DE102019129619A1

DE102019129619A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102019129619A1
Application number: DE102019129619.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Binder; Andreas Rückerl; Roland Zeisel; Tobias Meyer; Kerstin Neveling; Christine Rafael; Moses RICHTER; Rainer Hartmann; Clemens Vierheilig
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2021-05-06
Also published as: DE112020005645A5; WO2021089545A1; US20220393058A1; CN114631196A

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer dotierten ersten Schicht (20), einer dotierten zweiten Schicht (21), einer aktiven Zone (22) zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht und mit einer Seitenfläche (25), die sich quer zur aktiven Zone erstreckt und die Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung begrenzt. Ferner umfasst das Halbleiterbauteil zwei Elektroden (30, 31) zur elektrischen Kontaktierung der ersten und zweiten Schicht sowie eine Abdeckschicht (4) an der Seitenfläche im Bereich der ersten Schicht. Die Abdeckschicht ist in direktem Kontakt zur ersten Schicht. Die Abdeckschicht ist dabei aus einem solchen Material, dass alleine die Abdeckschicht in ihrem unmittelbarem Kontakt zu der ersten Schicht die Ausbildung einer Verarmungszone (24) in der ersten Schicht bewirkt, wobei die Verarmungszone eine im Vergleich zum Rest der ersten Schicht geringere Konzentration an Majoritätsladungsträgern aufweist.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das insbesondere bei kleinen Stromdichten eine hohe Effizienz aufweist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch das optoelektronische Halbleiterbauteil gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil kann es sich um einen optoelektronischen Halbleiterchip, insbesondere einen LED-Chip handeln. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann zum Beispiel in einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug oder in der Hintergrundbeleuchtung in einem Mobiltelefon oder in einer Raumbeleuchtung oder als (Sub-)Pixel in einem Display verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine dotierte erste Schicht, eine dotierte zweite Schicht und eine aktive Zone zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht auf. Ferner weist die Halbleiterschichtenfolge zumindest eine Seitenfläche auf, die sich quer zur aktiven Zone, also quer zu einer Haupterstreckungsebene der aktiven Zone, erstreckt. „Quer“ bedeutet insbesondere, dass die Seitenfläche nicht parallel zur aktiven Zone verläuft. Beispielsweise schließen die Seitenfläche und die aktive Zone einen Winkel von zumindest 30° oder zumindest 45° oder zumindest 70° oder von ungefähr 90° oder von mehr als 90° miteinander ein.
Die Seitenfläche begrenzt die Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung, wobei eine laterale Richtung eine Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Zone ist. Die aktive Zone grenzt bevorzugt an die Seitenfläche(n). Dasselbe gilt bevorzugt auch für die erste und/oder zweite Schicht. Die Seitenfläche ist insbesondere aus Halbleitermaterial gebildet.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder Al_nIn_1-n-mGa_mAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN oder AlInGaP.
Die aktive Zone der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi-Quantentopfstruktur, kurz MQW. Die aktive Zone kann zum Beispiel im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR-Bereich erzeugen. Die aktive Zone weist beispielsweise eine mittlere Dicke, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Zone, zwischen einschließlich 5 nm und 5000 nm auf.
Bei der ersten und zweiten Schicht handelt es sich um Halbleiterschichten. Die erste und zweite Schicht weisen entgegengesetzte Dotierungen auf. So ist beispielsweise die erste Schicht n-dotiert und die zweite Schicht p-dotiert oder umgekehrt. Bevorzugt grenzen die erste und zweite Schicht an die aktive Zone. Die erste und/oder die zweite Schicht sind im Rahmen der Herstellungstoleranz beispielsweise jeweils homogen dotiert und/oder entlang ihrer lateralen Ausdehnung jeweils homogen dotiert.
Bevorzugt umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine Mehrzahl von Seitenflächen, durch die die Halbleiterschichtenfolge in alle lateralen Richtungen begrenzt ist. Beispielsweise umfasst die Halbleiterschichtenfolge zumindest drei oder zumindest vier Seitenflächen. Weiter bevorzugt umfasst die Halbleiterschichtenfolge neben der zumindest einen Seitenfläche eine Hauptemissionsfläche, über die im Betrieb des Halbleiterbauteils zumindest 50 % oder zumindest 75 % der erzeugten Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt werden. Die Hauptemissionsfläche verläuft quer oder senkrecht zu den Seitenflächen. Eine Kantenlänge der Hauptemissionsfläche beträgt beispielsweise höchstens 40 µm oder höchstens 20 µm. Das Verhältnis von Fläche zu Umfang der Hauptemissionsfläche ist bevorzugt höchstens 10 µm oder höchstens 5 µm.
Unter einer Seitenfläche wird hier sowohl eine Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge verstanden, die ein Ende der Halbleiterschichtenfolge bildet oder markiert, als auch eine Innenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die zum Beispiel an eine Ausnehmung grenzt und an der die Halbleiterschichtenfolge lediglich unterbrochen ist. Alles im Folgenden für eine Seitenfläche Offenbarte ist auch für alle weiteren Seitenflächen des Halbleiterbauteils offenbart.
