WO2016151112A1 - Optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers Download PDF

Info

Publication number
WO2016151112A1
WO2016151112A1 PCT/EP2016/056649 EP2016056649W WO2016151112A1 WO 2016151112 A1 WO2016151112 A1 WO 2016151112A1 EP 2016056649 W EP2016056649 W EP 2016056649W WO 2016151112 A1 WO2016151112 A1 WO 2016151112A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
injection
active layer
semiconductor
sequence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/056649
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alvaro Gomez-Iglesias
Asako Hirai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to US15/561,509 priority Critical patent/US10490695B2/en
Priority to CN201680018540.XA priority patent/CN107431104B/zh
Priority to JP2017549466A priority patent/JP6526227B2/ja
Publication of WO2016151112A1 publication Critical patent/WO2016151112A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US16/660,449 priority patent/US10910516B2/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/8215—Bodies characterised by crystalline imperfections, e.g. dislocations; characterised by the distribution of dopants, e.g. delta-doping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
    • H01S5/0424—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer lateral current injection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
    • H10H20/01335—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
    • H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/816—Bodies having carrier transport control structures, e.g. highly-doped semiconductor layers or current-blocking structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN

Definitions

  • a semiconductor layer sequence comprising a first layer of a first conductivity type, a second layer of a second conductivity type and one between the first
  • the active layer is set up in the
  • the first layer may be, for example, a p-doped layer having holes as charge carriers.
  • the second layer is then, for example, an n-doped one
  • the two layers can also be reversed or equally doped, for example n- or p-doped.
  • the conductivity type refers here and below to the
  • the first layer comprises all semiconductor layers between a first main side of the semiconductor layer sequence and the active layer.
  • the second layer may include all layers between one of the first major sides
  • Semiconductor layer sequence and the active layer include.
  • the semiconductor layer sequence is based for example on an I I I / V compound semiconductor material.
  • Semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material, such as Al n In ] __ n _ m Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material, such as
  • Semiconductor layer sequence that is, Al, As, Ga, In, N or P, indicated, although these may be partially replaced by small amounts of other substances and / or supplemented.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the active layer of the semiconductor layer sequence contains in particular at least one pn junction and / or at least one quantum well structure.
  • a radiation generated by the active layer in operation is in particular in the
  • Spectral range between 400 nm and 800 nm inclusive.
  • Semiconductor body has a plurality of laterally juxtaposed injection areas, wherein
  • Semiconductor layer sequence is doped such that within the entire injection region, the semiconductor layer sequence of the same conductivity type as the first layer
  • the injection area is thus a doped one
  • Part of the semiconductor layer sequence for example, a p-doped region, when the first layer is also p-doped. Under the lateral direction becomes thereby
  • each injection region extends from the first layer into the active layer and penetrates the active layer at least partially or completely.
  • each injection region is preferably surrounded laterally by a continuous path of the active layer, wherein in the continuous path around the injection area the active layer is less or opposite doped than in the injection area.
  • the injection region is thus bounded or defined in the lateral direction by a transition from a doped region into a less or oppositely doped region.
  • the injection area for example
  • the injection area is preferably complete and
  • each injection region differs from the remaining semiconductor layer sequence surrounding it.
  • the material composition of the semiconductor layer sequence and the injection regions are then identical, for example, except for the concentration of the dopant. Furthermore, the geometric course of the layers is preferred
  • Crystal lattice is changed within the injection area.
  • the high degree of doping may lead to the migration or migration of essential constituents of the crystal lattice, such as, for example, indium in an AlInGaN semiconductor layer sequence. This process will be described
  • Injection area is then compared to the indium content of increased or reduced adjacent semiconductor layer sequence, for example by at least 10% or 50%.
  • charge carriers at least partially pass from the first layer into the injection areas and are injected directly into the active layer from there.
  • Insulation layers spaced apart and electrically isolated.
  • a semiconductor layer sequence comprising a first layer of a first conductivity type, a second layer of a second conductivity type, and an active layer disposed between the first layer and the second layer which are electromagnetic in normal operation
  • a multiplicity of injection regions arranged side by side in the lateral direction are present in the semiconductor body, the semiconductor layer sequence being doped within each injection region in such a way that the semiconductor layer sequence has the same conductivity type as the first layer within the entire injection region. Everybody pervades
  • the active layer at least partially. Furthermore, everyone is
  • Injection area laterally surrounded by a continuous path of the active layer, in which the active layer is less or opposite doped than in
  • Injection area In the operation of the semiconductor body arrive Charge carriers at least partially from the first layer in the injection areas and are injected from there directly into the active layer.
  • the invention described here is based inter alia on the finding that the internal quantum efficiency, in particular of nitride-based LEDs, by a
  • Hole transport into the active layer is often inhibited by the barrier height of the quantum wells within the active layer. But also the occurrence of polarization charges inhibits the hole transport.
  • Multiquantentopf is thereby made possible that in all quantum wells preferably uniformly charge carriers
  • Injection areas of the grown semiconductor layer sequence superimposed. That is, the semiconductor layer sequence has first grown completely, only after the growth via a doping process, the injection areas
  • the injection regions are thus doped subregions within the semiconductor layer sequence, which are superimposed on the semiconductor layer sequence.
  • the positions of the injection regions are uncorrelated to positions of any crystal defects within the semiconductor layer sequence.
  • Such crystal defects may be in the form of lattice dislocations, for example.
  • Lattice dislocations arise, for example, in the growth of the semiconductor layer sequence due to the lattice constant adaptation to the
  • these crystal defects or lattice dislocations are distributed purely statistically, so have no regular geometric arrangement within the
  • Lattice dislocation density on growth on a sapphire substrate typically 10 ⁇ to 10 ⁇ per cm ⁇ , but when grown on a GaN substrate, the lattice dislocation density may be a few orders of magnitude smaller.
  • V-shaped notches in the case of nitride-based semiconductor materials, V-shaped notches, so-called V-pits, occur in the active layer due to such lattice dislocations.
  • V pits which arise during the growth of the semiconductor layer sequence are in no way correlated with the injection regions.
  • the active layer extends continuously planar within at least 50% or at least 90% or at least 99% of the injection regions.
  • continuous planar means that the active layer does not have any steps or structures or indentations within the entire injection region whose depth, perpendicular to the main extension direction of the active layer, is more than 10 nm or more than 20 nm.
  • at least 50% or 90% or 99% of the area of the active layer is formed planar within each injection area.
  • the active layer is for example, slightly n-doped, the injection areas are then preferably p-doped.
  • the active portion is the active
  • Layer on a quantum well structure with at least one or more quantum well layers For example, each time between two adjacent quantum well layers
  • the band gaps between valence band and conduction band are smaller in the area of the quantum well layer than in the area of the quantum well
  • the wavelength of the radiation which is emitted during recombination within the quantum well layer can be set via the width of the quantum well layer and the band gap occurring in the quantum well layer.
  • the main directions of extension of the barrier layers and of the quantum well layers in this case run essentially parallel to the main direction of extension of the active ones
  • the width is perpendicular to
  • the injection regions taper in a direction away from the first
  • Injection areas complete the active layer and at least partially protrude into the second layer.
  • the injection regions preferably protrude into the second layer at least 50 nm or at least 100 nm or at least 150 nm.
  • the injection regions preferably protrude into the second layer at least 50 nm or at least 100 nm or at least 150 nm.
  • Semiconductor layer sequence on a nitride compound semiconductor material in particular all layers of the semiconductor layer sequence are based on a nitride compound semiconductor material.
  • the first layer and the injection regions are p-doped and have holes as the first conductivity type.
  • the active layer may be, for example, a
  • Quantum well structure based on AlGalnN have.
  • the injection areas are arranged on grid points of a regular grid in a plan view of the active layer.
  • the injection areas are then distributed in a matrix-like or hexagonal manner along the active layer.
  • Injection regions along the active layer are therefore preferably not arbitrary but follow a pattern and are periodic or regular.
  • the injection areas within the active layer have one
  • the lateral direction a width measured in the lateral direction, each of at least 100 nm or at least 150 nm or at least 200 nm.
  • Diameter or the width of the injection areas at most 500 nm or at most 250 nm or at most 200 nm.
  • Diameter or width is for example the maximum or average diameter or the maximum or average width.
  • the first layer has a thickness perpendicular to the main extension direction of
  • the thickness of the second layer is preferably in the range of between 3 ym and 6 ym inclusive.
  • the thickness of the active layer is, for example, between 50 nm and 200 nm inclusive, and may have, for example, five to ten quantum well layers.
