WO2014029633A1 - Optoelektronischer halbleiterkörper und optoelektronischer halbleiterchip - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterkörper und optoelektronischer halbleiterchip Download PDF

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WO2014029633A1
WO2014029633A1 PCT/EP2013/066656 EP2013066656W WO2014029633A1 WO 2014029633 A1 WO2014029633 A1 WO 2014029633A1 EP 2013066656 W EP2013066656 W EP 2013066656W WO 2014029633 A1 WO2014029633 A1 WO 2014029633A1
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charge carrier
barrier layer
carrier barrier
layer
semiconductor body
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PCT/EP2013/066656
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Ivar TÅNGRING
Jens Ebbecke
Ines Pietzonka
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the present application relates to an optoelectronic semiconductor body and an optoelectronic semiconductor chip.
  • Leakage currents can be a significant loss mechanism in radiation-emitting components such as light-emitting diodes
  • One task is to improve the efficiency of the
  • an optoelectronic semiconductor body has a semiconductor layer sequence with an active region provided for generating electromagnetic radiation, a first barrier region and a second barrier region.
  • the active area is located between the first barrier area and the second barrier area.
  • the first barrier area and the second barrier area are of the conduit type different from each other.
  • the first barrier area and the second barrier area are of the conduit type different from each other.
  • Barrier area is at least one
  • Charge carrier barrier layer is arranged, which is tensioned.
  • Semiconductor body is thereby increased.
  • a lattice constant of the layer along a principal plane of extension of the layer is greater than the intrinsic lattice constant of the material of the layer.
  • Lattice constant referred to as pressure-locked.
  • a relative lattice mismatch of the charge carrier barrier layer is between 0.2% and 1% inclusive, more preferably between 0.3% inclusive and 0.7% inclusive.
  • the relative lattice mismatch is the ratio of the difference between the lattice constant g of the layer and the intrinsic lattice constant gO to the intrinsic
  • Lattice constant that is (g-g0) / g0. It has been found that such a relative lattice mismatch is particularly suitable for a
  • Charge carrier barrier layer so that it efficiently reduces leakage and at the same time a high Crystal quality, in particular free from stress relaxation relaxing, may have.
  • the charge carrier barrier layer may be referred to as an electron barrier in a p-type first
  • the charge carrier barrier can also be used as a
  • Holes barrier be formed in an n-type first barrier region or second barrier region.
  • the active region is based on the compound semiconductor material system Al x In y Gai x - y P with 0 ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • This material system hereinafter also referred to as phosphidisches Semiconductor material is called, is particularly suitable for the generation of radiation in the yellow to red spectral range.
  • the active area may be on another
  • Radiation in the ultraviolet over the blue to the green spectral range is suitable, for example, nitridic
  • Charge carrier barrier layer has a higher aluminum content than that on at least one side of the
  • Charge carrier barrier layer particularly preferred as the adjacent on both sides of the charge carrier barrier layer material. Furthermore, this is preferred to the
  • Charge carrier barrier layer adjacent material based on gallium arsenide lattice-matched or substantially
  • Lattice mismatch amounts to at most 0.15%.
  • Charge Barrier Layer has an aluminum content x between 0.52 and 0.7 inclusive. at
  • the charge carrier barrier layer is thus zugverspannt based on gallium arsenide.
  • Charge carrier barrier layer a thickness between
  • Thickness range can, in particular in conjunction with the above-mentioned relative lattice mismatch, a charge carrier barrier be formed, the leakage currents efficiently reduced and the thickness of which is below the critical layer thickness.
  • Semiconductor layer is a material-specific upper limit for the growth of a strained semiconductor layer. Above the critical layer thickness, degradation of the strain in the form of dislocations, which reduces the crystal quality, is typical. The lower the relative lattice mismatch, the larger the critical layer thickness typically is.
  • the first barrier region has at least one further charge carrier barrier layer. The charge carrier barrier layer and the others
  • Charge type is a barrier, for example for electrons in a p-type first barrier region.
  • Charge carrier barrier layer are preferably spaced apart between 3 nm and 200 nm inclusive.
  • first and second charge carrier barrier layer are preferably spaced apart between 3 nm and 200 nm inclusive.
  • Charge carrier barrier layer between 50 nm and including 200 nm spaced apart.
  • Charge carrier barrier layer also zugverspannt.
  • the further charge carrier barrier layer may have at least one or more of the features mentioned above in connection with the charge carrier barrier layer.
  • Charge carrier barrier layer may be formed unstrained. Alternatively, between the
  • Charge carrier barrier layer to be arranged an intermediate layer which is pressure-locked.
  • Charge carrier barrier layer further from the active region than the charge carrier barrier layer and has a higher aluminum content than that
  • the charge carrier barrier layer is thus more tension-stressed than the charge carrier barrier layer and represents a larger charge carrier barrier than the other
  • the active region preferably has a quantum structure with at least one quantum layer.
  • Quantum structure does not imply a limitation with regard to the dimensionality of the quantization and in particular comprises quantum wells
  • Quantum rods and quantum dots Quantum rods and quantum dots.
  • the charge carrier barrier layer is preferably between 10 nm and 900 nm inclusive, more preferably between 100 nm and 600 nm inclusive, of the charge carrier barrier layer
  • a charge carrier barrier layer at this distance from the quantum layer can be a particularly efficient
  • An optoelectronic semiconductor chip preferably has a semiconductor body with the features described above and a carrier, wherein the semiconductor body is arranged on the carrier.
  • the carrier can be, for example, a growth substrate for the semiconductor layer sequence of the semiconductor body.
  • the carrier may be different from a growth substrate for the semiconductor layer sequence.
  • the carrier is connected by means of a material connection with the semiconductor body. In a cohesive
  • Compound are the, preferably prefabricated,
  • connection partners held together by means of atomic and / or molecular forces.
  • a cohesive connection can be achieved, for example, by means of a bonding agent, such as an adhesive or a solder.
  • a separation of the connection with a destruction of the connecting means and / or at least one of
  • the carrier serves in particular for the mechanical stabilization of the semiconductor layer sequence.
  • the growth substrate is no longer necessary for this and can therefore be removed.
  • a semiconductor chip in which the growth substrate for the semiconductor layer sequence is removed is also referred to as
  • Thin-film semiconductor chip referred.
