WO2014173950A1 - Optoelekronisches gan-basiertes bauelement mit erhöhter esd resistenz durch ein übergitter und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Optoelekronisches gan-basiertes bauelement mit erhöhter esd resistenz durch ein übergitter und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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Tobias Meyer
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Christian LEIRER
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    • H10P14/3252—Alternating layers, e.g. superlattice

Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic component and to a method for producing an opto ⁇ electronic component.
  • the publication US 2013/0020608 Al describes a Bauele ⁇ ment.
  • Nitrid Halbleiterchips such as optoelectronic Nitridschreibleiterchips
  • ESD electrostatic discharge
  • a sapphire substrate having ver ⁇ turns, a crystal with a high dislocation density produced during epitaxial growth of a nitride semiconductor layer sequence.
  • the dislocations act as Leckstrompfa ⁇ de can, on the event of ESD stress leakage currents flow which can result in damage to or destruction of the Nitridschreibleiterchips.
  • protective measures are required. It is known to connect nitride semiconductor chips with separate protection diodes and to arrange them in a common housing. In the case of an ESD load, the charge pulse can over the
  • Discharge protective diode without damaging the nitride semiconductor chip. However, increased by the separate protection diode, the required size of the common housing.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing an optoelectronic component.
  • optoelectronic component can be Herge ⁇ represents. That is, all open ⁇ for the process characteristics are also disclosed for the device and vice versa.
  • An optoelectronic component comprises a semiconductor layer structure which has a quantum well structure and a p-doped layer, which is arranged above the quantum well structure.
  • the p-doped layer min ⁇ least comprises a first sublayer and a second sublayer.
  • the second sub-layer has a higher degree of doping than the first sub-layer.
  • the higher do ⁇ oriented second sublayer to higher electric ductivity.
  • the first sub-layer has a doping level which is less than 5 ⁇ 10 A 18 per cubic centimeter and preferably 0. wearing.
  • the first partial layer then has a greatly reduced conductivity.
  • the second part layer has a doping level on the interim ⁇ rule 1 x A per cubic centimeter and 1.5 ⁇ 10 A 20 per Ku ⁇ bikzentimeter is preferably between 2 ⁇ 10 A 19 per cubic centimeter, and 8 x 10 A 19 per cubic centimeter.
  • the second sub-layer may have a doping level that is 4 x 10 A 19 per cubic centimeter.
  • the second partial layer then has a substantially higher conductivity than the first partial layer. As a result, leakage currents flowing through the semiconductor layer structure of the optoelectronic component parallel to the growth direction can be widened in the lateral direction in the second partial layer.
  • the first partial layer and the second partial layer each have a thickness between 1 nm and 50 nm, preferably a thickness between 5 nm and 20 nm, particularly preferably a thickness between 8 nm and 12 nm the first sub-layer and the second sub-layer each have a thickness of 10 nm. Partial layers of this thickness have proven to be particularly advantageous in experiments.
  • the p-doped layer comprises a plurality of first partial layers and second partial layers, which in each case follow one another alternately.
  • Partial layers each have a current distribution of a current flowing through the semiconductor layer structure of the optoelectronic component leakage current in the case of an ESD stress in the growth direction, whereby the risk of damage to the opto-electronic device is reduced by such a leakage current.
  • the p-doped layer between 1 and 50 comprises layers ⁇ first part, preferably three first sub-layers.
  • experiments have shown that a number of three first partial layers of the p-doped layer can bring about a particularly favorable effect.
  • two second partial layers have different doping levels.
  • a spacer layer is arranged between the quantum well structure and the p-doped layer.
  • this avoids an adverse effect on the quantum well structure by the doping of the p-doped layer.
  • the spacer layer has a thickness between 2 nm and 120 nm.
  • the spacer layer preferably has a thickness between 10 nm and 50 nm.
  • the distance ⁇ layer has a thickness between 20 nm and 30 nm.
  • the spacer layer have a thickness of about 25 nm on ⁇ . Prevents a spacer layer thickness of this advantageous way ⁇ enough, an adverse effect on the Quantenfilmstruk- structure by the doping of the p-doped layer, without the
  • Quantum film structure and the p-doped layer to be spaced apart excessively.
  • the spacer layer comprises a first spacing sublayer with a lower degree of doping and a second spacing sublayer with a higher degree of doping. This is the first one Pitch sublayer disposed closer to the quantum well structure than the second pitch sublayer.
  • a doping in the direction of growth of the semiconducting ⁇ ter-layer structure is increased in the spacer layer between the doping level of the quantum well structure and the doping level of the p-doped layer.
  • the increase in the degree of doping in the spacer layer can be carried out, for example stepwise or continuously.
  • the p-doped layer is doped with magnesium, carbon or boron.
  • these dopants have proven to be useful.
  • the p-doped layer has an indium content of less than 30%, preferably an indium content of 0%.
  • the p-doped layer has an aluminum content of less than 30%, preferably an aluminum content of 0%.
  • a method for producing an optoelectronic component comprises steps for providing a substrate, for growing a quantum film structure, and for growing a p-doped layer, wherein the growth of the p-doped layer comprises growth of at least a first sublayer and a second sublayer, wherein the second part ⁇ layer has a higher degree of doping than the first part ⁇ layer.
  • this method can be used to produce an optoelectronic component having a semiconductor layer structure which has integrated ESD protection.
  • the ESD protection is effected by the higher doped second sub-layer of the p-doped layer, which has a distribution of one in the case of ESD loading the semiconductor layer structure can cause flowing leakage current in the lateral direction.
  • a risk of a supercritical high current density in the case of an ESD load of the optoelectronic component and thereby also a risk of damage to the semiconductor layer structure of the optoelectronic component can advantageously be reduced.
