WO2015011155A1 - Optoelektronischer halbleiterchip mit einem mehrfach-quantentopf mit mindestens einer hochbarrierenschicht - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip mit einem mehrfach-quantentopf mit mindestens einer hochbarrierenschicht Download PDF

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WO2015011155A1
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quantum well
semiconductor chip
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semiconductor region
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Ivar TÅNGRING
Felix Ernst
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic
  • Semiconductor chip having an active layer formed as a multi-quantum well structure.
  • LED chips such as LED chips or
  • the invention is based on the object, a
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises, according to at least one embodiment, a p-type semiconductor region, an n-type semiconductor region and an active layer arranged between the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region and used as a multiple quantum well structure
  • the multiple quantum well structure has a plurality of alternating quantum well layers and
  • Barrier layers wherein the barrier layers have a larger electronic band gap than the quantum well layers.
  • At least one of the barrier layers of the multiple quantum well structure which is closer to the p-type semiconductor region than to the n-type semiconductor region is advantageous
  • High barrier layer is here and below one
  • Barrier layer understood that has an electronic band gap E hb , which is greater than an electronic band gap E b of the remaining barrier layers of the multiple quantum well structure.
  • the at least one high barrier layer advantageously has a material composition which differs from the
  • Material composition of the remaining barrier layers of the multiple quantum well structure differs.
  • Barrier layers of the multiple quantum well structure which are not formed as a high barrier layer, advantageously each have the same material composition and the same electronic band gap E b .
  • the holes injected from the p-type semiconductor region into the multiple quantum well structure can not disperse freely in the entire multiple quantum well structure, but accumulate
  • High barrier layer in the p-type semiconductor region facing region of the multi-quantum well structure happen.
  • the holes are distributed with increasing
  • the efficiency of the generation of radiation by the at least one high-barrier layer is lower the higher the temperature is.
  • the incorporated high barrier layer is disclosed herein
  • the optoelectronic semiconductor chip records Therefore, characterized by an improved temperature stability of the brightness of the emitted radiation.
  • the at least one high-barrier layer has an electronic band gap E hb , for which E hb -E b > 0.05 eV.
  • the material composition of the high barrier layer is therefore preferably selected such that the high barrier layer has an electronic band gap at least 0.05 eV larger than the others
  • the electronic band gap E hb of the at least one high-barrier layer is even larger by 0.1 eV than the electronic band gap of the remaining barrier layers.
  • the multiple quantum well structure preferably has no more than 10 high barrier layers. The number of
  • High barrier layers in the multiple quantum well structure is preferably between 1 and 10, more preferably between 1 and 5.
  • Semiconductor chips are starting from the p-type semiconductor region, the first k barrier layers of the multiple
  • Quantum well structure High barrier layers where k is a number between 1 and 10 and more preferably between 1 and 5.
  • the multiple quantum well structure has exactly one high barrier layer. With the exception of exactly one high barrier layer point
  • High barrier layers When using exactly one high-barrier layer, this is preferably between a quantum well layer which, starting from the p-type semiconductor region, is the mth
  • Quantum well layer and the immediately adjacent quantum well layer is arranged, where m is a number between 1 and 20, preferably between 1 and 10.
  • m is a number between 1 and 20, preferably between 1 and 10.
  • quantum well layers are arranged between the p-type semiconductor region and the high barrier layer, and all other quantum well layers between the
  • the holes preferably accumulate in the m quantum well layers between the p-type semiconductor region and the high barrier layer.
  • m 1.
  • the high barrier layer is between the
  • Quantum well layer and second quantum well layer arranged. In this embodiment, therefore, only the outermost
  • Quantum well layer of the multiple quantum well structure separated by the high barrier layer of the other quantum well layers.
  • the multiple quantum well structure not only has a high barrier layer, but a plurality of high barrier layers, which are arranged closer to the p-type semiconductor region than to the n-type semiconductor region.
  • Several high barrier layers may require even greater reduction in room temperature efficiencies, but this provides the opportunity to reduce or even compensate for even larger drops in high temperature brightness. This results in comparison with a multiple quantum well structure without
  • the multiple quantum well structure can be used on one
  • Phosphide compound semiconductors in particular In x Al y Gai x - y P with 0 ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1, based and
  • Wavelength range from 550 nm to 640 nm be provided.
  • the at least one high barrier layer is particularly advantageous, since such optoelectronic
  • the multiple quantum well structure may be on a nitride compound semiconductor, particularly In x Al y Ga x - y N, where 0 ⁇ x ⁇ 1, y ⁇ O ⁇ l and x + y ⁇ 1, are based, and
  • the multiple quantum well structure can also on a
  • Arsenide compound semiconductors in particular In x Al y Gai x - y As with 0 ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1, based and for emission in the red and / or infrared spectral range, for example at about 700th nm to 800 nm, be provided.
  • the at least one high-barrier layer and the remaining barrier layers each have In x Al y Gai x - y P, In x Al y Gai x - y N or In x Al y Gai - x _ y As with 0 -S x ⁇ 1, O ⁇ y ⁇ l us x + y ⁇ 1, wherein the aluminum content y of the at least one high barrier layer is greater than the aluminum content y of the remaining barrier layers.
  • the larger aluminum content advantageously causes an increase in the electronic band gap of the high barrier layer in the
  • the number of remaining barrier layers of the multiple quantum well structure which are not designed as a high barrier layer and each have the same electronic
  • Band gap E b is advantageously at least 10, preferably at least 20. The number of others
  • barrier layers can be between 10 and 100.
  • the number of remaining barrier layers is advantageously at least 5 times and more preferably
  • At least one quantum well layer which adjoins the at least one high barrier layer on a side facing the p-type semiconductor region, has an electronic band gap Ei w which is smaller than the band gap E w of the remaining quantum well layers. It has been found that in a quantum well layer, which adjoins the at least one high barrier layer on a side facing the p-type semiconductor region, a very high charge carrier density arises due to the barrier effect. This can cause carrier recombinations to also get higher excited states occur, whereby by such recombinations radiation with greater energy and thus shorter wavelength is emitted. A resulting shift of the emission spectrum to a shorter
  • Wavelength can advantageously be reduced or even compensated for by the fact that the quantum well layer adjoining the at least one high barrier layer has a smaller bandgap than the remaining quantum well layers.
  • At least one quantum well layer which at one of the p-type semiconductor region side facing the at least one
  • High barrier layer adjacent has a greater thickness than the other quantum well layers. Similar to the
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a first exemplary embodiment
  • 3 a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a first exemplary embodiment
  • 3 a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a fourth exemplary embodiment
  • Figure 5 is a graphical representation of the electronic
  • Figure 6 is a graphical representation of the relative
  • Embodiment compared to a conventional optoelectronic semiconductor chip. Identical or equivalent components are each provided with the same reference numerals in the figures.