  • a particular between the semiconductor body and the carrier is a particular between the semiconductor body and the carrier
  • Radiation generated in the active region and emitted in the direction of the carrier can be reflected at the mirror layer and can emerge on a radiation exit surface of the semiconductor chip opposite the carrier.
  • Figures 1 and 2 each an embodiment of a
  • FIG. 3 shows a schematic profile of the band gap E G
  • FIGS. 4A to 4C each show a detail of FIG
  • FIG. 5 shows measurements of the emitted radiation power for various semiconductor chips emitting with an emission wavelength ⁇
  • Figures 6A to 6D each have a simulated course of
  • FIG. 10 A first exemplary embodiment of a semiconductor chip 10 with a semiconductor body 1 is shown schematically in FIG. The description below follows
  • a light-emitting diode for example a light-emitting diode with an active region provided for the generation of radiation, based on phosphidic compound semiconductor material.
  • a III-V compound semiconductor material for example nitrided compound semiconductor material or arsenide compound semiconductor material.
  • the semiconductor chip 10 has a semiconductor body 1, which is arranged on a carrier 5. In this
  • the carrier is the growth substrate for the preferably epitaxial deposition of
  • Semiconductor layer sequence 2 of the semiconductor body for example by means of MOCVD or MBE.
  • Gallium arsenide is particularly suitable as a growth substrate.
  • the semiconductor layer sequence 2 extends in the vertical direction, ie in a direction perpendicular to one
  • Semiconductor layer sequence 2 extending direction, between a first main surface 23 and a second main surface 24 and forms the semiconductor body.
  • the semiconductor layer sequence 2 comprises an active region 20 provided for generating radiation.
  • the active region 20 has a quantum structure with a plurality of quantum layers 201, wherein between adjacent ones
  • Quantum layers each have a quantum barrier 202 is arranged. For simplicity, only three
  • Quantum layers shown are varied within wide limits.
  • the active area may be between one and inclusive
  • the semiconductor layer sequence 2 furthermore has a first barrier region 21 and a second barrier region 22.
  • the active area 20 is arranged between the first barrier area and the second barrier area.
  • the first barrier region 21 is p-type and the second barrier region 22 is n-type.
  • the first barrier region 21 extends between the active region and the first main surface 23
  • the second barrier region 22 extends between the active region and the second main surface 24
  • Semiconductor body 1 may also be formed inverted with respect to the conductivity type.
  • the semiconductor chip 10 further comprises a first contact 61 and a second contact 62.
  • Charge carriers are injected from opposite sides into the active region 20 and there with emission of
  • the first barrier region 21 has a
  • Charge carrier barrier layer 3 is formed zugverspannt. In contrast, this is on both sides of the
  • Charge carrier barrier layer adjacent material of the first barrier area formed unstrained.
  • Gallium arsenide growth substrate is, for example, phosphidisches compound semiconductor material, in particular phosphidisches compound semiconductor material with a
  • the material adjacent to the charge carrier barrier layer 3 may be free of gallium or substantially free of gallium, ie with a gallium content of at most 5%.
  • Barrier area 21 a main area 212 and a
  • the contact region 211 forms the first main surface 23.
  • the charge carrier barrier layer 3 is arranged within the main region 212.
  • the contact area 211 may be arsenide
  • the contact region 211 can also be designed as a multilayer.
  • the p-doped gallium arsenide material may be directly adjacent to the major surface 23.
  • An ohmic contact to the first contact 61 can so
  • the vertical extent of the main area 212 is
  • Charge carrier barrier layer 3 is preferably between 0.2% and 1% inclusive, in particular between 0.3% and 0.7% inclusive.
  • a thickness of the charge carrier barrier layer is
  • nm and 5 nm inclusive preferably between 1 nm and 5 nm inclusive, more preferably between 3 nm and 20 nm inclusive.
  • Charge carrier barrier layer matched to one another such that the charge carrier barrier layer, the critical
  • Layer thickness does not exceed.
  • the smaller the relative lattice mismatch the greater the thickness of the charge carrier barrier layer can be and vice versa.
  • nearest quantum layer 201 of the active region 20 and the carrier barrier layer 3 is preferably between 10 nm and 900 nm inclusive, more preferably between 100 nm and 600 nm inclusive.
  • the semiconductor material of the first barrier region 21 does not necessarily have to be p-doped throughout
  • a partial area, in particular the charge carrier barrier layer 3 may be grown nominally undoped.
  • a doping of the nominally undoped deposited layer can be achieved by a
  • the p-doping of the first barrier region 21 can be any suitable material.
  • Magnesium doped and the contact region 211 be doped with carbon.
  • tellurium or silicon is suitable for n-doping.
  • the charge carrier barrier layer 3 preferably has a higher aluminum content than the material adjacent to both sides of the charge carrier barrier layer.
  • the aluminum content may be between 0.52 and 0.7 inclusive. The higher the higher the aluminum content
  • Aluminum content is, the larger is typically the band gap E G of the material.
  • a p-type first barrier region 21 is the
  • Charge carrier barrier layer 3 is formed as an electron barrier. By means of the electron barrier, the proportion of electrons can be reduced, which without radiant Recombination in the active region 20 passes through the active region and reaches the first contact 61.
  • tensile stress carrier barrier layer can form an efficient electron barrier, even if the
  • Charge carrier barrier layer 3 in a region which is heavily doped, such as with a doping of at least
  • the first barrier region 21 may also be formed n-conductive.
  • the trained in the first barrier area may also be formed n-conductive.
  • Charge carrier barrier layer 3 has a hole barrier.
  • a charge carrier barrier layer in the second barrier area 22 may be formed.
  • the semiconductor body may have both an electron barrier and a hole barrier.
  • the second embodiment shown in Figure 2 substantially corresponds to the embodiment described in connection with Figure 1.
  • the carrier 5 is a growth substrate for the
  • the carrier 5 is used in particular for the mechanical stabilization of
  • the semiconductor chip 10 is thus designed as a thin-film semiconductor chip.
  • the semiconductor layer sequence 2 is attached to the carrier 5 by means of a bonding layer 71, for example by means of a solder layer or an electrically conductive adhesive layer.
  • a mirror layer 72 Arranged on the first main surface 23 of the semiconductor layer sequence 2 is a mirror layer 72, which is produced in the active region 20 and emitted in the direction of the carrier 5
  • Radiation reflects.