Bei dem Halbleiterbauteil kann es sich um einen Dünnfilm-Chip handeln. In diesem Fall ist das Aufwachsubstrat der Halbleiterschichtenfolge von der Halbleiterschichtenfolge entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil zwei Elektroden zur elektrischen Kontaktierung der ersten und zweiten Schicht. Eine erste Elektrode - je nach Dotierung der ersten Schicht ist dies eine n-Elektrode oder eine p-Elektrode - dient zur Kontaktierung der ersten Schicht und eine zweite Elektrode - je nach Dotierung der zweiten Schicht ist dies eine p-Elektrode oder eine n-Elektrode - dient zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Schicht. Die Elektroden sind bevorzugt ohmsch leitend und basieren auf einem anderen Materialsystem als die Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise sind die Elektroden aus einem oder mehreren Metallen und/oder aus einem oder mehreren transparent leitfähigen Oxiden, kurz TCO, gebildet. Die Elektroden sind bevorzugt jeweils in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt zu der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Abdeckschicht an der Seitenfläche im Bereich der ersten Schicht. Bei der Abdeckschicht kann es sich um eine einstückig oder integral ausgebildete Schicht handeln. Alternativ kann die Abdeckschicht eine Mehrzahl von Teilschichten aufweisen, die zum Beispiel in Richtung weg von der Seitenfläche übereinandergestapelt sind. Bevorzugt basieren dann aber alle Teilschichten der Abdeckschicht auf der gleichen Materialklasse im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit. Beispielsweise sind alle Teilschichten der Abdeckschicht entweder aus einem elektrisch leitenden Material oder aus einem dielektrischen (elektrisch isolierenden) Material.
Die Abdeckschicht ist bevorzugt eine von der Halbleiterschichtenfolge separate Schicht, die insbesondere erst nach dem Wachstum der Halbleiterschichtenfolge und nach dem Ausbilden der Seitenfläche auf die Seitenfläche aufgebracht ist. Beispielsweise basiert die Abdeckschicht dann auf einem anderen Material als die erste Schicht. Zwischen der ersten Schicht und der Abdeckschicht ist dann insbesondere eine optisch wahrnehmbare Grenzfläche gebildet.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Abdeckschicht Teil der Halbleiterschichtenfolge ist. Zum Beispiel handelt es sich bei der Abdeckschicht um einen dotierten Bereich der Halbleiterschichtenfolge. In diesem Fall bildet die Abdeckschicht zumindest einen Teil der Seitenfläche. Die Abdeckschicht kann dann insbesondere zumindest abschnittsweise auf dem gleichen Material wie die erste Schicht und/oder die aktive Zone und/oder die zweite Schicht basieren aber eine andere Dotierung aufweisen als die erste Schicht.
Die Abdeckschicht weist zum Beispiel eine mittlere Dicke von mindestens 5 nm oder 10 nm oder 20 nm oder 50 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Dicke der Abdeckschicht bei höchstens 1 µm oder 500 nm oder 250 nm. Die Dicke der Abdeckschicht wird dabei senkrecht zur Seitenfläche gemessen.
Die Abdeckschicht kann die Seitenfläche, bevorzugt mehrere oder jede Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge, größtenteils, beispielsweise zu zumindest 60 % oder zumindest 75 % oder zumindest 90 % oder vollständig überdecken oder bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht in direktem Kontakt zur ersten Schicht. Zum Beispiel ist die Abdeckschicht an der Seitenfläche direkt oder unmittelbar auf die erste Schicht aufgebracht. Das heißt, das Material der Abdeckschicht ist in direktem mechanischem Kontakt zu dem Halbleitermaterial der ersten Schicht. Umfasst die Halbleiterschichtenfolge mehrere Seitenflächen, so ist die Abdeckschicht bevorzugt auf mehrere oder alle Seitenflächen aufgebracht oder an diesen gebildet und ist jeweils in direktem Kontakt zur ersten Schicht. Die Abdeckschicht umgibt die Halbleiterschichtenfolge oder einen Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge in lateraler Richtung beispielsweise zu zumindest 90 % oder vollständig. Die Abdeckschicht ist bevorzugt zusammenhängend und ohne Unterbrechungen ausgebildet.
Die Abdeckschicht kann darüber hinaus an der Seitenfläche unmittelbar auf die aktive Zone und/oder auf die zweite Schicht aufgebracht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht aus einem solchen Material, das alleine die Abdeckschicht in ihrem unmittelbaren Kontakt zu der ersten Schicht die Ausbildung einer Verarmungszone in der ersten Schicht bewirkt. Die Verarmungszone bildet sich insbesondere an der Grenze zur Abdeckschicht, insbesondere also an der Seitenfläche. Die Verarmungszone weist im Vergleich zum Rest der ersten Schicht eine geringere Konzentration an Majoritätsladungsträgern auf.
Mit anderen Worten sorgt allein das Vorhandensein der Abdeckschicht in unmittelbarem Kontakt mit der ersten Schicht dafür, dass es innerhalb der ersten Schicht zu einer Verkrümmung des Leitungsbandes und des Valenzbandes kommt und diese Verkrümmung derart ist, dass die Majoritätsladungsträger, also Elektronen im Falle einer n-Dotierung und Löcher im Falle eine p-Dotierung, von der Seitenfläche abgestoßen werden.
Die Verarmungszone weist beispielsweise eine mittlere Breite von mindestens 0,1 µm oder 0,5 µm oder 1 µm oder 1,5 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Breite jeweils bei höchstens 10 µm oder 5 µm oder 3 µm. Die Breite ist dabei die Ausdehnung in einer lateralen Richtung weg von der Seitenfläche. Die Verarmungszone umgibt einen Zentralbereich der ersten Schicht in lateraler Richtung bevorzugt vollständig.
Die mittlere Konzentration der Majoritätsladungsträger innerhalb der Verarmungszone ist bevorzugt höchstens 80 % oder höchstens 60 % oder höchstens 40 % der mittleren Konzentration der Majoritätsladungsträger außerhalb der Verarmungszone im Rest der ersten Schicht. Die Verarmungszone ist bevorzugt überall dort vorhanden, wo die Abdeckschicht an die erste Schicht angrenzt. Die Verarmungszone wiederum grenzt dann an die Seitenfläche im Bereich der aufgebrachten Abdeckschicht.
