WO2016156312A1 - Optoelektronischer halbleiterchip - Google Patents

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WO2016156312A1
WO2016156312A1 PCT/EP2016/056794 EP2016056794W WO2016156312A1 WO 2016156312 A1 WO2016156312 A1 WO 2016156312A1 EP 2016056794 W EP2016056794 W EP 2016056794W WO 2016156312 A1 WO2016156312 A1 WO 2016156312A1
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regions
emission
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WO2016156312A9 (de
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Asako Hirai
Tobias Meyer
Philipp Drechsel
Peter Stauss
Anna Nirschl
Alvaro Gomez-Iglesias
Tobias Niebling
Bastian Galler
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier

Definitions

  • Optoelectronic Semiconductor Chip An optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • This task is among others by a
  • the active zone Semiconductor chip on an active zone.
  • the active zone is for generating electromagnetic
  • the optoelectronic semiconductor chip is particularly preferably a light-emitting diode chip or a laser diode chip.
  • the multi-quantum well structure includes a plurality of quantum well layers and a plurality of barrier layers. Along a growth direction of a semiconductor layer sequence, in which the multi-quantum well structure is realized, change the
  • Quantum well layers and the barrier layers from each other. In other words, lies in the multi-quantum well structure an alternating sequence of the quantum well layers and the barrier layers.
  • the quantum well layers and / or the barrier layers extend
  • each of said layers completely fills a base area of the multi-quantum well structure or at least one base area of the multi-quantum well structure provided for intended radiation generation.
  • the term uninterrupted does not exclude that due to the manufacturing process seen in plan view small holes may be present.
  • Such holes have, for example, a diameter of at most 50 nm or 15 nm, and an area ratio of these holes, seen in plan view, is preferably less than 2% or 1%.
  • the multi-quantum well structure is subdivided into at least one emission region and at least one transport region. Preferably, a plurality of transport areas is present and exactly one or more emission areas.
  • the fact that the multi-quantum well structure shows several emission regions when viewed in cross-section does not rule out that only a single, coherent emission region is present in plan view.
  • the emission areas can each extending through the entire multi-quantum well structure in the direction parallel to the growth direction. This may mean that in the emission areas all
  • Quantum well layers generate radiation during normal operation.
  • Quantum well layers and / or the barrier layers made thinner in the transport areas or have a different material composition than in the emission areas. This makes it possible that in the transport areas an improved compared to the emission areas
  • Cargo carrier transport in particular improved transport of so-called holes is guaranteed.
  • a thickness of the quantum well layers and / or the barrier layers along one direction is preferred
  • the term thickness preferably refers to an extension of the
  • Optoelectronic semiconductor chip an active zone with a multi-quantum well structure.
  • the multi-quantum well structure includes multiple quantum well layers and multiple
  • Barrier layers that follow one another alternately along a growth direction of the multi-quantum well structure and that in each case continuously over the entire multi-quantum well structure or at least one for the
  • the multi-quantum well structure In a cross section parallel As seen in the direction of growth, the multi-quantum well structure has at least one emission region and a plurality of transport regions that are in one direction
  • the quantum well layers and / or the barrier layers in the transport regions are thinner and / or have a different material composition than in the emission regions.
  • an active zone has a multi quantum well structure, also referred to as multiple quantum well or MQW, in which quantum well layers have a homogeneous thickness, in a plane perpendicular to one
  • Quantum well structure it is relatively difficult to inject holes in those quantum well layers, which are farther away from a p-type side of a semiconductor layer sequence.
  • thinner barrier layers In order to improve an injection of holes, it is possible to choose thinner barrier layers.
  • thinner barrier layers require a higher
  • Indium portion in the quantum well layers to achieve the desired emission wavelength.
  • a quality of the quantum well layers may deteriorate, and also a degradation over time may occur more.
  • the quantum well layers have in the
  • Transport areas particularly preferably a low
  • Emission regions one or more doping layers, which is provided with a p-type dopant having an atomic concentration of at least 10 ⁇ l / cm or lO ⁇ / cm ⁇ or, preferably, 10 19 l / cm.
  • This at least one doping layer may be one or more of the quantum well layers and / or the barrier layers.
  • the doping layer may be an additional layer which partially or preferably completely fills the transport region and which thus fills along the transport region
  • the doping layer is formed as a planarization layer, so that the transport regions and the emission regions are flush with one another due to the doping layer. That is, the doping layer may be present as a thinner layer also above the active region of the emission regions.
  • the doping layer is preferred throughout
  • the doping layer partially covers facets of the emission regions or completely, especially if the transport areas are designed as V-Pits.
  • an area fraction of the emission regions is at least 50% or 70% or 80% or 90%. Alternatively or additionally, the area fraction of the emission regions, seen in plan view, is at most 99% or 98% or 95% or 90%. An area ratio of 100% corresponds to the sum of the areas of the
  • Brightness is to be understood in particular as the light intensity per unit area, for example measured in mW per ym 2.