  • the radiation of the semiconductor chip takes place predominantly, preferably at least 70%, through the second main surface 24 of the substrate facing away from the carrier 5
  • the second barrier region 22 has a contact region 221 which adjoins the second main surface 24.
  • the contact region 221 may be on arsenide compound semiconductor material based. On such a contact area can also be dispensed with.
  • the active region 20 comprises a plurality of quantum layers, for example one hundred
  • Quantum layers so that the individual quantum layers in the figure are not individually resolvable.
  • the charge carrier barrier layer 3 has a higher
  • adjacent semiconductor material of the first barrier region 21 has a larger aluminum content and thus a larger band gap than the quantum barriers 202 of the active barrier
  • the first barrier region 21 itself already constitutes a charge carrier barrier, the barrier effect being due to the charge-trapped charge carrier barrier layer 3
  • a distance between the carrier barrier layers is preferably between and including 3 nm and inclusive
  • Charge carrier barrier layers 35 are in the
  • the barrier effect is improved by increasing the number of charge carrier barrier layers.
  • the charge carrier barrier layer 3 is the lowest
  • Layer thickness of the charge carrier barrier layer also at
  • an intermediate layer 31 is arranged in each case between adjacent charge carrier barrier layers 3, 35, wherein the
  • Charge carrier barrier layers 3, 35 may also be above the critical layer thickness. A thickness of
  • quantum effects can also be used.
  • Reference semiconductor body without charge carrier barrier layer The thickness of the charge carrier barrier layer is 15 nm in each case.
  • Wavelength ⁇ depending on the wavelength are entered for the measured values in each case wavelength-dependent lines as upper barriers 82 and 92, lower barriers 83 and 93 and average values 81 and 91, respectively. Comparing the average values, represented by arrow 95, results in an increase of the radiation power of 23%. In a comparison of the upper barriers, represented by arrow 96, the increase is 14%. Even with a comparison of the average of the four semiconductor body with
  • FIGS. 6A to 6D simulation results for the course of the current density j along the deposition direction z are shown.
  • the simulations were based on a semiconductor layer sequence with an active region with 20 quantum wells and an emission wavelength of 600 nm.
  • FIGS. 6B and 6D show a structure with a tensile-strained 10 nm-thick charge carrier barrier layer as an electron barrier with an electron barrier Band gap that is 40 meV greater than the bandgap of the adjacent material of the first barrier region.
  • Curves 97 and 98 respectively show the current density for
  • the value of the curve 98 for z 0 divided by the underlying current density of 200 A / cm 2 in each case represents the proportion of the electrons which traverses the active region without recombination and thus does not contribute to the radiation emission. Comparing these values, the charge carrier barrier layer 3 at a temperature of 100 ° C. can reduce this proportion from 23.3% to 20.9% and at a temperature of 20 ° C. from 3.8% to 3.2% , When accepting a direct
  • the efficiency of the radiation generation can be significantly improved.
  • the improvement can be achieved without affecting the rest of the manufacturing process for the semiconductor chips

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper (1) angegeben, der eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einem ersten Barrierebereich (21) und einem zweiten Barrierebereich (22) aufweist. Der aktive Bereich (20) ist zwischen dem ersten Barrierebereich (21) und dem zweiten Barrierebereich (22) angeordnet. In dem ersten Barrierebereich (21) ist zumindest eine Ladungsträgerbarriereschicht (3) angeordnet, die zugverspannt ist. Weiterhin wird ein Halbleiterchip (10) mit einem solchen Halbleiterkörper angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterkörper und optoelektronischer Halbleiterchip
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper und einen optoelektronischen Halbleiterchip.
Leckströme können in Strahlungsemittierenden Bauelementen wie Leuchtdioden einen wesentlichen Verlustmechanismus
darstellen, der die Effizienz der Bauelemente limitiert. Für Leuchtdioden auf der Basis von InGaAlP hat sich gezeigt, dass dieser Verlustmechanismus zu kurzen Wellenlängen hin
verstärkt auftritt und sich zudem mit zunehmender
Betriebstemperatur erheblich verstärkt.
Eine Aufgabe ist es, eine verbesserte Effizienz der
Strahlungsemission zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen
Halbleiterkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Halbleiterchip mit einem solchen Halbleiterkörper gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen weiteren Ansprüche.
Ein optoelektronischer Halbleiterkörper weist gemäß einer Ausführungsform eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, einem ersten Barrierebereich und einem zweiten Barrierebereich auf. Der aktive Bereich ist zwischen dem ersten Barrierebereich und dem zweiten Barrierebereich angeordnet. Zweckmäßigerweise sind der erste Barrierebereich und der zweite Barrierebereich bezüglich des Leitungstyps voneinander verschieden. Beispielsweise kann der erste
Barrierebereich p-leitend und der zweite Barrierebereich n- leitend ausgebildet sein oder umgekehrt. In dem ersten
Barrierebereich ist zumindest eine
Ladungsträgerbarriereschicht angeordnet, die zugverspannt ist .
Es hat sich herausgestellt, dass mittels einer zugverspannten Ladungsträgerbarriereschicht Leckströme im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterkörpers effizient reduziert werden können. Die Effizienz des optoelektronischen
Halbleiterkörpers wird dadurch erhöht.
Bei einer zugverspannten Schicht ist eine Gitterkonstante der Schicht entlang einer Haupterstreckungsebene der Schicht größer ist als die intrinsische Gitterkonstante des Materials der Schicht. Analog werden Halbleiterschichten, deren
Gitterkonstante kleiner ist als ihre intrinsische
Gitterkonstante, als druckverspannt bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt eine relative Gitterfehlanpassung der Ladungsträgerbarriereschicht zwischen einschließlich 0,2 % und einschließlich 1 %, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0,3 % und einschließlich 0,7 %. Die relative Gitterfehlanpassung ist das Verhältnis der Differenz zwischen der Gitterkonstante g der Schicht und der intrinsischen Gitterkonstante gO zur intrinsischen
Gitterkonstante, also (g-g0)/g0. Es hat sich herausgestellt, dass sich eine derartige relative Gitterfehlanpassung besonders eignet, um eine
Ladungsträgerbarriereschicht so auszugestalten, dass diese Leckströme effizient reduziert und zugleich eine hohe Kristallqualität, insbesondere frei von die Verspannung abbauenden Relaxationen, aufweisen kann.