  • Area occupation density of the injection areas along the entire active layer at least 0.5% or at least 1% or at least 2%. Alternatively or additionally, the area occupation density is at most 30% or at most 10% or at most 3%.
  • Doping concentration within the injection areas also have a gradient, so that the
  • Doping concentration for example, continuously decreases from the inside to the outside in the lateral direction. Also a gradient of the doping concentration perpendicular to
  • the carrier may be on a side facing away from the first layer or facing side of the semiconductor layer sequence
  • the carrier may be the
  • Waxing substrate for the semiconductor layer sequence or be subsequently applied subcarrier The carrier serves in particular for stabilization and mechanical support of the semiconductor layer sequence.
  • the carrier serves in particular for stabilization and mechanical support of the semiconductor layer sequence.
  • semiconductor body then self-supporting designed as a surface emitter or volume emitter. It is possible, for example, that the semiconductor body is a sapphire chip or a
  • the method for producing an optoelectronic semiconductor body comprises a step A, in which a semiconductor layer sequence of a first layer of a first conductivity type, a second layer of a second conductivity type and an active layer arranged between the first layer and the second layer is provided, being in the
  • Semiconductor layer sequence then selectively doped in at least one laterally defined and laterally limited injection area. It is doped in step B such that within the entire injection area the
  • the resulting injection region penetrates from the first
  • step B the injection area is then doping
  • the active layer for example laterally partially or completely surrounded by a continuous and uninterrupted path of the active layer, in which the active layer is less or oppositely doped than in the injection region.
  • step B a mask is applied to the side of the first layer facing away from the active layer.
  • the mask is preferred
  • Semiconductor layer sequence is exposed. Areas of Semiconductor layer sequences outside the window are covered by the mask.
  • the doping is carried out by an ion implantation process, wherein doping atoms are shot from a side of the mask facing away from the active layer onto the mask.
  • Window preferably only in the area of the window.
  • the doping below the mask is preferably suppressed by the mask, in particular completely suppressed.
  • a mask layer is first applied to the mask for the production of the mask
  • lithography process such as a stepper process or a nanoimprint lithography process
  • the mask comprises or consists of a metal, such as gold, silver, aluminum, titanium or steel. It is also conceivable that the mask is formed from a photoresist or has a photoresist.
  • Healing process can be some impurity or
  • Lattice defects generated by the ion implantation process re-heal.
  • the semiconductor layer sequence is heated, for example to a temperature of at least 1000 ° C. According to at least one embodiment, the
  • step B Wax substrate side facing away, for example by ion implantation.
  • an auxiliary carrier is applied to the side of the semiconductor layer sequence facing away from the growth substrate and the growth substrate is detached. This way you can
  • a thin film semiconductor chip having the above injection ranges can be manufactured.
  • the growth substrate can remain in the semiconductor body and can be dispensed with an auxiliary carrier.
  • a volume semiconductor chip such as a sapphire chip could be generated.
  • the growth substrate may be, for example, a silicon or GaAs or GaN or SiC or sapphire growth substrate.
  • FIGS. 3A to 3C show exemplary embodiments of method steps for producing an optoelectronic semiconductor body in a cross-sectional view.
  • an optoelectronic semiconductor body 100 is shown in plan view of an active layer 11 of FIG. 1A.
  • the active layer 11 is penetrated by injection regions 2, which in the present case are regularly arranged in a rectangular or square matrix pattern.
  • the injection areas 2 have a circular or elliptical cross-sectional area.
  • the injection regions 2 are not arbitrary within the semiconductor layer sequence 1
  • FIG. 1B shows an embodiment of a
  • the optoelectronic semiconductor body 100 along the line ⁇ ⁇ of Figure 1A. It can be seen that the semiconductor body 100 has a carrier 13 on which a
  • the carrier 13 is, for example, the growth substrate for the
  • the carrier 13 is, for example, a sapphire carrier which
  • Semiconductor layer sequence 1 is based for example on
  • the semiconductor layer sequence 1 comprises a first layer 10 of a first conductivity type, an active layer 11 and a second layer 12 of a second conductivity type, wherein the active layer 11 is arranged between the first layer 10 and the second layer 12 and the second layer 12 is arranged on the carrier 13 is facing.
  • the first layer 10 is p-doped, for example
  • the second layer 12 is n-doped, for example.
  • the active layer 11 may be undoped or, for example, slightly n-doped.
  • Injection region 2 can be seen from FIG. 1A.
  • Injection region 2 is a doped portion of the
  • the doping is selected such that within the entire injection region 2, the same conductivity type as in the first layer 10 is present.
  • the injection area 2 is like the first layer 10 p-doped and has holes as
  • the doping concentration within the injection region 2 is for example at least Dot- ⁇ doping atoms per cm ⁇ .
  • the doping atoms are, for example, Mg.
  • the injection region 2 is superimposed on the semiconductor layer sequence 1 in such a way that the position and geometric shape of the injection region 2 have no influence on the course of the Has layers within the semiconductor layer sequence 1.
  • the injection region 2 is based on the same base material as the semiconductor layer sequence 1 and is only additionally doped or more heavily doped in comparison to the rest of the semiconductor layer sequence 1.
  • the active layer 11 is continuous throughout the entire injection area 2 and has no steps or notches with a vertical extension of more than 20 nm.
  • Lattice defect such as a lattice dislocation or as a V-pit 4 to be found within an injection area 2 is preferably at most 50%.
  • a V-pit 4 is arranged laterally next to the injection area 2. The V-Pit 4 is in
  • the injection region 2 extends through the entire first layer 10 and the entire active layer 11 and projects partially into the second layer 12, for example at least 50 nm. It rejuvenates the injection region 2
  • Injection region 2 in the direction away from the first layer 10. Lateral, that is parallel to one
  • the doping level is opposite or at least two orders of magnitude smaller than in the region of the injection area 2.
  • the doping level is opposite or at least two orders of magnitude smaller than in the region of the injection area 2.
  • FIG. IC is a cross sectional view through the semiconductor body 100 along the line BB is shown ⁇ from the Figure 1A.
  • Injection region 2 of the semiconductor layer sequence 1 not.
  • the layer structure of the semiconductor layer sequence 1 is identical to the layer structure of FIG. 1B except for the injection region 2.
  • FIG. 2 shows again an embodiment of the semiconductor body 100 in cross-sectional view.
  • the active layer 11 is formed of a quantum well structure having a plurality of quantum well layers 110 and barrier layers 111 alternately stacked.
  • the active layer 11 has, for example, a thickness of between 50 nm and 200 nm.
  • quantum well layers 110 each have a thickness between 2 nm and 10 nm inclusive
  • the quantum well structure of FIG. 2 is based, for example, on AlInGaN and has between ten and 20 quantum well layers 110.
  • the band gaps are within the
  • Quantum well layers 110 are preferably smaller than within the barrier layers 111.
  • FIG. 2 shows the flow of charge carriers within the layers of the semiconductor layer sequence 1 during operation of the semiconductor body 100.
  • First charge carriers for example holes, are formed from the first layer 10 in FIGS.
  • Injection area 2 injected. From the injection area 2 For example, the first charge carriers can enter the active layer 11 directly. In this case, the first charge carriers are distributed over all quantum well layers 110, so that in each
  • Quantum well layer 110 first charge carriers are injected.
  • the first charge carriers are therefore preferred to all
  • Quantum well layers 110 distributed, in particular evenly distributed. Furthermore, second charge carriers, for example electrons, are likewise injected into the active layer 11 and the associated quantum well layers 110 from the second layer 12. Within the quantum well layers 110, the recombination of the electrons and holes can then occur, as a result of which electromagnetic radiation preferably arises in the UV range or in the visible range. In this case, the injection region 2 allows radiation generation to take place in all the quantum well layers 110, so that the
  • Semiconductor body 100 is in each case in
  • a semiconductor layer sequence 1 is first provided on a carrier 13.
  • the order of the individual layers of the semiconductor layer sequence 1 corresponds to the sequence from the figure IC.
  • a mask 3 On the opposite side of the first layer 10 is also a mask 3, for example made of a metal such as aluminum or silver or gold applied.
  • the mask 3 also has a window 30, in which the side facing away from the carrier 13 Semiconductor layer sequence 1 is exposed. The rest of
  • Semiconductor layer sequence 1 is covered with the mask 3.
  • FIG. 3A illustrates the start of a
  • ionized magnesium atoms are shot on a side facing away from the carrier 13 of the mask 3.
  • FIG. 3B shows a method step after the doping process by means of the ion implantation has ended.
  • Semiconductor layer sequence 1 is doped. Below the mask 3 in areas outside of the window 30, no or a lower doping of the semiconductor layer sequence 1 has occurred.
  • the mask 3 thus has the ions from the
  • FIG. 3C the same embodiment as shown in FIG. 3B is shown
  • Optoelectronic semiconductor body 100 Optoelectronic semiconductor body 100.
  • Figures 4A and 4B show further embodiments of an optoelectronic semiconductor body 100 in plan view of the active layer 11 of the semiconductor layer sequence 1.
  • the injection areas 2 are arranged in a regular hexagonal pattern
  • Figure 4B are the
  • Injection areas 2 turn in a square
  • Injection areas 2 have a round or oval cross-sectional shape, whereas in FIG. 4B the injection areas 2
  • Injection regions 2 have square cross-sectional shapes.
  • the arrangement of Injection regions 2 as well as the geometric cross-sectional shape of the injection regions 2 can be determined via the geometric shape and the arrangement of the windows 30 in the mask 3.
  • FIG. 4A shows a plurality of grating dislocations 4 in the form of V-pits 4, which due to the growth in the
  • V-pits 4 are distributed arbitrarily and not regularly or periodically in the semiconductor layer sequence 1. In particular, the positions of the injection areas 2 do not correlate with the