Dass alleine die Abdeckschicht in ihrem unmittelbaren Kontakt zu der ersten Schicht die Ausbildung der Verarmungszone bewirkt meint insbesondere, dass die Verarmungszone nicht durch weitere Schichten oder Komponenten des Halbleiterbauteils erzeugt wird. Das heißt, würde man aus dem Halbleiterbauteil alle Komponenten entfernen, so dass nur die Halbleiterschichtenfolge und die Abdeckschicht an oder auf der Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge übrigbleiben, so wäre die Verarmungszone innerhalb der ersten Schicht der Halbleiterschichtenfolge trotzdem vorhanden.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge mit einer dotierten ersten Schicht, einer dotierten zweiten Schicht, einer aktiven Zone zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht und mit einer Seitenfläche, die sich quer zur aktiven Zone erstreckt und die Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung begrenzt. Ferner umfasst das Halbleiterbauteil zwei Elektroden zur elektrischen Kontaktierung der ersten und zweiten Schicht sowie eine Abdeckschicht an der Seitenfläche im Bereich der ersten Schicht. Die Abdeckschicht ist in direktem Kontakt zur ersten Schicht. Die Abdeckschicht ist dabei aus einem solchen Material, dass alleine die Abdeckschicht in ihrem unmittelbarem Kontakt zu der ersten Schicht die Ausbildung einer Verarmungszone in der ersten Schicht bewirkt, wobei die Verarmungszone eine im Vergleich zum Rest der ersten Schicht geringere Konzentration an Majoritätsladungsträgern aufweist.
Optoelektronische Halbleiterbauteile zeigen häufig unerwünschte Phänomene an Seitenflächen (Mesakanten). Insbesondere kann sich an den Seitenflächen eine parasitäre Diode mit einer geringen Einsatzspannung ausbilden. Aufgrund dieser parasitären Diode kann es zu einem nicht strahlende Leckstrom und/oder einer bevorzugte Injektion der Ladungsträger (vor allem bei niedrigen Strömen) an der Seitenfläche in die aktive Zone kommen. Dies hat Einfluss auf die Effizienz des Halbleiterbauteils. Der Einfluss ist umso größer, je größer das Umfang- zu Flächenverhältnis der Halbleiterschichtenfolge ist.
Möglichkeiten, um Leckströme an der Mesakante zu reduzieren, sind beispielsweise elektrisch nicht leitende Passivierungsschichten auf der Mesakante, um durch das Absättigen von Oberflächenzuständen die Oberflächenrekombination zumindest zu reduzieren. Eine weitere Möglichkeit ist in der Patentanmeldung WO 2018/192879 A1 angegeben.
Bei der vorliegenden Erfindung wird von einer Abdeckschicht Gebrauch gemacht, die auf die Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist oder diese zumindest teilweise bildet, und die durch ihre Materialzusammensetzung und den unmittelbaren Kontakt zur ersten Schicht eine Verarmungszone in dieser bewirkt, in der die Konzentration an Majoritätsladungsträgern reduziert ist. Dadurch wird ein Stromfluss entlang der Seitenfläche unterdrückt und die Effizienz des Halbleiterbauteils kann erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil dazu eingerichtet, mit kleinen Stromdichten und/oder im Kleinstrombereich betrieben zu werden. Bevorzugt liegt eine mittlere Stromdichte in der aktiven Zone bei höchstens 100 A/cm² oder 50 A/cm² oder 10 A/cm² oder 1 A/cm².
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Schicht n-dotiert und die zweite Schicht p-dotiert. Dies ist der bevorzugte Fall. Aber auch eine umgekehrte Dotierung ist denkbar. Beispielsweise ist eine mittlere Dotierkonzentration in der ersten und/oder zweiten Schicht zumindest 0.5·10¹⁷ cm^-3 oder zumindest 5·10¹⁷ cm^-3 oder zumindest 1·10¹⁸ cm^-3.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Austrittsarbeit für Elektronen in der Abdeckschicht größer als in der ersten Schicht. Beispielsweise ist die Austrittsarbeit in der Abdeckschicht zumindest 4 eV oder zumindest 4,5 eV. Bevorzugt ist die Austrittsarbeit in der Abdeckschicht um zumindest 0,5 eV oder zumindest 1 eV größer als in der ersten Schicht.. Unter der Austrittsarbeit eines Halbleitermaterials wird hierbei die Elektronenaffinität des Halbleitermaterials verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht elektrisch leitend. Insbesondere beträgt ein spezifischer Widerstand der Abdeckschicht für einen Stromfluss in eine Richtung parallel zur Seitenfläche höchstens 1·10⁸ Ω·cm oder höchstens 1·10⁴ Ω·cm oder höchstens 1 Ω·cm. Der spezifische Widerstand ist bei Raumtemperatur angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Abdeckschicht ein Metall oder eine Metallverbindung oder besteht daraus. Zum Beispiel umfasst oder besteht die Abdeckschicht aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Pt, Pd, Ti, Ni, NiAu, PtSi, Ir, TiN, TiWN, W. Die Abdeckschicht kann auch ein elektrisch leitfähiges Oxid, wie InO₂, ZnO, ITO, aufweisen oder daraus bestehen. Das Material der Abdeckschicht kann amorph oder kristallin oder polykristallin sein.
