EP3069389A1 - Halbleiterschichtenfolge und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Halbleiterschichtenfolge und verfahren zu deren herstellung

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Publication number
EP3069389A1
EP3069389A1 EP14799686.2A EP14799686A EP3069389A1 EP 3069389 A1 EP3069389 A1 EP 3069389A1 EP 14799686 A EP14799686 A EP 14799686A EP 3069389 A1 EP3069389 A1 EP 3069389A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
active
semiconductor layer
layer sequence
tubes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14799686.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Ebbecke
Claudia Kauss
Petrus Sundgren
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP3069389A1 publication Critical patent/EP3069389A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
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    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
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    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table

Definitions

  • This task is among others by a
  • the semiconductor layer sequence is a radiation-active layer sequence, also as a radiation-active structure
  • bezeichbar in particular for a light emitting diode, short LED, or for a laser diode, short LD.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material as Al n In ] __ n _ m Ga m As, where each 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m -S 1 is.
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • the n-side has one or, preferably, multiple layers of
  • the p-side may consist of one or more layers of the
  • Semiconductor layer sequence at least one active zone.
  • the active zone is between the n-side and the p-side.
  • the active zone is set up to simultaneously generate a first radiation having a first wavelength and a second radiation having a second wavelength.
  • the wavelength of the corresponding radiation is here and below referred to in each case as the wavelength of an emission band at which a highest photometric power is present. In English, this wavelength is also called Peak Wavelength.
  • the active zone comprises one or, preferably, a plurality of radiation-active layers.
  • the at least one radiation-active layer is preferred as so-called quantum well or potential well, in particular as a two-dimensional quantum well or
  • the at least one radiation-active layer has a first material composition. If several radiation-active layers are present, then preferably all the radiation-active layers are within the framework of the
  • the at least one radiation-active layer is set up to generate the first radiation. If several radiation-active layers of different material compositions are present, then the respective layers can have radiation with different
  • the at least one radiation-active layer is perpendicular or approximately perpendicular to a growth direction of the
  • the growth direction forms a solder to the at least one radiation-active layer.
  • the radiation-active hoses may be a second material composition and / or another Having lattice structure as the radiation-active layer.
  • the second material composition of the radiation-active tubes is different from the first material composition of the at least one radiation-active layer.
  • the radiation-active hoses are set up to generate the second radiation.
  • the hoses are designed in particular as one-dimensional quantum wells.
  • radiation-active tubes oriented parallel or substantially parallel to the growth direction.
  • Substantially parallel means, for example, an average deviation from the growth direction of at most 5 ° or at most 2 °.
  • the radiation-active hoses can, in the context of
  • Material compositions It is possible that a material composition of the radiation-active tubes changes along the growth direction.
  • the active zone is configured to simultaneously generate a first radiation having a first wavelength and a second radiation having a second wavelength, the first wavelength being different from the second wavelength.
  • the active zone has at least one
  • the at least one radiation-active layer is perpendicular to a growth direction of
  • the active zone comprises a plurality of radiation-active tubes having a second material composition for generating the second radiation, wherein the second material composition is different from the first material composition.
  • the radiation active hoses are parallel to the
  • a spectral emission of light-emitting diodes is generally spectrally narrow-band.
  • the light of light-emitting diodes usually has a comparatively low color rendering index.
  • Semiconductor layer sequence has an active zone two
  • a two-dimensional quantum well structure in the form of at least one radiation-active layer and a one-dimensional or even a zero-dimensional
  • the main components of the semiconductor layer sequence are then In, Al, Ga, P and / or As.
  • Other ingredients are preferably only in
  • the radiation-active tubes completely penetrate the active zone in the direction parallel to the growth direction.
  • the at least one radiation-active layer is formed from In x AlyGa] _ x -yP. Where 0.40 ⁇ x or 0.45 ⁇ x or 0.50 ⁇ x. Alternatively or additionally, x ⁇ 0.58 or x ⁇ 0.65 or x ⁇ 0.72. Further is preferably 0 -S y or 0.05 -S y or 0.1 -S y or 0.2 ⁇ y and / or y ⁇ 0.3 or y ⁇ 0.4 or y ⁇ 0.5.
  • radiation-active hoses of In a AlkGa] _- a -bP formed preferably 0.2 ⁇ a or 0.5 -S a or 0.55 -S a.
  • a-S 0.6 or a -S-0.7 or a -S-0.8 applies.
  • radiation-active tubes have an average diameter of at least 1 nm or 5 nm or 10 nm. Alternatively or additionally, a mean diameter of the
  • the lateral dimension of the semiconductor layer sequence is, for example, at least 100 ⁇ m or 250 ⁇ m or 500 ⁇ m.
  • radiation-active hoses to a mean surface density of at least 10 ⁇ l / cm ⁇ or 10 ⁇ l / cm ⁇ or 10 ⁇ l / cm ⁇ on.
  • the mean surface density of the radiation-active hoses is at most 10.sup.-1 / cm.sup.2 or 1.sup.H.sub.l / cm.sup.2 or 10.sup.-1 / cm.sup.-1.
  • an average thickness of the at least one radiation-active layer is at least 2 nm or 3 nm or 4.5 nm.
  • the average thickness is at most 15 nm or 12 nm or 9 nm.
  • an average diameter of the radiation-active tubes is of the same order of magnitude as an average thickness of the radiation-active layer. The term in the same
  • the order of magnitude may mean that the average thickness differs from the average diameter by at most a factor of 5 or 2.
  • the first one lies
  • Wavelength at least 570 nm or 580 nm and / or at most 605 nm or 595 nm. In other words, then the first wavelength is yellow and / or orange
  • the first wavelength for example, in the blue
  • Spectral range is at least 420 nm or 440 nm or 460 nm and / or at most 490 nm or 480 nm or 470 nm.
  • the first wavelength can be in the green spectral range, for example at least 515 nm or 525 nm and / or at most 555 nm or 545 nm.
  • the second is
  • Wavelength in the red spectral range for example at least 610 nm or 620 nm and / or at most 700 nm or 680 nm or 660 nm. If the first wavelength lies in the blue spectral range, the second wavelength may also lie in the green or yellow-orange spectral range.