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

Ein optoelektronischer Halbleiterkörper (100) umfasst eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer ersten Schicht (10) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Schicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten Schicht (10) und der zweiten Schicht (12) angeordneten aktiven Schicht (11), die im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung absorbiert oder emittiert. In dem Halbleiterkörper (100) ist eine Mehrzahl von in lateraler Richtung nebeneinander angeordneten Injektionsbereichen (2) vorhanden, wobei innerhalb jedes Injektionsbereichs (2) die Halbleiterschichtenfolge (1) derart dotiert ist, dass innerhalb des gesamten Injektionsbereichs (2) die Halbleiterschichtenfolge (1) den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die erste Schicht (10) aufweist. Dabei durchdringt jeder Injektionsbereich (2) ausgehend von der ersten Schicht (10) die aktive Schicht (11) zumindest teilweise. Ferner ist jeder Injektionsbereich (2) lateral von einer zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht (11) umgeben, in der dieaktive Schicht (11) weniger oder entgegengesetzt dotiert ist als im Injektionsbereich (2). Im Betrieb des Halbleiterkörpers (100) gelangen Ladungsträger zumindest teilweise von der ersten Schicht (10) in die Injektionsbereiche (2) und werden von dort aus direkt in die aktive Schicht (11) injiziert.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers angegeben. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 104 665.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterkörper anzugeben, bei dem die
Injektion von Ladungsträgern in die aktive Schicht besonders effektiv ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
optoelektronischen Halbleiterkörpers anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand und das Verfahren gemäß der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterkörper eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer ersten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten
Schicht und der zweiten Schicht angeordneten aktiven Schicht. Die aktive Schicht ist dazu eingerichtet, im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung zu emittieren oder zu absorbieren und dann beispielsweise in ein elektronisches oder optisches Signal umzuwandeln. Bei der ersten Schicht kann es sich beispielsweise um eine p-dotierte Schicht handeln, die Löcher als Ladungsträger aufweist. Die zweite Schicht ist dann beispielsweise eine n-dotierte
Schicht mit Elektronen als Ladungsträger. Alternativ können die beiden Schichten aber auch umgekehrt oder gleich dotiert sein, beispielsweise n- oder p-dotiert. Der Leitfähigkeitstyp bezieht sich hier und im Folgenden auf die
Majoritätsladungsträger, also Elektronen in n-dotierten
Schichten und Löcher in p-dotierten Schichten.
Unter der ersten und/oder zweiten Schicht kann dabei
insbesondere auch jeweils eine Schichtenfolge aus mehreren einzelnen Schichten verstanden werden. Beispielsweise umfasst die erste Schicht alle Halbleiterschichten zwischen einer ersten Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge und der aktiven Schicht. Die zweite Schicht kann beispielsweise alle Schichten zwischen einer der ersten Hauptseite
gegenüberliegenden zweiten Hauptseite der
Halbleiterschichtenfolge und der aktiven Schicht umfassen.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem I I I /V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem
Halbleitermaterial handelt es sich beispielsweise um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n_mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie
AlnIn]__n_mGamP, oder auch um ein Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamAs oder
AlnIn]__n_mGamAsP, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge
Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der
Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur . Eine von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Strahlung liegt insbesondere im
Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterkörper eine Mehrzahl von in lateraler Richtung nebeneinander angeordneten Injektionsbereichen, wobei
innerhalb jedes Injektionsbereichs die
Halbleiterschichtenfolge derart dotiert ist, dass innerhalb des gesamten Injektionsbereichs die Halbleiterschichtenfolge den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die erste Schicht
aufweist. Der Injektionsbereich ist also ein dotierter
Teilbereich der Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise ein p-dotierter Bereich, wenn die erste Schicht ebenfalls p- dotiert ist. Unter der lateralen Richtung wird dabei
insbesondere eine Richtung parallel zu einer
Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge verstanden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich jeder Injektionsbereich ausgehend von der ersten Schicht in die aktive Schicht und durchdringt die aktive Schicht zumindest teilweise oder vollständig. Dabei ist jeder Injektionsbereich bevorzugt lateral von einer zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht umgeben, wobei in der zusammenhängenden Bahn um den Injektionsbereich die aktive Schicht weniger oder entgegengesetzt dotiert ist als im Injektionsbereich. Der Injektionsbereich ist also in lateraler Richtung durch einen Übergang von einem dotierten Bereich in einen weniger oder entgegengesetzt dotierten Bereich begrenzt oder definiert.
In Querschnittsansicht bei einem Schnitt entlang der aktiven Schicht kann der Injektionsbereich beispielsweise
kreisförmige, ovale, hexagonale oder rechteckige
Querschnittsformen aufweisen. In dieser Ansicht ist der Injektionsbereich bevorzugt vollständig und
unterbrechungsfrei von der aktiven Schicht umrandet.
Bevorzugt unterscheidet sich jeder Injektionsbereich von der übrigen, ihn umgebenden Halbleiterschichtenfolge,
insbesondere von der ihn umgebenden aktiven Schicht,
lediglich durch den Dotierungsgrad oder die Dotierungsart. Die Materialzusammensetzung der Halbleiterschichtenfolge und der Injektionsbereiche sind, bis auf die Konzentration des Dotierstoffes, dann zum Beispiel identisch. Ferner ist bevorzugt der geometrische Verlauf der Schichten der
Halbleiterschichtenfolge nicht durch den Injektionsbereich beeinflusst . Es ist aber auch möglich, dass durch den hohen Dotierungsgrad die Konzentration von wesentlichen Bestandteilen des
Kristallgitters innerhalb des Injektionsbereichs verändert ist. Insbesondere kann es durch den hohen Dotierungsgrad zum Abwandern oder Zuwandern von wesentlichen Bestandteilen des Kristallgitters, wie zum Beispiel von Indium in einer AlInGaN Halbleiterschichtenfolge, kommen. Dieser Prozess wird
Segregation genannt. Der Indiumgehalt innerhalb eines
Injektionsbereiches ist dann gegenüber dem Indiumgehalt der angrenzenden Halbleiterschichtenfolge erhöht oder reduziert, zum Beispiel um zumindest 10 % oder 50 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gelangen im Betrieb des Halbleiterkörpers Ladungsträger zumindest teilweise von der ersten Schicht in die Injektionsbereiche und werden von dort aus direkt in die aktive Schicht injiziert. Die
Injektionsbereiche und die daran angrenzende aktive Schicht befinden sich also in direktem elektrischem Kontakt
miteinander, und sind durch keine weiteren Schichten, wie
Isolationsschichten, voneinander beabstandet und elektrisch isoliert .
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterkörper eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer ersten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordneten aktiven Schicht, die im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische
Strahlung absorbiert oder emittiert. In dem Halbleiterkörper ist eine Mehrzahl von in lateraler Richtung nebeneinander angeordneten Injektionsbereichen vorhanden, wobei innerhalb jedes Injektionsbereichs die Halbleiterschichtenfolge derart dotiert ist, dass innerhalb des gesamten Injektionsbereichs die Halbleiterschichtenfolge den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die erste Schicht aufweist. Dabei durchdringt jeder
Injektionsbereich ausgehend von der ersten Schicht die aktive Schicht zumindest teilweise. Ferner ist jeder
Injektionsbereich lateral von einer zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht umgeben, in der die aktive Schicht weniger oder entgegengesetzt dotiert ist als im
Injektionsbereich. Im Betrieb des Halbleiterkörpers gelangen Ladungsträger zumindest teilweise von der ersten Schicht in die Injektionsbereiche und werden von dort aus direkt in die aktive Schicht injiziert. Der hier beschriebenen Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass die interne Quanteneffizienz, insbesondere von Nitrid-basierten LEDs, durch einen
schlechten Löchertransport reduziert ist. Der schlechte
Löchertransport in die aktive Schicht wird häufig durch die Barrierenhöhe der Quantentöpfe innerhalb der aktiven Schicht gehemmt. Aber auch das Auftreten von Polarisationsladungen hemmt den Löchertransport.
Bei der hier beschriebenen Erfindung wird unter anderem von der Idee Gebrauch gemacht, die aktive Schicht bereichsweise zu dotieren, so dass Ladungsträger, vor allem Löcher, von der ersten Schicht in die dotierten Bereiche der aktiven Schicht gelangen können und von da aus effektiv in die aktive
Schicht, insbesondere über die gesamte Dicke der aktiven Schicht, injiziert werden. Bei der Verwendung von einer
Multiquantentopfstruktur wird dadurch ermöglicht, dass in alle Quantentöpfe bevorzugt gleichmäßig Ladungsträger
injiziert werden. Das erhöht die Effizienz des gesamten
Halbleiterkörpers .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Injektionsbereiche der gewachsenen Halbleiterschichtenfolge überlagert. Das heißt die Halbleiterschichtenfolge ist zunächst vollständig gewachsen, erst nach dem Wachstum werden über einen Dotierungsprozess die Injektionsbereiche
eingebracht. Dies hat insbesondere zur Folge, dass der geometrische Verlauf vor allem der aktiven Schicht nicht durch die Position und die Form der Injektionsbereiche beeinflusst ist. Die Injektionsbereiche sind also dotierte Teilbereiche innerhalb der Halbleiterschichtenfolge, die der Halbleiterschichtenfolge überlagert sind. Als Konsequenz daraus sind auch im Mittel die Positionen der Injektionsbereiche unkorreliert zu Positionen von etwaigen Kristallstörungen innerhalb der Halbleiterschichtenfolge. Solche Kristallstörungen können beispielsweise in Form von Gitterversetzungen vorliegen. Gitterversetzungen entstehen zum Beispiel beim Wachstum der Halbleiterschichtenfolge aufgrund der Gitterkonstantenanpassung an das
Aufwachssubstrat . Bevorzugt sind diese Kristallstörungen oder Gitterversetzungen rein statistisch verteilt, weisen also keine regelmäßige geometrische Anordnung innerhalb der
Halbleiterschichtenfolge auf.
Bei GaN-basierten Halbleitermaterialien beträgt die
Gitterversetzungsdichte beim Wachstum auf einem Saphir- Substrat typischerweise 10^ bis 10^ pro cm^, beim Wachstum auf einem GaN-Substrat kann die Gitterversetzungsdichte aber einige Größenordnungen geringer sein.
Insbesondere bei Nitrid-basierten Halbleitermaterialien treten aufgrund solcher Gitterversetzungen in der aktiven Schicht V-förmige Einkerbungen, so genannte V-Pits, auf.
Solche Einkerbungen in der aktiven Schicht haben