Bevorzugt weist die Abdeckschicht für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung einen Reflexionsgrad von zumindest 70 % oder zumindest 85 % auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Abdeckschicht bevorzugt einen Absorptionsgrad für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung von höchstens 20 % auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Abdeckschicht mit der ersten Schicht einen Schottky-Kontakt. Die Energiebarriere für den Übergang von den Majoritätsladungsträgern aus der ersten Schicht in die Abdeckschicht beträgt hier beispielsweise zumindest 0,5 eV oder zumindest 1 eV. Der Schottky-Kontakt führt zum einen zu der verringerten Majoritätsladungsträgerdichte an der Seitenfläche in der ersten Schicht und zum anderen zu einem geringen Stromfluss vom Halbleitermaterial in die Abdeckschicht, sodass kein Nebenschluss durch die Abdeckschicht gebildet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht aus einem dotierten Halbleiter gebildet. Bevorzugt ist die Abdeckschicht dann mit einer entgegengesetzten Dotierung zu der der ersten Schicht dotiert. Handelt es sich bei der ersten Schicht also um eine n-dotierte Schicht, so ist die Abdeckschicht bevorzugt p-dotiert. Bevorzugt weist die Abdeckschicht eine geringere Dotierkonzentration als die erste Schicht auf. Zum Beispiel ist die Dotierkonzentration in der Abdeckschicht höchstens 1/10 oder höchstens 1/100 oder höchstens 1/1000 der Dotierkonzentration in der ersten Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bandlücke in der Abdeckschicht größer als in der ersten Schicht. Beispielsweise ist die Bandlücke in der Abdeckschicht um zumindest 0,2 eV oder zumindest 0,4 eV größer als in der ersten Schicht. Die Abdeckschicht ist beispielsweise aus dotiertem SiO_x gebildet, zum Beispiel Bor-dotiertes SiO_x (alpha-SiO_x:B).
Die Energiebarriere für den Übergang von den Majoritätsladungsträgern aus der ersten Schicht in die Abdeckschicht beträgt auch im Falle einer Abdeckschicht aus Halbleitermaterial beispielsweise zumindest 0,5 eV oder zumindest 1 eV.
Auch durch die Verwendung eines solchen Halbleitermaterials als Abdeckschicht wird die Majoritätsladungsträgerdichte an der Seitenfläche reduziert und ein Stromfluss durch die Abdeckschicht ist reduziert/verhindert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht an der Seitenfläche auf Höhe der aktiven Zone ausgebildet.
Insbesondere überdeckt die Abdeckschicht die Seitenfläche auf Höhe der aktiven Zone. In Draufsicht auf die Seitenfläche(n) betrachtet ist die aktive Zone beispielsweise teilweise oder vollständig von der Abdeckschicht überdeckt. Insbesondere ist die Abdeckschicht an der Seitenfläche direkt auf die aktive Zone aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform reicht die Verarmungszone bis an die aktive Zone. Beispielsweise reicht die Verarmungszone von der ersten Schicht bis hinein in die aktive Zone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil eine dotierte dritte Schicht auf. Die dritte Schicht weist die gleiche Art von Dotierung wie die erste Schicht auf. Es sind also die erste und die dritte Schicht entweder beide n-dotiert oder beide p-dotiert aber nicht entgegengesetzt dotiert. Die dritte Schicht ist ebenfalls eine Halbleiterschicht. Die erste und die dritte Schicht können bis auf die Dotierkonzentration identisch aufgebaut sein. Auch die dritte Schicht ist bevorzugt im Rahmen der Herstellungstoleranz homogen dotiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Dotierkonzentration in der ersten Schicht geringer als in der dritten Schicht. Beispielsweise ist die Dotierkonzentration in der ersten Schicht um mindestens einen Faktor 10 oder 100 oder 1000 geringer als in der dritten Schicht. Beispielsweise ist eine mittlere Dotierkonzentration in der dritten Schicht zumindest 0.5·10¹⁷ cm^-3 oder zumindest 5·10¹⁷ cm^-3 oder zumindest 1·10¹⁸ cm^-3.
Die erste und dritte Schicht weisen beispielsweise jeweils eine mittlere Dicke von zumindest 0,05 µm oder zumindest 0,1 µm oder zumindest 0,5 µm oder zumindest 1 µm auf. Alternativ oder zusätzlich sind die mittleren Dicken der ersten und dritten Schicht jeweils höchstens 5 µm oder höchstens 2 µm oder höchstens 1 µm. Die erste und die dritte Schicht können jeweils an die Seitenfläche angrenzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Schicht zwischen der aktiven Zone und der dritten Schicht angeordnet. Beispielsweise grenzt die erste Schicht an die aktive Zone und/oder an die dritte Schicht.
Die Abdeckschicht ist im Bereich der ersten Schicht unmittelbar auf die Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht oder bildet diese. Beispielsweise ist die Seitenfläche im Bereich der dritten Schicht frei von der Abdeckschicht, also nicht von dieser gebildet oder überdeckt. Eine geringere Dotierkonzentration in der ersten Schicht führt im Allgemeinen zu einer breiteren Verarmungszone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite Schicht an der Seitenfläche eine geringere effektive Dotierung auf als im Rest der zweiten Schicht. Zum Beispiel ist eine effektive Dotierung in der zweiten Schicht an der Seitenfläche um einen Faktor von zumindest 10 oder zumindest 100 geringer als im Rest der zweiten Schicht. Die effektive Dotierung ist die Konzentration an aktivierten Dotanden, also an Dotanden, die jeweils einen freien Ladungsträger in Form eines Elektrons oder Lochs bereitstellen.
Basiert die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial und ist die zweite Schicht p-dotiert, insbesondere mit Mg p-dotiert, so kann durch das Einbringen von Wasserstoff die effektive Dotierung im Bereich der Seitenfläche verringert werden/sein. Wasserstoff kompensiert die Akzeptoren. Die effektive Dotierkonzentration wird geringer obwohl die Mg-Konzentration gleich bleibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht im Bereich der zweiten Schicht an der Seitenfläche gebildet, zum Beispiel unmittelbar auf die zweite Schicht aufgebracht. Die Abdeckschicht überdeckt zum Beispiel in Draufsicht auf die Seitenflächen betrachtet sowohl zumindest einen Teil der ersten Schicht als auch einen Teil der aktiven Zone als auch einen Teil der zweiten Schicht. Bevorzugt erstreckt sich die Abdeckschicht dabei zusammenhängend und ohne Unterbrechungen über oder entlang der Seitenfläche.