  • a difference between the first and the second wavelength is included at least 25 nm or 40 nm or 55 nm. Alternatively or additionally, this difference is at most 150 nm or 120 nm or 80 nm. According to at least one embodiment, the second is
  • radiation-active hoses on a smaller band gap than the at least one radiation-active layer. Due to the small volume of the radiation-active hoses, absorption of radiation of the first wavelength in the radiation-active hoses is greatly reduced.
  • the method comprises the following steps, preferably in the order given:
  • the method may include further steps for finishing an optoelectronic semiconductor chip, such as the
  • the growth substrate is not removed from the semiconductor layer sequence and remains in the finished optoelectronic semiconductor chip.
  • the growth substrate may also be replaced by a carrier substrate.
  • the at least one growth substrate is one of a main side during the growth of the semiconductor layer sequence
  • Substrate carrier attached.
  • Semiconductor layer sequence for example, based on photolithography, electron beam lithography or interference lithography, preferably followed by a wet chemical or
  • Source of impurity a source of condensation nuclei of materials used for epitaxy.
  • impurities can be added to an epitaxy reactor in a targeted manner, in which a condensation or reaction of
  • Precursor molecules in particular for an organometallic gas phase epitaxy short MOVCD takes place.
  • condensation nuclei it may be possible for the growth of the semiconductor layer sequence on the growth substrate
  • Defects or defects in the semiconductor layer sequence are generated. Starting from these defects in the Semiconductor layer sequence, it is then possible that the radiation-active tubes grow.
  • the impurity source is only at the beginning of the growth of the impurity source
  • the impurity source does not generate any
  • the middle one is the middle one
  • the tubes begin directly on the growth substrate or on and / or in a buffer layer.
  • the buffer layer is in particular a
  • the hoses are radiation-active only in the active zone.
  • the active zone extends, for example, perpendicular to the growth direction and, in particular, includes regions which are between one of the first and last active in radiation along the direction of growth
  • the radiation-active tubes lie. Alternatively, it is possible for the radiation-active tubes to emit the second radiation even in regions outside the active zone.
  • the growth substrate is a GaAs substrate.
  • the buffer layer which is formed, for example, from InGaAlP, is preferably grown directly on the growth substrate.
  • the buffer layer follows an n-cladding layer.
  • the n-cladding layer is formed of InAlP.
  • the n-cladding layer is formed of InAlP.
  • the active zone is applied directly or indirectly to the n-cladding layer.
  • the active zone has a plurality of the radiation-active layers, for example at least 2 or 10 or at least 20 and / or at most 250 or 150 or 100 or 75.
  • the barrier layers are formed from InAlGaP.
  • all radiation-active layers preferably have the same material compositions and layer thicknesses, as can be the case for the barrier layers.
  • the active zone follows a p-type cladding layer along the growth direction.
  • the p-type cladding layer is formed of p-doped InGaAlP, for example.
  • a contact layer is directly or indirectly on the p-cladding layer
  • the contact layer may be formed of InGaAlP.
  • FIGS 1 and 2 are schematic representations of
  • FIG. 4 is a schematic representation of one here
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of an optoelectronic semiconductor chip 1. On one
  • Growth substrate 14 is a semiconductor layer sequence 10 grew up.
  • the semiconductor layer sequence 10 comprises an n-side 11 and a p-side 13. Between the n-side 11 and the p-side 13 is an active zone 2, the
  • the semiconductor chip 1 includes at least one radiation-active layer 21. Facing away from the growth substrate 14 is a main radiation side 25 of the semiconductor chip 1.
  • the semiconductor layer sequence 10 includes a
  • the tubes 22 are parallel to a growth direction z of
  • the tubes 22 may have a slightly meandering course and a main extension direction of the tubes 22 may deviate slightly from the growth direction z.
  • the hoses 22 completely penetrate the active zone 2.
  • semiconductor chips 1 shown in a schematic sectional view.
  • the semiconductor layer sequence 10 is based on the material system InAlGaP / InAlGaAs.
  • the semiconductor chip 1 comprises as the growth substrate 14 a GaAs substrate. On a main side 40 of the growth substrate 14, a buffer layer 15 is deposited. A thickness of the buffer layer 15 is for example 500 nm.
  • Buffer layer 15 is formed of GaAs, for example.
  • the buffer layer 15 follows an n-cladding layer 16 after.
  • a thickness of the n-cladding layer is, for example, 3 ym.
  • the n-type cladding layer 16 may be based on InAlP.
  • the layers 15, 16 form the n-side 11.
  • the active zone 2 has grown.
  • the active zone 2 comprises a multiplicity of alternating radiation-active layers 21 and barrier layers 23.
  • the radiation-active layers 21 formed as quantum wells are formed, for example, from AlInGaP.
  • a thickness of the radiation-active layers 21 is, for example, 6 nm.
  • the barrier layers 23 are likewise formed from AlInGaP and may likewise have a thickness of 6 nm.
  • the active zone 2 is followed by a p-type cladding layer 17.
  • the p-type cladding layer 17 has a thickness of approximately 1.7 ⁇ m.
  • the p-cladding layer is formed approximately from InGaAlP.
  • the p-type cladding layer 17 follows a contact layer 18 after.
  • a thickness of the contact layer 18 is included, for example
  • the layers 17, 18 form the p-side 13.
  • a roughening is optionally formed to improve radiation decoupling.
  • a metallization 5 for energizing the semiconductor layer sequence 10 may be located on the main radiation side 25, a metallization 5 for energizing the semiconductor layer sequence 10 may be located.
  • electrical contact structures such as bond pads,
  • the tubes 22 extend continuously into the p-side 13, for example up to or into the contact layer 18.
  • the tubes 22 assume an origin, for example
  • the tubes 22 can thus begin directly on a main side 40 of the growth substrate 14 or first at a distance from the main side 40 in the
  • the tubes 22 grow with a different material composition than the radiation active layers 21. Due to the different material composition, the tubes 22 emit in a different spectral range.
  • the tubes 22 may be considered as one-dimensional structures.