typischerweise Tiefen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht von zumindest 30 nm oder zumindest 100 nm.
Bei der hier beschriebenen Erfindung stehen bevorzugt diese beim Wachstum der Halbleiterschichtenfolge entstehenden V- Pits in keinerlei Korrelation zu den Injektionsbereichen. Das heißt, die Position der V-Pits ist im Mittel unkorreliert zur Position der Injektionsbereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Wahrscheinlichkeit einer Gitterversetzung der
Halbleiterschichtenfolge, insbesondere ein V-Pit, innerhalb eines Injektionsbereichs vorzufinden, höchstens 50 % oder höchstens 10 % oder höchstens 1 %. Gemäß zumindest einer Ausführungsform verläuft die aktive Schicht innerhalb zumindest 50 % oder zumindest 90 % oder zumindest 99 % der Injektionsbereiche durchgehend planar. Durchgehend planar heißt in diesem Zusammenhang, dass die aktive Schicht innerhalb des gesamten Injektionsbereichs keine Stufen oder Strukturen oder Einkerbungen aufweist, deren Tiefe senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht mehr als 10 nm oder mehr als 20 nm beträgt. Alternativ oder zusätzlich ist im Mittel mindestens 50 % oder 90 % oder 99 % der Fläche der aktiven Schicht innerhalb eines jeden Injektionsbereichs planar ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist jeder
Injektionsbereich eine Dotierungskonzentration von zumindest lO1^ oder lO1^ oder lO2^ oder 1021 Dotieratomen pro cm-^ auf. Eine solche Dotierungskonzentration liegt bevorzugt innerhalb des gesamten Injektionsbereichs vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Dotierungskonzentration innerhalb der aktiven Schicht
außerhalb der Injektionsbereiche zumindest zweifach oder zumindest fünffach oder zumindest zehnfach geringer oder entgegengesetzt als in den Injektionsbereichen. Bei GaN- basierten Halbleitermaterialien ist die aktive Schicht beispielsweise leicht n-dotiert, die Injektionsbereiche sind dann bevorzugt p-dotiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die aktive
Schicht eine Quantentopfstruktur mit zumindest einer oder mehreren Quantentopfschichten auf. Zwischen zwei benachbarten Quantentopfschichten ist dann beispielsweise jeweils
zumindest eine Barrierenschicht angeordnet. Dabei sind die Bandlücken zwischen Valenzband und Leitungsband im Bereich der QuantentopfSchicht kleiner als im Bereich der
Barrierenschicht. Über die Breite der QuantentopfSchicht und die in der QuantentopfSchicht auftretende Bandlücke kann die Wellenlänge der Strahlung eingestellt werden, die bei der Rekombination innerhalb der QuantentopfSchicht emittiert wird. Die Haupterstreckungsrichtungen der Barrierenschichten und der Quantentopfschichten verlaufen dabei im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der aktiven
Schicht. Die Breite ist senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung gemessen .
Durch das Vorhandensein der Injektionsbereiche innerhalb der Quantentopfstruktur wird im Betrieb beispielsweise
ermöglicht, dass die Injektion von Ladungsträgern aus der ersten Schicht gleichmäßig auf alle Quantentopfschichten erfolgt und dadurch die Quanteneffizienz des Bauelements verglichen zu Bauelementen ohne Injektionsbereiche erhöht ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verjüngen sich die Injektionsbereiche in eine Richtung weg von der ersten
Schicht. Beispielsweise können die Injektionsbereiche
pyramidenartig, kegelartig oder domförmig ausgebildet sein. Auch Halbkugeln oder Halb-Rotationsellipsoide sind denkbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchdringen die
Injektionsbereiche die aktive Schicht vollständig und ragen zumindest teilweise in die zweite Schicht hinein. Bevorzugt ragen die Injektionsbereiche dabei zumindest 50 nm oder zumindest 100 nm oder zumindest 150 nm in die zweite Schicht hinein. Alternativ oder zusätzlich ragen die
Injektionsbereiche höchstens 300 nm oder höchstens 250 nm oder höchstens 200 nm in die zweite Schicht hinein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die
Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere basieren alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Schicht sowie die Injektionsbereiche p-dotiert und weisen Löcher als ersten Leitfähigkeitstyp auf.
Die aktive Schicht kann beispielsweise eine
Quantentopfstruktur auf der Basis von AlGalnN aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in Draufsicht auf die aktive Schicht die Injektionsbereiche auf Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet. Insbesondere sind die Injektionsbereiche dann matrixartig oder hexagonal entlang der aktiven Schicht verteilt. Die Anordnung der
Injektionsbereiche entlang der aktiven Schicht ist also bevorzugt nicht willkürlich, sondern folgt einem Muster und ist periodisch oder regelmäßig. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Injektionsbereiche innerhalb der aktiven Schicht einen
Durchmesser oder eine Breite, gemessen in lateraler Richtung, von jeweils zumindest 100 nm oder zumindest 150 nm oder zumindest 200 nm auf. Alternativ oder zusätzlich ist der
Durchmesser oder die Breite der Injektionsbereiche höchstens 500 nm oder höchstens 250 nm oder höchstens 200 nm. Der
Durchmesser oder die Breite ist dabei zum Beispiel der maximale oder mittlere Durchmesser oder die maximale oder mittlere Breite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Schicht eine Dicke senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge von höchstens 1 ym, bevorzugt höchstens 0,5 ym auf. Die Dicke der zweiten Schicht liegt bevorzugt im Bereich zwischen einschließlich 3 ym und 6 ym. Die Dicke der aktiven Schicht beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 50 nm und 200 nm und kann beispielsweise fünf bis zehn Quantentopfschichten aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die
Flächenbelegungsdichte der Injektionsbereiche entlang der gesamten aktiven Schicht zumindest 0,5 % oder zumindest 1 % oder zumindest 2 %. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Flächenbelegungsdichte höchstens 30 % oder höchstens 10 % oder höchstens 3 %. Durch die Wahl einer solchen
Flächenbelegungsdichte wird auf der einen Seite eine
effektive Injektion der Ladungsträger in die aktive Schicht ermöglicht, andererseits bleibt genug Fläche der aktiven Schicht frei von Injektionsbereichen, um eine hohe
Lichtausbeute zu garantieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Dotierungskonzentration homogen und konstant innerhalb eines jeden gesamten Injektionsbereichs. Alternativ kann die
Dotierungskonzentration innerhalb der Injektionsbereiche auch einen Gradienten aufweisen, sodass die
Dotierungskonzentration zum Beispiel von innen nach außen in lateraler Richtung kontinuierlich abnimmt. Auch ein Gradient der Dotierungskonzentration senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht ist denkbar. Beispielsweise nimmt die Dotierungskonzentration dann in Richtung weg von der ersten Schicht innerhalb des
Injektionsbereichs ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge auf einem Träger aufgebracht. Der Träger kann dabei auf einer der ersten Schicht abgewandten oder zugewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge
aufgebracht sein. Insbesondere kann der Träger das
Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge oder ein im Nachhinein aufgebrachter Hilfsträger sein. Der Träger dient insbesondere zur Stabilisierung und zum mechanischen Tragen der Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise ist der
Halbleiterkörper dann selbsttragend als Oberflächenemitter oder Volumenemitter ausgebildet. Möglich ist zum Beispiel, dass der Halbleiterkörper ein Saphirchip oder ein
Dünnfilmchip ist.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörpers. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Halbleiterkörper offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers einen Schritt A auf, in dem eine Halbleiterschichtenfolge einer ersten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordneten aktiven Schicht bereitgestellt wird, wobei im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung von der aktiven Schicht absorbiert oder emittiert wird.
In einem darauffolgenden Schritt B wird die
Halbleiterschichtenfolge dann in zumindest einem lateral definierten und lateral begrenzten Injektionsbereich gezielt dotiert. Dabei wird im Schritt B derart dotiert, dass innerhalb des gesamten Injektionsbereichs die
Halbleiterschichtenfolge den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die erste Schicht aufweist. Bevorzugt durchdringt der so entstehende Injektionsbereich ausgehend von der ersten
Schicht die aktive Schicht zumindest teilweise. Nach dem Dotieren im Schritt B ist der Injektionsbereich dann
beispielsweise lateral teilweise oder vollständig von einer zusammenhängenden und unterbrechungsfreien Bahn der aktiven Schicht umgeben, in der die aktive Schicht weniger oder entgegengesetzt dotiert ist als im Injektionsbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt B eine Maske auf die der aktiven Schicht abgewandte Seite der ersten Schicht aufgebracht. Die Maske weist dabei bevorzugt
zumindest ein Fenster auf, in dem die
Halbleiterschichtenfolge freigelegt ist. Bereiche der Halbleiterschichtenfolge außerhalb des Fensters sind von der Maske überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Dotierung durch einen Ionenimplantationsprozess , wobei Dotieratome von einer der aktiven Schicht abgewandten Seite der Maske auf die Maske geschossen werden. Eine Dotierung der
Halbleiterschichtenfolge erfolgt dann im Bereich des
Fensters, bevorzugt ausschließlich im Bereich des Fensters. Die Dotierung unterhalb der Maske wird durch die Maske bevorzugt unterdrückt, insbesondere vollständig unterdrückt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird für die Produktion der Maske zunächst eine Maskenschicht auf die
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Anschließend wird die
Maske mittels eines Lithografieverfahrens, wie einem Stepper- Verfahren oder einem Nanoprägelithografieverfahren,
strukturiert und dabei das zumindest eine Fenster in der Maskenschicht erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Maske ein Metall, wie Gold, Silber, Aluminium, Titan oder Stahl, auf oder besteht daraus. Auch ist denkbar, dass die Maske aus einem Fotolack gebildet ist oder einen Fotolack aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem
Ionenimplantationsprozess zur Dotierung des
Injektionsbereichs die Halbleiterschichtenfolge einem
thermischen Ausheilungsprozess ausgesetzt. Bei diesem
Ausheilungsprozess können sich einige Störstellen oder
Gitterdefekte, die durch den Ionenimplantationsprozess erzeugt werden, zurückbilden beziehungsweise ausheilen.
Dadurch kann wiederum die optische Effizienz des Halbleiterkörpers erhöht werden. Für den Ausheilungsprozess wird die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf eine Temperatur von zumindest 1000 °C aufgeheizt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Halbleiterschichtenfolge vor dem Schritt A auf einem
Aufwachssubstrat aufgewachsen, wobei zunächst die zweite Schicht, dann die aktive Schicht und dann die erste Schicht aufgewachsen wird. Anschließend folgt die Dotierung der
Halbleiterschichtenfolge im Schritt B von einer dem
Aufwachssubstrat abgewandten Seite, beispielsweise mittels Ionenimplantation. Nach dem Schritt B wird dann