  • the emission regions appear at least a factor of 1.5 or 2 or 3 and / or around
  • the hole conductivity in the transport regions exceeds, for example, the hole conductivity in the emission regions by at least a factor of 1.5 or 2 or 3 and / or by a factor of not more than 10 or 5. In other words, it is possible for a hole to be transported within the emission regions. Quantum well structure in direction parallel to the growth direction predominantly in the transport areas.
  • Barrier layers between the transport areas and the emission areas by at least a factor of 1.25 or 1.5 or 2 or 2.5. Alternatively or additionally is the
  • Transport areas a mean width in the direction transverse or perpendicular to the growth direction, which is at least 100 nm or 250 nm or 500 nm or 0.7 ⁇ . Alternatively or additionally, the average width of the transport regions is at most 10 ⁇ or 5 ⁇ or 2.5 ⁇ or 1 ⁇ . According to at least one embodiment, a mean width in the direction transverse or perpendicular to the growth direction, which is at least 100 nm or 250 nm or 500 nm or 0.7 ⁇ . Alternatively or additionally, the average width of the transport regions is at most 10 ⁇ or 5 ⁇ or 2.5 ⁇ or 1 ⁇ . According to at least one embodiment, a mean
  • Width of the emission regions viewed in the direction transverse or perpendicular to the growth direction and in cross section, at least a two or three times or six times the average width of the transport regions.
  • the mean width of the emission regions is at most twenty times or ten times or five times the mean width of the transport regions.
  • the multiple quantum well structure is in a semiconductor layer sequence
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material as Al n In ] __ n _ m Ga m As, where each 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • the essential constituents of the crystal lattice of the semiconductor layer sequence ie Al, As, Ga, In, N or P, are given, even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
  • the multi-quantum well structure is based on the AlInGaN material system.
  • the barrier layers preferably consist of GaN, InGaN and / or AlGaN.
  • the barrier layers may be doped or undoped. It is possible that the barrier layers each consist of several partial layers
  • Partial layers of GaN Partial layers of GaN.
  • the quantum well layers are preferably doped or undoped InGaN.
  • a mean indium content of the quantum well layers is in the
  • Transport areas at not more than 60% or 50% or 35% of a mean indium content of the quantum well layers in the emission areas can be said for the
  • Barrier layers are valid if they have InGaN.
  • a number of quantum well layers in the multi-quantum well structure are at least four or eight or twelve. Alternatively or additionally, this number is at most 50 or 25 or 16.
  • Transport areas or groups of transport areas seen in plan view, arranged regularly.
  • the emission regions or the emission region seen in plan view can also be designed regularly.
  • the transport areas are island-shaped areas arranged in a rectangular or hexagonal grid.
  • Transport areas seen in plan view, are arranged irregularly.
  • an average thickness of the quantum well layers in the emission regions is at least 1.2 nm or 2.5 nm or 3 nm and / or at
  • an average thickness of the barrier layers in the emission regions is at least 3 nm or 5 nm or 7 nm and / or at most 30 nm or 15 nm or 9 nm lies.
  • the quantum well layers and the barrier layers in the emission regions are preferably thicker than in the transport regions. According to at least one embodiment, the
  • Transport areas and the emission areas each have an equal number of quantum well layers and barrier layers. That is, in terms of the number of Quantum well layers and the barrier layers, the multi-quantum well structure is the same design over the entire area.
  • Quantum well layers and / or the barrier layers both in the transport areas and in the emission areas each oriented perpendicular to the direction of growth.
  • all quantum well layers are preferably oriented parallel to one another. It is possible that the
  • Quantum well layers in a transition region between adjacent transport areas and emission areas are not aligned perpendicular to the growth direction.
  • the transport area in particular, is at most 90% or 80% or 60% or, preferably, at most 40% or 20% or, more preferably, at most 10% or 5 ⁇ 6 a mean total width of the transport areas.
  • Widths are in each case in one direction transverse or perpendicular to the direction of growth.
  • Transport areas together with the emission areas an axis of symmetry perpendicular to the direction of growth, in
  • the multiple quantum well structure is then made equal within the manufacturing tolerances, in particular with regard to a number, position and thickness of the quantum well layers.
  • Quantum well layers seen in the growth direction, both in the transport areas and in the
  • Emission areas the same structure and is in one single plane, seen in cross-section. It is possible that the transport regions and the emission regions also have more than one quantum well layer in the same
  • Quantum well layer can also be in a middle of the
  • Quantum well layers and / or the barrier layers only in the transport areas triangular, arcuate,
  • the quantum well layers and the barrier layers in the emission regions are preferably perpendicular to each
  • Transport areas on a central axis which is oriented parallel to the growth direction. Seen in cross section, the central axis preferably forms an axis of symmetry of the transport areas. In other words, those are
  • Central axis divided into two halves, which are mirrored into each other on the central axis and are mirror-symmetrical.