  • the optoelectronic component requires no external protection diode, thereby optoelekt ⁇ tronic device can be equipped with a space-saving housing.
  • a plurality of first partial layers and second partial layers are respectively grown alternately.
  • the plurality of second sub-layers can then each cause a distribution of a leakage current in the lateral direction, whereby a particularly effective protection against damage can be achieved by an ESD load.
  • a spacer layer is grown between the quantum well structure and the p-doped layer.
  • the steer From ⁇ layer was adversely affecting the quantum ⁇ film structure by the doping of the p-doped layer comparable.
  • Show 1 shows a schematic sectional view of a semiconductor layer structure of an optoelectronic component
  • FIG. 2 is a first growth diagram for explaining a method of manufacturing the semiconductor layered structure
  • Fig. 3 is a second growth diagram for explaining the manufacturing method.
  • Fig. 1 shows a highly schematic representation of a
  • the optoelectronic Bauele ⁇ ment 10 can be for example a light-emitting device.
  • the semiconductor layer structure 100 includes layers of nitride compound semiconductor materials.
  • the semiconductor layer structure 100 may be, for example, layers of a
  • FIG. 2 shows a schematic first growth diagram 200 for explaining such a production method.
  • FIG. 3 shows a schematic second growth diagram 300 for further explanation of the production method.
  • a progressive time 210 is plotted on horizon ⁇ tal axes of both growth diagrams 200, 300.
  • a vertical axis of the first graph 200 shows a growth Bandlückenener ⁇ energy 220 one at a fixed time epitaxially grown material.
  • Growth Diagram 300 shows a p-doping level 320 epitaxially grown at a fixed time
  • the production of the semiconductor layer structure 100 of the optoelectronic component 10 begins with the provision of a substrate 110. phir.
  • a buffer layer 120 may first be grown.
  • the buffer layer 120 may comprise, for example, GaN. Before or after the buffer layer 120, other layers, not shown in FIG. 1, can also be grown.
  • the buffer layer 120 may also be omitted.
  • an epitaxial growth of an n-doped begins at a first time 211
  • the n-doped layer 130 is grown from a material having a second bandgap energy 222.
  • the material having the second bandgap energy 222 may be, for example, GaN.
  • the n-doped layer 130 is applied with n-type doping. A p-doping is preferably not carried out.
  • the epitaxially unitedwach- sene n-doped layer has a first p-doping 321, which preferably has a value of 0, as the second growth ⁇ chart 300 of FIG. 3 can be seen.
  • the growth of the n-doped layer 130 takes place until a second time 212.
  • an epitaxial growth of a quantum well structure 140 begins.
  • the epitaxial growth of the quantum well structure 140 lasts until a third time 213.
  • the quantum well structure 140 includes a plurality of quantum wells spaced apart in the growth direction, which are formed by alternately growing a material having a first bandgap energy 221 and growing a material having the second bandgap energy 222.
  • the first band gap energy 221 is smaller than the second band gap energy ⁇ 222.
  • the material having the first bandgap For example, energy 221 may include InGaN.
  • the material having the second bandgap energy 222 may include GaN, for example.
  • the portions of the quantum well structure 140 made of the material having the first bandgap energy 221 form quantum films, while the portions of the quantum well structure 140 made of the material having the second bandgap energy 222 form barriers between the quantum wells.
  • the quantum well structure can be inserted reasonable 140 with, for example three to fifteen quantum wells, preferably with three to eight quantum wells, be ⁇ Sonder preferably having five quantum wells.
  • the quantum-well structure 140 is likewise applied with a p-type doping with the first doping level 321, ie, preferably entirely without p-type doping.
  • a spacer layer 150 of the semiconductor layer structure 100 is grown.
  • the spacer layer 150 is grown from a material having the second bandgap energy 222, which includes, for example, GaN.
  • the growth of the spacer layer 150 lasts until a fifth time 215.
  • the spacer layer 150 is applied in the growth direction of the semiconductor layer structure 100 with a first layer thickness 153.
  • the first layer thickness 153 may be between 2 nm and 120 nm.
  • the first layer thickness 153 is preferably between 10 nm and 50 nm. More preferably, the first layer thickness 153 is between 20 nm and 30 nm. For example, the first layer thickness 153 may be 25 nm.
  • the spacer layer 150 serves to space the quantum well structure 140 with the low first doping level 321 from a higher doping p-type doped layer 160 in the semiconductor layer structure 100 to adversely affect the quantum well structure 140 by doping the p-type layer 160 to avoid.
  • the p-doping level 320 of the spacer layer 150 is raised from the first doping level 321 to a higher third doping level 323.
  • the increase of the p Dotiergrads within the spacer layer 150 can be made beispiels-, continuously over the entire thickness 153 of the distance ⁇ layer 150 in the growth direction of the semiconductor layer structure 100 or a part of the thickness 153 of the spacer layer 150 in the growth direction of the semiconductor layer structure 100 , In this case, the spacer layer 150 is gradient doped.
  • the increase of the p-type doping level 320 of the spacer layer 150 in the growth direction of the semiconductor layered structure 100 may also occur in multiple stages or, as schematically illustrated in FIGS. 1 and 3, in one stage.
  • the spacer layer 151 and a second spacer sub-layer 152 un ⁇ tert approaches 150 in the growth direction of the semiconductor layer structure 100 in a first sub-layer distance.
  • the first spacing sublayer 151 adjoins the quantum well structure 140.
  • the second spacing sub-layer 152 adjoins the first spacing sub-layer 151 and the p-doped layer 160 following the spacing layer 150.
  • the first pitch sublayer 151 is grown between the third time 213 and a fourth time 214.
  • the second spacing sub-layer 152 is grown.
  • the first pitch sublayer 151 is grown with the first doping level 321.