  • the optoelectronic semiconductor chip 10 is an LED chip which has a p-type semiconductor region 4, an n-type semiconductor chip. Semiconductor region 6 and arranged between the p-type semiconductor region 4 and the n-type semiconductor region 6 for the emission of radiation suitable active
  • optoelectronic semiconductor chip 10 is a so-called thin-film semiconductor chip, of which an originally for epitaxial growth of the
  • Mirror layer 3 is, for example, a metal layer containing Ag, Al or Au.
  • Semiconductor chips 10 may, for example, a first
  • Radiation exit surface 11 may be provided.
  • the p-type semiconductor region 4 and the n-type semiconductor region 6 can each be composed of several sub-layers and do not necessarily consist exclusively of p-doped layers or n-doped layers, but, for example, one or more
  • the optoelectronic semiconductor chip 10 could also have a
  • the n-type semiconductor region 6 may face a substrate and the p-type semiconductor region 4 may face a radiation exit surface 11 of the optoelectronic semiconductor chip (not shown). This is usually the case with optoelectronic semiconductor chips in which the used for epitaxial growth of the semiconductor layers
  • Growth substrate is not detached, since usually the n-type semiconductor region is first grown on the growth substrate.
  • the provided for the emission of radiation active layer 5 of the optoelectronic semiconductor chip 10 is formed as a multi-quantum well structure 7.
  • the multiple quantum well structure 7 has a plurality of alternately arranged quantum well layers 71 and barrier layers 72, 73. In the illustrated embodiment, the multiple quantum well structure 7 has one hundred layer pairs each of a quantum well layer 71 and a
  • the quantum well layers 71 each have an electronic band gap E w .
  • the first 98 barrier layers each have an electronic band gap E b .
  • lying barrier layers 73 are each as
  • High barrier layer 73 executed, the larger have electronic band gap E hb than the rest
  • High barrier layers 73 in the material composition of the remaining barrier layers 72 may be generated in particular by the fact that the high barrier layers 73 have a greater aluminum content than the remaining barrier layers 72.
  • the high-barrier layers 73 in particular act as a barrier for holes and make it difficult for holes from the p-type semiconductor region 4 to penetrate into the part of the quantum well structure 7 facing the n-type semiconductor region 6 during operation of the optoelectronic semiconductor chip 10, the concentration of holes in the quantum well layers 71 which adjoin the interfaces of the high barrier layers 73 facing the p-type semiconductor region 4 is higher than in the remaining 98 quantum well layers 71 of the multiple quantum well structure 7
  • High barrier layers 73 are more easily passed from the holes so that the charge carrier distribution becomes more uniform with increasing temperature. In this way, the efficiency of radiation generation increases with increasing
  • Charge carrier in the multi-quantum well structure 7 decreases, as is typically the case with radiation-emitting
  • Semiconductor chip 10 is therefore characterized by an improved temperature stability of the emitted brightness.
  • the optoelectronic semiconductor chip 10 shown in FIG. 1 is for example for emission at a wavelength of
  • High barrier layers 73 reduced by about 15 percent compared to an otherwise identical semiconductor chip, in which all one hundred barrier layers 72 are formed from Ino.5Gao.25Alo.25P. At an operating temperature of 100 ° C, however, the optoelectronic semiconductor chip 10 emits the same brightness as an otherwise identical one
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip 10, which is provided for emission at a wavelength of 615 nm.
  • the optoelectronic semiconductor chip 10 differs from the
  • Embodiment of Figure 1 characterized in that acting as the active layer 5 multiple quantum well structure 7 fifty layer pairs of quantum well layers 71 and Barrier layers 72, 73 has. In contrast to
  • the high barrier layer 73 contains Ino. 5 alo. 5 P and thus has a larger electronic band gap than the 49 remaining barrier layers 72, each having Ino.5Gao.25Alo.25P.
  • the brightness of the optoelectronic semiconductor chip 10 is reduced by about 17 percent at room temperature compared to an otherwise identical optoelectronic semiconductor chip, in which all the barrier layers have the same electronic Have band gap.
  • the relative reduction of the brightness at a temperature increase to 100 ° C is in the embodiment shown in Figure 2 about 40 percent instead of 50 percent at a
  • FIG. 3 differs from the exemplary embodiment of FIG. 1 in that the two quantum well layers 74, which on one side facing the p-type semiconductor region 4, contact the two
  • Quantum well layers 74 are radiation generating
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a
  • Embodiment is.
  • the exemplary embodiment of FIG. 4 differs from the exemplary embodiment of FIG. 2 in that the quantum well layer 75, which on a side facing the p-type semiconductor region 4, adjoins the High barrier layer 73 adjacent, has a thickness d 2 , which is greater than the thickness di of the rest
  • Quantum well layers 71 is.
  • the increase in the thickness of the quantum well layer 75 adjacent to the high barrier layer 73 provides an alternative to that shown in FIG.
  • Quantum well layer to reduce radiation emitted to reduce or completely compensate for an opposite effect by charge carrier recombinations from higher excited states.
  • Embodiments corresponds to that shown in Figure 4
  • FIG. 5 shows the course of the electronic bandgap E g as a function of a spatial coordinate z extending in the vertical direction in a further exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor chip 10. It is a semiconductor chip designed for emission at a wavelength of 615 nm, which is located on the material system
  • InGaAlP based and as in the embodiment shown in Figure 2 has fifty pairs of layers of alternating quantum well layers and barrier layers.
  • the first barrier layer starting from the p-type semiconductor region is guided as a high barrier layer 73, which has a much larger electronic band gap than the remaining barrier layers of the multiple quantum well structure.
  • High barrier layer 73 is not to be arranged according to the first quantum well layer starting from the p-type semiconductor region 4, but only after several quantum well layers. In particular, the high barrier layer 73 between a
  • Quantum well layer which, starting from the p-type semiconductor region, the m-th quantum well layer, and the immediately adjacent quantum well layer are arranged, where m is a number between 1 and 20, preferably between 1 and 10.
  • Barrier layers are designed as high barrier layers that have a larger electronic bandgap than the remaining 90
  • Semiconductor chips is an otherwise identically constructed semiconductor chip, in which all 100

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (10) angegeben, umfassend: - einen p-Typ-Halbleiterbereich (4), - einen n-Typ-Halbleiterbereich (6), - eine zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ-Halbleiterbereich (6) angeordnete aktive Schicht (5), die als Mehrfach-Quantentopfstruktur (7) ausgebildet ist, wobei die Mehrfach-Quantentopfstruktur (7) eine Mehrzahl von abwechselnden Quantentopfschichten (71) und Barriereschichten (72, 73) aufweist, wobei mindestens eine Barriereschicht, welche näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich (4) als an dem n-Typ-Halbleiterbereich (6) angeordnet ist, eine Hochbarriereschicht (73) ist, die eine elektronische Bandlücke (Ehb) aufweist, die größer ist als eine elektronische Bandlücke (Eb) der übrigen Barriereschichten (72).