  • Transport areas monotonous or strictly monotonous. With others In words, adjacent quantum well layers approach each other toward the central axis.
  • Quantum well layers in the emission regions oriented parallel to each other.
  • the quantum well layers can also grow along the growth direction in the emission regions
  • Transport areas relative to the emission areas, shaped as surveys. That is, along the growth direction, the quantum well layers in the transport regions then project beyond the quantum well layers in the emission regions.
  • the quantum well layers in the transport regions are slipped out of the quantum well layers in the emission regions, relative to the quantum well layers
  • the parts of the respective quantum well layer that are found in these transport regions are thus set back relative to the parts of the corresponding quantum well layer in the emission regions, as viewed along the growth direction.
  • transport areas along the growth direction, respectively completely through the active zone.
  • the transport areas preferably have no
  • Quantum well layer which is in the same thickness
  • Transport regions in this case preferably occupy at least 75% or 50% or 25% of the multi-quantum well structure and / or the active zone, as viewed along the growth direction.
  • Transport regions in this case preferably occupy at least 75% or 50% or 25% of the multi-quantum well structure and / or the active zone, as viewed along the growth direction.
  • Quantum well layers in unaltered thickness, position and / or material composition are continuously present in the emission regions and the transport regions, seen in cross-section.
  • Transport areas a varying width. That is, at different locations along the growth direction, there are different widths in the transport areas.
  • the width refers to an extension of the transport areas in the direction transverse or perpendicular to the growth direction.
  • a width of the transport regions increases toward a center of the active zone and / or the multi-quantum well structure, as viewed along the growth direction. In other words, then the transport regions along the growth direction in the middle of the active zone have a greater width than at an edge of the active zone.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a substrate.
  • Substrate is preferably the mechanically supporting and stabilizing component of the semiconductor chip.
  • the substrate is a growth substrate for the
  • the substrate is different from a growth substrate.
  • the semiconductor layer sequence then became one
  • the substrate has a structured substrate surface on which the
  • Semiconductor layer sequence and the active zone are grown. In particular, by structuring the
  • the emission regions are seen in plan view above plateau-shaped, planar areas of the substrate surface and the transport areas are on oblique edges and / or elevations and / or sinks of the substrate surface, the emission regions can be at wells or at elevations of the substrate surface be educated. It is possible that a contour of the quantum well layers, in Seen cross section, a contour of the substrate surface nachformt or at least approximately nachformt. An exact reshaping is not necessarily required as long as a basic shape of the contour of the substrate surface corresponds to a basic shape of the respective quantum well layer.
  • a gradient lies in a material composition, a thickness and / or a layer thickness of the quantum well layers and / or the
  • a thickness of the quantum well layers along the growth direction decreases and / or an indium content of the indium increases
  • Quantum well layers along the growth direction are Quantum well layers along the growth direction.
  • quantum well layers located closer to the n-side of the semiconductor layer sequences emit shorter wavelength radiation.
  • FIGS. 1, 12 and 13 are schematic sectional views of exemplary embodiments of optoelectronic semiconductor chips described here,
  • Figure 14 is a schematic plan view of a
  • FIG. 15 shows a schematic profile of a current with respect to a luminous flux and an external one
  • Figure 16 is a schematic sectional view of a
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • Semiconductor chip 1 has a substrate 6, on the
  • Substrate surface 60 is a semiconductor layer sequence
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the semiconductor layer sequence comprises an n-doped side 2 and a p-doped side 5. Between these doped sides 2, 5 there is a multi-quantum well structure 3, which is a represents active zone of the semiconductor chip 1.
  • a growth direction G of the semiconductor layer sequence points away from the substrate 6 in the direction of the p-doped side 5.
  • the multi-quantum well structure 6 has mutually alternating quantum well layers 31 and barrier layers 32.
  • the quantum well layers 31 and the barrier layers 32 are mutually alternating quantum well layers 31 and the barrier layers 32.
  • the quantum well layers 31 and / or the barrier layers 32 are modulated in thickness.
  • Transport areas 42 is primarily a transport in particular of holes in the direction parallel to
  • the energy levels of the quantum well layers 31 are in the emission regions 41 and the transport regions 42 are set such that a charge carrier recombination takes place primarily in the emission regions 41.
  • the emission regions 41 seen in plan view, appear brighter than the transport regions 42.
  • the closest to the substrate 6 is
  • Quantum well layer 31 over the emission areas 41 and the transport areas 42 across the same design, ie in
  • Quantum well layers 31 in the transport regions 42, the individual layers in the transport regions 42 a trapezoidal, symmetrical shape, seen in cross section.