  • the second spacing sub-layer 152 is grown with the third doping level 323.
  • the epitaxial growth of the p-doped layer 160 of the semiconductor layer structure 100 begins.
  • the p-doped layer 160 is formed from successive partial layers in the growth direction of the semiconductor layer structure 100.
  • the p-doped layer 160 includes a first sub-layer 161 that is during a first sub-period 311 is epitaxially grown, and a second sub-layer 162, which is grown during a first sub-period 311 temporally subsequent second sub-period 312.
  • Layer 160 a plurality of first sub-layers 161 and second sub-layers 162, which follow each other alternately.
  • the p-doped layer 160 may comprise between 1 and 50 first sublayer 161 and a entspre ⁇ sponding number of second sub-layers 162nd
  • the p-doped layer 160 preferably comprises three first partial layers 161 and three second partial layers 162.
  • All first partial layers 161 of the p-doped layer 160 have a second layer thickness 163 in the growth direction of the semiconductor layer structure 100.
  • All of the second part ⁇ layers 162 of the p-doped layer 160 each have a third layer thickness 164 in the growth direction of the semiconductor layer structure 100th
  • the second layer thickness 163 and the third layer thickness 164 can be the same size, but also differ from each other.
  • the second layer thickness 163 and the third layer thickness 164 may be between 1 nm and 50 nm.
  • the second layer thickness 163 and the third layer thickness 164 are preferably between 5 nm and 20 nm. The second one is particularly preferred
  • the second layer thickness 163 and the third layer thickness 164 may each be 10 nm.
  • the layer thicknesses of the first partial layers 161 and the second partial layers 162 of the p-doped layer 160 may also vary in the direction of growth of the semiconductor layer structure 100. Then assign different first sub-layers 161 different layer thicknesses and / or different layers second part 162 have different Schichtdi ⁇ CKEN on.
  • the first partial layers 161 of the p-doped layer 160 are grown with a p-doping with a second doping level 322.
  • the second doping level 322 is greater than or equal to the first doping level 321 and less than the third doping level 323.
  • the second doping level 322 is less than
  • the second animal Do ⁇ degrees to 0.
  • the second partial layers 162 of the p-doped layer 160 are grown with a p-type doping with the third doping level 323.
  • the third doping level 323 lies between
  • the third doping level 323 is preferably between
  • the third doping level 323 may have a value of 4 ⁇ 10 19 A per cubic centimeter.
  • two or more first partial layers 161 of the p-doped layer 160 and / or the doping levels of two or more second partial layers 162 of the p-doped layer 160 may differ from one another.
  • two successive second partial layers 162 of the p-doped layer 160 may comprise p dopants with different doping levels.
  • the p-doped layer 160 is preferably with magnesium do ⁇ advantage. However, it is also possible, for example, to dope the p-doped layer 160 with other dopants such as carbon or boron.
  • the epitaxial growth of the p-doped layer 160 of the semiconductor layer structure 100 is carried out up to a sixth time 216. Subsequently, further layers of the semiconductor layer structure 100 can be grown, which are not shown in Fig. 1.
  • the invention has been further illustrated and described with reference to the preferred Sinsbei ⁇ games. However, the invention is not limited to the disclosed examples. Rather, other variations may be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
  • first bandgap energy (InGaN) 222 second bandgap energy (GaN)

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Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement (10) umfasst eine Halbleiter- Schichtstruktur (100), die eine Quantenfilmstruktur als aktive Schicht (140) und eine p-dotierte Schicht (160) aufweist, die oberhalb der Quantenfilmstruktur (140) angeordnet ist. Die p-dotierte Schicht (160) umfasst mindestens eine erste Teilschicht (161) und eine zweite Teilschicht (162). Die zweite Teilschicht (162) weist einen höheren Dotiergrad (323) auf als die erste Teilschicht (161).

Description

Beschreibung
OPTOELEKRONISCHES GAN-BASIERTES BAUELEMENT MIT ERHÖHTER ESD RESISTENZ DURCH EIN ÜBERGITTER UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines opto¬ elektronischen Bauelements. Die Druckschrift US 2013/0020608 AI beschreibt ein Bauele¬ ment .