  • a mean diameter of the tubes 22 is, for example, at most 100 nm or 50 nm or
  • the n-side 11 is closer to the growth substrate 14 than the p-side 13.
  • the p-side 13 may be closer to the growth substrate 14 than the n-side 11.
  • Semiconductor layer sequence 10 is to be adapted accordingly in this case.
  • the radiation-active layers 21 emit in the yellow-orange spectral range a first radiation at a first
  • Wavelength LI The first wavelength LI is approximately 590 nm.
  • a second radiation having a second wavelength L2 is emitted.
  • the second wavelength L2 is approximately 650 nm. Due to the two-color emission of the semiconductor layer sequence 10 is in particular a color rendering index of the
  • Semiconductor chips 1 generated radiation can be increased.
  • the semiconductor layer sequence is based on AlInGaN, for example, such that the first wavelength is approximately 470 nm, for example, and the second wavelength is approximately 570 nm in the yellow spectral range.
  • the material compositions of the tubes 22 and the radiation-active layers 21 can be determined by the following
  • the content of indium which is decisive in particular for the emission wavelength, can be set by a growth temperature and by an amount of an indium precursor added.
  • FIG. 4 schematically shows a structured one
  • Defects 3 are generated by a structuring of the main side 40 of the growth substrate 14.
  • the impurities 3 are generated, for example, by a material removal,
  • the impurities 3 are then holes or recesses in the growth substrate 14. Likewise, the impurity 3 by a
  • the impurities are formed in this case by elevations or islands on the main page 40.
  • the impurities 3 then have a different material from the growth substrate 14. Suitable materials are in particular metals such as gold or semiconductor materials such as InAs in question.
  • Per impurity 3 is preferably exactly one of
  • a density of the impurities 3 on the main side 40 thus corresponds approximately to a density of the radiation-active tubes 22 in the finally grown semiconductor layer sequence 10.
  • the impurities 3 have, for example, a middle one
  • An average extent of the impurities 3 in the direction perpendicular to the main side 40 is for example at least 0.25 nm or 1 nm or 3 nm or 5 nm and / or at most 500 nm or 100 nm or 25 nm or 10 nm. The values mentioned apply to both
  • the impurities 3 can be self-organized, for example by the application of a thin layer of material and by subsequent

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge (10) eine n-leitende n-Seite (11), eine p-leitende p-Seite (13) und eine dazwischen liegende aktive Zone (2) auf. Die aktive Zone (2) weist mindestens eine strahlungsaktive Schicht (21) mit einer ersten Materialzusammensetzung zur Erzeugung einerersten Strahlung (L1) auf. Die zumindest eine strahlungsaktive Schicht (21) ist senkrecht zu einer Wachstumsrichtung (z) der Halbleiterschichtenfolge orientiert. Ferner weist die aktive Zone (2) eine Vielzahl von strahlungsaktiven Schläuchen (22) mit einer zweiten Materialzusammensetzung oder einer anderen Kristallstruktur zur Erzeugung einer zweiten Strahlung (L2) auf, wobei die zweite Materialzusammensetzung von der ersten Materialzusammensetzung verschieden ist. Die strahlungsaktiven Schläuche (22) sind parallel zur Wachstumsrichtung (z) orientiert.

Description

Beschreibung
Halbleiterschichtenfolge und Verfahren zu deren Herstellung Es wird eine Halbleiterschichtenfolge für einen
optoelektronischen Halbleiterchip angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Halbleiterschichtenfolge angegeben . Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine
Halbleiterschichtenfolge anzugeben, die Strahlung in zwei voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen erzeugt.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine
Halbleiterschichtenfolge und durch ein Verfahren mit den
Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge für einen optoelektronischen
Halbleiterchip eingerichtet. Beispielsweise handelt es sich bei der Halbleiterschichtenfolge um eine strahlungsaktive Schichtenfolge, auch als strahlungsaktive Struktur
bezeichenbar, insbesondere für eine Leuchtdiode, kurz LED, oder für eine Laserdiode, kurz LD.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n + m -S 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 AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge eine n-leitende n-Seite auf. Die n- Seite weist eine oder, bevorzugt, mehrere Schichten der
Halbleiterschichtenfolge auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterschichtenfolge eine p-leitende p-Seite. Auch die p- Seite kann aus einer oder aus mehreren Schichten der
Halbleiterschichtenfolge aufgebaut sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterschichtenfolge zumindest eine aktive Zone. Die aktive Zone befindet sich zwischen der n-Seite und der p- Seite. Die aktive Zone ist zur gleichzeitigen Erzeugung einer ersten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge sowie einer zweiten Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge eingerichtet. Unter Wellenlänge der entsprechenden Strahlung wird hier und im Folgenden jeweils die Wellenlänge einer Emissionsbande bezeichnet, bei der eine höchste photometrische Leistung vorliegt. Im Englischen wird diese Wellenlänge auch als Peak Wavelength bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die aktive Zone eine oder, bevorzugt, mehrere strahlungsaktive Schichten. Die zumindest eine strahlungsaktive Schicht ist bevorzugt als sogenannter Quantentopf oder Potentialtopf ausgebildet, insbesondere als zweidimensionaler Quantentopf oder
Potentialtopf. Es weist die mindestens eine strahlungsaktive Schicht eine erste Materialzusammensetzung auf. Liegen mehrere strahlungsaktive Schichten vor, so weisen bevorzugt alle strahlungsaktiven Schichten im Rahmen der
Herstellungstoleranzen dieselbe Materialzusammensetzung auf. Alternativ hierzu ist es möglich, dass verschiedene
strahlungsaktive Schichten mit einer gezielt
unterschiedlichen Materialzusammensetzung gestaltet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zumindest eine strahlungsaktive Schicht zur Erzeugung der ersten Strahlung eingerichtet. Liegen mehrere strahlungsaktive Schichten unterschiedlicher Materialzusammensetzungen vor, so können die jeweiligen Schichten Strahlung mit verschiedenen
Wellenlängen emittieren und es ist eine vergleichsweise große spektrale Breite der ersten Strahlung erzielbar. Mit anderen Worten werden dann die Strahlungen aller strahlungsaktiven Schichten unter dem Begriff erste Strahlung zusammengefasst .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine strahlungsaktive Schicht senkrecht oder näherungsweise senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge orientiert. Mit anderen Worten bildet die Wachstumsrichtung ein Lot zu der zumindest einen strahlungsaktiven Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die
Halbleiterschichtenfolge und/oder die aktive Zone eine
Vielzahl von strahlungsaktiven Schläuchen, auch als Drähte bezeichenbar . Die strahlungsaktiven Schläuche können eine zweite Materialzusammensetzung und/oder eine andere Gitterstruktur als die strahlungsaktive Schicht aufweisen. Die zweite Materialzusammensetzung der strahlungsaktiven Schläuche ist von der ersten Materialzusammensetzung der mindestens einen strahlungsaktiven Schicht verschieden. Die strahlungsaktiven Schläuche sind zur Erzeugung der zweiten Strahlung eingerichtet. Die Schläuche sind insbesondere als eindimensionale Quantentöpfe ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
strahlungsaktiven Schläuche parallel oder im Wesentlichen parallel zur Wachstumsrichtung orientiert. Im Wesentlichen parallel bedeutet beispielsweise eine mittlere Abweichung zur Wachstumsrichtung von höchstens 5° oder von höchstens 2°. Die strahlungsaktiven Schläuche können, im Rahmen der
Herstellungstoleranzen, jeweils in einem Schnitt senkrecht zur Wachstumsrichtung eine gleiche Materialzusammensetzung aufweisen oder auch unterschiedliche
Materialzusammensetzungen. Es ist möglich, dass sich eine Materialzusammensetzung der strahlungsaktiven Schläuche entlang der Wachstumsrichtung ändert.