  • a structuring into the transport regions 42 and the emission regions 41 takes place, for example, in that different growth rates at different
  • Crystal planes are present and / or in that locally a growth temperature, such as by irradiation of laser light, is changed. Likewise, lithographic or
  • light extraction structures 7 are formed on one side of the semiconductor layer sequence. It is possible that the light extraction structures 7 are spatially correlated with the transport areas 42. The same is possible in all other embodiments.
  • the quantum well layers 31 are designed symmetrically with respect to an axis of symmetry S, the axis of symmetry S being perpendicular to the axis of symmetry
  • Growth direction G is aligned.
  • the transport of Charge carriers are symbolized by arrows, where h + stands for holes and e " stands for electrons.
  • the transport areas 42 each have a central axis M.
  • the central axis M is oriented parallel to the growth direction G. Seen in cross section, the transport areas 42 are preferably symmetrical to
  • Quantum well layers 31 each triangular shaped. According to FIG. 4, the quantum well layers 31 and the
  • Barrier layers 32 seen in cross section on an arcuate shape.
  • Quantum well layers 31 to each other. A smallest distance between adjacent quantum well layers 31 is in
  • Barrier layers 32 in the transport areas 42 also seen in cross-section triangular.
  • the quantum well layers 31 are arranged equidistant from each other within the region 42, so a distance between adjacent quantum well layers 31 remains constant or approximately constant over the entire width of the transport regions 42.
  • the same can also apply to arcuate or trapezoidal configurations, see in particular FIGS. 1 and 4.
  • the quantum well layers 31 in the transport regions 42 can be designed as elevations, relative to the quantum well layers 31 in FIGS
  • transport regions 42 of FIG. 6 are designed in exactly the same way as the transport regions 42 in FIG. 5.
  • the quantum well layers 31 according to FIGS. 1, 3 and 4 can also be referred to as
  • Quantum well structure 3 through.
  • Quantum well layers 31 in the transport regions 42 thinner and thus designed trapezoidal.
  • Quantum well layers 31 extend in unaltered and uniform thickness over both the emission regions 41 and the thinned portions
  • Quantum well layers 31 and / or barrier layers 32 because improved in these sections
  • the quantum well layers 31 have a variable thickness in the transport regions 42. Contrary to the growth direction G, a width of the quantum well layers 31 is increased in FIG
  • transport regions 42 completely penetrate the quantum well structure 3, in the direction along the growth direction G.
  • Quantum well layers 31 in the transport regions 42 is not in the middle of the quantum well structure 3, along the
  • Growth direction G but for example in a lower quarter or in a lower third, along the
  • the transport regions 42 penetrate the quantum well structure 3, for example, 4/5 or 3/4 or 2/3 and the quantum well layer 31 of the transport regions 42 lying farthest within the quantum well structure 3 then has the greatest thickness, starting from one side of the Multi-quantum well structure 3.
  • the transport regions 42 preferably begin at one of the p-doped side of the semiconductor layer sequence facing side of the multi-quantum well structure 3, but can also start on an n-doped side.
  • FIG. 10 shows that the quantum well layers 31 in the transport regions 42 are triangular in cross-section.
  • the growth direction G takes a width of the quantum well layers 31 in the
  • Transport areas 42 to, for example, linear to.
  • the number of quantum well layers 31 is, for example, at least 5 or 7 and / or at most 9 or 15.
  • the thicknesses of the quantum well layers 31 are preferably between 2 nm and 4 nm, in particular at approximately 3 nm, in the emission regions 41 and between inclusive 0.25 nm and 3 nm, in particular at about 1 nm, in the
  • the quantum well layers 31 are preferably made of InGaN with an indium content between
  • the thicknesses of the barrier layers 32 are preferably between 3 inclusive nm and 15 nm, in particular approximately 9 nm, in the emission regions 41 and between 0.5 nm and 8 nm inclusive, in particular approximately 3 nm, in the transport regions 42.
  • the transport regions 42 can have an average diameter of between 50 nm and 800 nm or 80 nm to 400 nm, in particular approximately
  • the transport areas 42 preferably occupy an area fraction of between 2% and 20%, in particular approximately 6%, viewed in plan view. These values are also preferred for all others
  • Illustration according to FIG. 11 can also be different
  • the substrate 6 has a structured substrate surface 60.
  • the emission regions 41 and the transport regions 42 are predetermined by the structuring of the substrate surface 60.
  • the quantum well layers 31 have the same contour as the substrate surface 60, seen in cross section.
  • Emission areas 41 are thereby by areas of
  • Substrate surface 60 defined perpendicular to
  • Growth direction G extend and are plateau-shaped.
  • a corresponding shaping of the quantum well layers 31 in the transport regions 42 can also be done in all other cases
  • Embodiments take place.
  • FIG. 13 shows another embodiment of the invention
  • contact areas which extend from the p-side 5 forth through the multi-quantum well structure 3 in the n-side 2.