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP MIT EINEM MEHRFACH-QUANTENTOPF MIT MINDESTENS
EINER HOCHBARRIERENSCHICHT
Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen
Halbleiterchip, der eine als Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildete aktive Schicht aufweist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 107 969.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei strahlungsemittierenden optoelektronischen
Halbleiterchips wie beispielsweise LED-Chips oder
Laserdiodenchips ist die Emission von Strahlung in der Regel von der Betriebstemperatur abhängig. Typischerweise ist eine Verminderung der Effizienz der Strahlungserzeugung mit zunehmender Temperatur zu beobachten. Die verminderte
Effizienz der Strahlungserzeugung kann bei sehr hohen
Betriebstemperaturen zu einer deutlichen Verminderung der Helligkeit führen. Beispielsweise kann bei
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips, die ein InGaAlP- Halbleitermaterial enthalten und im Wellenlängenbereich von 550 nm bis 640 nm emittieren, bei einer Temperaturerhöhung von Raumtemperatur auf eine Temperatur von etwa 100 °C eine Verminderung der Helligkeit von bis zu 80 Prozent auftreten, wenn keine geeigneten Maßnahmen zur Stabilisierung der
Strahlungsemission getroffen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der sich durch eine verminderte
Temperaturabhängigkeit der Strahlungsemission auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst gemäß zumindest einer Ausgestaltung einen p-Typ-Halbleiterbereich, einen n- Typ-Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und dem n-Typ-Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht, die als Mehrfach-Quantentopfstruktur
ausgebildet ist. Die Mehrfach-Quantentopfstruktur weist eine Mehrzahl von abwechselnden Quantentopfschichten und
Barriereschichten auf, wobei die Barriereschichten eine größere elektronische Bandlücke als die Quantentopfschichten aufweisen .
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip ist vorteilhaft mindestens eine der Barriereschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur , welche näher an dem p-Typ- Halbleiterbereich als an dem n-Typ-Halbleiterbereich
angeordnet ist, eine Hochbarriereschicht. Unter einer
Hochbarriereschicht wird hier und im Folgenden eine
Barriereschicht verstanden, die eine elektronische Bandlücke Ehb aufweist, die größer ist als eine elektronische Bandlücke Eb der übrigen Barriereschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur . Mit anderen Worten weisen die
Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur mit
Ausnahme der mindestens einen Hochbarriereschicht jeweils eine elektronische Bandlücke Eb auf, wobei die elektronische Bandlücke in einer oder mehreren Hochbarriereschichten, welche näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich als an dem n-Typ- Halbleiterbereich angeordnet sind, auf einen Wert Ehb > Eb erhöht ist. Zur Erzielung der größeren elektronischen
Bandlücke Ehb der mindestens einen Hochbarriereschicht weist die mindestens eine Hochbarriereschicht vorteilhaft eine Materialzusammensetzung auf, die sich von der
Materialzusammensetzung der übrigen Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur unterscheidet. Die übrigen
Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur, die nicht als Hochbarriereschicht ausgebildet sind, weisen vorteilhaft jeweils die gleiche Materialzusammensetzung und die gleiche elektronische Bandlücke Eb auf.
Das Einfügen der mindestens einen Hochbarriereschicht in einem Bereich der Mehrfach-Quantentopfstruktur, welcher dem p-Typ-Halbleiterbereich zugewandt ist, hat den Vorteil, dass die Hochbarriereschicht als Ladungsträgerbarriere
insbesondere für Löcher wirkt. Es hat sich insbesondere herausgestellt, dass es für Löcher schwieriger ist, die
Hochbarriereschicht zu passieren, als für Elektronen. Die von dem p-Typ-Halbleiterbereich in die Mehrfach- Quantentopfstruktur injizierten Löcher können sich daher nicht ungehindert in der gesamten Mehrfach- Quantentopfstruktur verteilen, sondern sammeln sich
vorzugsweise in der QuantentopfSchicht oder den mehreren Quantentopfschichten, die zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und der mindestens einen
Hochbarriereschicht angeordnet sind. Durch diese
ungleichmäßige Verteilung der Löcher in der Mehrfach- Quantentopfstruktur vermindert sich die Effizienz der
Strahlungserzeugung insbesondere bei niedrigen Temperaturen wie zum Beispiel bei Raumtemperatur. Bei höheren Temperaturen ist es dagegen für die Löcher leichter, die
Hochbarriereschicht in dem dem p-Typ-Halbleiterbereich zugewandten Bereich der Mehrfach-Quantentopfstruktur zu passieren. Die Löcher verteilen sich mit zunehmender
Temperatur gleichmäßiger in der Mehrfach-Quantentopfstruktur, so dass Ladungsträgerrekombinationen zur Erzeugung von
Strahlung in einem größeren Bereich der Mehrfach- Quantentopfstruktur stattfinden. Die Verminderung der
Effizienz der Strahlungserzeugung durch die mindestens eine Hochbarriereschicht ist aus diesem Grund umso geringer, je höher die Temperatur ist.
Eine Verminderung der Effizienz der Strahlungserzeugung bei niedrigen Temperaturen, insbesondere bei Raumtemperatur, durch die mindestens eine in die Quantentopstruktur
eingefügte Hochbarriereschicht wird bei der hierin
beschriebenen Mehrfach-Quantentopfstruktur bewusst in Kauf genommen, um der bei Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelementen typischerweise beobachteten
verminderten Effizienz bei zunehmenden Temperaturen
entgegenzuwirken. Typischerweise nimmt die Effizienz von Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen mit
zunehmender Temperatur ab, da der Einschluss der
Ladungsträger in der aktiven Zone aufgrund der größeren
Beweglichkeit der Ladungsträger schlechter wird und somit zunehmende Verluste in Form von nicht-strahlenden
Rekombinationen außerhalb der aktiven Schicht auftreten. Das Einfügen der mindestens einen Hochbarriereschicht in einen dem p-Typ-Halbleiterbereich zugewandten Bereich der Mehrfach- Quantentopfstruktur bewirkt einen gegenläufigen Effekt, durch den sich die Effizienz der Strahlungserzeugung mit
zunehmender Temperatur erhöht. Auf diese Weise wird eine üblicherweise beobachtete Verringerung der Helligkeit mit zunehmender Temperatur vermindert oder vorzugsweise sogar kompensiert. Der optoelektronische Halbleiterchip zeichnet sich daher durch eine verbesserte Temperaturstabilität der Helligkeit der emittierten Strahlung aus.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die mindestens eine Hochbarriereschicht eine elektronische Bandlücke Ehb auf, für die gilt: Ehb - Eb > 0,05 eV. Die Materialzusammensetzung der Hochbarriereschicht ist also bevorzugt derart gewählt, dass die Hochbarriereschicht eine um mindestens 0,05 eV größere elektronische Bandlücke als die übrigen
Barriereschichten aufweist. Bei einer besonders bevorzugten Variante ist die elektronische Bandlücke Ehb der mindestens einen Hochbarriereschicht sogar um 0,1 eV größer als die elektronische Bandlücke der übrigen Barriereschichten. Die Mehrfach-Quantentopfstruktur weist vorzugsweise nicht mehr als 10 Hochbarriereschichten auf. Die Anzahl der
Hochbarriereschichten in der Mehrfach-Quantentopfstruktur beträgt bevorzugt zwischen 1 und 10, besonders bevorzugt zwischen 1 und 5.