Es ist bekannt, dass Nitridhalbleiterchips, beispielsweise optoelektronische Nitridhalbleiterchips, bereits durch sehr kleine elektrostatische Entladungen (ESD) dauerhaft geschä¬ digt oder zerstört werden können. Wird bei der Herstellung solcher Halbleiterchips ein Saphir-aufweisendes Substrat ver¬ wendet, so entsteht beim epitaktischen Aufwachsen einer Nitridhalbleiter-Schichtenfolge ein Kristall mit einer hohen Versetzungsdichte. Die Versetzungen wirken als Leckstrompfa¬ de, über die im Fall einer ESD-Belastung Leckströme fließen können, was zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Nitridhalbleiterchips führen kann. Zur Vermeidung von Beschädigungen durch elektrostatische Entladungen sind schützende Maßnahmen erforderlich. Es ist bekannt, Nitridhalbleiterchips mit separaten Schutzdioden zu verbinden und in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen. Im Fall einer ESD-Belastung kann der Ladungspuls über die
Schutzdiode abfließen, ohne den Nitridhalbleiterchip zu schädigen. Allerdings erhöht sich durch die separate Schutzdiode die erforderliche Größe des gemeinsamen Gehäuses.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzu- geben. Mit dem hier beschriebenen Verfahren können insbesondere hier beschriebene optolektronische Bauelemente herge¬ stellt werden. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offen¬ barten Merkmale sind auch für das Bauelement offenbart und umgekehrt.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst eine Halbleiter- Schichtstruktur, die eine Quantenfilmstruktur und eine p- dotierte Schicht aufweist, die oberhalb der Quantenfilmstruk- tur angeordnet ist. Dabei umfasst die p-dotierte Schicht min¬ destens eine erste Teilschicht und eine zweite Teilschicht. Die zweite Teilschicht weist einen höheren Dotiergrad auf als die erste Teilschicht. Vorteilhafterweise weist die höher do¬ tierte zweite Teilschicht eine höhere elektrische Leitfähig- keit auf. Im Fall einer ESD-Belastung des optoelektronischen Bauelements wird ein durch die Halbleiter-Schichtstruktur fließender Leckstrom dadurch in der zweiten Teilschicht der p-dotierten Schicht in lateraler Richtung aufgeweitet und verteilt. Dies wirkt einer engen räumlichen Begrenzung des Leckstroms entgegen und verhindert übermäßig große lokale
Stromdichten. Vorteilhafterweise kann dadurch das Risiko ei¬ ner Beschädigung des optoelektronischen Bauelements im Falle einer ESD-Belastung verringert werden. Daraus ergibt sich vorteilhafterweise ein integrierter ESD-Schutz des optoelekt- ronischen Bauelements, der ohne Maßnahmen auskommt, die mit einer verschlechterten Kristallqualität der Halbleiter- Schichtstruktur des optoelektronischen Bauelements einhergehen. Durch den integrierten ESD-Schutz des optoelektronischen Bauelements kann vorteilhafterweise auch auf ein Vorsehen ei- ner externen Schutzdiode verzichtet werden, wodurch das opto¬ elektronische kostengünstiger hergestellt und mit kleineren Abmessungen ausgebildet werden kann.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die erste Teilschicht einen Dotiergrad auf, der kleiner als 5 x 10A18 pro Kubikzentimeter ist und bevorzugt 0 be- trägt. Vorteilhafterweise weist die erste Teilschicht dann eine stark reduzierte Leitfähigkeit auf.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die zweite Teilschicht einen Dotiergrad auf, der zwi¬ schen 1 x 10A18 pro Kubikzentimeter und 1,5 χ 10A20 pro Ku¬ bikzentimeter liegt, bevorzugt zwischen 2 χ 10A19 pro Kubikzentimeter und 8 x 10A19 pro Kubikzentimeter. Beispielsweise kann die zweite Teilschicht einen Dotiergrad aufweisen, der 4 x 10A19 pro Kubikzentimeter beträgt. Vorteilhafterweise weist die zweite Teilschicht dann eine wesentlich höhere Leitfähigkeit auf als die erste Teilschicht. Hierdurch können parallel zur Wachstumsrichtung durch die Halbleiter- Schichtstruktur des optoelektronischen Bauelements fließende Leckströme in der zweiten Teilschicht in lateraler Richtung aufgeweitet werden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weisen die erste Teilschicht und die zweite Teilschicht je- weils eine Dicke zwischen 1 nm und 50 nm auf, bevorzugt eine Dicke zwischen 5 nm und 20 nm, besonders bevorzugt eine Dicke zwischen 8 nm und 12 nm. Beispielsweise können die erste Teilschicht und die zweite Teilschicht jeweils eine Dicke von 10 nm aufweisen. Teilschichten dieser Dicke haben sich vor- teilhafterweise in Versuchen als besonders günstig erwiesen.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst die p-dotierte Schicht mehrere erste Teilschichten und zweite Teilschichten, die jeweils abwechselnd aufeinander folgen. Vorteilhafterweise bewirken die mehreren zweiten
Teilschichten jeweils eine Stromverteilung eines im Falle einer ESD-Belastung in Wachstumsrichtung durch die Halbleiter- Schichtstruktur des optoelektronischen Bauelements fließenden Leckstroms, wodurch die Gefahr einer Beschädigung des opto- elektronischen Bauelements durch einen solchen Leckstrom reduziert wird. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst die p-dotierte Schicht zwischen 1 und 50 erste Teil¬ schichten, bevorzugt drei erste Teilschichten. Vorteilhafterweise haben Versuche gezeigt, dass eine Zahl von drei ersten Teilschichten der p-dotierten Schicht einen besonders günstigen Effekt bewirken kann.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weisen zwei zweite Teilschichten unterschiedliche Dotiergrade auf. Vorteilhafterweise kann die Dotierung der p-dotierten
Schicht dadurch sowohl moduliert als auch einer zusätzlichen Variation unterworfen sein. Es ist auch möglich, dass zwei erste Teilschichten unterschiedliche Dotiergrade aufweisen. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist zwischen der Quantenfilmstruktur und der p-dotierten Schicht eine Abstandsschicht angeordnet. Vorteilhafterweise wird dadurch eine nachteilige Beeinflussung der Quantenfilmstruktur durch die Dotierung der p-dotierten Schicht ver- mieden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Abstandsschicht eine Dicke zwischen 2 nm und 120 nm auf. Bevorzugt weist die Abstandsschicht eine Dicke zwischen 10 nm und 50 nm auf. Besonders bevorzugt weist die Abstands¬ schicht eine Dicke zwischen 20 nm und 30 nm auf. Beispiels¬ weise kann die Abstandsschicht eine Dicke von etwa 25 nm auf¬ weisen. Eine Abstandsschicht dieser Dicke verhindert vorteil¬ hafterweise eine negative Beeinflussung der Quantenfilmstruk- tur durch die Dotierung der p-dotierten Schicht, ohne die