In mindestens einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge für einen optoelektronischen
Halbleiterchip vorgesehen und weist eine n-leitende n-Seite, eine p-leitende p-Seite und eine dazwischen liegende aktive Zone auf. Die aktive Zone ist zur gleichzeitigen Erzeugung einer ersten Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge eingerichtet, wobei sich die erste Wellenlänge von der zweiten Wellenlänge unterscheidet. Die aktive Zone weist mindestens eine
strahlungsaktive Schicht mit einer ersten
Materialzusammensetzung zur Erzeugung der ersten Strahlung auf. Die zumindest eine strahlungsaktive Schicht ist senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge orientiert. Ferner weist die aktive Zone eine Vielzahl von strahlungsaktiven Schläuchen mit einer zweiten Materialzusammensetzung zur Erzeugung der zweiten Strahlung auf, wobei die zweite Materialzusammensetzung von der ersten Materialzusammensetzung verschieden ist. Die strahlungsaktiven Schläuche sind parallel zur
Wachstumsrichtung orientiert. Im Gegensatz zur Strahlung von thermischen Lichtquellen, beispielsweise Sonnenlicht, ist eine spektrale Emission von Leuchtdioden in der Regel spektral schmalbandig . Damit einhergehend weist das Licht von Leuchtdioden in der Regel einen vergleichsweise geringen Farbwiedergabeindex auf. Für viele Anwendungen ist jedoch ein hoher Farbwiedergabeindex und eine naturgetreue Wiedergabemöglichkeit von mit der
Strahlung beleuchteten Objekten hinsichtlich deren
Farbeindruck erwünscht. Bei der hier beschriebenen
Halbleiterschichtenfolge weist eine aktive Zone zwei
Strukturen, eine zweidimensionale Quantentopfstruktur in Form der mindestens einer strahlungsaktiven Schicht und eine eindimensionale oder auch eine nulldimensionale
Quantentopfstruktur in Form der strahlungsaktiven Schläuche, auf. Diese Strukturen besitzen voneinander verschiedene
Emissionswellenlängen. Hierdurch ist ein Farbwiedergabeindex einer von der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung erhöhbar .
Eine andere Möglichkeit, mehrfarbig emittierende
Halbleiterschichtenfolgen zu realisieren, besteht darin, zweidimensionale Quantentöpfe oder Topfstrukturen
verschiedener Bandlücken in der Halbleiterschichtenfolge zu kombinieren. Allerdings werden ein Ladungsträgereinfang und eine Reabsorption dann derart von den langwellig emittierenden Quantentöpfen dominiert, so dass eine Emission wieder nahezu einfarbig ist und von der langwelligen Emission dominiert wird. Bei einer Kombination von zweidimensionalen Quantentöpfen mit Quantentöpfen niedrigerer Dimension
entfallen diese Nachteile. Die unterschiedlich dimensionalen Strukturen werden gleich bestromt aufgrund ihrer räumlich getrennten Lage. Außerdem ist eine Reabsorption in den niedriger dimensionalen Strukturen aufgrund ihres geringeren Volumens stark unterdrückt. Somit ist es möglich, eine
Halbleiterschichtenfolge aufzubauen, die effizient mehrere Farben gleichzeitig emittieren kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die
Halbleiterschichtenfolge, insbesondere die gesamte
Halbleiterschichtenfolge, auf dem Materialsystem
InAlGaP/AlGaAs . Mit anderen Worten sind die Hauptkomponenten der Halbleiterschichtenfolge dann In, AI, Ga, P und/oder As. Weitere Bestandteile liegen bevorzugt lediglich in
Konzentrationen im Rahmen einer Dotierung vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform reichen die
strahlungsaktiven Schläuche oder zumindest ein Teil der strahlungsaktiven Schläuche aus der n-Seite bis in die p- Seite. Mit anderen Worten durchdringen die strahlungsaktiven Schläuche die aktive Zone vollständig in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine strahlungsaktive Schicht aus InxAlyGa]_-x-yP gebildet. Dabei gilt 0,40 ^ x oder 0,45 ^ x oder 0,50 ^ x. Alternativ oder zusätzlich gilt x ^ 0,58 oder x < 0,65 oder x < 0,72. Ferner gilt bevorzugt 0 -S y oder 0,05 -S y oder 0,1 -S y oder 0,2 < y und/oder y < 0,3 oder y < 0,4 oder y < 0,5.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
strahlungsaktiven Schläuche aus InaAlkGa]_-a-bP gebildet. Dabei gilt bevorzugt 0,2 < a oder 0,5 -S a oder 0,55 -S a. Alternativ oder zusätzlich gilt a -S 0,6 oder a -S 0,7 oder a -S 0,8. Außerdem gilt bevorzugt 0 -S b oder 0, 025 -S b oder 0,05 -S b oder 0,1 -S b und/oder b -S 0,25 oder b -S 0,35 oder b < 0, 45 oder b < 0,8.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt a > x.