Bei einer Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterchips sind ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich die ersten k Barriereschichten der Mehrfach-
Quantentopfstruktur Hochbarriereschichten, wobei k eine Zahl zwischen 1 und 10 und besonders bevorzugt zwischen 1 und 5 ist .
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Mehrfach- Quantentopfstruktur genau eine Hochbarriereschicht auf. Mit Ausnahme der genau einen Hochbarriereschicht weisen
vorzugsweise alle übrigen Barriereschichten jeweils die gleiche Bandlücke Eb auf. Das Einfügen genau einer
Hochbarriereschicht hat den Vorteil, dass die Effizienz der Strahlungserzeugung bei Raumtemperatur weniger stark
vermindert wird als bei der Verwendung mehrerer
Hochbarriereschichten . Bei der Verwendung genau einer Hochbarriereschicht ist diese vorzugsweise zwischen einer QuantentopfSchicht , welche ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich die m-te
QuantentopfSchicht ist, und der unmittelbar benachbarten QuantentopfSchicht angeordnet ist, wobei m eine Zahl zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 10 ist. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausgestaltung zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 10 Quantentopfschichten zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und der Hochbarriereschicht angeordnet, und alle übrigen Quantentopfschichten zwischen der
Hochbarriereschicht und dem n-Typ-Halbleiterbereich . Bei niedrigen Betriebstemperaturen sammeln sich die Löcher daher bevorzugt in den m Quantentopfschichten zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und der Hochbarriereschicht. Bei dieser Ausgestaltung kann insbesondere m = 1 sein. In diesem Fall ist die Hochbarriereschicht zwischen der
ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich ersten
QuantentopfSchicht und zweiten QuantentopfSchicht angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung wird also nur die äußerste
QuantentopfSchicht der Mehrfach-Quantentopfstruktur mittels der Hochbarriereschicht von den übrigen Quantentopfschichten separiert .
Bei einer weiteren Ausgestaltung weist die Mehrfach- Quantentopfstruktur nicht nur eine Hochbarriereschicht, sondern mehrere Hochbarriereschichten auf, welche näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich als an dem n-Typ- Halbleiterbereich angeordnet sind. Bei der Verwendung mehrerer Hochbarriereschichten muss möglicherweise eine noch stärkere Verminderung der Effizienz bei Raumtemperatur in Kauf genommen werden, wobei dies aber die Möglichkeit bietet, noch größere Abfälle der Helligkeit bei hohen Temperaturen zu vermindern oder sogar zu kompensieren. Somit ergibt sich gegenüber einer Mehrfach-Quantentopfstruktur ohne
Hochbarriereschichten eine zwar deutlich verminderte
Helligkeit bei Raumtemperatur, die aber eine wesentlich verbesserte Temperaturstabilität aufweist.
Die Mehrfach-Quantentopfstruktur kann auf einem
Phosphidverbindungshalbleiter, insbesondere InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1, basieren und
beispielsweise zur Emission von Strahlung im
Wellenlängenbereich von 550 nm bis 640 nm vorgesehen sein. Bei optoelektronischen Halbleiterchips mit einer derartigen aktiven Schicht ist die mindestens eine Hochbarriereschicht besonders vorteilhaft, da solche optoelektronischen
Halbleiterchips typischerweise eine starke
Temperaturabhängigkeit der emittierten Helligkeit aufweisen, die mittels der mindestens einen Hochbarriereschicht
vermindert oder sogar kompensiert werden kann.
Alternativ kann die Mehrfach-Quantentopfstruktur auf einem Nitridverbindungshalbleiter, insbesondere InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, O ^ y ^ l und x + y < 1, basieren, und
beispielsweise zur Emission im ultravioletten oder blauen Spektralbereich vorgesehen sein. Weiterhin kann die Mehrfach- Quantentopfstruktur auch auf einem
Arsenidverbindungshalbleiter, insbesondere InxAlyGai-x-yAs mit 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1, basieren und für eine Emission im roten und/oder infraroten Spektralbereich, zum Beispiel bei etwa 700 nm bis 800 nm, vorgesehen sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die mindestens eine Hochbarriereschicht und die übrigen Barriereschichten jeweils InxAlyGai-x-yP, InxAlyGai-x-yN oder InxAlyGai-x_yAs mit 0 -S x < 1, O ^ y ^ l uns x + y < 1 auf, wobei der Aluminiumgehalt y der mindestens einen Hochbarriereschicht größer als der Aluminiumgehalt y der übrigen Barriereschichten ist. Der größere Aluminiumgehalt bewirkt vorteilhaft eine Vergrößerung der elektronischen Bandlücke der Hochbarriereschicht im
Vergleich zu den übrigen Barriereschichten.
Die Anzahl der übrigen Barriereschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur , die nicht als Hochbarriereschicht ausgeführt sind und jeweils die gleiche elektronische
Bandlücke Eb aufweisen, beträgt vorteilhaft mindestens 10, bevorzugt mindestens 20. Die Anzahl der übrigen
Barriereschichten kann insbesondere zwischen 10 und 100 betragen. Die Anzahl der übrigen Barriereschichten ist vorteilhaft mindestens 5 mal und besonders bevorzugt
mindestens 10 mal so groß wie die Anzahl der
Hochbarriereschichten mit der erhöhten Bandlücke.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist
zumindest eine QuantentopfSchicht , welche an einer dem p-Typ- Halbleiterbereich zugewandten Seite an die mindestens eine Hochbarriereschicht angrenzt, eine elektronische Bandlücke Eiw auf, welche geringer als die Bandlücke Ew der übrigen Quantentopfschichten ist. Es hat sich herausgestellt, dass in einer QuantentopfSchicht , welche an einer dem p-Typ- Halbleiterbereich zugewandten Seite an die mindestens eine Hochbarriereschicht angrenzt, aufgrund der Barrierewirkung eine sehr hohe Ladungsträgerdichte entsteht. Dies kann dazu führen, dass Ladungsträgerrekombinationen auch aus höher angeregten Zuständen erfolgen, wobei durch solche Rekombinationen Strahlung mit größerer Energie und somit kürzerer Wellenlänge emittiert wird. Eine dadurch bewirkte Verschiebung des Emissionsspektrums zu einer kürzeren
Wellenlänge hin kann vorteilhaft dadurch vermindert oder sogar ganz kompensiert werden, dass die an die mindestens eine Hochbarriereschicht angrenzende Quantentopfschicht eine geringere Bandlücke als die übrigen Quantentopfschichten aufweist .