Quantenfilmstruktur und die p-dotierte Schicht übermäßig weit voneinander zu beabstanden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst die Abstandsschicht eine erste Abstands-Teilschicht mit einem geringeren Dotiergrad und eine zweite Abstands- Teilschicht mit einem höheren Dotiergrad. Dabei ist die erste Abstands-Teilschicht näher an der Quantenfilmstruktur angeordnet als die zweite Abstands-Teilschicht. Vorteilhafter¬ weise wird ein Dotiergrad in Wachstumsrichtung der Halblei¬ ter-Schichtstruktur in der Abstandsschicht dadurch zwischen dem Dotierniveau der Quantenfilmstruktur und dem Dotierniveau der p-dotierten Schicht erhöht. Die Erhöhung des Dotiergrads in der Abstandsschicht kann dabei beispielsweise stufenförmig oder kontinuierlich erfolgen. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die p-dotierte Schicht mit Magnesium, Kohlenstoff oder Bor dotiert. Vorteilhafterweise haben sich diese Dotierstoffe als zweckmäßig erwiesen. Eine Dotierung der p-dotierten
Schicht mit Magnesium ist besonders bevorzugt.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die p-dotierte Schicht einen Indiumanteil von weniger als 30 % auf, bevorzugt einen Indiumanteil von 0 %. Außerdem weist die p-dotierte Schicht dabei einen Aluminiumanteil von weniger als 30 % auf, bevorzugt einen Aluminiumanteil von 0 %. Vorteilhafterweise kann durch Anteile von Indium
und/oder Aluminium eine Anpassung einer Bandlücke in der p- dotierten Schicht erfolgen. Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Substrats, zum Aufwachsen einer Quantenfilmstruktur, und zum Aufwachsen einer p-dotierten Schicht, wobei das Aufwachsen der p-dotierten Schicht ein Aufwachsen mindestens einer ersten Teilschicht und einer zweiten Teilschicht umfasst, wobei die zweite Teil¬ schicht einen höheren Dotiergrad aufweist als die erste Teil¬ schicht. Vorteilhafterweise kann durch dieses Verfahren ein optoelektronisches Bauelement mit einer Halbleiter- Schichtstruktur hergestellt werden, das einen integrierten ESD-Schutz aufweist. Der ESD-Schutz wird durch die höher dotierte zweite Teilschicht der p-dotierten Schicht bewirkt, der eine Verteilung eines im Fall einer ESD-Belastung durch die Halbleiter-Schichtstruktur fließenden Leckstroms in lateraler Richtung bewirken kann. Hierdurch kann vorteilhafterweise ein Risiko einer überkritisch hohen Stromdichte im Fall einer ESD-Belastung des optoelektronischen Bauelements und dadurch auch ein Risiko einer Beschädigung der Halbleiter- Schichtstruktur des optoelektronischen Bauelements reduziert werden. Vorteilhafterweise erfordert das optoelektronische Bauelement keine externe Schutzdiode, wodurch das optoelekt¬ ronische Bauelement mit einem platzsparenden Gehäuse ausge- stattet werden kann. Auch andere Maßnahmen zur Reduzierung eines Beschädigungsrisikos durch ESD-Belastungen, die mit ei¬ ner eventuellen Verschlechterung der Kristallqualität in der Halbleiter-Schichtstruktur und damit einer Reduzierung einer Effizienz des optoelektronischen Bauelements einhergehen kön- nen, sind vorteilhafterweise nicht erforderlich.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere erste Teilschichten und zweite Teilschichten jeweils abwechselnd aufgewachsen. Vorteilhafterweise können die mehreren zweiten Teilschichten dann jeweils eine Verteilung eines Leckstroms in lateraler Richtung bewirken, wodurch ein besonders wirksamer Schutz vor einer Beschädigung durch eine ESD-Belastung erreicht werden kann. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zwischen der Quantenfilmstruktur und der p-dotierten Schicht eine Abstandsschicht aufgewachsen. Vorteilhafterweise kann die Ab¬ standsschicht eine nachteilige Beeinflussung der Quanten¬ filmstruktur durch die Dotierung der p-dotierten Schicht ver- meiden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Halbleiter- Schichtstruktur eines optoelektronischen Bauelements;
Fig. 2 ein erstes Wachstumsdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleiter-Schichtstruktur; und
Fig. 3 ein zweites Wachstumsdiagramm zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens .
Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen
Schnitt durch eine Halbleiter-Schichtstruktur 100 eines optoelektronischen Bauelements 10. Das optoelektronische Bauele¬ ment 10 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Bauelement sein. Die Halbleiter-Schichtstruktur 100 umfasst Schichten aus Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien. Die Halbleiter- Schichtstruktur 100 kann beispielsweise Schichten eines
InGaN-Verbindungshalbleitersystems aufweisen . Die Halbleiter-Schichtstruktur 100 des optoelektronischen
Bauelements 10 ist durch epitaktisches Wachstum herstellbar. Fig. 2 zeigt ein schematisches erstes Wachstumsdiagramm 200 zur Erläuterung eines solchen Herstellungsverfahrens. Fig. 3 zeigt ein schematisches zweites Wachstumsdiagramm 300 zur weiteren Erläuterung des Herstellungsverfahrens. Auf horizon¬ talen Achsen beider Wachstumsdiagramme 200, 300 ist eine fortschreitende Zeit 210 aufgetragen. Eine vertikale Achse des ersten Wachstumsdiagramms 200 zeigt eine Bandlückenener¬ gie 220 eines zu einem festgelegten Zeitpunkt epitaktisch aufgewachsenen Materials. Eine vertikale Achse des zweiten
Wachstumsdiagramms 300 zeigt einen p-Dotiergrad 320 einer zu einem festgelegten Zeitpunkt epitaktisch aufgewachsenen
Schicht . Die Herstellung der Halbleiter-Schichtstruktur 100 des optoelektronischen Bauelements 10 beginnt mit der Bereitstellung eines Substrats 110. Das Substrat 110 kann beispielsweise Sa- phir aufweisen. Zum Ausgleich einer Gitterfehlanpassung zwischen einer Gitterkonstante des Materials des Substrats 110 und der Gitterkonstante des Nitrid- Verbindungshalbleitersystems der Halbleiter-Schichtstruktur 100 kann zunächst eine Pufferschicht 120 aufgewachsen werden. Die Pufferschicht 120 kann beispielsweise GaN aufweisen. Vor oder nach der Pufferschicht 120 können auch noch weitere, in Fig. 1 nicht dargestellte, Schichten aufgewachsen werden. Die Pufferschicht 120 kann auch entfallen.