Insbesondere gilt a - x ^ 0,02 oder a - x ^ 0,04 oder a - x > 0,08.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
strahlungsaktiven Schläuche einen mittleren Durchmesser von mindestens 1 nm oder 5 nm oder 10 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt ein mittlerer Durchmesser der
strahlungsaktiven Schläuche bei höchstens 150 nm oder 100 nm oder 70 nm. Mit anderen Worten ist der mittlere Durchmesser im Vergleich zu lateralen Abmessungen der
Halbleiterschichtenfolge sehr klein. Die laterale Abmessung der Halbleiterschichtenfolge liegt beispielsweise bei mindestens 100 ym oder 250 ym oder 500 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
strahlungsaktiven Schläuche eine mittlere Flächendichte von mindestens 10^ l/cm^ oder 10^ l/cm^ oder 10^ l/cm^ auf.
Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Flächendichte der strahlungsaktiven Schläuche, in Draufsicht gesehen, bei höchstens lO-^ l/cm^ oder loH l/cm^ oder lO-LO l/cm^. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Dicke der zumindest einen strahlungsaktiven Schicht bei mindestens 2 nm oder 3 nm oder 4,5 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Dicke bei höchstens 15 nm oder 12 nm oder 9 nm. Mit anderen Worten ist es möglich, dass ein mittlerer Durchmesser der strahlungsaktiven Schläuche in der gleichen Größenordnung liegt wie eine mittlere Dicke der strahlungsaktiven Schicht. Der Begriff in der gleichen
Größenordnung kann hierbei bedeuten, dass sich die mittlere Dicke von dem mittleren Durchmesser um höchstens einen Faktor 5 oder 2 voneinander unterscheidet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die erste
Wellenlänge bei mindestens 570 nm oder 580 nm und/oder bei höchstens 605 nm oder 595 nm. Mit anderen Worten liegt dann die erste Wellenlänge im gelben und/oder orangen
Spektralbereich. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die erste Wellenlänge beispielsweise im blauen
Spektralbereich bei mindestens 420 nm oder 440 nm oder 460 nm und/oder bei höchstens 490 nm oder 480 nm oder 470 nm liegt. Ebenso kann die erste Wellenlänge im grünen Spektralbereich liegen, beispielsweise bei mindestens 515 nm oder 525 nm und/oder bei höchstens 555 nm oder 545 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die zweite
Wellenlänge im roten Spektralbereich, beispielsweise bei mindestens 610 nm oder 620 nm und/oder bei höchstens 700 nm oder 680 nm oder 660 nm. Liegt die erste Wellenlänge im blauen Spektralbereich, so kann die zweite Wellenlänge auch im grünen oder gelb-orangen Spektralbereich liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge bei mindestens 25 nm oder 40 nm oder 55 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Unterschied bei höchstens 150 nm oder 120 nm oder 80 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die zweite
Wellenlänge bei größeren Wellenlängen als die erste
Wellenlänge. Mit anderen Worten weisen dann die
strahlungsaktiven Schläuche eine kleinere Bandlücke auf als die mindestens eine strahlungsaktive Schicht. Aufgrund des geringen Volumens der strahlungsaktiven Schläuche ist eine Absorption von Strahlung der ersten Wellenlänge in den strahlungsaktiven Schläuchen stark reduziert.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiterschichtenfolge, insbesondere einer
Halbleiterschichtenfolge nach mindestens einer der
vorhergehenden Ausführungsformen, angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für die Halbleiterschichtenfolge offenbart und umgekehrt.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritten, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
- Bereitstellen zumindest eines Aufwachssubstrats für die Halbleiterschichtenfolge,
- Bereitstellen einer Störstellenquelle und/oder Erzeugen von Störstellen, und
- Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf das
Aufwachssubstrat mittels Epitaxie. Das Verfahren kann weitere Schritte zum Fertigstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips aufweisen, etwa das
Anbringen von elektrischen Kontaktschichten, von
Metallisierungen und/oder von Passivierungsschichten sowie ein Vereinzeln. Es ist möglich, dass das Aufwachssubstrat nicht von der Halbleiterschichtenfolge entfernt wird und in dem fertig hergestellten optoelektronischen Halbleiterchip verbleibt. Alternativ kann das Aufwachssubstrat auch durch ein Trägersubstrat ersetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist das mindestens eine Aufwachssubstrat während des Aufwachsens der Halbleiterschichtenfolge auf einer Hauptseite eines
Substratträgers angebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Störstellenquelle durch eine Vorstrukturierung des
Aufwachssubstrats gebildet. Insbesondere kann die
Vorstrukturierung vor dem Wachstum der
Halbleiterschichtenfolge etwa anhand von Fotolithografie, Elektronenstrahllithografie oder Interferenzlithografie, bevorzugt gefolgt von einem nasschemischen oder
trockenchemischen Ätzprozess, oder auch durch ein Abscheiden von Störstellen oder durch Beschädigung des Aufwachssubstrats mittels Elektronenstrahlung oder Ionenstrahlung erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Störstellenquelle eine Quelle für Kondensationskeime von für die Epitaxie verwendete Materialien. Beispielsweise können einem Epitaxiereaktor gezielt Verunreinigungen beigegeben werden, an denen eine Kondensation oder Reaktion von
Precursor-Molekülen insbesondere für eine metallorganische Gasphasenepitaxie, kurz MOVCD, stattfindet. Durch solche Kondensationskeime kann es möglich sein, dass beim Anwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf dem Aufwachssubstrat
Fehlstellen oder Störstellen in der Halbleiterschichtenfolge erzeugt werden. Ausgehend von diesen Störstellen in der Halbleiterschichtenfolge ist es dann möglich, dass die strahlungsaktiven Schläuche wachsen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Störstellenquelle nur zu Beginn des Aufwachsens der
Halbleiterschichtenfolge aktiv und/oder vorhanden.