Eine alternative Möglichkeit, den Effekt einer Verschiebung des Emissionsspektrums zu einer kürzeren Wellenlänge hin zu vermindern oder zu kompensieren, besteht darin, dass
zumindest eine Quantentopfschicht , welche an einer dem p-Typ- Halbleiterbereich zugewandten Seite an die mindestens eine
Hochbarriereschicht angrenzt, eine größere Dicke aufweist als die übrigen Quantentopfschichten . Ähnlich wie die
Verringerung der elektronischen Bandlücke führt auch eine Vergrößerung der Dicke der Quantentopfschicht zu einer
Vergrößerung der emittierten Wellenlänge und somit zu einer Verminderung oder Kompensation des unerwünschten Effekts.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Figur 5 eine graphische Darstellung der elektronischen
Bandlücke in Abhängigkeit von einer in senkrechter Richtung verlaufenden Ortskoordinate z bei einem fünften Ausführungsbeispiel, und
Figur 6 eine graphische Darstellung der relativen
Helligkeit B ( ) / B(T=25°C) in Abhängigkeit von der Temperatur T bei einem optoelektronischen
Halbleiterchip gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einem herkömmlichen optoelektronischen Halbleiterchip. Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die
dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen .
Der in Figur 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterchip 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist ein LED-Chip, der einen p-Typ-Halbleiterbereich 4, einen n-Typ- Halbleiterbereich 6 und eine zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich 4 und dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 angeordnete zur Emission von Strahlung geeignete aktive
Schicht 5 aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterchips 10 handelt es sich um einen sogenannten Dünnfilm-Halbleiterchip, von dem ein ursprünglich zum epitaktischen Aufwachsen der
Halbleiterschichten 4, 5, 6 verwendetes Aufwachssubstrat abgelöst wurde und stattdessen die Halbleiterschichtenfolge mittels einer Verbindungsschicht 2, insbesondere einer
Lotschicht, mit einem vom Aufwachssubstrat verschiedenen Trägersubstrat 1 verbunden wurde. Bei einem solchen Dünnfilm- Leuchtdiodenchip 10 ist der p-Typ-Halbleiterbereich 4 in der Regel dem Trägersubstrat 1 zugewandt. Zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich 4 und dem Trägersubstrat 1 ist vorteilhaft eine Spiegelschicht 3 angeordnet, welche vorteilhaft in
Richtung des Trägersubstrats 1 emittierte Strahlung in
Richtung zu einer Strahlungsaustrittsfläche 11 des
optoelektronischen Halbleiterchips hin umlenkt. Die
Spiegelschicht 3 ist beispielsweise eine Metallschicht, die Ag, AI oder Au enthält.
Zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen
Halbleiterchips 10 können beispielsweise eine erste
Kontaktschicht 8 an einer Rückseite des Trägersubstrats 1 und eine zweite Kontaktschicht 9 auf einem Teilbereich der
Strahlungsaustrittsfläche 11 vorgesehen sein.
Der p-Typ-Halbleiterbereich 4 und der n-Typ-Halbleiterbereich 6 können jeweils aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein und müssen nicht notwendigerweise ausschließlich aus p- dotierten Schichten oder n-dotierten Schichten bestehen, sondern können beispielsweise auch eine oder mehrere
undotierte Schichten aufweisen.
Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte der optoelektronische Halbleiterchip 10 auch eine
entgegengesetzte Polarität aufweisen, das heißt, es könnte der n-Typ-Halbleiterbereich 6 einem Substrat und der p-Typ- Halbleiterbereich 4 einer Strahlungsaustrittsfläche 11 des optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt sein (nicht dargestellt) . Dies ist in der Regel bei optoelektronischen Halbleiterchips der Fall, bei denen das zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichten verwendete
Aufwachssubstrat nicht abgelöst wird, da in der Regel der n- Typ-Halbleiterbereich zuerst auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen wird.
Die zur Emission von Strahlung vorgesehene aktive Schicht 5 des optoelektronischen Halbleiterchips 10 ist als Mehrfach- Quantentopfstruktur 7 ausgebildet. Die Mehrfach- Quantentopfstruktur 7 weist eine Mehrzahl von abwechselnd angeordneten Quantentopfschichten 71 und Barriereschichten 72, 73 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Mehrfach-Quantentopfstruktur 7 einhundert Schichtpaare aus jeweils einer QuantentopfSchicht 71 und einer
Barriereschicht 72, 73 auf. Die Quantentopfschichten 71 weisen jeweils eine elektronische Bandlücke Ew auf. Ausgehend von dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 des optoelektronischen Halbleiterchips 10 weisen die ersten 98 Barriereschichten jeweils eine elektronische Bandlücke Eb auf.
Die beiden dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 am nächsten
liegenden Barriereschichten 73 sind jeweils als
Hochbarriereschicht 73 ausgeführt, die eine größere elektronische Bandlücke Ehb aufweisen als die übrigen
Barriereschichten 72. Hierzu unterscheiden sich die
Hochbarriereschichten 73 in der Materialzusammensetzung von den übrigen Barriereschichten 72. Die größere elektronische Bandlücke Ehw der Hochbarriereschichten 73 kann insbesondere dadurch erzeugt sein, dass die Hochbarriereschichten 73 einen größeren Aluminiumanteil als die übrigen Barriereschichten 72 aufweisen. Beispielsweise können die Hochbarriereschichten 73 Ino. 5Al o . 5 P und die übrigen Barriereschichten 72
Ino. 5Gao . 25Al o . 25 P aufweisen.