Die Abdeckschicht ist beispielsweise so gewählt, dass auch in der zweiten Schicht eine Verarmungszone entsteht, wobei in der Verarmungszone eine Konzentration der Majoritätsladungsträger der zweiten Schicht geringer ist als im Rest der zweiten Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein Kontaktwiderstand zwischen der Abdeckschicht und der zweiten Schicht an der Seitenfläche zumindest 100 Ω oder zumindest 1000 Ω zumindest 10000 Ω oder zumindest 100000 Ω. Ein hoher Kontaktwiderstand kann insbesondere dadurch erreicht sein, dass die zweite Schicht in dem Bereich der Seitenfläche, in dem die Abdeckschicht an die zweite Schicht angrenzt, eine geringere effektive Dotierung aufweist als im Rest der zweiten Schicht. Ein hoher Kontaktwiderstand führt wiederum zu einem verringerten Stromfluss entlang der Seitenfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht von allen Elektroden des Halbleiterbauteils elektrisch isoliert. Beim Betreiben des Halbleiterbauteils wird die Abdeckschicht bevorzugt nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen. Insbesondere ist beim Betrieb des Halbleiterbauteils die Abdeckschicht auf einem anderen elektrischen Potenzial als die n- und p-Elektroden des Halbleiterbauteils. Zum Beispiel ist die Abdeckschicht im Betrieb auf einem Potential, das zwischen dem der ersten Elektrode und dem der zweiten Elektrode liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in die Halbleiterschichtenfolge zumindest eine Ausnehmung eingebracht, die sich durch die aktive Zone hindurch erstreckt. Die Ausnehmung ist durch die Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge in lateraler Richtung begrenzt. Bei der Ausnehmung kann es sich um ein Loch handeln, dass in lateral vollständig von einer oder mehreren Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge umgeben ist. Ferner kann es sich bei der Ausnehmung um einen Graben handeln, der durch zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge in lateraler Richtung begrenzt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht im Bereich der Ausnehmung an der Seitenfläche ausgebildet, insbesondere auf die Seitenfläche aufgebracht. Beispielsweise überdeckt die Abdeckschicht im Bereich der Ausnehmung die Seitenfläche vollständig. In diesem Fall kann zusätzlich auch auf Seitenflächen, die Außenflächen des Halbleiterbauteils bilden, eine Abdeckschicht aufgebracht sein oder es können diese Seitenflächen zumindest teilweise durch die Abdeckschicht gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine Mehrzahl von einzeln und unabhängig ansteuerbaren Pixeln. Jedem Pixel ist bevorzugt ein Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet. Jeder Abschnitt ist in lateraler Richtung von einer oder mehreren Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge umgeben und begrenzt. Bevorzugt ist jeder Abschnitt eines Pixels in lateraler Richtung vollständig von Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge umgeben und begrenzt. Jeder Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet.
Die Halbleiterschichtenfolge ist beispielsweise auf einem Träger mit integrierter Schaltung aufgebracht. Jedem Pixel kann dann ein Transistor oder Schalter des Trägers zugeordnet sein, über den das jeweilige Pixel an- und ausschaltbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Abschnitte der Halbleiterschichtenfolge durch Ausnehmungen in der Halbleiterschichtenfolge getrennt und voneinander beabstandet. Beispielsweise bilden die Ausnehmungen ein Gitternetz aus Gräben, wobei in jeder Masche des Gitternetzes ein Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Jeder Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge ist beispielsweise in Draufsicht gesehen rechteckig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckschicht rings um jeden Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge an den Seitenflächen gebildet, insbesondere auf die Seitenflächen aufgebracht. Insbesondere führt die Abdeckschicht dann in jedem Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge zu der Ausbildung einer wie zuvor beschriebenen Verarmungszone, die sich in Draufsicht betrachtet entlang der gesamten Kontur des Abschnittes der Halbleiterschichtenfolge erstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ausnehmung oder sind die mehreren Ausnehmungen mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt. Das elektrisch leitende Material ist dann beispielsweise von der Abdeckschicht durch eine Passivierungsschicht elektrisch isoliert. Die zumindest eine Ausnehmung durchdringt bevorzugt die erste oder die zweite Schicht und die aktive Zone vollständig und mündet in die zweite oder die erste Schicht. Im Bereich einer Bodenfläche der Ausnehmung ist das elektrisch leitende Material bevorzugt in unmittelbarem Kontakt zu der zweiten oder ersten Schicht. Insbesondere bildet die zumindest eine mit dem elektrisch leitenden Material gefüllte Ausnehmung eine Durchkontaktierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Schicht oder die zweite Schicht über das elektrisch leitende Material mit einer der Elektroden elektrisch verbunden. Bevorzugt sind dann die erste und die zweite Elektrode auf derselben Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil um einen Dünnfilmhalbleiterchip.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauteils ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1, 2 und 4 bis 20 verschiedene Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Halbleiterbauteils in Querschnittsansichten und Draufsichten,
3 und 4 schematische Bandstrukturen.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1. Vorliegend ist ein Ausschnitt des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Bei dem Halbleiterbauteil 1 handelt es sich beispielsweise um einen Dünnfilm-Halbleiterchip. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer ersten Schicht 20, einer zweiten Schicht 21 und einer aktive Zone 22 zwischen der ersten Schicht 20 und der zweiten Schicht 21. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert beispielsweise auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial, beispielsweise auf AlInGaN.
Die erste Schicht 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 ist vorliegend zum Beispiel n-dotiert, die zweite Schicht 21 entsprechend p-dotiert. Aber auch eine umgekehrte Dotierung wäre denkbar. Bei der aktiven Zone 22 handelt es sich zum Beispiel um einen pn-Übergang.