  • These plated-through holes through the multiple quantum well structure 3 preferably have a significantly greater width than the transport regions 42, for example, by at least a factor of 5 or 10 or 20 greater width.
  • V-pits crystal defects 10 in the form of so-called V-pits are shown schematically in FIG.
  • Such V-pits are described, for example, in the publication Cho et al. in the Journal of Korean Physical Society, Vol. 42, February 2003, pages S547 to S550.
  • these V-pits 10 it is possible that the quantum well layers 31 in the multi-quantum well structure 3 are locally distorted.
  • these V-pits 10 are preferably not spatially correlated to the
  • Direction perpendicular to the direction of growth G preferably at least a factor of 2 or 5 smaller than the dimensions of the transport areas 42, but along parallel to the
  • the V-pits 10 may widen toward the p-side 5, opposite to the quantum well layers 31 in the transport regions 42. However, unlike the illustration in FIG. 13, it is also possible for the V-pits 10 and the transport regions 42 widen both towards the p-side, seen in cross-section. In the plan view according to FIG. 14A, it is shown that the transport regions 42 are island-shaped and in one
  • the transport regions 42 are in a rectangular grid
  • FIG. 14C The arrangement of the transport areas 42 in Figures 14C and 14D is also in a regular pattern. As can be seen in FIG. 14C, the individual transport regions 42 but, compared to a pure rectangular lattice, to slip slightly, for example on average by at most 30% or 20% of a lattice constant. In Fig. 14D
  • Rectangular grid is arranged. Here are the
  • Transport areas 42 closely around a lattice point, for example in a radius of at most 20% or 10% of the lattice constants.
  • a corresponding arrangement of the transport areas 42, seen in plan view, can be the same with all others
  • Embodiments are present.
  • FIG. 16 shows a conventional multi-quantum well structure 3 '.
  • a thickness of the quantum well layers 31 and the barrier layers 32 is not modulated, so that
  • FIG. 15 shows a dependence of the luminous flux ⁇ on an operating current I as well a dependence of the external quantum efficiency Y, plotted against the logarithm of the operating current I.
  • Emission regions 41 seen in cross section, arranged offset to one another along the growth direction G. Between adjacent emission areas 41 is located one each
  • Transport region 42 which extends obliquely to the growth direction G.
  • FIGS. 18 to 20 are
  • the quantum well layers 31 are in the
  • Emission region 41 formed much thicker than in the transport region 42.
  • the quantum well layers 31 are not interrupted in a transition region between the emission region 41 and the transport region 42.
  • FIG. 19 shows that a double structure composed of two triangles can be present in the transport region 42 when viewed in cross-section.

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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (1) eine aktive Zone mit einer Multi-Quantentopfstruktur (3), die mehrere Quantentopfschichten (31) und Barriereschichten (32) beinhaltet, die entlang einer Wachstumsrichtung (G) abwechselnd aufeinanderfolgen und die sich jeweils durchgehend über die gesamte Multi-Quantentopfstruktur (3) erstrecken. In einem Querschnitt parallel zur Wachstumsrichtung (G) gesehen weist die Multi-Quantentopfstruktur (3) zumindest einen Emissionsbereich (41) und mehrere Transportbereiche (42) auf, die in einer Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung (G) abwechselnd aufeinanderfolgen. Die Quantentopfschichten (31) und/oder die Barriereschichten (32) in den Transportbereichen (42) sind dünner gestaltet und/oder weisen eine andere Materialzusammensetzung auf als in den Emissionsbereichen (41).