Aufgrund der erhöhten elektronischen Bandlücke Ehb wirken die Hochbarriereschichten 73 insbesondere als Barriere für Löcher und erschweren das Eindringen von Löchern aus dem p-Typ- Halbleiterbereich 4 in den dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 zugewandten Teil der Quantentopfstruktur 7. Beim Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 ist die Konzentration von Löchern daher in den Quantentopfschichten 71, welche an die dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 zugewandten Grenzflächen der Hochbarriereschichten 73 angrenzen, höher als in den übrigen 98 Quantentopfschichten 71 der Mehrfach- Quantentopfstruktur 7. Insbesondere bei niedrigen
Betriebstemperaturen entsteht dadurch eine ungleichmäßige Ladungsträgerverteilung in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 7, welche die Effizienz der Strahlungserzeugung vermindert.
Bei höheren Betriebstemperaturen können die
Hochbarriereschichten 73 leichter von den Löchern passiert werden, so dass die Ladungsträgerverteilung mit zunehmender Temperatur gleichmäßiger wird. Auf diese Weise erhöht sich die Effizienz der Strahlungserzeugung mit zunehmender
Temperatur. Dieser Effekt vermindert oder kompensiert
vorteilhaft den gegenläufigen Effekt, dass die Effizienz der Strahlungserzeugung in der aktiven Schicht 5 mit zunehmender Temperatur aufgrund eines schlechteren Einschlusses der
Ladungsträger in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 7 abnimmt, wie es typischerweise bei Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips beobachtet wird. Der optoelektronische
Halbleiterchip 10 zeichnet sich daher durch eine verbesserte Temperaturstabilität der emittierten Helligkeit aus.
Der in Figur 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterchip 10 ist zum Beispiel zur Emission bei einer Wellenlänge von
590 nm vorgesehen. Es hat sich herausgestellt, dass sich die Helligkeit bei Raumtemperatur aufgrund der beiden
Hochbarriereschichten 73 um etwa 15 Prozent im Vergleich zu einem ansonsten identischen Halbleiterchip vermindert, bei dem alle einhundert Barriereschichten 72 aus Ino.5Gao.25Alo.25P gebildet sind. Bei einer Betriebstemperatur von 100 °C emittiert der optoelektronische Halbleiterchip 10 aber die gleiche Helligkeit wie ein ansonsten identischer
herkömmlicher Halbleiterchip, bei dem alle Barriereschichten die gleiche elektronische Bandlücke aufweisen. Die relative Änderung der Helligkeit mit der Betriebstemperatur ist daher bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 10 gemäß dem
Ausführungsbeispiel geringer als bei dem Vergleichsbeispiel, bei dem alle Barriereschichten die gleiche elektronische Bandlücke aufweisen.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 10 dargestellt, der zur Emission bei einer Wellenlänge von 615 nm vorgesehen ist. Der optoelektronische Halbleiterchip 10 unterscheidet sich vom
Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch, dass die als aktive Schicht 5 fungierende Mehrfach-Quantentopfstruktur 7 fünfzig Schichtpaare aus Quantentopfschichten 71 und Barriereschichten 72, 73 aufweist. Im Gegensatz zum
vorherigen Ausführungsbeispiel ist ausgehend vom p-Typ- Halbleiterbereich 4 nur die erste Barriereschicht 73 als Hochbarriereschicht 73 ausgeführt. Die Hochbarriereschicht 73 enthält Ino.5Alo.5P und weist daher eine größere elektronische Bandlücke auf als die 49 übrigen Barriereschichten 72, die jeweils Ino.5Gao.25Alo.25P aufweisen.
Dadurch, dass die ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich 4 erste Barriereschicht als Hochbarriereschicht 73 ausgeführt ist, reduziert sich die Helligkeit des optoelektronischen Halbleiterchips 10 bei Raumtemperatur um etwa 17 Prozent im Vergleich zu einem ansonsten identischen optoelektronischen Halbleiterchip, bei dem alle Barriereschichten die gleiche elektronische Bandlücke aufweisen. Die relative Verminderung der Helligkeit bei einer Temperaturerhöhung auf 100 °C beträgt bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 40 Prozent anstelle von 50 Prozent bei einem
herkömmlichen Halbleiterchip, der Barriereschichten mit gleicher elektronischer Bandlücke aufweist. Der relative Helligkeitsverlust zwischen Raumtemperatur und einer
Betriebstemperatur von 100 °C reduziert sich somit
vorteilhaft bei dem Ausführungsbeispiel um 20 Prozent
gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterchip.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Vorteile des in Figur 2 dargestellten optoelektronischen Halbleiterchips 10 entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals näher erläutert.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterchips 10 dargestellt, bei dem es sich um eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Figur 1 handelt. Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch, dass die beiden Quantentopfschichten 74, welche an einer dem p- Typ-Halbleiterbereich 4 zugewandten Seite an die beiden
Hochbarriereschichten 73 angrenzen, eine elektronische
Bandlücke Eiw aufweisen, welche geringer ist als die
Bandlücke Ew der übrigen Quantentopfschichten 71. Dies ist vorteilhaft, da sich herausgestellt hat, dass die
Hochbarriereschichten 73 eine erhöhte Konzentration von
Löchern in den in Richtung des p-Typ-Halbleiterbereichs 4 angrenzenden Quantentopfschichten 74 bewirken. Aufgrund der hohen Ladungsträgerkonzentration in diesen
Quantentopfschichten 74 erfolgen Strahlungserzeugende
Ladungsträgerrekombinationen auch aus höher angeregten
Zuständen, wodurch energiereichere Strahlung mit kürzerer Wellenlänge emittiert wird. Dieser Effekt wird dadurch vermindert oder sogar kompensiert, dass die elektronische Bandlücke Eiw der Quantentopfschichten 74, welche an einer dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 zugewandten Seite an die
Hochbarriereschichten 73 angrenzen, im Vergleich zu den übrigen Quantentopfschichten 71 vermindert ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Vorteile des in Figur 3 dargestellten optoelektronischen Halbleiterchips 10
entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals näher erläutert.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterchips 10 dargestellt, bei dem es sich um eine Abwandlung des in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels handelt. Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 dadurch, dass die QuantentopfSchicht 75, welche an einer dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 zugewandten Seite an die Hochbarriereschicht 73 angrenzt, eine Dicke d2 aufweist, welche größer als die Dicke di der übrigen
Quantentopfschichten 71 ist. Die Vergrößerung der Dicke der an die Hochbarriereschicht 73 angrenzenden QuantentopfSchicht 75 stellt eine Alternative zu der in Figur 3 gezeigten
Möglichkeit dar, die Emissionswellenlänge der in der
QuantentopfSchicht 75 emittierten Strahlung zu verringern, um einen gegenläufigen Effekt durch Ladungsträgerrekombinationen aus höher angeregten Zuständen zu vermindern oder ganz zu kompensieren. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter
Ausgestaltungen entspricht das in Figur 4 dargestellte
Ausführungsbeispiel dem in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel . In Figur 5 ist der Verlauf der elektronischen Bandlücke Eg in Abhängigkeit von einer in senkrechter Richtung verlaufenden Ortskoordinate z bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 10 dargestellt. Es handelt sich um einen zur Emission bei einer Wellenlänge von 615 nm vorgesehenen Halbleiterchip, der auf dem Materialsystem
InGaAlP basiert und wie bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel fünfzig Schichtpaare aus abwechselnden Quantentopfschichten und Barriereschichten aufweist. Die ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich erste Barriereschicht ist als Hochbarriereschicht 73 geführt, die eine wesentlich größere elektronische Bandlücke aufweist als die übrigen Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur . Die
Funktion der Hochbarriereschicht 73 und die sich daraus ergebenden Vorteile entsprechen den zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispielen und werden daher an dieser Stelle nicht nochmals näher erläutert. Alternativ zu dem in Figur 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel wäre es auch möglich, die
Hochbarriereschicht 73 nicht nach der ausgehend vom p-Typ- Halbleiterbereich 4 ersten QuantentopfSchicht anzuordnen, sondern erst nach mehreren Quantentopfschichten . Insbesondere kann die Hochbarriereschicht 73 zwischen einer
QuantentopfSchicht , welche ausgehend vom p-Typ- Halbleiterbereich die m-te QuantentopfSchicht ist, und der unmittelbar benachbarten QuantentopfSchicht angeordnet werden, wobei m eine Zahl zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 10 ist.