Des Halbleiterbauteil 1 umfasst ferner Elektroden 30, 31 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2.
Eine erste Elektrode 30 (n-Elektrode) ist unmittelbar auf die erste Schicht 20 aufgebracht und ist elektrisch leitend mit der ersten Schicht 20 verbunden. Eine zweite Elektrode 31 (p-Elektrode)ist unmittelbar auf die zweite Schicht 21 aufgebracht und elektrisch leitend mit der zweiten Schicht 21 verbunden. Die Elektroden 30, 31 umfassen oder bestehen beispielsweise aus Metall oder einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO.
Auf eine Seitenfläche 25 der Halbleiterschichtenfolge 2, welche vorliegend eine Außenfläche ist und die Halbleiterschichtenfolge 2 in lateraler Richtung begrenzt und welche quer beziehungsweise senkrecht zur aktiven Zone 22 verläuft, ist eine Abdeckschicht 4 aufgebracht. Die Abdeckschicht 4 ist an der Seitenfläche 25 unmittelbar auf die erste Schicht 20, die aktive Zone 22 und die zweite Schicht 21 aufgebracht.
Die Abdeckschicht 4 ist aus einem Material gebildet, das so gewählt ist, dass alleine durch die Abdeckschicht 4 und den unmittelbaren Kontakt zur ersten Schicht 20 eine Verarmungszone 24 in der ersten Schicht 20 an der Seitenfläche 25 entsteht. In der Verarmungszone 24 ist die Konzentration der Majoritätsladungsträger, vorliegend also der Elektronen, geringer als im Rest der ersten Schicht 20.
In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Im Unterschied zum Halbleiterbauteil der 1 ist hier die Abdeckschicht 4 so gewählt, dass allein durch die Abdeckschicht 4 und den unmittelbaren Kontakt zur zweiten Schicht 21 auch in der zweiten Schicht 21 einer Verarmungszone 24 an der Seitenfläche 25 entsteht. Die Verarmungszone 24 in der zweiten Schicht 21 hat eine geringere Konzentration an Majoritätsladungsträgern, hier Löchern, als der Rest der zweiten Schicht 21.
In der 3 sind die Bandstrukturen für die erste Schicht 20, die Abdeckschicht 4 und die zweite Schicht 21 in einem Diagramm dargestellt. Beispielsweise sind die Bandstrukturen für das Ausführungsbeispiel der 2 gezeigt. Vorliegend handelt es sich bei der Abdeckschicht 4 um eine Schicht aus einem Metall, beispielsweise aus Pt, Pd, Ti, Ni oder NiAu.
Die Abdeckschicht 4 weist eine Austrittsarbeit q·φm für Elektronen auf, die höher ist als eine Elektronenaffinität q·X in der ersten Schicht 20. Durch den unmittelbaren Kontakt der Abdeckschicht 4 und der ersten Schicht 20 gleichen sich die Fermienergien Ef in der ersten Schicht 20 und der Abdeckschicht 4 an und es ist ein Schottky-Kontakt gebildet. Sowohl das Leitungsband El als auch das Valenzband Ev der ersten Schicht 20 sind verbogen. Für die Elektronen in der n-dotierten ersten Schicht 20 entsteht dadurch eine Potenzialbarriere, die ein Eintreten der Elektronen in die Abdeckschicht 4 blockiert. Aufgrund der Verkrümmung des Leitungsbandes El werden die Elektronen in der ersten Schicht 20 von der Seitenfläche 25 ins Innere der ersten Schicht 20 gedrängt. An der Seitenfläche 25 ist in der ersten Schicht 20 also eine Verarmungszone 24 ausgebildet.
Zu erkennen ist auch, dass durch den unmittelbaren Kontakt der Abdeckschicht 4 zu der zweiten Schicht 21 im Bereich der Seitenfläche 25 eine Verarmungszone 24 innerhalb der zweiten Schicht 21 entsteht, in der die Konzentration an Löchern gegenüber dem Rest der zweiten Schicht 21 reduziert ist. Dies ist wieder auf eine Verkrümmung des Leitungsbands El und des Valenzbandes Ev der zweiten Schicht 21 an der Seitenfläche 25 zurückzuführen.
Durch die Verarmungszonen 24 in den Schichten 20, 21 an der Seitenfläche 25 wird ein Stromfluss entlang der Seitenfläche 25 unterdrückt und die Effizienz des Halbleiterbauteils 1 erhöht.
In der 4 sind die Bandstrukturen in der ersten Schicht 20 und der Abdeckschicht 4 für den Fall gezeigt, dass die Abdeckschicht 4 aus einem Halbleitermaterial gebildet ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Material der Abdeckschicht 4 um p-dotiertes Siliziumoxid, wie alpha-SiO_x:B. Die Bandlücke in der Abdeckschicht 4 ist größer als in der ersten Schicht 20.
In der 5 ist ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt, bei dem die aktive Zone 22 beispielsweise eine Multi-Quantentopfstruktur umfasst.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1, bei dem das Halbleiterbauteil 1 neben der ersten Schicht 20 eine dritte 23 und eine vierte 26 Schicht umfasst, die auch beide n-dotiert sind. Die erste Schicht 20 ist zwischen der dritten Schicht 23 und der aktiven Zone 22 angeordnet. In der ersten Schicht 20 ist die Dotierkonzentration geringer als in der dritten Schicht 23. Die Abdeckschicht 4 ist an der Seitenfläche 25 in direktem Kontakt mit der ersten Schicht 20 nicht aber mit der dritten 23 und vierten 26 Schicht.