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der eine hohe externe Quanteneffizienz aufweist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen
optoelektronischen Halbleiterchip mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip eine aktive Zone auf. Die aktive Zone
beinhaltet eine Multi-Quantentopfstruktur . Insbesondere ist die aktive Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer
Strahlung, insbesondere von nahultravioletter Strahlung, sichtbarem Licht oder nahinfraroter Strahlung, vorgesehen. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich besonders bevorzugt um einen Leuchtdiodenchip oder um einen Laserdiodenchip .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Multi- Quantentopfstruktur mehrere Quantentopfschichten und mehrere Barriereschichten. Entlang einer Wachstumsrichtung einer Halbleiterschichtenfolge, in der die Multi- Quantentopfstruktur realisiert ist, wechseln die
Quantentopfschichten und die Barriereschichten einander ab. Mit anderen Worten liegt in der Multi-Quantentopfstruktur eine alternierende Abfolge aus den Quantentopfschichten und den Barriereschichten vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstrecken sich die Quantentopfschichten und/oder die Barriereschichten
durchgehend und bevorzugt ununterbrochen und lückenlos über die gesamte Multi-Quantentopfstruktur . Das bedeutet
insbesondere, dass in Draufsicht gesehen jede der genannten Schichten eine Grundfläche der Multi-Quantentopfstruktur oder zumindest eine zur bestimmungsgemäßen Strahlungserzeugung vorgesehene Grundfläche der Multi-Quantentopfstruktur jeweils vollständig ausfüllt. Der Begriff ununterbrochen schließt dabei nicht aus, dass bedingt durch das Herstellungsverfahren in Draufsicht gesehen kleine Löcher vorhanden sein können. Solche Löcher weisen zum Beispiel einen Durchmesser von höchstens 50 nm oder 15 nm auf und ein Flächenanteil dieser Löcher, in Draufsicht gesehen, liegt bevorzugt bei unter 2 % oder 1 % . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Multi- Quantentopfstruktur in zumindest einen Emissionsbereich und zumindest einen Transportbereich unterteilt. Bevorzugt liegt eine Vielzahl von Transportbereichen vor und genau ein oder mehrere Emissionsbereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wechseln sich die
Emissionsbereiche und die Transportbereiche entlang einer Richtung quer oder senkrecht zur Wachstumsrichtung ab, in einem Querschnitt parallel zur Wachstumsrichtung gesehen. Dass die Multi-Quantentopfstruktur im Querschnitt gesehen mehrere Emissionsbereiche aufzeigt, schließt nicht aus, dass in Draufsicht gesehen nur ein einziger, zusammenhängender Emissionsbereich vorhanden ist. Die Emissionsbereiche können sich, in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung, jeweils durch die gesamte Multi-Quantentopfstruktur erstrecken. Dies kann bedeuten, dass in den Emissionsbereichen alle
Quantentopfschichten im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Quantentopfschichten und/oder die Barriereschichten in den Transportbereichen dünner gestaltet oder weisen eine andere Materialzusammensetzung auf als in den Emissionsbereichen. Hierdurch ist es ermöglicht, dass in den Transportbereichen ein gegenüber den Emissionsbereichen verbesserter
Ladungsträgertransport, insbesondere verbesserter Transport von so genannten Löchern, gewährleistet ist. Mit anderen Worten ist bevorzugt eine Dicke der Quantentopfschichten und/oder der Barriereschichten entlang einer Richtung
senkrecht zur Wachstumsrichtung moduliert. Der Begriff Dicke bezieht sich dabei bevorzugt auf eine Ausdehnung der
entsprechenden Schicht entlang einer lokalen Normalen zu der Schicht, also in Richtung senkrecht zu lokal vorliegenden Haupterstreckungsrichtungen der Schicht, insbesondere im Querschnitt senkrecht zur Schicht gesehen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine aktive Zone mit einer Multi-Quantentopfstruktur . Die Multi-Quantentopfstruktur beinhaltet mehrere Quantentopfschichten und mehrere
Barriereschichten, die entlang einer Wachstumsrichtung der Multi-Quantentopfstruktur abwechselnd aufeinanderfolgen und die sich jeweils durchgehend über die gesamte Multi- Quantentopfstruktur oder zumindest über einen zur
Strahlungserzeugung vorgesehenen Bereich der Multi- Quantentopfstruktur erstrecken. In einem Querschnitt parallel zur Wachstumsrichtung gesehen weist die Multi- Quantentopfstruktur zumindest einen Emissionsbereich und mehrere Transportbereiche auf, die in einer Richtung
senkrecht zur Wachstumsrichtung abwechselnd
aufeinanderfolgen. Die Quantentopfschichten und/oder die Barriereschichten in den Transportbereichen sind dünner gestaltet und/oder weisen eine andere Materialzusammensetzung auf als in den Emissionsbereichen.
Herkömmlicherweise weist eine aktive Zone eine Multi- Quantentopfstruktur, auch als Multiple Quantum Well oder MQW bezeichnet, auf, bei der Quantentopfschichten eine homogene Dicke aufweisen, in einer Ebene senkrecht zu einer
Wachstumsrichtung. Bei einer solchen Multi-
Quantentopfstruktur ist es vergleichsweise schwierig, Löcher in diejenigen Quantentopfschichten zu injizieren, die weiter von einer p-leitenden Seite einer Halbleiterschichtenfolge entfernt sind. Um eine Injektion von Löchern zu verbessern, ist es möglich, dünnere Barriereschichten zu wählen. Dünnere Barriereschichten erfordern allerdings einen höheren
Indiumanteil in den Quantentopfschichten, um die gewünschte Emissions-Wellenlänge zu erzielen. Damit einhergehend kann sich eine Qualität der Quantentopfschichten verschlechtern und auch eine Degradation über die Zeit hinweg kann verstärkt auftreten .