Die Ladungsträgerbarriereschicht kann insbesondere als eine Elektronenbarriere in einem p-leitenden ersten
Barrierebereich ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Ladungsträgerbarriere aber auch als eine
Löcherbarriere in einem n-leitenden ersten Barrierebereich oder zweiten Barrierebereich ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung basiert der aktive Bereich auf dem Verbindungshalbleiter-Materialsystem AlxInyGai-x-yP mit 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1. Dieses Materialsystem, das nachfolgend auch als phosphidisches Halbleitermaterial bezeichnet wird, eignet sich besonders für die Erzeugung von Strahlung im gelben bis roten Spektralbereich.
Der aktive Bereich kann jedoch auf einem anderen
Halbleitermaterial, insbesondere einem anderen III-V- Verbindungshalbleitermaterial basieren. Zur Erzeugung von
Strahlung im ultravioletten über den blauen bis in den grünen Spektralbereich eignet sich beispielsweise nitridisches
Halbleitermaterial (AlxInyGai-x-yN) und für den roten bis in den infraroten Spektralbereich arsenidisches
Verbindungshalbleitermaterial (AlxInyGai-x-yAs ) . Hierbei gilt jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die
Ladungsträgerbarriereschicht einen höheren Aluminiumgehalt auf als das auf zumindest einer Seite der
Ladungsträgerbarriereschicht, besonders bevorzugt als das auf beiden Seiten der Ladungsträgerbarriereschicht angrenzende Material . Weiterhin bevorzugt ist das an die
Ladungsträgerbarriereschicht angrenzende Material bezogen auf Galliumarsenid gitterangepasst oder im Wesentlichen
gitterangepasst . Unter im Wesentlichen gitterangepasst wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die relative
Gitterfehlanpassung betragsmäßig höchstens 0,15% beträgt.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die
Ladungsträgerbarriereschicht einen Aluminiumgehalt x zwischen einschließlich 0,52 und einschließlich 0,7 auf. Bei
phosphidischem Halbleitermaterial, das auf Galliumarsenid abgeschieden ist, ist die Ladungsträgerbarriereschicht also bezogen auf Galliumarsenid zugverspannt. In einer weiteren Ausgestaltung weist die
Ladungsträgerbarriereschicht eine Dicke zwischen
einschließlich 1 nm und einschließlich 25 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 20 nm auf.
Durch eine Ladungsträgerbarriereschicht in diesem
Dickenbereich kann, insbesondere in Verbindung mit der vorstehend angegebenen relativen Gitterfehlanpassung, eine Ladungsträgerbarriere ausgebildet sein, die Leckströme effizient vermindert und deren Dicke unterhalb der kritischen Schichtdicke liegt. Die kritische Schichtdicke für eine
Halbleiterschicht ist eine materialspezifische Obergrenze für das Wachstum einer verspannten Halbleiterschicht. Oberhalb der kritischen Schichtdicke ist ein die Kristallqualität mindernder Abbau der Verspannung in Form von Versetzungen typisch. Je geringer die relative Gitterfehlanpassung ist, desto größer ist typischerweise die kritische Schichtdicke. In einer Weiterbildung weist der erste Barrierebereich zumindest eine weitere Ladungsträgerbarriereschicht auf. Die Ladungsträgerbarriereschicht und die weitere
Ladungsträgerbarriereschicht stellen für denselben
Ladungstype eine Barriere dar, beispielsweise für Elektronen in einem p-leitenden ersten Barrierebereich.
Die Ladungsträgerbarriereschicht und die weitere
Ladungsträgerbarriereschicht sind vorzugsweise zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 200 nm voneinander beabstandet. Insbesondere können die erste
Ladungsträgerbarriereschicht und die weitere
Ladungsträgerbarriereschicht zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 200 nm voneinander beabstandet sein.
Zweckmäßigerweise ist die weitere
Ladungsträgerbarriereschicht ebenfalls zugverspannt.
Insbesondere kann die weitere Ladungsträgerbarriereschicht zumindest eines oder mehrere der vorstehend im Zusammenhang mit der Ladungsträgerbarriereschicht genannten Merkmale aufweisen .
Das Halbleitermaterial zwischen der
Ladungsträgerbarriereschicht und der weiteren
Ladungsträgerbarriereschicht kann unverspannt ausgebildet sein. Alternativ kann zwischen der
Ladungsträgerbarriereschicht und der weiteren
Ladungsträgerbarriereschicht eine Zwischenschicht angeordnet sein, die druckverspannt ist.
Mittels der druckverspannten Zwischenschicht kann die
Verspannung der Ladungsträgerbarriereschicht zumindest teilweise kompensiert werden. Durch eine solche Verspannungskompensation kann vermieden werden, dass die gesamte Verspannung des Halbleitermaterials zum Ausbilden von Versetzungen führt. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die weitere
Ladungsträgerbarriereschicht weiter vom aktiven Bereich entfernt als die Ladungsträgerbarriereschicht und weist einen höheren Aluminiumgehalt auf als die
Ladungsträgerbarriereschicht. Die weitere
Ladungsträgerbarriereschicht ist also stärker zugverspannt als die Ladungsträgerbarriereschicht und stellt eine größere Ladungsträgerbarriere dar als die weitere
Ladungsträgerbarriereschicht. Aufgrund der stärkeren
Verspannung ist die Gefahr einer Relaxation und einer daraus resultierenden reduzierten Barrierewirkung erhöht. Im Fall einer solchen Relaxation ist jedoch durch die vorgelagerte Ladungsträgerbarriereschicht mit niedrigerem Aluminium-Gehalt noch eine Barrierewirkung für die Ladungsträger
gewährleistet .
Der aktive Bereich weist vorzugsweise eine Quantenstruktur mit zumindest einer Quantenschicht auf. Der Begriff
Quantenstruktur impliziert hierbei keine Einschränkung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung und umfasst insbesondere Quantentöpfe (quantum wells) ,
Quantendrähte (quantum rods) und Quantenpunkte (quantum dots) .
Die Ladungsträgerbarriereschicht ist vorzugsweise zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 900 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 600 nm von der der Ladungsträgerbarriereschicht
nächstgelegenen Quantenschicht der Quantenstruktur entfernt. Durch eine Ladungsträgerbarriereschicht in diesem Abstand von der Quantenschicht kann eine besonders effiziente
Barrierewirkung erzielt werden. Ein optoelektronischer Halbleiterchip weist bevorzugt einen Halbleiterkörper mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen und einen Träger auf, wobei der Halbleiterkörper auf dem Träger angeordnet ist. Der Träger kann beispielsweise ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers sein.