beispielsweise ein Hilfsträger auf die dem Aufwachssubstrat abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und das Aufwachssubstrat abgelöst. Auf diese Weise kann
beispielsweise ein Dünnfilmhalbleiterchip mit den oben genannten Injektionsbereichen hergestellt werden. Alternativ kann aber auch das Aufwachssubstrat in dem Halbleiterkörper verbleiben und auf einen Hilfsträger verzichtet werden. Auf diese Weise könnte beispielsweise ein Volumenhalbleiterchip wie ein Saphirchip erzeugt werden. Bei dem Aufwachssubstrat kann es sich beispielsweise um ein Silizium- oder GaAs- oder GaN- oder SiC- oder Saphiraufwachssubstrat handeln. Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterkörper sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine
maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1A, 4A und 4B Ausführungsbeispiele eines
optoelektronischen Halbleiterkörpers in Draufs
Figuren 1B, IC und 2 Ausführungsbeispiele eines
optoelektronischen Halbleiterkörpers in
Querschnittsansicht und
Figuren 3A bis 3C Ausführungsbeispiele für Verfahrensschritte zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers in Querschnittsansicht. In Figur 1A ist ein optoelektronischer Halbleiterkörper 100 in Draufsicht auf eine aktive Schicht 11 einer
Halbleiterschichtenfolge 1 des optoelektronischen
Halbleiterkörpers 100 gezeigt. Die aktive Schicht 11 ist von Injektionsbereichen 2 durchsetzt, die vorliegend regelmäßig in einem rechteckigen oder quadratischen Matrixmuster angeordnet sind. Die Injektionsbereiche 2 weisen dabei eine kreisförmige oder elliptische Querschnittsfläche auf.
Insbesondere sind in Figur 1A die Injektionsbereiche 2 nicht willkürlich innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 1
verteilt, sondern auf festen Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet.
Figur 1B zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterkörpers 100 entlang der Linie ΑΑλ aus Figur 1A. Zu erkennen ist, dass der Halbleiterkörper 100 einen Träger 13 aufweist, auf dem eine
Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht ist. Die
Halbleiterschichtenfolge 1 kann beispielsweise auf einer Hauptseite des Trägers 13 aufgewachsen sein. Der Träger 13 ist beispielsweise das Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge 1. Bei dem Träger 13 handelt es sich beispielsweise um einen Saphirträger, die
Halbleiterschichtenfolge 1 basiert beispielsweise auf
AlInGaN.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine erste Schicht 10 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 11 und eine zweite Schicht 12 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die aktive Schicht 11 zwischen der ersten Schicht 10 und der zweiten Schicht 12 angeordnet ist und die zweite Schicht 12 dem Träger 13 zugewandt ist. Vorliegend ist die erste Schicht 10 beispielsweise p-dotiert, die zweite Schicht 12 beispielsweise n-dotiert. Die aktive Schicht 11 kann undotiert oder zum Beispiel leicht n-dotiert sein.
In Figur 1B ist außerdem der Querschnitt des
Injektionsbereichs 2 aus der Figur 1A erkennbar. Der
Injektionsbereich 2 ist ein dotierter Teilbereich der
Halbleiterschichtenfolge 1, wobei die Dotierung derart gewählt ist, dass innerhalb des gesamten Injektionsbereichs 2 derselbe Leitfähigkeitstyp wie in der ersten Schicht 10 vorliegt. Beispielsweise ist der Injektionsbereich 2 wie die erste Schicht 10 p-dotiert und weist Löcher als
Majoritätsladungsträger auf. Die Dotierungskonzentration innerhalb des Injektionsbereichs 2 beträgt beispielsweise zumindest ΙΟ-^ Dotieratome pro cm^ . Bei den Dotieratomen handelt es sich zum Beispiel um Mg.
Der Injektionsbereich 2 ist der Halbleiterschichtenfolge 1 derart überlagert, dass die Position und geometrische Form des Injektionsbereichs 2 keinen Einfluss auf den Verlauf der Schichten innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 1 hat.
Insbesondere basiert der Injektionsbereich 2 auf demselben Grundmaterial wie die Halbleiterschichtenfolge 1 und ist lediglich im Vergleich zum Rest der Halbleiterschichtenfolge 1 zusätzlich dotiert oder stärker dotiert. Die aktive Schicht 11 verläuft innerhalb des gesamten Injektionsbereichs 2 durchgehend planar und weist keine Stufen oder Einkerbungen mit einer vertikalen Ausdehnung von mehr als 20 nm auf.
Vertikal bezeichnet dabei eine Richtung senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht 11.
Insbesondere ist innerhalb des Injektionsbereichs 2 kein Gitterdefekt, beispielsweise in Form eines V-Pits 4,
vorhanden. Die Wahrscheinlichkeit, überhaupt einen
Gitterdefekt, wie eine Gitterversetzung oder wie einen V-Pit 4, innerhalb eines Injektionsbereichs 2 zu finden, beträgt bevorzugt höchstens 50 %. Ein V-Pit 4 ist lateral neben dem Injektionsbereich 2 angeordnet. Der V-Pit 4 ist in
Querschnittsansicht eine V-förmige Einkerbung in der aktiven Schicht 11.
Der Injektionsbereich 2 erstreckt sich in Figur 1B durch die gesamte erste Schicht 10 und die gesamte aktive Schicht 11 und ragt teilweise, beispielsweise zumindest 50 nm, in die zweite Schicht 12 hinein. Dabei verjüngt sich der
Injektionsbereich 2 in Richtung weg von der ersten Schicht 10. Lateral, das heißt parallel zu einer
Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 1, ist der Injektionsbereich 2 vollständig von einer
zusammenhängenden und unterbrechungsfreien Bahn der aktiven Schicht 11 umgeben, in der der Dotierungsgrad entgegengesetzt oder um zumindest zwei Größenordnungen kleiner ist als im Bereich des Injektionsbereichs 2. Vorliegend ist die
Querschnittsform des Injektionsbereichs 2 domförmig. In Figur IC ist eine Querschnittsansicht durch den Halbleiterkörper 100 entlang der Linie BB λ aus der Figur 1A gezeigt. Die Linie BB λ durchkreuzt dabei den
Injektionsbereich 2 der Halbleiterschichtenfolge 1 nicht. Der Schichtaufbau der Halbleiterschichtenfolge 1 ist bis auf den Injektionsbereich 2 identisch zum Schichtaufbau der Figur IB. Insbesondere sind der geometrische Verlauf der aktiven
Schicht 11 in Figur 1B und IC bis auf das zufällig in Figur 1B auftretende V-Pit 4 identisch. Dies verdeutlicht, dass der Verlauf der aktiven Schicht 11 nicht durch die Position und Form des Injektionsbereichs 2 beeinflusst ist.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterkörpers 100 wiederum in Querschnittsansicht gezeigt. Vorliegend ist die aktive Schicht 11 aus einer Quantentopfstruktur mit einer Mehrzahl von Quantentopfschichten 110 und Barrierenschichten 111 gebildet, die alternierend übereinander gestapelt sind. Die aktive Schicht 11 weist dabei beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 50 nm und 200 nm auf. Die
Quantentopfschichten 110 haben beispielsweise jeweils eine Dicke zwischen einschließlich 2 nm und 10 nm. Die
Quantentopfstruktur der Figur 2 basiert beispielsweise auf AlInGaN und weist zwischen zehn und 20 Quantentopfschichten 110 auf. Dabei sind die Bandlücken innerhalb der
Quantentopfschichten 110 bevorzugt kleiner als innerhalb der Barrierenschichten 111.
Ferner zeigt Figur 2 den Fluss von Ladungsträgern innerhalb der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 1 im Betrieb des Halbleiterkörpers 100. Erste Ladungsträger, beispielsweise Löcher, werden aus der ersten Schicht 10 in den
Injektionsbereich 2 injiziert. Aus dem Injektionsbereich 2 können die ersten Ladungsträger direkt in die aktive Schicht 11 gelangen. Dabei verteilen sich die ersten Ladungsträger auf alle Quantentopfschichten 110, so dass in jede
QuantentopfSchicht 110 erste Ladungsträger injiziert werden. Die ersten Ladungsträger werden also bevorzugt auf alle
Quantentopfschichten 110 verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt. Ferner werden aus der zweiten Schicht 12 zweite Ladungsträger, beispielsweise Elektronen, ebenfalls in die aktive Schicht 11 und die zugehörigen Quantentopfschichten 110 injiziert. Innerhalb der Quantentopfschichten 110 kann es dann zur Rekombination der Elektronen und Löcher kommen, wodurch elektromagnetische Strahlung bevorzugt im UV-Bereich oder im sichtbaren Bereich entsteht. Dabei ermöglicht der Injektionsbereich 2, dass eine Strahlungserzeugung in allen Quantentopfschichten 110 stattfindet, so dass die
Quanteneffizienz des Halbleiterkörpers 100 gegenüber
Halbleiterkörpern ohne Injektionsbereiche gesteigert ist.
In den Ausführungsbeispielen der Figur 3A bis 3C sind
verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterkörpers 100 gezeigt. Der
Halbleiterkörper 100 wird dabei jeweils in
Querschnittsansicht betrachtet. In Figur 3A ist zunächst eine Halbleiterschichtenfolge 1 auf einem Träger 13 bereitgestellt. Die Reihenfolge der einzelnen Schichten der Halbleiterschichtenfolge 1 entspricht dabei der Reihenfolge aus der Figur IC. Auf eine dem Träger 13
abgewandte Seite der ersten Schicht 10 ist außerdem eine Maske 3, beispielsweise aus einem Metall, wie Aluminium oder Silber oder Gold, aufgebracht. Die Maske 3 weist ferner ein Fenster 30 auf, in dem die dem Träger 13 abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 freiliegt. Der Rest der
Halbleiterschichtenfolge 1 ist mit der Maske 3 bedeckt.
Ferner illustriert Figur 3A den Start eines
Ionenimplantationsprozesses, bei dem beispielsweise
ionisierte Magnesiumatome auf eine dem Träger 13 abgewandte Seite der Maske 3 geschossen werden.
In Figur 3B ist ein Verfahrensschritt gezeigt, nachdem der Dotiervorgang mittels der Ionenimplantation beendet ist.
Durch den Dotiervorgang ist im Bereich des Fensters 30 ein Injektionsbereich 2 entstanden, in dem die
Halbleiterschichtenfolge 1 dotiert ist. Unterhalb der Maske 3 in Bereichen außerhalb des Fensters 30 ist keine oder eine geringere Dotierung der Halbleiterschichtenfolge 1 erfolgt. Die Maske 3 hat also die Ionen aus dem
Ionenimplantationsprozess abgeschirmt oder abgefangen.
In Figur 3C ist das gleiche Ausführungsbeispiel wie in Figur 3B gezeigt, lediglich wurde die Maske 3 nach dem
Dotierprozess entfernt. Übrig bleibt der fertige
optoelektronische Halbleiterkörper 100.
Figuren 4A und 4B zeigen weitere Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen Halbleiterkörpers 100 in Draufsicht auf die aktive Schicht 11 der Halbleiterschichtenfolge 1. In Figur 4A sind die Injektionsbereiche 2 in einem regelmäßigen hexagonalen Muster angeordnet, in Figur 4B sind die
Injektionsbereiche 2 wiederum in einem quadratischen
Matrixmuster angeordnet. In Figur 4A weisen die
Injektionsbereiche 2 eine runde oder ovale Querschnittsform auf, wohingegen in Figur 4B die Injektionsbereiche 2
quadratische Querschnittsformen haben. Die Anordnung der Injektionsbereiche 2 sowie die geometrische Querschnittsform der Injektionsbereiche 2 kann über die geometrische Form und die Anordnung der Fenster 30 in der Maske 3 bestimmt werden.
Ferner zeigt Figur 4A eine Mehrzahl von Gitterversetzungen 4 in Form von V-Pits 4, die Aufgrund des Wachstums in der
Halbleiterschichtenfolge 1 entstanden sind. Die V-Pits 4 sind dabei willkürlich und nicht regelmäßig oder periodisch in der Halbleiterschichtenfolge 1 verteilt. Insbesondere korrelieren die Positionen der Injektionsbereiche 2 nicht mit den
Positionen der V-Pits 4.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
2 Inj ektionsbereich
3 Maske
4 G tterverSetzungen/V-Pits
10 erste Schicht
11 aktive Schicht
12 zweite Schicht
13 Träger
30 Fenster
100 optoelektronischer Halbleiterkörper
110 QuantentopfSchicht
111 Barrierenschicht