Beim Ausführungsbeispiel der 6 ist vorteilhaft die Dotierkonzentration der ersten Schicht 20 geringer als in anderen n-dotierten Bereichen. Dadurch ist die Breite der Verarmungszone 24 vergrößert.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils 1. Hier weist die zweite Schicht 21 an der Seitenfläche 25 eine geringere effektive Dotierung auf als im Rest der zweiten Schicht 21. Beispielsweise ist die zweite Schicht mit Magnesium dotiert und an der Seitenfläche 25 durch eine Diffusion von Wasserstoff ist die effektive Dotierung verringert (deaktivierte Akzeptoren). Auf diese Weise ist ein Kontaktwiderstand zu der Abdeckschicht 4 erhöht, was weiter vorteilhaft für Reduzierung des Stromflusses entlang der Seitenfläche 25 ist.
In der 8 ist ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt, bei dem die Abdeckschicht 4 von der Seitenfläche 25 bis auf die zweite Elektrode 31 gezogen ist. Die Abdeckschicht 4 ist dabei von der zweiten Elektrode 31 durch eine dielektrische Schicht 7 elektrisch isoliert. Die dielektrische Schicht 7 ist beispielsweise aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid gebildet.
In den 9 und 10 ist das Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 der 1 gezeigt, aber diesmal nicht nur als Ausschnitt, sondern in der Gesamtansicht. 9 ist dabei eine Querschnittsansicht und 10 eine Draufsicht. Es ist zu erkennen, dass die Abdeckschicht 4 alle Seitenflächen 25 der Halbleiterschichtenfolge 2 bedeckt. Die Abdeckschicht 4 reicht in lateraler Richtung rings um die Halbleiterschichtenfolge 2 und ist dabei zusammenhängend und ohne Unterbrechungen ausgebildet. Dadurch entsteht an allen Seitenflächen 25 im Bereich der ersten Schicht 20 eine Verarmungszone 24, die einen Zentralbereich der ersten Schicht 20 lateral vollständig umgibt.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1. Insbesondere handelt es sich hier um einen Halbleiterchip, bei dem beispielsweise das Aufwachsubstrat für die Halbleiterschichtenfolge 2 entfernt ist die Halbleiterschichtenfolge 2 zwischen der ersten Elektrode 30 und der zweiten Elektrode 31 angeordnet ist.
12 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 in Form eines Halbleiterchips. Die dritte Schicht 23 verbreitert sich hier in Richtung weg von der aktiven Zone 22.
13 und 14 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 1, bei dem das Halbleiterbauteil 1 ein pixelierter Halbleiterchip ist. 13 ist dabei eine Querschnittsansicht und 14 eine Draufsicht. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist durch Ausnehmungen 5 in Form von Gräben, die zusammen ein Rechteckgitter bilden, in mehrere inselförmige Abschnitte segmentiert. Jeder dieser Abschnitte ist einem Pixel 6 des Halbleiterbauteils 1 eineindeutig zugeordnet. Ferner ist jedem Pixel 6 eine eigene erste Elektrode 30 und eine eigene zweite Elektrode 31 zur Kontaktierung des Abschnitts der Halbleiterschichtenfolge 2 eineindeutig zugeordnet. Die Pixel 6 sind damit einzeln und unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar und emittieren im Betrieb einzeln und unabhängig voneinander elektromagnetische Strahlung. Statt einzelner erster Elektroden 30 oder zweiter Elektroden 31 für jedes Pixel 6 können sich aber auch alle Pixel 6 eine gemeinsame erste Elektrode 30 oder eine gemeinsame zweite Elektrode 31 teilen.
Zu erkennen ist, dass die Ausnehmungen 5 in lateraler Richtung durch Seitenflächen 25 der Abschnitte der Halbleiterschichtenfolge 2 begrenzt sind. Auf diese Seitenflächen 25 im Bereich der Ausnehmungen 5 ist jeweils eine Abdeckschicht 4 aufgebracht. Dadurch entstehen in jedem Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge 2 im Bereich der ersten Schicht 20 an den Seitenflächen 25 Verarmungszonen 24.
15 und 16 zeigen im Wesentlichen das Ausführungsbeispiel der 13 und 14. In den 13 und 14 ist jedem Pixel 6 eine eigene Abdeckschicht 4 eineindeutig zugeordnet. Die Abdeckschicht 4 von unterschiedlichen Pixeln 6 sind voneinander getrennt und beabstandet. In den 15 und 16 hingegen hängen die Abdeckschichten 4 aller Pixel 6 zusammen. Anders ausgedrückt ist hier eine einzige, zusammenhängende Abdeckschicht 4 verwendet, die alle Seitenflächen 25 aller Pixel 6 bedeckt.
17 (Querschnittsansicht) und 18 (Draufsicht) zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1, bei dem wieder Ausnehmungen 5 in die Halbleiterschichtenfolge 2 eingebracht sind. Hier handelt es sich bei den Ausnehmungen 5 aber nicht um Gräben, sondern um Löcher in der Halbleiterschichtenfolge 2. Jede Ausnehmung 5 ist dabei in lateraler Richtung vollständig von der Halbleiterschichtenfolge 2 umgeben. In diesem Fall durchdringen zwar die Ausnehmungen 5 wie auch in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die aktive Zone 22, jedoch ist die aktive Zone 22 nach wie vor zusammenhängend ausgebildet und nicht wie in den 13 bis 16 segmentiert.
Ferner weist das Halbleiterbauteil 1 der 17 und 18 nur eine zweite Elektrode 31 auf, die zusammenhängend ausgebildet ist, und von den Ausnehmungen 5 bereichsweise durchbrochen ist. Die Abdeckschicht 4 ist wiederum in den Ausnehmungen 5 auf den Seitenflächen 25 der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht und sorgt dort für die Ausbildung von den Verarmungszonen 24.