Nach dem epitaktischen Aufwachsen der Pufferschicht 120 und eventueller weiterer Schichten beginnt zu einem ersten Zeitpunkt 211 ein epitaktisches Wachstum einer n-dotierten
Schicht 130. Die n-dotierte Schicht 130 wird aus einem Mate- rial mit einer zweiten Bandlückenenergie 222 aufgewachsen. Bei dem Material mit der zweiten Bandlückenenergie 222 kann es sich beispielsweise um GaN handeln. Die n-dotierte Schicht 130 wird mit einer n-Dotierung angelegt. Eine p-Dotierung erfolgt bevorzugt nicht. Somit weist die epitaktisch aufgewach- sene n-dotierte Schicht 130 einen ersten p-Dotiergrad 321 auf, der bevorzugt den Wert 0 hat, wie dem zweiten Wachstums¬ diagramm 300 der Fig. 3 zu entnehmen ist. Das Wachstum der n- dotierten Schicht 130 erfolgt bis zu einem zweiten Zeitpunkt 212.
Zum zweiten Zeitpunkt 212 beginnt ein epitaktisches Wachstum einer Quantenfilmstruktur 140. Das epitaktische Wachstum der Quantenfilmstruktur 140 dauert bis zu einem dritten Zeitpunkt 213.
Die Quantenfilmstruktur 140 umfasst eine Mehrzahl in Wachstumsrichtung voneinander beabstandeter Quantenfilme, die durch zeitlich abwechselndes Aufwachsen eines Materials mit einer ersten Bandlückenenergie 221 und Aufwachsen eines Mate- rials mit der zweiten Bandlückenenergie 222 entstehen. Die erste Bandlückenenergie 221 ist kleiner als die zweite Band¬ lückenenergie 222. Das Material mit der ersten Bandlücken- energie 221 kann beispielsweise InGaN aufweisen. Das Material mit der zweiten Bandlückenenergie 222 kann beispielsweise GaN aufweisen. Die aus dem Material mit der ersten Bandlückenenergie 221 hergestellten Abschnitte der Quantenfilmstruktur 140 bilden Quantenfilme, während die aus dem Material mit der zweiten Bandlückenenergie 222 hergestellten Bereiche der Quantenfilmstruktur 140 zwischen den Quantenfilmen angeordnete Barrieren bilden. Insgesamt kann die Quantenfilmstruktur 140 mit beispielsweise drei bis fünfzehn Quantenfilmen ange- legt werden, bevorzugt mit drei bis acht Quantenfilmen, be¬ sonders bevorzugt mit fünf Quantenfilmen.
Die Quantenfilmstruktur 140 wird ebenfalls mit einer p- Dotierung mit dem ersten Dotiergrad 321 angelegt, bevorzugt also gänzlich ohne p-Dotierung.
Ab dem dritten Zeitpunkt 213 wird eine Abstandsschicht 150 der Halbleiter-Schichtstruktur 100 aufgewachsen. Die Abstandsschicht 150 wird aus einem Material mit der zweiten Bandlückenenergie 222 aufgewachsen, das beispielsweise GaN aufweist. Das Wachstum der Abstandsschicht 150 dauert bis zu einem fünften Zeitpunkt 215.
Die Abstandsschicht 150 wird in Wachstumsrichtung der Halb- leiter-Schichtstruktur 100 mit einer ersten Schichtdicke 153 angelegt. Die erste Schichtdicke 153 kann zwischen 2 nm und 120 nm betragen. Bevorzugt liegt die erste Schichtdicke 153 zwischen 10 nm und 50 nm. Besonders bevorzugt liegt die erste Schichtdicke 153 zwischen 20 nm und 30 nm. Beispielsweise kann die erste Schichtdicke 153 25 nm betragen.
Die Abstandsschicht 150 dient dazu, die Quantenfilmstruktur 140 mit dem niedrigen ersten Dotiergrad 321 von einer in der Halbleiter-Schichtstruktur 100 nachfolgenden p-dotierten Schicht 160 mit höherem Dotiergrad zu beabstanden, um eine nachteilige Beeinflussung der Quantenfilmstruktur 140 durch die Dotierung der p-dotierten Schicht 160 zu vermeiden. Innerhalb der Abstandsschicht 150 wird der p-Dotiergrad 320 der Abstandsschicht 150 vom ersten Dotiergrad 321 auf einen höheren dritten Dotiergrad 323 angehoben. Der Anstieg des p- Dotiergrads innerhalb der Abstandsschicht 150 kann beispiels- weise kontinuierlich über die gesamte Dicke 153 der Abstands¬ schicht 150 in Wachstumsrichtung der Halbleiter- Schichtstruktur 100 oder über einen Teil der Dicke 153 der Abstandsschicht 150 in Wachstumsrichtung der Halbleiter- Schichtstruktur 100 erfolgen. In diesem Fall ist die Ab- Standsschicht 150 gradientendotiert.