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100), aufweisend
- eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer ersten Schicht (10) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Schicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten Schicht (10) und der zweiten Schicht (12) angeordneten aktiven Schicht (11), die im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung absorbiert oder emittiert,
- einer Mehrzahl von in lateraler Richtung nebeneinander angeordneten Injektionsbereichen (2), wobei innerhalb jedes Injektionsbereichs (2) die Halbleiterschichtenfolge
(I) derart dotiert ist, dass innerhalb des gesamten
Injektionsbereichs (2) die Halbleiterschichtenfolge (1) den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die erste Schicht (10) aufweist, wobei
- jeder Injektionsbereich (2) ausgehend von der ersten Schicht (10) die aktive Schicht (11) zumindest teilweise durchdringt und jeder Injektionsbereich (2) lateral von einer zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht (11) umgeben ist, in der die aktive Schicht (11) weniger oder entgegengesetzt dotiert ist als im Injektionsbereich (2),
- im Betrieb Ladungsträger zumindest teilweise von der ersten Schicht (10) in die Injektionsbereiche (2)
gelangen und von dort aus direkt in die aktive Schicht
(II) injiziert werden.
2. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach Anspruch 1, wobei die Injektionsbereiche (2) die aktive Schicht
(11) vollständig durchdringen und in die zweite Schicht
( 12 ) zumindest teilweise hineinragen.
3. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Injektionsbereiche (2) der gewachsenen
Halbleiterschichtenfolge (1) derart überlagert sind, dass im Mittel Positionen der Injektionsbereiche (2)
unkorreliert zu Positionen von etwaigen Kristallstörungen in der Halbleiterschichtenfolge (1) sind.
4. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Wahrscheinlichkeit, eine Gitterversetzung der
Halbleiterschichtenfolge (1) innerhalb eines
Injektionsbereichs (2) vorzufinden, höchstens 50 % beträgt,
- die aktive Schicht innerhalb zumindest 50 % der
Injektionsbereiche (2) durchgehend planar verläuft.
5. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- innerhalb eines jeden gesamten Injektionsbereichs (2) eine Dotierungskonzentration von zumindest ΙΟ-^
Dotieratomen pro cm-^ vorliegt,
- die Dotierkonzentration innerhalb der aktiven Schicht (11) außerhalb der Injektionsbereiche (2) zumindest zwei Größenordnungen geringer oder entgegengesetzt als in den Injektionsbereichen (2) ist.
6. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die aktive Schicht (11) eine Quantentopfstruktur mit zumindest einer QuantentopfSchicht (110) aufweist,
- zwischen zwei benachbarten Quantentopfschichten (110) jeweils zumindest eine Barrierenschicht (111) angeordnet ist,
- die Bandlücke zwischen Valenzband und Leitungsband im Bereich der QuantentopfSchicht (110) kleiner ist als im Bereich der Barrierenschicht (111),
- die Haupterstreckungsrichtungen der Barrierenschicht
(111) und der QuantentopfSchicht (110) im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge (1) verlaufen.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Injektionsbereiche (2) sich in Richtung weg von der ersten Schicht (10) verjüngen,
- die Injektionsbereiche (2) die aktive Schicht (11) vollständig durchdringen und in die zweite Schicht (12) hineinragen,
- die Injektionsbereiche (2) zumindest 50 nm und
höchstens 300 nm in die zweite Schicht (12) hineinragen.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial basiert,
- die erste Schicht (10) sowie die Injektionsbereiche (2) p-dotiert sind und Löcher als ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen .
9. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- in Draufsicht auf die aktive Schicht (11) die
Injektionsbereiche (2) auf Gitterpunkten eines
regelmäßigen Gitters angeordnet sind.
10. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
die Injektionsbereiche (2) innerhalb der aktiven Schicht (11) einen Durchmesser in lateraler Richtung von jeweils zumindest 100 nm und höchstens 500 nm haben.
11. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
die Flächenbelegungsdichte der Injektionsbereiche (2) entlang der gesamten aktiven Schicht (11) zwischen einschließlich 0,5 % und 30 % beträgt.
12. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Injektionsbereiche (2) sich in Richtung weg von der ersten Schicht (10) verjüngen und domförmig ausgebildet sind,
- innerhalb der Injektionsbereiche (2) die
Dotierkonzentration von innen nach außen in lateraler Richtung kontinuierlich abnimmt. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Träger (13) aufgebracht ist,
- der Träger (13) auf einer der ersten Schicht (10) abgewandten oder zugewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge (1) aufgebracht ist,
- der Halbleiterkörper (100) als Oberflächenemitter oder Volumenemitter ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterkörpers (100), aufweisend die Schritte:
A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer ersten Schicht (10) eines ersten
Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Schicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten Schicht (10) und der zweiten Schicht (12) angeordneten aktiven Schicht (11), die im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung absorbiert oder emittiert;
B) gezielte Dotierung der Halbleiterschichtenfolge (1) in zumindest einem lateral definierten und lateral
begrenzten Injektionsbereich (2) der
Halbleiterschichtenfolge (1), wobei
- im Schritt B) derart dotiert wird, dass innerhalb des gesamten Injektionsbereichs (2) die
Halbleiterschichtenfolge (1) den gleichen
Leitfähigkeitstyp wie die erste Schicht (10) aufweist,
- der Injektionsbereich (2) ausgehend von der ersten Schicht (10) die aktive Schicht (11) zumindest teilweise durchdringt,
nach dem Dotieren im Schritt B) der Injektionsbereich (2) lateral von einer zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht (11) umgeben ist, in der die aktive Schicht (11) weniger oder entgegengesetzt dotiert ist als im
Injektionsbereich (2).
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei
- vor dem Schritt B) eine Maske (3) auf die der aktiven Schicht (11) abgewandte Seite der ersten Schicht (10) aufgebracht wird,
- die Maske (3) zumindest ein Fenster (30) aufweist, in dem die Halbleiterschichtenfolge (1) frei liegt,
- die Dotierung durch einen Ionen-Implantationsprozess erfolgt, wobei Dotieratome von einer der aktiven Schicht (11) abgewandten Seite der Maske (3) auf die Maske (3) geschossen werden,
- eine Dotierung der Halbleiterschichtenfolge (1) im Bereich des Fensters (30) erfolgt,
- eine Dotierung der Halbleiterschichtenfolge (1) unterhalb der Maske (3) durch die Maske (3) unterdrückt wird .
16. Verfahren nach Anspruch 15,
wobei
- für die Produktion der Maske (3) zunächst eine
Maskenschicht auf die Halbleiterschichtenfolge (1) aufgebracht wird,
- anschließend mittels eines Lithographieverfahrens oder eines Nanoprägelithographieverfahrens zumindest das eine Fenster (30) in der Maskenschicht erzeugt wird,
- die Maske (3) ein Metall aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei nach dem Ionen-Implantationsprozess die Halbleiterschichtenfolge (1) einem thermischen
Ausheilungsprozess ausgesetzt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) vor dem Schritt A) auf einem Aufwachssubstrat (4) aufgewachsen wird, wobei zunächst die zweite Schicht (12), dann die aktive Schicht (11) und dann die erste Schicht (10) aufgewachsen wird,
- die Dotierung der Halbleiterschichtenfolge (1) im
Schritt B) von einer dem Aufwachssubstrat (4) abgewandten Seite erfolgt,
- nach dem Schritt B) ein Hilfsträger auf die dem
Aufwachssubstrat (4) abgewandte Seite der
Halbleiterschichtenfolge (1) aufgebracht und das
Aufwachssubstrat (4) abgelöst wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei im Schritt B) derart dotiert wird, dass der
Injektionsbereich (2) ausgehend von der ersten Schicht (10) die aktive Schicht (11) vollständig durchdringt und in die zweite Schicht ( 12 ) zumindest teilweise hineinragt.
PCT/EP2016/056649 2015-03-26 2016-03-24 Optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers Ceased WO2016151112A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/561,509 US10490695B2 (en) 2015-03-26 2016-03-24 Optoelectronic semiconductor body and method for producing an optoelectronic semiconductor body
CN201680018540.XA CN107431104B (zh) 2015-03-26 2016-03-24 光电子半导体本体和用于制造光电子半导体本体的方法
JP2017549466A JP6526227B2 (ja) 2015-03-26 2016-03-24 オプトエレクトロニクス半導体エレメントとオプトエレクトロニクス半導体エレメントを製造する方法
US16/660,449 US10910516B2 (en) 2015-03-26 2019-10-22 Optoelectronic semiconductor body and method for producing an optoelectronic semiconductor body

