen 60 mbar und 70 mbar beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kohlenstoffdotierkonzentration zwischen 5 × 10¹⁹ cm^-3 und 1 × 10²¹ cm^-3 für eine als p-Kontaktschicht (9) ausgeformte erste Schicht (12) oder zwischen 4 × 10¹⁹ cm^-3 und 3 × 10²⁰ cm^-3 für eine als p-Stromaufweitungsschicht (10) ausgeformte erste Schicht (12) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis zwischen dem zweiten und ersten Precursor (3, 4) zwischen einschließlich 5 und einschließlich 150 oder zwischen einschließlich 10 und einschließlich 200 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der organische erste Precursor (3) und/oder das III-Verbindungsmaterial (31) Trimethylgallium (TMGa), Trimethylindium (TMIn) oder Trimethylaluminium (TMAl) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Precursor (4) und/oder das phosphorenthaltende Verbindungsmaterial (41) Phosphin (PH₃) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die epitaktische Abscheidung im Schritt C) eine metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial (6) ein GaP oder AlGaP ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche (2) die Oberfläche einer Halbleiterschichtenfolge (1) ist, die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einen n-leitenden Bereich (21) und einen p-leitenden Bereich (22) aufweist, wobei der aktive Bereich (20) zwischen dem n-leitenden Bereich (21) und dem p-leitenden Bereich (22) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (12) an die Oberfläche einer Halbleiterschichtenfolge (1) unmittelbar angrenzt und als p-Kontaktschicht (9) und/oder p-Stromaufweitungsschicht (10) ausgeformt ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) mit - einer Halbleiterschichtenfolge (1), die ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial und einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einen n-leitenden Bereich (21) und einen p-leitenden Bereich (22) aufweist, wobei - der aktive Bereich (20) zwischen dem n-leitenden Bereich (21) und dem p-leitenden Bereich (22) angeordnet ist; - der p-leitende Bereich (22) eine erste Schicht (12) aufweist oder die erste Schicht (12) an den p-leitenden Bereich (22) angrenzt, wobei die erste Schicht (12) auf dem mit Kohlenstoff dotierten Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial (6) basiert, wobei die Kohlenstoffdotierkonzentration mindestens 4 × 10¹⁹ cm^-3 beträgt, wobei die erste Schicht (12) als p-Kontaktschicht (9) und/oder p-Stromaufweitungsschicht (10) ausgeformt ist.