Der Anstieg des p-Dotiergrads 320 der Abstandsschicht 150 in Wachstumsrichtung der Halbleiter-Schichtstruktur 100 kann jedoch auch in mehreren Stufen oder, wie in Figuren 1 und 3 schematisch dargestellt, in einer Stufe erfolgen. In diesem Fall ist die Abstandsschicht 150 in Wachstumsrichtung der Halbleiter-Schichtstruktur 100 in eine erste Abstands- Teilschicht 151 und eine zweite Abstands-Teilschicht 152 un¬ terteilt. Die erste Abstands-Teilschicht 151 grenzt an die Quantenfilmstruktur 140 an. Die zweite Abstands-Teilschicht 152 grenzt an die erste Abstands-Teilschicht 151 und die der Abstandsschicht 150 nachfolgende p-dotierte Schicht 160 an. Die erste Abstands-Teilschicht 151 wird zwischen dem dritten Zeitpunkt 213 und einem vierten Zeitpunkt 214 aufgewachsen. Anschließend wird zwischen dem vierten Zeitpunkt 214 und dem fünften Zeitpunkt 215 die zweite Abstands-Teilschicht 152 aufgewachsen. Die erste Abstands-Teilschicht 151 wird mit dem ersten Dotiergrad 321 aufgewachsen. Die zweite Abstands- Teilschicht 152 wird mit dem dritten Dotiergrad 323 aufge- wachsen.
Zum fünften Zeitpunkt 215 beginnt das epitaktische Wachstum der p-dotierten Schicht 160 der Halbleiter-Schichtstruktur 100. Die p-dotierte Schicht 160 wird aus in Wachstumsrichtung der Halbleiter-Schichtstruktur 100 aufeinander folgenden Teilschichten gebildet. Zumindest umfasst die p-dotierte Schicht 160 eine erste Teilschicht 161, die während eines ersten Teilzeitraums 311 epitaktisch aufgewachsen wird, und eine zweite Teilschicht 162, die während eines dem ersten Teilzeitraum 311 zeitlich nachfolgenden zweiten Teilzeitraums 312 aufgewachsen wird. Bevorzugt umfasst die p-dotierte
Schicht 160 jedoch eine Mehrzahl erster Teilschichten 161 und zweiter Teilschichten 162, die jeweils abwechselnd aufeinander folgen. Beispielsweise kann die p-dotierte Schicht 160 zwischen 1 und 50 erste Teilschichten 161 und eine entspre¬ chende Anzahl zweiter Teilschichten 162 umfassen. Bevorzugt umfasst die p-dotierte Schicht 160 drei erste Teilschichten 161 und drei zweite Teilschichten 162.
Alle ersten Teilschichten 161 der p-dotierten Schicht 160 weisen in Wachstumsrichtung der Halbleiter-Schichtstruktur 100 eine zweite Schichtdicke 163 auf. Alle zweiten Teil¬ schichten 162 der p-dotierten Schicht 160 weisen in Wachstumsrichtung der Halbleiter-Schichtstruktur 100 jeweils eine dritte Schichtdicke 164 auf. Die zweite Schichtdicke 163 und die dritte Schichtdicke 164 können gleich groß sein, sich aber auch voneinander unterscheiden. Beispielsweise können die zweite Schichtdicke 163 und die dritte Schichtdicke 164 zwischen 1 nm und 50 nm liegen. Bevorzugt liegen die zweite Schichtdicke 163 und die dritte Schichtdicke 164 zwischen 5 nm und 20 nm. Besonders bevorzugt weisen die zweite
Schichtdicke 163 und die dritte Schichtdicke 164 Werte zwi¬ schen 8 nm und 12 nm auf. Beispielsweise können die zweite Schichtdicke 163 und die dritte Schichtdicke 164 jeweils 10 nm betragen. Die Schichtdicken der ersten Teilschichten 161 und der zweiten Teilschichten 162 der p-dotierten Schicht 160 können in Wachstumsrichtung der Halbleiter-Schichtstruktur 100 auch variieren. Dann weisen unterschiedliche erste Teilschichten 161 unterschiedliche Schichtdicken auf und/oder unterschiedliche zweite Teilschichten 162 weisen unterschiedliche Schichtdi¬ cken auf. Die ersten Teilschichten 161 der p-dotierten Schicht 160 werden mit einer p-Dotierung mit einem zweiten Dotiergrad 322 aufgewachsen. Der zweite Dotiergrad 322 ist größer oder gleich dem ersten Dotiergrad 321 und kleiner als der dritte Dotiergrad 323. Der zweite Dotiergrad 322 ist kleiner als
5 x 10A18 pro Kubikzentimeter. Bevorzugt weist der zweite Do¬ tiergrad 322 den Wert 0 auf.
Die zweiten Teilschichten 162 der p-dotierten Schicht 160 werden mit einer p-Dotierung mit dem dritten Dotiergrad 323 aufgewachsen. Der dritte Dotiergrad 323 liegt zwischen
1 x 10A18 pro Kubikzentimeter und 1,5 χ 10A20 pro Kubikzenti¬ meter. Bevorzugt liegt der dritte Dotiergrad 323 zwischen
2 x 10A19 pro Kubikzentimeter und 8 χ 10A19 pro Kubikzentime- ter. Beispielsweise kann der dritte Dotiergrad 323 einen Wert von 4 x 10A19 pro Kubikzentimeter aufweisen.
Es ist auch möglich, dass sich die Dotiergrade zweier oder mehrerer erster Teilschichten 161 der p-dotierten Schicht 160 und/oder die Dotiergrade zweier oder mehrerer zweiter Teilschichten 162 der p-dotierten Schicht 160 voneinander unterscheiden. Beispielsweise können zwei aufeinander folgende zweite Teilschichten 162 der p-dotierten Schicht 160 p- Dotierungen mit unterschiedlichen Dotiergraden aufweisen.
Die p-dotierte Schicht 160 ist bevorzugt mit Magnesium do¬ tiert. Es ist aber beispielsweise auch möglich, die p- dotierte Schicht 160 mit anderen Dotierstoffen wie Kohlenstoff oder Bor zu dotieren.