Beispielsweise eignet sich für phosphidisches
Verbindungshalbleitermaterial Galliumarsenid als
Aufwachssubstrat .
Alternativ kann der Träger von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge verschieden sein. In diesem Fall ist der Träger mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Halbleiterkörper verbunden. Bei einer stoffschlüssigen
Verbindung werden die, bevorzugt vorgefertigten,
Verbindungspartner mittels atomarer und/oder molekularer Kräfte zusammengehalten. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels eines Verbindungsmittels, etwa eines Klebemittels oder eines Lots, erzielt werden. In der Regel geht eine Trennung der Verbindung mit einer Zerstörung des Verbindungsmittels und/oder zumindest eines der
Verbindungspartner einher.
Der Träger dient insbesondere der mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge. Das Aufwachssubstrat ist hierfür nicht mehr erforderlich und kann daher entfernt sein. Ein Halbleiterchip, bei dem das Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge entfernt ist, wird auch als
Dünnfilm-Halbleiterchip bezeichnet. Vorzugsweise ist zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger eine insbesondere
metallische Spiegelschicht angeordnet. Im aktiven Bereich erzeugte und in Richtung des Trägers abgestrahlte Strahlung kann an der Spiegelschicht reflektiert werden und auf einer dem Träger gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips austreten.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:
Figuren 1 und 2 jeweils ein Ausführungsbeispiel für einen
Halbleiterchip mit einem Halbleiterkörper in schematischer Schnittansicht;
Figur 3 einen schematischen Verlauf der Bandlücke EG
entlang einer Abscheiderichtung z gemäß einem
Ausführungsbeispiel ; Figuren 4A bis 4C jeweils einen Ausschnitt des
Leitungsbandkantenverlaufs Ec für verschiedene Ausführungsbeispiele ;
Figur 5 Messungen der emittierten Strahlungsleistung für verschiedene, mit einer Emissionswellenlänge λ emittierende, Halbleiterchips mit
Ladungsträgerbarriereschicht und ohne
LadungsträgerbarriereSchicht ; Figuren 6A bis 6D jeweils einen simulierten Verlauf der
Stromdichte j entlang der Abscheiderichtung z für Halbleiterkörper mit Ladungsträgerbarriereschicht (Figur 6B und 6D) und ohne
Ladungsträgerbarriereschicht (Figur 6A und 6C) bei verschiedenen Betriebstemperaturen .
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 und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip 10 mit einem Halbleiterkörper 1 ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Die nachstehende Beschreibung erfolgt
exemplarisch anhand einer Lumineszenzdiode, beispielsweise einer Leuchtdiode mit einem für die Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich auf der Basis von phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial. Es kann aber auch ein anderes III-V-Verbindungshalbleitermaterial Anwendung finden, beispielsweise nitridisches Verbindungshalbleitermaterial oder arsenidisches Verbindungshalbleitermaterial.
Der Halbleiterchip 10 weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der auf einem Träger 5 angeordnet ist. In diesem
Ausführungsbeispiel ist der Träger das Aufwachssubstrat für die vorzugsweise epitaktische Abscheidung der
Halbleiterschichtenfolge 2 des Halbleiterkörpers 1, beispielsweise mittels MOCVD oder MBE . Als Aufwachssubstrat eignet sich insbesondere Galliumarsenid .
Die Halbleiterschichtenfolge 2 erstreckt sich in vertikaler Richtung, also in einer senkrecht zu einer
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge 2 verlaufenden Richtung, zwischen einer ersten Hauptfläche 23 und einer zweiten Hauptfläche 24 und bildet den Halbleiterkörper 1.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20. Der aktive Bereich 20 weist eine Quantenstruktur mit einer Mehrzahl von Quantenschichten 201 auf, wobei zwischen benachbarten
Quantenschichten jeweils eine Quantenbarriere 202 angeordnet ist. Zur vereinfachten Darstellung sind lediglich drei
Quantenschichten gezeigt. Die Zahl der Quantenschichten kann jedoch in weiten Grenzen variiert werden. Insbesondere kann der aktive Bereich zwischen einschließlich einer und
einschließlich 200 Quantenschichten aufweisen.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist weiterhin einen ersten Barrierebereich 21 und einen zweiten Barrierebereich 22 auf. Der aktive Bereich 20 ist zwischen dem ersten Barrierebereich und dem zweiten Barrierebereich angeordnet. In der
nachfolgenden Beschreibung ist der erste Barrierebereich 21 p-leitend und der zweite Barrierebereich 22 n-leitend ausgebildet. Der erste Barrierebereich 21 erstreckt sich zwischen dem aktiven Bereich und der ersten Hauptfläche 23, der zweite Barrierebereich 22 erstreckt sich zwischen dem aktiven Bereich und der zweiten Hauptfläche 24. Der
Halbleiterkörper 1 kann bezüglich des Leitungstyps aber auch invertiert ausgebildet sein. Der Halbleiterchip 10 umfasst weiterhin einen ersten Kontakt 61 und einen zweiten Kontakt 62. Durch Anlegen einer
elektrischen Spannung zwischen den Kontakten können
Ladungsträger von entgegengesetzten Seiten in den aktiven Bereich 20 injiziert werden und dort unter Emission von
Strahlung rekombinieren.
Der erste Barrierebereich 21 weist eine
Ladungsträgerbarriereschicht 3 auf. Die
Ladungsträgerbarriereschicht 3 ist zugverspannt ausgebildet. Im Unterschied hierzu ist das an beiden Seiten der
Ladungsträgerbarriereschicht angrenzende Material des ersten Barrierebereichs unverspannt ausgebildet. Bei einem
Galliumarsenid-Aufwachssubstrat eignet sich beispielsweise phosphidisches Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere phosphidisches Verbindungshalbleitermaterial mit einem
Aluminiumgehalt zwischen 48 % und 51 % und entsprechend einem Indiumgehalt zwischen 52 % und 49 %. Insbesondere kann das an die Ladungsträgerbarriereschicht 3 angrenzende Material frei von Gallium oder im Wesentlichen frei von Gallium, also mit einem Gallium-Gehalt von höchstens 5 %, sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste
Barrierebereich 21 einen Hauptbereich 212 und einen
Kontaktbereich 211 auf. Der Kontaktbereich 211 bildet die erste Hauptfläche 23. Die Ladungsträgerbarriereschicht 3 ist innerhalb des Hauptbereichs 212 angeordnet.