In den 19 und 20 ist ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt, bei dem die Elektroden 30, 31 auf derselben Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet sind. Ausnehmungen 5 in Form von Löchern durchdringen hier die zweite Schicht 21 und die aktive Zone 22 und münden in der dritten Schicht 23. Innerhalb der Ausnehmungen 5 ist auf den Seitenflächen 25 der Halbleiterschichtenfolge 2 wieder die Abdeckschicht 4 aufgebracht und sorgt für die Ausbildung der Verarmungszonen 24. Auf die den Seitenflächen 25 abgewandten Seiten der Abdeckschicht 4 ist eine dielektrische Schicht aufgebracht. Die Ausnehmungen 5 sind ferner mit einem elektrisch leitenden Materials 50, beispielsweise mit einem Metall, gefüllt. Die dielektrischen Schichten innerhalb der Ausnehmungen 5 sorgen für eine elektrische Isolation zwischen dem elektrisch leitenden Material 50 und den Abdeckschichten 4. Im Bereich von Bodenflächen der Ausnehmungen 5 ist das elektrisch leitende Material 50 in unmittelbarem Kontakt zu der dritten Schicht 23. Die gefüllten Ausnehmungen 5 bilden also Durchkontaktierungen zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauteil
2: Halbleiterschichtenfolge
4: Abdeckschicht
5: Ausnehmung
6: Pixel
7: dielektrische Schicht
20: erste Schicht
21: zweite Schicht
22: aktive Zone
23: dritte Schicht
24: Verarmungszone
25: Seitenfläche
26: vierte Schicht
30: erste Elektrode
31: zweite Elektrode
q·φm: Austrittsarbeit
q·X: Elektronenaffinität
Ef: Fermienergie
El: Leitungsband
Ev: Valenzband

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/192879 A1 [0028]

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) umfassend - eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer dotierten ersten Schicht (20), einer dotierten zweiten Schicht (21), einer aktiven Zone (22) zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz zwischen der ersten Schicht (20) und der zweiten Schicht (21) und einer Seitenfläche (25), die sich quer zur aktiven Zone (22) erstreckt und die Halbleiterschichtenfolge (2) in einer lateralen Richtung begrenzt, - zwei Elektroden (30, 31) zur elektrischen Kontaktierung der ersten und zweiten Schicht (20, 21), - eine Abdeckschicht (4) an der Seitenfläche (25) im Bereich der ersten Schicht (20), wobei - die Abdeckschicht (4) in direktem Kontakt zur ersten Schicht (20) ist, - die Abdeckschicht (4) aus einem solchen Material ist, dass alleine die Abdeckschicht (4) in ihrem unmittelbaren Kontakt zu der ersten Schicht (20) die Ausbildung einer Verarmungszone (24) in der ersten Schicht (20) bewirkt, wobei die Verarmungszone (24) eine im Vergleich zum Rest der ersten Schicht (20) geringere Konzentration an Majoritätsladungsträgern aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, wobei - die erste Schicht (20) n-dotiert ist und die zweite Schicht (21) p-dotiert ist, - die Austrittsarbeit für Elektronen in der Abdeckschicht (4) größer ist als in der ersten Schicht (20).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abdeckschicht (4) elektrisch leitend ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei - die Abdeckschicht (4) ein Metall oder eine Metallverbindung umfasst, - die Abdeckschicht (4) mit der ersten Schicht (20) einen Schottky-Kontakt bildet.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abdeckschicht (4) aus einem dotierten Halbleiter gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 5, wobei eine Bandlücke in der Abdeckschicht (4) größer ist als in der ersten Schicht (20).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Abdeckschicht (4) an der Seitenfläche (25) auf Höhe der aktiven Zone (22) ausgebildet ist, - die Verarmungszone (24) bis an die aktive Zone (22) reicht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Halbleiterbauteil (1) eine dotierte, dritte Schicht (23) umfasst, die die gleiche Art von Dotierung aufweist, wie die erste Schicht (20), - die Dotierkonzentration in der ersten Schicht (20) geringer ist als in der dritten Schicht (23), - die erste Schicht (20) zwischen der aktiven Zone (22) und der dritten Schicht (23) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (21) an der Seitenfläche (25) eine geringere effektive Dotierung aufweist als im Rest der zweiten Schicht (21).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Abdeckschicht (4) im Bereich der zweiten Schicht (21) an der Seitenfläche (25) ausgebildet ist, - zwischen der zweiten Schicht (21) und der Abdeckschicht (4) ein Kontaktwiderstand von mindestens 100 Q vorliegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdeckschicht (4) von allen Elektroden des Halbleiterbauteils (1) elektrisch isoliert ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - in die Halbleiterschichtenfolge (2) zumindest eine Ausnehmung (5) eingebracht ist, die sich durch die aktive Zone (22) hindurch erstreckt und durch die Seitenfläche (25) in lateraler Richtung begrenzt ist, - die Abdeckschicht (4) im Bereich der Ausnehmung (5) an der Seitenfläche (25) ausgebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 12, wobei - das Halbleiterbauteil (1) eine Mehrzahl von einzeln und unabhängig ansteuerbaren Pixeln (6) aufweist, - jedem Pixel (6) ein Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge (1) zugeordnet ist, wobei jeder Abschnitt in lateraler Richtung von einer oder mehreren Seitenflächen (25) umgeben und begrenzt ist, - die Abschnitte der Halbleiterschichtenfolge (2) durch Ausnehmungen (5) getrennt und voneinander beabstandet sind, - die Abdeckschicht (4) rings um jeden Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge (2) an den Seitenflächen (25) gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 12 oder 13, wobei - die Ausnehmung (5) mit einem elektrisch leitenden Material (50) gefüllt ist, - die erste Schicht (20) oder die zweite Schicht (21) über das elektrisch leitende Material (50) mit einer der Elektroden (30, 31) elektrisch verbunden ist.