Beispielsweise erzeugt die Störstellenquelle keine
Störquellen mehr, bevor die aktive Zone oder eine Schicht, auf die die aktive Zone unmittelbar aufgewachsen wird, gewachsen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mittlere
Flächendichte der strahlungsaktiven Schläuche über die Anzahl an Störstellen, die von der Störstellenquelle insbesondere am Beginn des Wachsens der Halbleiterschichtenfolge erzeugt oder hinzugefügt werden, einstellbar. Es ist dabei nicht
erforderlich, dass ein linearer Zusammenhang zwischen der mittleren Flächendichte der strahlungsaktiven Schläuche und der Anzahl der Störstellen besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beginnen die Schläuche direkt an dem Aufwachssubstrat oder an und/oder in einer Pufferschicht. Die Pufferschicht ist insbesondere eine
Schicht der Halbleiterschichtenfolge, die direkt an das
Aufwachssubstrat grenzt. Über die Pufferschicht ist
beispielsweise eine Gitteranpassung oder eine weitgehende Gitteranpassung von Materialien des Aufwachssubstrats und der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere für die aktive Zone, erreichbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Schläuche nur in der aktiven Zone strahlungsaktiv. Mit anderen Worten erfolgt dann eine Emission der zweiten Strahlung lediglich in der aktiven Zone. Die aktive Zone erstreckt sich dabei beispielsweise senkrecht zur Wachstumsrichtung und schließt insbesondere Bereiche ein, die zwischen einer entlang der Wachstumsrichtung ersten und letzten strahlungsaktiven
Schicht liegen. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die strahlungsaktiven Schläuche die zweite Strahlung auch in Bereichen außerhalb der aktiven Zone emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Aufwachssubstrat um ein GaAs-Substrat . Bevorzugt wird direkt auf das Aufwachssubstrat die Pufferschicht aufgewachsen, die beispielsweise aus InGaAlP gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt der Pufferschicht eine n-Mantelschicht nach. Beispielsweise ist die n- Mantelschicht aus InAlP gebildet. Insbesondere ist
unmittelbar oder mittelbar auf die n-Mantelschicht die aktive Zone aufgebracht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die aktive Zone mehrere der strahlungsaktiven Schichten auf, beispielsweise mindestens 2 oder 10 oder mindestens 20 und/oder höchstens 250 oder 150 oder 100 oder 75. In diesem Fall befinden sich zwischen benachbarten strahlungsaktiven Schichten jeweils Barriereschichten. Beispielsweise sind die Barriereschichten aus InAlGaP gebildet. Bevorzugt weisen alle strahlungsaktiven Schichten, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, gleiche Materialzusammensetzungen und Schichtdicken auf, ebenso wie dies für die Barriereschichten gelten kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt der aktiven Zone entlang der Wachstumsrichtung eine p-Mantelschicht nach. Die p-Mantelschicht ist zum Beispiel aus p-dotiertem InGaAlP gebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist direkt oder indirekt auf die p-Mantelschicht eine Kontaktschicht
aufgebracht. Die Kontaktschicht kann aus InGaAlP geformt sein .
Nachfolgend werden eine hier beschriebene
Halbleiterschichtenfolge und ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 und 2 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
HalbleiterschichtenfoIgen,
Figur 3 eine Darstellung eines Emissionsspektrums einer
hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge, und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines hier
beschriebenen Herstellungsverfahrens für eine hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge .
In Figur 1 ist in einer perspektivischen Darstellung ein optoelektronischer Halbleiterchip 1 gezeigt. Auf einem
Aufwachssubstrat 14 ist eine Halbleiterschichtenfolge 10 aufgewachsen. Die Halbleiterschichtenfolge 10 umfasst eine n- Seite 11 sowie ein p-Seite 13. Zwischen der n-Seite 11 und der p-Seite 13 befindet sich eine aktive Zone 2, die
mindestens eine strahlungsaktive Schicht 21 beinhaltet. Dem Aufwachssubstrat 14 abgewandt ist eine Strahlungshauptseite 25 des Halbleiterchips 1.
Ferner beinhaltet die Halbleiterschichtenfolge 10 eine
Vielzahl von strahlungsaktiven Schläuchen 22. Die Schläuche 22 sind parallel zu einer Wachstumsrichtung z der
Halbleiterschichtenfolge 10 orientiert. Dabei können die Schläuche 22 einen geringfügig mäanderförmigen Verlauf aufweisen und eine Haupterstreckungsrichtung der Schläuche 22 kann geringfügig von der Wachstumsrichtung z abweichen. Die Schläuche 22 durchdringen die aktive Zone 2 vollständig.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterchips 1 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt. Beispielsweise basiert die Halbleiterschichtenfolge 10 auf dem Materialsystem InAlGaP/InAlGaAs .
Der Halbleiterchip 1 umfasst als Aufwachssubstrat 14 ein GaAs-Substrat . Auf einer Hauptseite 40 des Aufwachssubstrats 14 ist eine Pufferschicht 15 abgeschieden. Eine Dicke der Pufferschicht 15 liegt beispielsweise bei 500 nm. Die
Pufferschicht 15 ist zum Beispiel aus GaAs geformt.
Der Pufferschicht 15 folgt eine n-Mantelschicht 16 nach. Eine Dicke der n-Mantelschicht liegt beispielsweise bei 3 ym. Die n-Mantelschicht 16 kann auf InAlP basieren. Die Schichten 15, 16 bilden die n-Seite 11. Auf die n-Seite 11 ist die aktive Zone 2 aufgewachsen. Die aktive Zone 2 umfasst eine Vielzahl sich abwechselnder strahlungsaktiver Schichten 21 und Barriereschichten 23. Die als Quantentöpfe ausgebildeten strahlungsaktiven Schichten 21 sind beispielsweise aus AlInGaP geformt. Eine Dicke der strahlungsaktiven Schichten 21 liegt beispielsweise bei 6 nm. Die Barriereschichten 23 sind ebenso aus AlInGaP geformt und können ebenfalls eine Dicke von 6 nm aufweisen. Der aktiven Zone 2 folgt eine p-Mantelschicht 17 nach. Die p- Mantelschicht 17 hat etwa eine Dicke von 1,7 ym. Die p- Mantelschicht ist etwa aus InGaAlP geformt.