Für die Herstellung von hocheffizienten LEDs ist es
notwendig, die Ladungsträger möglichst homogen in den
Quantentopfschichten zu verteilen um sowohl Verluste durch nichtstrahlende Auger-Rekombination als auch ein
Ladungsträgerüberfließen zu vermeiden. Bei dem hier
beschriebenen Halbleiterchip ist es möglich, in den
Emissionsbereichen vergleichsweise dicke Barriereschichten zu verwenden und einen relativ niedrigen Indiumgehalt in den Quantentopfschichten beizubehalten und gleichzeitig eine effiziente Einprägung von Löchern in von einer p-leitenden Seite weiter entfernt liegende Quantentopfschichten zu gewährleisten, indem die Transportbereiche vom dem
Emissionsbereichen getrennt werden. Zu Auger-Prozessen wird auch auf die Druckschriften Jacques Peretti et al . ,
"Identification of Auger effect as the dominant mechanism for efficiency droop of LEDs" in Proc. SPIE 9003, Light-Emitting Diodes: Materials, Devices, and Applications for Solid State Lighting XVIII, 90030Z (February 27, 2014), sowie Laubsch et al . , "On the origin of IQE- ' droop' in InGaN LEDs" in Physica Status Solidi (C) Current Topics in Solid State Physics, Volume 6, Issue SUPPL. 2, July 2009, Seiten S913-S916 hingewiesen, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug
aufgenommen wird.
Aufgrund unterschiedlicher Wachstumsraten auf
unterschiedlichen Kristallebenen bei typischen MOVPE- Wachstumsbedingungen während des MQW-Wachstums können lateral nebeneinander Transportbereiche und Emissionsbereiche
abgeschieden werden. Dabei werden im Emissionsbereich die für eine effiziente Lichterzeugung vorteilhaften dickeren
Quantentopfschichten und Barriereschichten hergestellt. In den Transportbereichen werden dagegen dünnere
Barriereschichten und dünnere Quantentopfschichten
hergestellt, die einen erhöhten Transport von Löchern in weiter von der p-Seite entfernt befindliche
Quantentopfschichten bewirken.
Weiterhin haben die Quantentopfschichten in den
Transportbereichen besonders bevorzugt einen niedrigen
Indium-Gehalt und damit eine erhöhte Bandlücke. Bevorzugt werden daher die in den Transportbereichen in den Quantentopfschichten eingefangenen Ladungsträger zunächst lateral in den durchgehend verbundenen Quantentopfschichten in den energetisch günstigeren Emissionsbereich mit der niedrigeren Bandlücke diffundieren und erst dort effizient rekombinieren und damit die Lichtausbeute des Halbleiterchips erhöhen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt zumindest in den Transportbereichen oder nur in einem Übergangsbereich
zwischen benachbarten Transportbereichen und
Emissionsbereichen eine oder mehrere Dotierschichten vor, die mit einem p-Typ Dotierstoff mit einer Atom-Konzentration von mindestens 10^ l/cm oder lO-^ l/cm^ oder, bevorzugt, 1019 l/cm versehen ist. Bei dieser mindestens einen Dotierschicht kann es sich um eine oder mehrerer der Quantentopfschichten und/oder der Barriereschichten handeln. Alternativ kann es sich bei der Dotierschicht um eine zusätzliche Schicht handeln, die den Transportbereich teilweise oder, bevorzugt, vollständig auffüllt und die somit entlang der
Wachstumsrichtung oberhalb der dünneren Quantentopfschichten und/oder Barriereschichten liegen kann. Es ist möglich, dass die Dotierschicht als Planarisierungsschicht ausgebildet ist, sodass die Transportbereiche und die Emissionsbereiche aufgrund der Dotierschicht bündig miteinander abschließen. Das heißt, die Dotierschicht kann als dünnere Schicht auch oberhalb der aktiven Zone der Emissionsbereiche vorhanden sein. Die Dotierschicht ist bevorzugt in den gesamten
Transportbereichen vorhanden, insbesondere als eine
Abdeckschicht der Quantentopfschichten und/oder der
Barriereschichten der Transportbereiche. Insbesondere bedeckt die Dotierschicht Facetten der Emissionsbereiche teilweise oder vollständig, speziell falls die Transportbereiche als V- Pits gestaltet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Flächenanteil der Emissionsbereiche bei mindestens 50 % oder 70 % oder 80 % oder 90 %. Alternativ oder zusätzlich liegt der Flächenanteil der Emissionsbereiche, in Draufsicht gesehen, bei höchstens 99 % oder 98 % oder 95 % oder 90 %. Dabei entspricht ein Flächenanteil von 100 % der Summe der Flächen der
Emissionsbereiche und der Transportbereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erscheinen die
Emissionsbereiche, in Draufsicht auf die Multi- Quantentopfstruktur gesehen, im Betrieb heller als die
Transportbereiche. Mit anderen Worten findet dann eine
Strahlungserzeugung vorwiegend in den Emissionsbereichen statt und weniger ausgeprägt in den Transportbereichen. Als Helligkeit ist dabei insbesondere die Lichtintensität pro Flächeneinheit zu verstehen, beispielsweise gemessen in mW pro ym^ . Insbesondere erscheinen die Emissionsbereiche um mindestens einen Faktor 1,5 oder 2 oder 3 und/oder um