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015104665.2A DE102015104665B4 (de) 2015-03-26 2015-03-26 Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
DE102015104665.2 2015-03-26

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/561,509 A-371-Of-International US10490695B2 (en) 2015-03-26 2016-03-24 Optoelectronic semiconductor body and method for producing an optoelectronic semiconductor body
US16/660,449 Continuation US10910516B2 (en) 2015-03-26 2019-10-22 Optoelectronic semiconductor body and method for producing an optoelectronic semiconductor body

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016151112A1 true WO2016151112A1 (de) 2016-09-29

Family

ID=55589901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/056649 Ceased WO2016151112A1 (de) 2015-03-26 2016-03-24 Optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers

Country Status (6)

Country Link
US (2) US10490695B2 (de)
JP (2) JP6526227B2 (de)
CN (1) CN107431104B (de)
DE (1) DE102015104665B4 (de)
TW (1) TWI591850B (de)
WO (1) WO2016151112A1 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020182545A1 (de) * 2019-03-13 2020-09-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen halbleiterchips
US20220052235A1 (en) * 2019-01-29 2022-02-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh µ-LED, µ-LED DEVICE, DISPLAY AND METHOD FOR THE SAME
US12189280B2 (en) 2019-05-23 2025-01-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lighting arrangement, light guide arrangement and method
US12205521B2 (en) 2019-01-29 2025-01-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12294039B2 (en) 2019-09-20 2025-05-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic component, semiconductor structure and method
US12471413B2 (en) 2019-04-23 2025-11-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh LED module, LED display module and method of manufacturing the same
US12477883B2 (en) 2019-04-23 2025-11-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display for augmented reality or lighting applications
US12613423B2 (en) 2019-05-14 2026-04-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Illumination unit, method for producing an illumination unit, converter element for an optoelectronic component, radiation source including an LED and a converter element, outcoupling structure, and optoelectronic device