Der Kontaktbereich 211 kann auf arsenidischem
Verbindungshalbleitermaterial basieren. Der Kontaktbereich 211 kann auch mehrschichtig ausgebildet sein. Insbesondere kann das direkt an die Hauptfläche 23 angrenzende Material aus p-dotiertem Galliumarsenid bestehen.
Ein ohmscher Kontakt zum ersten Kontakt 61 kann so
vereinfacht erzielt werden. Davon abweichend kann auf einen solchen Kontaktbereich aus arsenidischem
Verbindungshalbleitermaterial aber auch verzichtet werden.
Die vertikale Ausdehnung des Hauptbereichs 212 ist
vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die vertikale Ausdehnung des Kontaktbereichs 211.
Die relative Gitterfehlanpassung der zugverspannten
Ladungsträgerbarriereschicht 3 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 0,2 % und einschließlich 1 %, insbesondere zwischen einschließlich 0,3 % und einschließlich 0,7 %.
Eine Dicke der Ladungsträgerbarriereschicht beträgt
vorzugsweise zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 5 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 20 nm.
Vorzugsweise sind die relative Gitterfehlanpassung der Ladungsträgerbarriereschicht 3 und die Dicke der
Ladungsträgerbarriereschicht derart aufeinander abgestimmt, dass die Ladungsträgerbarriereschicht die kritische
Schichtdicke nicht übersteigt. Je geringer also die relative Gitterfehlanpassung ist, desto größer kann die Dicke der Ladungsträgerbarriereschicht sein und umgekehrt.
Ein Abstand d zwischen der dem Barrierebereich 21
nächstgelegenen Quantenschicht 201 des aktiven Bereichs 20 und der Ladungsträgerbarriereschicht 3 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 900 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 600 nm. Das Halbleitermaterial des ersten Barrierebereichs 21 muss nicht notwendigerweise durchgängig p-leitend dotiert
abgeschieden sein. Beispielsweise kann ein Teilbereich, insbesondere die Ladungsträgerbarriereschicht 3 nominell undotiert aufgewachsen sein. Eine Dotierung der nominell undotiert abgeschiedenen Schicht kann sich durch eine
Rückdiffusion des nachfolgend abgeschiedenen
Halbleitermaterials einstellen.
Die p-Dotierung des ersten Barrierebereichs 21 kann
beispielsweise mittels Magnesiums und/oder Kohlenstoffs erfolgen. Insbesondere kann der Hauptbereich 212 mit
Magnesium dotiert und der Kontaktbereich 211 mit Kohlenstoff dotiert sein. Für eine n-Dotierung eignet sich beispielsweise Tellur oder Silizium.
Die Ladungsträgerbarriereschicht 3 weist vorzugsweise einen höheren Aluminiumgehalt auf als das an beiden Seiten der Ladungsträgerbarriereschicht angrenzende Material.
Insbesondere kann der Aluminiumgehalt zwischen einschließlich 0,52 und einschließlich 0,7 liegen. Je höher der
Aluminiumgehalt ist, desto größer ist typischerweise die Bandlücke EG des Materials.
In einem p-leitenden ersten Barrierebereich 21 ist die
Ladungsträgerbarriereschicht 3 als eine Elektronenbarriere ausgebildet. Mittels der Elektronenbarriere kann der Anteil an Elektronen reduziert werden, der ohne strahlende Rekombination im aktiven Bereich 20 den aktiven Bereich durchquert und zum ersten Kontakt 61 gelangt.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch die beschriebene
zugverspannte Ladungsträgerbarriereschicht eine effiziente Elektronenbarriere ausbilden lässt, auch wenn die
Zugverspannung der Barrierewirkung leicht entgegenwirken kann . Zudem hat sich gezeigt, dass die Positionierung der
Ladungsträgerbarriereschicht 3 in einem Bereich, der stark dotiert ist, etwa mit einer Dotierung von mindestens
l*1018cm~3 eine vergleichsweise große Barriere für Minoritäts- Ladungsträger, also für Elektronen in einem p-leitenden
Bereich, und gleichzeitig eine vergleichsweise geringe
Barriere für die Majoritäts-Ladungsträger, also Löcher im p- leitenden Bereich, darstellt. Die Banddiskontinuitäten am Übergang zwischen der Ladungsträgerbarriereschicht und dem angrenzenden Material des ersten Barrierebereichs 21 treten also überwiegend im Leitungsband auf.
Weiterhin bewirkt eine vergleichsweise starke Dotierung im an die Ladungsträgerbarriereschicht 3 angrenzenden Material des ersten Barrierebereichs 21, dass die Verarmungszone im
Bereich der Banddiskontinuitäten klein ist und sich das Fermi-Niveau nahe an der Bandkante befindet.
Von der beschriebenen Ausgestaltung abweichend, kann der erste Barrierebereich 21 auch n-leitend ausgebildet sein. In diesem Fall ist die im ersten Barrierebereich ausgebildete
Ladungsträgerbarriereschicht 3 eine Löcherbarriere. Außerdem kann zusätzlich zur Ladungsträgerbarriereschicht im ersten Barrierebereich 21 auch eine Ladungsträgerbarriereschicht im zweiten Barrierebereich 22 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Halbleiterkörper sowohl eine Elektronenbarriere als auch eine Löcherbarriere aufweisen. Das in Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Träger 5 von einem Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge 2 verschieden. Der Träger 5 dient insbesondere der mechanischen Stabilisierung der
Halbleiterschichtenfolge 2, sodass das Aufwachssubstrat hierfür nicht mehr erforderlich ist und entfernt werden kann. Der Halbleiterchip 10 ist also als ein Dünnfilm- Halbleiterchip ausgeführt.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist Stoffschlüssig mittels einer Verbindungsschicht 71 an dem Träger 5 befestigt, beispielsweise mittels einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht.
Auf der ersten Hauptfläche 23 der Halbleiterschichtenfolge 2 ist eine Spiegelschicht 72 angeordnet, die im aktiven Bereich 20 erzeugte und in Richtung des Trägers 5 abgestrahlte
Strahlung reflektiert. Die Abstrahlung des Halbleiterchips erfolgt überwiegend, vorzugsweise zu mindestens 70 %, durch die dem Träger 5 abgewandte zweite Hauptfläche 24 des
Halbleiterkörpers 1.