Der p-Mantelschicht 17 folgt eine Kontaktschicht 18 nach. Eine Dicke der Kontaktschicht 18 liegt beispielsweise bei
250 nm. Die Schichten 17, 18 bilden die p-Seite 13. An der p- Seite 13 und/oder an der Strahlungshauptseite 25 ist optional eine Aufrauung zur Verbesserung einer Strahlungsauskopplung geformt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine solche Aufrauung an einer der Halbleiterschichtenfolge 10 abgewandten Seite des Aufwachssubstrats 14 gestaltet ist.
An der Strahlungshauptseite 25 kann sich eine Metallisierung 5 zur Bestromung der Halbleiterschichtenfolge 10 befinden. Im Übrigen sind elektrische Kontaktstrukturen wie Bondpads,
StromaufWeitungsschichten oder Leiterbahnen zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet.
Insbesondere ausgehend von der Pufferschicht 15 erstrecken sich die Schläuche 22 durchgehend bis in die p-Seite 13, beispielsweise bis an oder bis in die Kontaktschicht 18. Die Schläuche 22 nehmen einen Ursprung zum Beispiel in
Störstellen an dem Aufwachssubstrat 14 oder in der Pufferschicht 15. Die Schläuche 22 können also unmittelbar an einer Hauptseite 40 des Aufwachssubstrats 14 beginnen oder erste in einem Abstand zur Hauptseite 40 in der
Halbleiterschichtenfolge 10, insbesondere in der
Pufferschicht 15. Somit wachsen die Schläuche 22 mit einer anderen Materialzusammensetzung als die strahlungsaktiven Schichten 21. Aufgrund der anderen Materialzusammensetzung emittieren die Schläuche 22 in einem anderen Spektralbereich. Die Schläuche 22 können als eindimensionale Strukturen angesehen werden. Ein mittlerer Durchmesser der Schläuche 22 beträgt beispielsweise höchstens 100 nm oder 50 nm oder
25 nm.
Die in Verbindung mit Figur 2 genannten Dicken für die jeweiligen Schichten gelten beispielsweise mit einer
Abweichung von höchstens einem Faktor 2 oder 1,5. Die
dargestellten Schichten können direkt aufeinander folgen. Alternativ können auch weitere, nicht gezeichnete
Zwischenschichten vorhanden sein. In Figur 2 befindet sich die n-Seite 11 näher an dem Aufwachssubstrat 14 als die p- Seite 13. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen kann sich auch die p-Seite 13 näher an dem Aufwachssubstrat 14 befinden als die n-Seite 11. Der Aufbau der
Halbleiterschichtenfolge 10 ist in diesem Fall entsprechend anzupassen.
In Figur 3 ist ein Emissionsspektrum einer
Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise wie in Verbindung mit Figur 2 dargestellt, gezeigt. Aufgetragen ist eine
Wellenlänge λ in Nanometer gegenüber einer Intensität in willkürlichen Einheiten, kurz a.u. Die strahlungsaktiven Schichten 21 emittieren im gelb-orangen Spektralbereich eine erste Strahlung bei einer ersten
Wellenlänge LI. Die erste Wellenlänge LI liegt bei ungefähr 590 nm. In den strahlungsaktiven Schläuchen 22 wird eine zweite Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge L2 emittiert. Die zweite Wellenlänge L2 liegt bei zirka 650 nm. Durch die zweifarbige Emission der Halbleiterschichtenfolge 10 ist insbesondere ein Farbwiedergabeindex der von den
Halbleiterchips 1 erzeugten Strahlung erhöhbar.
Anders als in Figur 3 dargestellt ist es auch möglich, dass die Halbleiterschichtenfolge etwa auf AlInGaN basiert, so dass die erste Wellenlänge beispielsweise bei ungefähr 470 nm liegt und die zweite Wellenlänge beispielsweise im gelben Spektralbereich bei ungefähr 570 nm.
Die Materialzusammensetzungen der Schläuche 22 und der strahlungsaktiven Schichten 21 lassen sich durch die
Wachstumsbedingungen einstellen. Beispielsweise ist der insbesondere für die Emissionswellenlänge maßgebliche Gehalt an Indium durch eine Wachstumstemperatur und durch eine Menge eines zugegebenen Precursors für Indium einstellbar.
In Figur 4 ist schematisch ein strukturiertes
Aufwachssubstrat 14 für ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiterschichtenfolge 10 illustriert. Am Beginn des epitaktischen Wachsens der Halbleiterschichtenfolge 10 liegen an dem Aufwachssubstrat 14 Störstellen 3 frei. Die
Störstellen 3 sind durch eine Strukturierung der Hauptseite 40 des Aufwachssubstrats 14 erzeugt. Die Störstellen 3 werden beispielsweise durch eine Materialwegnahme erzeugt,
insbesondere durch ein Ätzen. Die Störstellen 3 sind dann Löcher oder Ausnehmungen in dem Aufwachssubstrat 14. Ebenso können die Störstellen 3 durch eine
Materialabscheidung auf der Hauptseite 40 erzeugt werden. Die Störstellen sind in diesem Fall durch Erhebungen oder Inseln auf der Hauptseite 40 gebildet. Die Störstellen 3 weisen dann ein von dem Aufwachssubstrat 14 verschiedenes Material auf. Als Materialien kommen insbesondere Metalle wie Gold oder Halbleitermaterialien wie InAs in Frage. Pro Störstelle 3 wird bevorzugt genau einer der
strahlungsaktiven Schläuche 22 gebildet, im Rahmen der
Herstellungstoleranzen. Eine Dichte der Störstellen 3 auf der Hauptseite 40 entspricht somit näherungsweise einer Dichte der strahlungsaktiven Schläuche 22 in der fertig gewachsenen Halbleiterschichtenfolge 10.