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015104665B4 (de) * 2015-03-26 2025-10-30 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
DE102015120896A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh Elektronisches Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils
JP6405430B1 (ja) * 2017-09-15 2018-10-17 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法
CN121583214A (zh) 2019-01-29 2026-02-27 奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司 视频墙、驱动器电路、控制系统及其方法
KR20210120106A (ko) 2019-02-11 2021-10-06 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 광전자 부품, 광전자 조립체 및 방법
KR102947058B1 (ko) 2019-05-13 2026-04-01 에이엠에스-오스람 인터내셔널 게엠베하 다중 칩 캐리어 구조체
DE102019126506A1 (de) * 2019-10-01 2021-04-01 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronischer halbleiterchip
DE102019129619A1 (de) 2019-11-04 2021-05-06 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches halbleiterbauteil
EP4216291A1 (de) * 2022-01-19 2023-07-26 Nichia Corporation Lichtemittierendes element und verfahren zu seiner herstellung
DE102022108234A1 (de) 2022-04-06 2023-10-12 Ams-Osram International Gmbh Verfahren zur herstellung eines aufwachssubstrats, aufwachssubstrat und strahlungsemittierender halbleiterchip
WO2026041731A1 (en) * 2024-08-21 2026-02-26 Ams-Osram International Gmbh Optoelectronic device with improved charge carrier injection and method for manufacture thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60217943T2 (de) * 2001-06-12 2007-10-18 Rohm Co. Ltd., Kyoto Nitrid-Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
EP1927143A2 (de) * 2005-09-13 2008-06-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Lichtemittierendes halbleiterbauelement mit seitlicher stromeinspeisung in den lichtemittierenden bereich
WO2011066038A1 (en) * 2009-11-25 2011-06-03 Bridgelux, Inc. Led with improved injection efficiency
EP2843714A1 (de) * 2013-08-28 2015-03-04 Samsung Electronics Co., Ltd Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit Lochinjektionsschicht

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8304008A (nl) * 1983-11-22 1985-06-17 Philips Nv Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling.
JPH05251743A (ja) * 1992-03-06 1993-09-28 Omron Corp 発光素子
US5963568A (en) * 1996-07-01 1999-10-05 Xerox Corporation Multiple wavelength, surface emitting laser with broad bandwidth distributed Bragg reflectors
JPH10163576A (ja) * 1996-12-02 1998-06-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 化合物半導体素子の製造方法
JPH11233814A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Sanyo Electric Co Ltd 半導体発光素子
JP3786544B2 (ja) * 1999-06-10 2006-06-14 パイオニア株式会社 窒化物半導体素子の製造方法及びかかる方法により製造された素子
TW558846B (en) 2001-06-15 2003-10-21 Nichia Corp Nitride semiconductor light emitting element and light emitting device using the same
WO2005053298A1 (ja) * 2003-11-27 2005-06-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 通信制御装置及び方法
JP2006165069A (ja) * 2004-12-02 2006-06-22 Ulvac Japan Ltd 化合物半導体の成長方法及び装置
JP4765415B2 (ja) * 2005-06-02 2011-09-07 日立電線株式会社 発光ダイオード及びその製造方法
WO2007059146A2 (en) 2005-11-14 2007-05-24 Applied Materials, Inc. Led having lateral current injection active region
JP5358955B2 (ja) * 2008-01-15 2013-12-04 住友電気工業株式会社 ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を形成する方法
JP5169972B2 (ja) * 2008-09-24 2013-03-27 三菱電機株式会社 窒化物半導体装置の製造方法
KR101053761B1 (ko) 2008-11-11 2011-08-02 주식회사 동부하이텍 이미지 센서의 제조 방법
US8395141B2 (en) * 2009-07-06 2013-03-12 University Of Seoul Industry Cooperation Foundation Compound semiconductors
US8421057B2 (en) * 2010-06-25 2013-04-16 Invenlux Corporation Light-emitting devices with improved active-region
JP2013051340A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Seiko Epson Corp 発光装置、スーパールミネッセントダイオード、およびプロジェクター
US8698163B2 (en) * 2011-09-29 2014-04-15 Toshiba Techno Center Inc. P-type doping layers for use with light emitting devices
DE102012217640B4 (de) * 2012-09-27 2020-02-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102013103602A1 (de) * 2013-04-10 2014-10-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102014115599A1 (de) 2013-10-28 2015-04-30 Seoul Viosys Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
CN104362232B (zh) * 2014-10-28 2019-03-29 天津三安光电有限公司 一种发光二极管
DE102015104665B4 (de) * 2015-03-26 2025-10-30 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
JP6929987B2 (ja) 2019-03-12 2021-09-01 キヤノン株式会社 画像処理装置、画像処理装置の制御方法及びプログラム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60217943T2 (de) * 2001-06-12 2007-10-18 Rohm Co. Ltd., Kyoto Nitrid-Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
EP1927143A2 (de) * 2005-09-13 2008-06-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Lichtemittierendes halbleiterbauelement mit seitlicher stromeinspeisung in den lichtemittierenden bereich
WO2011066038A1 (en) * 2009-11-25 2011-06-03 Bridgelux, Inc. Led with improved injection efficiency
EP2843714A1 (de) * 2013-08-28 2015-03-04 Samsung Electronics Co., Ltd Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit Lochinjektionsschicht

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12199221B2 (en) 2019-01-29 2025-01-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12206054B2 (en) 2019-01-29 2025-01-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US20220052235A1 (en) * 2019-01-29 2022-02-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh µ-LED, µ-LED DEVICE, DISPLAY AND METHOD FOR THE SAME
US20220115569A1 (en) * 2019-01-29 2022-04-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh µ-LED, µ-LED DEVICE, DISPLAY AND METHOD FOR THE SAME
US11764339B2 (en) 2019-01-29 2023-09-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12477873B2 (en) 2019-01-29 2025-11-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12176469B2 (en) 2019-01-29 2024-12-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12495648B2 (en) 2019-01-29 2025-12-09 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12199223B2 (en) 2019-01-29 2025-01-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12199219B2 (en) * 2019-01-29 2025-01-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12199222B2 (en) 2019-01-29 2025-01-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12199220B2 (en) * 2019-01-29 2025-01-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12283648B2 (en) 2019-01-29 2025-04-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-led, μ-led device, display and method for the same
US12206053B2 (en) 2019-01-29 2025-01-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12205521B2 (en) 2019-01-29 2025-01-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
WO2020182545A1 (de) * 2019-03-13 2020-09-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen halbleiterchips
CN113544862A (zh) * 2019-03-13 2021-10-22 欧司朗光电半导体有限公司 光电子半导体芯片和用于制造光电子半导体芯片的方法
US12100782B2 (en) 2019-03-13 2024-09-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic semiconductor chip and method for producing an optoelectronic semiconductor chip
US12477883B2 (en) 2019-04-23 2025-11-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display for augmented reality or lighting applications
US12471413B2 (en) 2019-04-23 2025-11-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh LED module, LED display module and method of manufacturing the same
US12484361B2 (en) 2019-04-23 2025-11-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh U-LED, U-LED device, display and method for the same
US12557459B2 (en) 2019-04-23 2026-02-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US12613423B2 (en) 2019-05-14 2026-04-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Illumination unit, method for producing an illumination unit, converter element for an optoelectronic component, radiation source including an LED and a converter element, outcoupling structure, and optoelectronic device
US12189280B2 (en) 2019-05-23 2025-01-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lighting arrangement, light guide arrangement and method
US12294039B2 (en) 2019-09-20 2025-05-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic component, semiconductor structure and method

Also Published As

Publication number Publication date
TWI591850B (zh) 2017-07-11
US10910516B2 (en) 2021-02-02
US20180062029A1 (en) 2018-03-01
TW201640701A (zh) 2016-11-16
DE102015104665B4 (de) 2025-10-30
JP2018510510A (ja) 2018-04-12
US10490695B2 (en) 2019-11-26
DE102015104665A1 (de) 2016-09-29
JP7050717B2 (ja) 2022-04-08
JP2019165236A (ja) 2019-09-26
CN107431104B (zh) 2020-05-12
JP6526227B2 (ja) 2019-06-05
US20200052153A1 (en) 2020-02-13
CN107431104A (zh) 2017-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015104665B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
DE102012217640B4 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
EP2519980B1 (de) Lichtemittierender halbleiterchip
DE112012005156B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip
EP1901357A2 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip
DE102016117477A1 (de) Halbleiterschichtenfolge
WO2014177367A1 (de) Halbleiterschichtenfolge für optoelektronisches bauelement
WO2020182545A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen halbleiterchips
WO2019206669A1 (de) Optoelektronischer halbleiterkörper, anordnung von einer vielzahl von optoelektronischen halbleiterkörpern und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers
WO2016156312A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip
DE112019004099B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE112015002498B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2021037457A1 (de) Halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines halbleiterchips
DE102017113585A1 (de) Halbleiterschichtenfolge und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge
DE102012112771A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
DE102012107795B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterkörper und optoelektronischer Halbleiterchip
WO2017021301A1 (de) Verfahren zur herstellung eines nitrid-halbleiterbauelements und nitrid-halbleiterbauelement
DE102020106113A1 (de) Strahlungsemittierender halbleiterkörper, strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterkörpers
DE10303942B4 (de) Herstellungsverfahren für eine PN-Sperrschicht-Diodenvorrichtung, und eine PN-Sperrschicht-Diodenvorrichtung
DE102015111130B9 (de) Optoelektronisches Bauelement
DE102018107483A1 (de) Optoelektronisches bauelement mit einer vielzahl von stegen und verfahren zur herstellung des optoelektronischen bauelements
WO2014173950A1 (de) Optoelekronisches gan-basiertes bauelement mit erhöhter esd resistenz durch ein übergitter und verfahren zu seiner herstellung
WO2021110585A1 (de) Strahlungsemittierender halbleiterchip
WO2020234163A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
DE102019102489A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip, optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16711675

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017549466

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15561509

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16711675

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1