Das epitaktische Aufwachsen der p-dotierten Schicht 160 der Halbleiter-Schichtstruktur 100 erfolgt bis zu einem sechsten Zeitpunkt 216. Anschließend können noch weitere Schichten der Halbleiter-Schichtstruktur 100 aufgewachsen werden, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbei¬ spiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102013104272.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
10 optoelektronisches Bauelement 100 Halbleiter-Schichtstruktur
110 Substrat
120 Pufferschicht
130 n-dotierte Schicht
140 Quantenfilmstruktur
150 Abstandsschicht
151 erste Abstands-Teilschicht
152 zweite Abstands-Teilschicht
153 erste Schichtdicke (dl)
160 p-dotierte Schicht
161 erste Teilschicht
162 zweite Teilschicht
163 zweite Schichtdicke (d2)
164 dritte Schichtdicke (d3) 200 erstes Wachstumsdiagramm
210 Zeit
211 erster Zeitpunkt
212 zweiter Zeitpunkt
213 dritter Zeitpunkt
214 vierter Zeitpunkt
215 fünfter Zeitpunkt
216 sechster Zeitpunkt
220 Bandlückenenergie
221 erste Bandlückenenergie (InGaN) 222 zweite Bandlückenenergie (GaN)
300 zweites Wachstumsdiagramm
311 erster Teilzeitraum
312 zweiter Teilzeitraum
320 p-Dotiergrad
321 erster Dotiergrad (xl = 0)
322 zweiter Dotiergrad (x2) 323 dritter Dotiergrad (x3)

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (10)
mit einer Halbleiter-Schichtstruktur (100), die eine Quantenfilmstruktur (140) und eine p-dotierte Schicht
(160) aufweist, die oberhalb der Quantenfilmstruktur (140) angeordnet ist,
wobei die p-dotierte Schicht (160) mindestens eine erste Teilschicht (161) und eine zweite Teilschicht (162) um- fasst,
wobei die zweite Teilschicht (162) einen höheren Dotier¬ grad (323) aufweist als die erste Teilschicht (161) .
2. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß dem vorhergehen- den Anspruch,
wobei die p-dotierte Schicht (160) mehrere erste Teil¬ schichten (161) und zweite Teilschichten (162) umfasst, die jeweils abwechselnd aufeinander folgen. 3. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
wobei die erste Teilschicht (161) einen Dotiergrad (322) aufweist, der kleiner als 5 χ 10A18 pro Kubikzentimeter ist .
4. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
wobei die zweite Teilschicht (162) einen Dotiergrad (323) aufweist, der zwischen 1 χ 10A18 pro Kubikzentimeter und 1,5 x 10A20 pro Kubikzentimeter liegt, bevorzugt zwischen
2 x 10A19 pro Kubikzentimeter und 8 χ 10A19 pro Kubikzentimeter .
5. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor- hergehenden Ansprüche,
wobei die erste Teilschicht (161) und die zweite Teil¬ schicht (162) jeweils eine Dicke (163, 164) zwischen 1 nm und 50 nm aufweisen, bevorzugt eine Dicke (163, 164) zwi¬ schen 5 nm und 20 nm, besonders bevorzugt eine Dicke (163, 164) zwischen 8 nm und 12 nm.
6. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
wobei die p-dotierte Schicht (160) zwischen 1 und 50 ers¬ te Teilschichten (161) umfasst, bevorzugt 3 erste Teil¬ schichten (161) .
7. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
wobei zwei zweite Teilschichten (162) unterschiedliche Dotiergrade (323) aufweisen.
8. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
wobei zwischen der Quantenfilmstruktur (140) und der p- dotierten Schicht (160) eine Abstandsschicht (150) ange¬ ordnet ist.
9. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 8,
wobei die Abstandsschicht (150) eine Dicke (153) zwischen 2 nm und 120 nm aufweist, bevorzugt eine Dicke (153) zwi¬ schen 10 nm und 50 nm, besonders bevorzugt eine Dicke (153) zwischen 20 nm und 30 nm.
10. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
wobei die Abstandsschicht (150) eine erste Abstands- Teilschicht (151) mit einem geringeren Dotiergrad (321) und eine zweite Abstands-Teilschicht (152) mit einem hö¬ heren Dotiergrad (323) umfasst,
wobei die erste Abstands-Teilschicht (151) näher an der Quantenfilmstruktur (140) angeordnet ist als die zweite Abstands-Teilschicht (152). - I S
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
wobei die p-dotierte Schicht (160) mit Magnesium, Kohlen¬ stoff oder Bor dotiert ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
wobei die p-dotierte Schicht (160) einen Indiumanteil von weniger als 30 % aufweist, bevorzugt einen Indiumanteil von 0 %,
wobei die p-dotierte Schicht (160) einen Aluminiumanteil von weniger als 30 % aufweist, bevorzugt einen Alumini¬ umanteil von 0 %.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (10)
mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Substrats (110);
- Aufwachsen einer Quantenfilmstruktur (140);
- Aufwachsen einer p-dotierten Schicht (160),
wobei das Aufwachsen der p-dotierten Schicht (160) ein Aufwachsen mindestens einer ersten Teilschicht (161) und einer zweiten Teilschicht (162) umfasst,
wobei die zweite Teilschicht (162) einen höheren Dotier¬ grad (323) aufweist als die erste Teilschicht (161) .
Verfahren gemäß Anspruch 13,
wobei mehrere erste Teilschichten (161) und zweite Teil¬ schichten (162) jeweils abwechselnd aufgewachsen werden.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 und 14,
wobei zwischen der Quantenfilmstruktur (140) und der p- dotierten Schicht (160) eine Abstandsschicht (150) aufge¬ wachsen wird.
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