Die Störstellen 3 weisen zum Beispiel einen mittleren
Durchmesser, in Draufsicht auf die Hauptseite 40 gesehen, von mindestens 0,25 nm oder 1 nm oder 5 nm und/oder von höchstens 100 nm oder 25 nm oder 10 nm auf. Eine mittlere Ausdehnung der Störstellen 3 in Richtung senkrecht zur Hauptseite 40 liegt zum Beispiel bei mindestens 0,25 nm oder 1 nm oder 3 nm oder 5 nm und/oder bei höchstens 500 nm oder 100 nm oder 25 nm oder 10 nm. Die genannten Werte gelten sowohl für
Erhebungen als auch für Ausnehmungen. Die Störstellen 3 können selbstorganisiert, beispielsweise durch das Aufbringen einer dünnen Materialschicht und durch nachfolgende
Inselbildung durch Aufheizen, oder auch gezielt regelmäßig, etwa durch Fotolithografie oder Elektronenstrahlschreiben, erzeugt werden.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 112 490.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronischer Halbleiterchip
10 Halbleiterschichtenfolge
11 n-Seite
13 p-Seite
14 Aufwachssubstrat
15 Pufferschicht
16 n-Mantelschicht
17 p-Mantelschicht
18 Kontaktschicht
19 Zwischenschicht
2 aktive Zone
21 strahlungsaktive Schicht
22 strahlungsaktiver Schlauch
23 Barriereschicht
25 Strahlungshauptseite
3 Störstellenquelle
40 Hauptseite des Aufwachssubstrats
5 Metallisierung
I Intensität in willkürliche Einheiten (a.u.)
LI erste Strahlung mit der ersten Wellenlänge
L2 zweite Strahlung mit der zweiten Wellenlänge λ Wellenlänge in nm
z Wachstumsrichtung

Claims

Patentansprüche
Halbleiterschichtenfolge (10) für einen
optoelektronischen Halbleiterchip (1) mit
- einer n-leitenden n-Seite (11),
- einer p-leitenden p-Seite (13), und
- einer zwischen der n-Seite (11) und der p-Seite (13) liegenden aktiven Zone (2), die zur gleichzeitigen Erzeugung einer ersten Strahlung mit einer ersten
Wellenlänge (LI) und einer zweiten Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge (L2) eingerichtet ist,
wobei
- die aktive Zone (2) mindestens eine strahlungsaktive Schicht (21) mit einer ersten Materialzusammensetzung zur Erzeugung der ersten Strahlung (LI) aufweist,
- die mindestens eine strahlungsaktive Schicht (21) senkrecht zu einer Wachstumsrichtung (z) der
Halbleiterschichtenfolge (10) orientiert ist,
- die aktive Zone (2) eine Vielzahl von
strahlungsaktiven Schläuchen (22) mit einer zweiten Materialzusammensetzung und/oder mit einer von der mindestens einen strahlungsaktiven Schicht (21) abweichenden Kristallstruktur zur Erzeugung der zweiten Strahlung (L2) aufweist, und
- die strahlungsaktiven Schläuche (22) parallel zur Wachstumsrichtung (z) orientiert sind.
Halbleiterschichtenfolge (10) nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) auf dem
Materialsystem InAlGaP oder AlGaAs basiert, und
wobei zumindest ein Teil der strahlungsaktiven
Schläuche (22) aus der n-Seite (11) bis in die p-Seite (13) reicht, oder umgekehrt, und die aktive Zone (2) vollständig durchdringt.
Halbleiterschichtenfolge (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die mindestens eine strahlungsaktive Schicht (21) aus InxAlyGa]__x_yP gebildet ist mit
0,45 < x < 0,65 sowie mit 0,05 < y < 0,4, und
wobei die strahlungsaktiven Schläuche (22) aus
InaAl]3Ga]__a_]3P gebildet sind mit 0,2 a ^ 0,7 sowie mit 0,025 < b < 0,8 und gilt: a - x > 0,04.
Halbleiterschichtenfolge (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die strahlungsaktiven Schläuche (22) einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 5 nm und 100 nm aufweisen und eine mittlere Flächendichte der strahlungsaktiven Schläuche (22) zwischen
einschließlich 10^ l/cm^ und loH l/cm^ liegt, und wobei eine mittlere Dicke der mindestens einen
strahlungsaktiven Schicht (21) zwischen einschließlich 3 nm und 12 nm liegt.
Halbleiterschichtenfolge (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die erste Wellenlänge (LI) zwischen
einschließlich 570 nm und 605 nm liegt und die zweite Wellenlänge (L2) zwischen einschließlich 620 nm und 680 nm liegt und ein Unterschied zwischen diesen
Wellenlängen (LI, L2) mindestens 25 nm und höchstens 120 nm beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiterschichtenfolge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten:
- Bereitstellen zumindest eines Aufwachssubstrats (14) für die Halbleiterschichtenfolge (10),
- Bereitstellen einer Störstellenquelle (3) und/oder Erzeugen von Störstellen, und
- Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge (10) auf das Aufwachssubstrat (14) mittels Epitaxie.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem vor dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge (10) an einer Hauptseite (40) des Aufwachssubstrats (14) Störstellen (3) erzeugt werden, wobei die
Störstellen (3) durch Ausnehmungen und/oder durch
Erhebungen an dem Aufwachssubstrat (14) gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 7,
bei dem jede der Ausnehmungen und/oder Erhebungen für genau einen der strahlungsaktiven Schläuche (22) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
bei dem die Schläuche (22) unmittelbar an dem
Aufwachssubstrat (14) beginnend wachsen,
wobei die Schläuche (22) nur in der aktiven Zone (2) strahlungsaktiv sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
bei dem die Schläuche (22) in einer Pufferschicht (15) beginnend, beabstandet von dem Aufwachssubstrat (14), wachsen,
wobei die Schläuche (22) nur in der aktiven Zone (2) strahlungsaktiv sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
wobei
- es sich bei dem Aufwachssubstrat (14) um ein GaAs- Substrat handelt,
und- die aktive Zone (2) zwischen einschließlich 20 und 100 der strahlungsaktiven Schichten (21) umfasst sowie dazwischen angeordneten Barriereschichten (23) aus InAlGaP beinhaltet.
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