Weiterhin weist der zweite Barrierebereich 22 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel einen Kontaktbereich 221 auf, der an die zweite Hauptfläche 24 angrenzt. Der Kontaktbereich 221 kann auf arsenidischem Verbindungshalbleitermaterial basieren. Auf einen solchen Kontaktbereich kann aber auch verzichtet werden.
Ein schematischer Verlauf der Bandlücke EG entlang der
Abscheiderichtung z, also entlang der vertikalen Richtung, ist in Figur 3 schematisch dargestellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der aktive Bereich 20 eine Vielzahl von Quantenschichten, beispielsweise hundert
Quantenschichten, auf, sodass die einzelnen Quantenschichten in der Figur nicht einzeln auflösbar sind.
Die Ladungsträgerbarriereschicht 3 weist einen höheren
Aluminiumgehalt und damit eine höhere Bandlücke auf als das beidseitig an die Ladungsträgerbarriereschicht 3 angrenzende Halbleitermaterial.
Das beidseitig an die Ladungsträgerbarriereschicht 3
angrenzende Halbleitermaterial des ersten Barrierebereichs 21 weist einen größeren Aluminiumgehalt und damit eine größere Bandlücke auf als die Quantenbarrieren 202 des aktiven
Bereichs 20.
Der erste Barrierebereich 21 stellt also selbst bereits eine Ladungsträgerbarriere dar, wobei durch die zugverspannte Ladungsträgerbarriereschicht 3 die Barrierewirkung
weitergehend erhöht ist. Aufgrund der Ausgestaltung der
Ladungsträgerbarriereschicht 3 unterhalb der kritischen
Schichtdicke kann also erzielt werden, dass die
Barrierewirkung für Elektronen im p-leitenden ersten
Barrierebereich 21 verbessert wird, ohne dass die
Materialqualität aufgrund von Relaxationen vermindert wird. In den Figuren 4A bis 4C ist jeweils schematisch der
Bandkantenverlauf Ec des Leitungsbands in einem Ausschnitt dargestellt, in dem jeweils ein Teil des aktiven Bereichs 20 und die Ladungsträgerbarriereschicht 3 zu sehen ist.
Bei dem in Figur 4A dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Barrierebereich 21 zusätzlich zur
Ladungsträgerbarriereschicht 3 zwei weitere
Ladungsträgerbarriereschichten 35 auf. Ein Abstand zwischen den Ladungsträgerbarriereschichten beträgt vorzugsweise jeweils zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich
200 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 200 nm. Die Ladungsträgerbarriereschicht 3 und die weiteren
Ladungsträgerbarriereschichten 35 sind in dem
Ausführungsbeispiel jeweils gleichartig, insbesondere
hinsichtlich des Aluminiumgehalts und ihrer Verspannung ausgeführt. Die Barrierewirkung wird durch die Erhöhung der Anzahl der Ladungsträgerbarriereschichten verbessert.
Im Unterschied zur gleichartigen Ausgestaltung weisen die Ladungsträgerbarriereschichten in dem in Figur 4B
dargestellten Ausführungsbeispiel mit zunehmendem Abstand vom aktiven Bereich 20 eine einen höheren Aluminiumgehalt und damit einen höheren Grad der Zugverspannung auf.
Je höher der Aluminiumgehalt ist, desto stärker kann die Ladungsträgerbarriereschicht 3 beziehungsweise der weiteren Ladungsträgerbarriereschichten 35 jeweils die Funktion einer Elektronenbarriere erfüllen. Allerdings steigt auch die
Gefahr, dass bei der Herstellung die kritische Schichtdicke überschritten wird und dadurch die Verspannung in Form von Relaxationen abgebaut wird. Vorzugsweise ist die Ladungsträgerbarriereschicht 3 mit dem niedrigsten
Aluminiumgehalt so ausgebildet, dass die kritische
Schichtdicke der Ladungsträgerbarriereschicht auch bei
Prozessschwankungen nicht überschritten wird. Falls die weiter vom aktiven Bereich entfernten
Ladungsträgerbarriereschichten 35 mit höherem Aluminiumgehalt relaxieren, so ist zumindest durch die dem aktiven Bereich nächstgelegene Ladungsträgerbarriereschicht 3 eine
Ladungsträgerbarrierenwirkung gewährleistet.
Bei dem in Figur 4C dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen benachbarten Ladungsträgerbarriereschichten 3, 35 jeweils eine Zwischenschicht 31 angeordnet, wobei die
Zwischenschichten jeweils druckverspannt sind. Diese
Zwischenschichten sind dafür vorgesehen, die Verspannung der zugverspannten Ladungsträgerbarriereschichten 3, 35 zu kompensieren, sodass die Summe der Schichtdicken der
Ladungsträgerbarriereschichten 3, 35 auch oberhalb der kritischen Schichtdicke liegen kann. Eine Dicke der
Zwischenschichten 31 und damit ein Abstand zwischen
benachbarten Ladungsträgerbarriereschichten beträgt
vorzugsweise zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 100 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 40 nm. Bei einer Dicke der Zwischenschicht 31 von höchstens 10 nm können zudem Quanteneffekte genutzt werden .
Messergebnisse der Strahlungsleistung P für verschiedene Halbleiterchips sind in Figur 5 gezeigt, wobei sich die
Messwerte 80 jeweils auf Halbleiterkörper mit
Ladungsträgerbarriereschicht und die Messwerte 90 auf
Halbleiterkörper ohne Ladungsträgerbarriereschicht beziehen. Die Dicke der Ladungsträgerbarriereschicht beträgt jeweils 15 nm.
Die Messungen wurden bei einer Temperatur von 100 °C
durchgeführt. Da die Strahlungsleistung P auch von der
Emissionswellenlänge λ abhängt, sind für die Messwerte jeweils wellenlängenabhängige Geraden als obere Schranken 82 beziehungsweise 92, untere Schranken 83 beziehungsweise 93 und Mittelwerte 81 beziehungsweise 91 eingetragen. Vergleicht man die Mittelwerte, dargestellt durch Pfeil 95, so ergibt sich eine Steigerung der Strahlungsleistung von 23 %. Bei einem Vergleich der oberen Schranken, dargestellt durch Pfeil 96, beträgt die Steigerung 14 %. Selbst bei einem Vergleich des Mittelwerts der vier Halbleiterkörper mit
Ladungsträgerbarriere mit der oberen Schranke 92 für
Halbleiterkörper ohne Ladungsträgerbarriere ergibt sich noch eine Steigerung von 10 %. Die Messungen belegen also, dass durch die Ladungsträgerbarriereschicht 3 die Effizienz der Halbleiterchips signifikant erhöht werden kann.