In Figur 6 ist die gemessene relative Helligkeit B(T)/
B(T=25°C) für einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (Kurve 12) im Vergleich zu einem herkömmlichen Halbleiterchip (Kurve 13) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur T dargestellt. Bei dem
optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem
Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen auf dem
Halbleitermaterial InGaAlP basierenden Leuchtdiodenchip mit einer Mehrfach-Quantentopfstruktur, die 100 Schichtpaare aus Quantentopfschichten und Barriereschichten aufweist, wobei die ausgehend von dem p-Typ-Halbleiterbereich ersten 10
Barriereschichten als Hochbarriereschichten ausgeführt sind, die eine größere elektronische Bandlücke als die übrigen 90
Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur aufweisen. Bei dem Vergleichsbeispiel eines herkömmlichen
Halbleiterchips handelt es sich um einen ansonsten gleich aufgebauten Halbleiterchip, bei dem alle 100
Barriereschichten die gleiche elektronische Bandlücke
aufweisen . Bei einer niedrigen Temperatur T verringern die
Hochbarriereschichten des Ausführungsbeispiels eines
optoelektronischen Halbleiterchips die emittierte Helligkeit, da der Ladungsträgertransport von Löchern in die 90
Quantentopfschichten, die den Hochbarriereschichten in
Richtung zu dem n-Typ-Halbleiterbereich hin nachfolgen, reduziert ist. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Temperatur T ab, da die Ladungsträger mit zunehmender Temperatur eine größere Beweglichkeit aufweisen und somit die
Hochbarriereschichten leichter passieren können. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem
Ausführungsbeispiel nimmt die Helligkeit mit zunehmender Temperatur daher weniger ab als bei dem herkömmlichen
Halbleiterchip. Beispielsweise ist die Verminderung der
Helligkeit bei einer Temperatur von T = 100 °C um etwa 7
Prozent geringer als bei dem herkömmlichen Halbleiterchip.
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 Halbleiterchip (10), umfassend:
- einen p-Typ-Halbleiterbereich (4),
- einen n-Typ-Halbleiterbereich (6),
- eine zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ-Halbleiterbereich (6) angeordnete aktive Schicht (5), die als Mehrfach-Quantentopfstruktur (7)
ausgebildet ist, wobei die Mehrfach-Quantentopfstruktur (7) eine Mehrzahl von abwechselnden Quantentopfschichten
(71) und Barriereschichten (72, 73) aufweist,
wobei mindestens eine Barriereschicht, welche näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich (4) als an dem n-Typ- Halbleiterbereich (6) angeordnet ist, eine
Hochbarriereschicht (73) ist, die eine elektronische Bandlücke Ehb aufweist, die größer ist als eine
elektronische Bandlücke Eb der übrigen Barriereschichten
(72) .
2. Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 1,
wobei die mindestens eine Hochbarriereschicht (73) eine Bandlücke Ehb aufweist, für die gilt:
Ehb - Eb > 0,05 eV.
3. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Mehrfach-Quantentopfstruktur (7) nicht mehr als 10 Hochbarriereschichten (73) aufweist.
4. Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 3,
wobei ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich die ersten k Barriereschichten Hochbarriereschichten sind, wobei k eine Zahl zwischen 1 und 10 ist.
5. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Mehrfach-Quantentopfstruktur (7) genau eine Hochbarriereschicht (73) aufweist.
6. Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 5,
wobei die Hochbarriereschicht (73) zwischen einer
QuantentopfSchicht (71), welche ausgehend vom p-Typ- Halbleiterbereich die m-te QuantentopfSchicht (71) ist, und der unmittelbar benachbarten QuantentopfSchicht (71) angeordnet ist, wobei m eine Zahl zwischen 1 und 20 ist.
7. Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 6,
wobei m = 1 ist.
8. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Mehrfach-Quantentopfstruktur (7) mehrere
Hochbarriereschichten (73) aufweist, welche näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich (4) als an dem n-Typ- Halbleiterbereich (6) angeordnet sind.
9. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die mindestens eine Hochbarriereschicht (73) und die übrigen Barriereschichten (72) jeweils InxAlyGai-x-yP, InxAlyGai-x-yN oder InxAlyGai-x_yAs mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 uns x + y < 1 aufweisen, und wobei der Aluminiumgehalt y der mindestens einen Hochbarriereschicht (73) größer ist als der Aluminiumgehalt y der übrigen Barriereschichten (72)
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Anzahl der übrigen Barriereschichten (72) mindestens 10 beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 10, wobei die Anzahl der übrigen Barriereschichten (72) mindestens 20 beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Anzahl der übrigen Barriereschichten (72) mit der Bandlücke Eb mindestens 5 mal so groß ist wie die Anzahl der Hochbarriereschicht (en) (73) mit der erhöhten Bandlücke Ehb.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Anzahl der übrigen Barriereschichten (72) mit der Bandlücke Eb mindestens 10 mal so groß ist wie die Anzahl der Hochbarriereschicht (en) (73) mit der erhöhten Bandlücke Ehb.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine QuantentopfSchicht (74), welche an einer dem p-Typ-Halbleiterbereich zugewandten Seite an die mindestens eine Hochbarriereschicht (73) angrenzt, eine elektronisches Bandlücke Eiw aufweist, welche geringer ist als die Bandlücke Ew übrigen Quantentopfschichten (71).