In den Figuren 6A bis 6D sind Simulationsergebnisse für den Verlauf der Stromdichte j entlang der Abscheiderichtung z gezeigt. Den Simulationen wurde eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich mit 20 Quantentöpfen und einer Emissionswellenlänge von 600 nm zugrunde gelegt. Die
Simulationen beziehen sich jeweils auf eine Stromdichte j von 200 A/cm2 bei einer Temperatur von 100 °C (Figuren 6A und 6B) und 20 °C (Figuren 6C und 6D) . Die Figuren 6A und 6C betreffen jeweils eine
Vergleichsstruktur ohne Ladungsträgerbarriere und die Figuren 6B und 6D eine Struktur mit einer zugverspannten 10 nm dicken Ladungsträgerbarriereschicht als Elektronenbarriere mit einer Bandlücke, die 40 meV größer ist als die Bandlücke des angrenzenden Materials des ersten Barrierebereichs.
Die Kurven 97 und 98 zeigen jeweils die Stromdichte für
Löcher beziehungsweise Elektronen. Der Wert der Kurve 98 für z = 0 dividiert durch die zugrunde gelegte Stromdichte von 200 A/cm2 gibt jeweils den Anteil der Elektronen wieder, der den aktiven Bereich ohne Rekombination durchquert und somit keinen Beitrag zur Strahlungsemission liefert. Vergleicht man diese Werte, so kann durch die Ladungsträgerbarriereschicht 3 bei einer Temperatur von 100 °C dieser Anteil von 23,3 % auf 20,9 % und bei einer Temperatur von 20 °C von 3,8 % auf 3,2 % verringert werden. Bei Annahme einer direkten
Proportionalität der Effizienzsteigerung zum verringerten Leckstrom würde sich also eine Erhöhung von etwa 3 % bei
100 °C ergeben. Für die tatsächlich zu erwartende Steigerung der emittierten Strahlungsleistung ist jedoch noch der so genannte Photon-Recycling-Faktor zu berücksichtigen. Dieser gibt an, wie oft ein Photon absorbiert und re-emittiert wird, bevor es das Halbleitermaterial verlässt. Bei einem Rückgang der Verluste von 23,3% auf 20,9% und einem typischen Photon- Recycling-Faktor von etwa 5 ist also anhand der Simulationen eine Steigerung der Effizienz um einen Faktor
( (1-0, 209) /1-0, 233) ) Λ5 = 1,17, also um etwa 17% zu erwarten.
Die Simulationen belegen also im Einklang mit den in Figur 5 dargestellten Messungen, dass durch Vorsehen einer
zugverspannten Ladungsträgerbarriereschicht die Effizienz der Strahlungserzeugung erheblich verbessert werden kann. Zudem kann die Verbesserung erzielt werden, ohne dass an dem übrigen Herstellungsverfahren für die Halbleiterchips
wesentliche Änderungen vorgenommen werden müssen. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 107 795.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterkörper (1), der eine
Halbleiterschichtenfolge (2) mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20), einem ersten Barrierebereich (21) und einem zweiten Barrierebereich (22) aufweist, wobei
- der aktive Bereich zwischen dem ersten Barrierebereich und dem zweiten Barrierebereich angeordnet ist; und
- in dem ersten Barrierebereich zumindest eine
Ladungsträgerbarriereschicht (3) angeordnet ist, die
zugverspannt ist.
2. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 1, wobei eine relative Gitterfehlanpassung der
Ladungsträgerbarriereschicht zwischen einschließlich 0,2% und einschließlich 1% beträgt.
3. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der aktive Bereich auf dem Materialsystem AlxInyGai-x-yP mit O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1 basiert und die
Ladungsträgerbarriereschicht einen Al-Gehalt x von
0.52 < x < 0.7 aufweist.
4. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Ladungsträgerbarriereschicht einen höheren Al- Gehalt aufweist als das auf beiden Seiten der
Ladungsträgerbarriereschicht angrenzende Material.
5. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das an die Ladungsträgerbarriereschicht angrenzende Material frei von Gallium ist oder einen Gallium-Gehalt von höchstens 5 % aufweist.
6. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Ladungsträgerbarriereschicht eine Dicke zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 25 nm aufweist.
7. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Barrierebereich zumindest eine weitere zugverspannte Ladungsträgerbarriereschicht (35) aufweist.
8. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 7, wobei die erste Ladungsträgerbarriereschicht und die weitere Ladungsträgerbarriereschicht zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 200 nm voneinander beabstandet sind.
9. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 7, wobei die erste Ladungsträgerbarriereschicht und die weitere Ladungsträgerbarriereschicht zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 200 nm voneinander beabstandet sind.
10. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 7, wobei die erste Ladungsträgerbarriereschicht und die weitere Ladungsträgerbarriereschicht zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 100 nm voneinander beabstandet sind.
11. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der
Ansprüche 7 bis 10,
wobei die weitere Ladungsträgerbarriereschicht weiter vom aktiven Bereich entfernt ist als die Ladungsträgerbarriereschicht und einen höheren Al-Gehalt aufweist als die Ladungsträgerbarriereschicht.
12. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der
Ansprüche 7 bis 11,
wobei zwischen der Ladungsträgerbarriereschicht und der weiteren Ladungsträgerbarriereschicht eine Zwischenschicht (31) angeordnet ist, die druckverspannt ist.
13. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der aktive Bereich eine Quantenstruktur mit zumindest einer Quantenschicht (201) aufweist und die
Ladungsträgerbarriereschicht zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 900 nm von der der
Ladungsträgerbarriereschicht nächst gelegenen Quantenschicht der Quantenstruktur entfernt ist.
14. Optoelektronischer Halbleiterchip mit einem
Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper auf einem Träger (5) angeordnet ist .
15. Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 14, wobei zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger eine metallische
Spiegelschicht (72) angeordnet ist.
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