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine QuantentopfSchicht (75) , welche an einer dem p-Typ-Halbleiterbereich zugewandten Seite an die mindestens eine Hochbarriereschicht (73) angrenzt, eine Dicke aufweist, welche größer ist als die Dicke der übrigen Quantentopfschichten (71).
PCT/EP2014/065750 2013-07-25 2014-07-22 Optoelektronischer halbleiterchip mit einem mehrfach-quantentopf mit mindestens einer hochbarrierenschicht WO2015011155A1 (de)

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CN201480042009.7A CN105493299B (zh) 2013-07-25 2014-07-22 具有带有至少一个高阻挡层的多量子阱的光电子半导体芯片
JP2016528508A JP6113363B2 (ja) 2013-07-25 2014-07-22 少なくとも１つの高障壁層を有する多重量子井戸を備えたオプトエレクトロニクス半導体チップ
US15/645,813 US10121936B2 (en) 2013-07-25 2017-07-10 Optoelectronic semiconductor chip comprising a multi-quantum well comprising at least one high barrier layer

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WO (1) WO2015011155A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017125505A1 (de) * 2016-01-21 2017-07-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
US20210334438A1 (en) * 2017-05-22 2021-10-28 Purdue Research Foundation Method and system for realistic and efficient simulation of light emitting diodes having multi-quantum-wells

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014117611A1 (de) 2014-12-01 2016-06-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip
JP6477642B2 (ja) * 2016-09-23 2019-03-06 日亜化学工業株式会社 発光素子
DE102019100625A1 (de) * 2019-01-11 2020-07-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement mit mehrfach-quantentopfstruktur und optoelektronische halbleitervorrichtung

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5502739A (en) * 1993-04-05 1996-03-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device
EP1914813A2 (de) * 2006-10-18 2008-04-23 Samsung Electronics Co., Ltd Optoelektronische Halbleitervorrichtung
US20080308787A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode having active region of multi quantum well structure
US20090045392A1 (en) * 2006-12-26 2009-02-19 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Nitride semiconductor device
US20120056157A1 (en) * 2009-09-01 2012-03-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same
US8379684B1 (en) * 2011-08-16 2013-02-19 Corning Incorporated Hole blocking layers in non-polar and semi-polar green light emitting devices
US20130069034A1 (en) * 2010-02-24 2013-03-21 Riken Light-emitting element having nitride semiconductor multiquantum barrier, and process for production thereof

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05102604A (ja) * 1991-10-11 1993-04-23 Fuji Xerox Co Ltd 半導体レーザ装置
JPH07235732A (ja) * 1993-12-28 1995-09-05 Nec Corp 半導体レーザ
MY129352A (en) * 2001-03-28 2007-03-30 Nichia Corp Nitride semiconductor device
JP4119158B2 (ja) * 2002-04-23 2008-07-16 三菱電機株式会社 傾斜状多重量子バリアを用いた半導体発光素子
JP4850453B2 (ja) * 2005-08-11 2012-01-11 ローム株式会社 半導体発光装置の製造方法及び半導体発光装置
KR100753518B1 (ko) * 2006-05-23 2007-08-31 엘지전자 주식회사 질화물계 발광 소자
DE102006046237A1 (de) 2006-07-27 2008-01-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiter-Schichtstruktur mit Übergitter
KR20080035865A (ko) * 2006-10-20 2008-04-24 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자
JP5102604B2 (ja) 2007-12-21 2012-12-19 グローリー株式会社 商品自動販売機
TWI566431B (zh) * 2008-07-24 2017-01-11 榮創能源科技股份有限公司 組合式電子阻擋層發光元件
TWI389344B (zh) * 2008-08-25 2013-03-11 Epistar Corp 光電元件
KR101527261B1 (ko) * 2009-04-03 2015-06-08 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 광전 소자의 제조 방법, 광전 소자, 및 복수 개의 광전 소자를 포함하는 소자 장치
US8575592B2 (en) 2010-02-03 2013-11-05 Cree, Inc. Group III nitride based light emitting diode structures with multiple quantum well structures having varying well thicknesses
JP2011238678A (ja) * 2010-05-07 2011-11-24 Panasonic Corp 半導体発光装置
JP5325171B2 (ja) * 2010-07-08 2013-10-23 株式会社東芝 半導体発光素子
TWI566429B (zh) * 2010-07-09 2017-01-11 Ｌｇ伊諾特股份有限公司 發光裝置
JP5648475B2 (ja) * 2010-12-28 2015-01-07 信越半導体株式会社 発光素子
CN102130246A (zh) * 2011-01-14 2011-07-20 映瑞光电科技(上海)有限公司 多量子阱结构、发光二极管和发光二极管封装件
KR101830782B1 (ko) * 2011-09-22 2018-04-05 삼성전자주식회사 그래핀을 포함하는 전극 구조체 및 전계효과 트랜지스터
DE102011115312B4 (de) 2011-09-29 2022-03-10 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterschichtenfolge, optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge
JP2013102061A (ja) * 2011-11-09 2013-05-23 Toshiba Corp 半導体発光素子
JP6001446B2 (ja) * 2012-12-28 2016-10-05 株式会社東芝 半導体発光素子及びその製造方法
KR20140117117A (ko) * 2013-03-26 2014-10-07 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 질화물 반도체 발광소자
CN105103309B (zh) * 2013-04-12 2018-09-07 首尔伟傲世有限公司 紫外发光器件
US9640716B2 (en) * 2015-07-28 2017-05-02 Genesis Photonics Inc. Multiple quantum well structure and method for manufacturing the same
KR20170052738A (ko) * 2015-11-03 2017-05-15 삼성전자주식회사 반도체 발광소자

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5502739A (en) * 1993-04-05 1996-03-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device
EP1914813A2 (de) * 2006-10-18 2008-04-23 Samsung Electronics Co., Ltd Optoelektronische Halbleitervorrichtung
US20090045392A1 (en) * 2006-12-26 2009-02-19 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Nitride semiconductor device
US20080308787A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode having active region of multi quantum well structure
US20120056157A1 (en) * 2009-09-01 2012-03-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same
US20130069034A1 (en) * 2010-02-24 2013-03-21 Riken Light-emitting element having nitride semiconductor multiquantum barrier, and process for production thereof
US8379684B1 (en) * 2011-08-16 2013-02-19 Corning Incorporated Hole blocking layers in non-polar and semi-polar green light emitting devices

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017125505A1 (de) * 2016-01-21 2017-07-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
US20210334438A1 (en) * 2017-05-22 2021-10-28 Purdue Research Foundation Method and system for realistic and efficient simulation of light emitting diodes having multi-quantum-wells

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