höchstens einen Faktor 20 oder 10 oder 5 heller als die
Transportbereiche, in Draufsicht gesehen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Transportbereiche, in Richtung parallel zur
Wachstumsrichtung, eine größere Leitfähigkeit für Löcher auf als die Emissionsbereiche. Die Löcherleitfähigkeit in den Transportbereichen übersteigt die Löcherleitfähigkeit in den Emissionsbereichen beispielsweise um mindestens einen Faktor 1,5 oder 2 oder 3 und/oder um höchstens einen Faktor 10 oder 5. Mit anderen Worten ist es möglich, dass ein Transport von Löchern innerhalb der Multi-Quantentopfstruktur in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung überwiegend in den Transportbereichen erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich die Dicken der Quantentopfschichten und/oder der
Barriereschichten zwischen den Transportbereichen und den Emissionsbereichen um mindestens einen Faktor 1,25 oder 1,5 oder 2 oder 2,5. Alternativ oder zusätzlich liegt der
Unterschied in den Dicken der Quantentopfschichten und/oder der Barriereschichten bei höchstens einem Faktor 15 oder 10 oder 6.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Transportbereiche eine mittlere Breite in Richtung quer oder senkrecht zur Wachstumsrichtung auf, die mindestens 100 nm oder 250 nm oder 500 nm oder 0,7 μιη beträgt. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Breite der Transportbereiche bei höchstens 10 μιη oder 5 μιη oder 2,5 μιη oder 1 μιη. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine mittlere
Breite der Emissionsbereiche, in Richtung quer oder senkrecht zur Wachstumsrichtung und im Querschnitt gesehen, mindestens ein Zweifaches oder Dreifaches oder Sechsfaches der mittleren Breite der Transportbereiche. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Breite der Emissionsbereiche bei höchstens einem Zwanzigfachen oder Zehnfachen oder Fünffachen der mittleren Breite der Transportbereiche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Mehrfach- Quantentopfstruktur in eine Halbleiterschichtenfolge
eingebettet, insbesondere zwischen eine p-leitende Seite und eine n-leitende Seite der Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n + m
^ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die Multi- Quantentopfstruktur auf dem Materialsystem AlInGaN. In diesem Fall bestehen die Barriereschichten bevorzugt aus GaN, aus InGaN und/oder aus AlGaN. Dabei können die Barriereschichten dotiert oder auch undotiert sein. Es ist möglich, dass die Barriereschichten jeweils mehrere Teilschichten aus
unterschiedlichen Materialien aufweisen, beispielsweise eine Teilschicht aus InGaN und eine oder mehrere weitere
Teilschichten aus GaN. Die Quantentopfschichten bestehen bevorzugt aus dotiertem oder undotiertem InGaN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Indium-Gehalt der Quantentopfschichten in den
Transportbereichen bei höchstens 60 % oder 50 % oder 35 % eines mittleren Indium-Gehalts der Quantentopfschichten in den Emissionsbereichen. Entsprechendes kann für die
Barriereschichten gelten, sofern diese InGaN aufweisen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Anzahl der Quantentopfschichten in der Multi-Quantentopfstruktur bei mindestens vier oder acht oder zwölf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Anzahl bei höchstens 50 oder 25 oder 16.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Transportbereiche oder Gruppen von Transportbereichen, in Draufsicht gesehen, regelmäßig angeordnet. Damit einhergehend können auch die Emissionsbereiche oder der in Draufsicht gesehen nur eine Emissionsbereich regelmäßig gestaltet sein. Beispielsweise handelt es sich, in Draufsicht gesehen, bei den Transportbereichen um inselförmige Gebiete, die in einem rechteckigen oder hexagonalen Raster angeordnet sind.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die
Transportbereiche, in Draufsicht gesehen, unregelmäßig angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Dicke der Quantentopfschichten in den Emissionsbereichen bei mindestens 1,2 nm oder 2,5 nm oder 3 nm und/oder bei
höchstens 15 nm oder 12 nm oder 8 nm oder 6 nm. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine mittlere Dicke der Barriereschichten in den Emissionsbereichen bei mindestens 3 nm oder 5 nm oder 7 nm und/oder bei höchstens 30 nm oder 15 nm oder 9 nm liegt. Dabei sind die Quantentopfschichten und die Barriereschichten in den Emissionsbereichen jeweils bevorzugt dicker als in den Transportbereichen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Transportbereiche und die Emissionsbereiche jeweils eine gleiche Anzahl von Quantentopfschichten und Barriereschichten auf. Das heißt, hinsichtlich der Anzahl der Quantentopfschichten und der Barriereschichten ist die Multi- Quantentopfstruktur ganzflächig gleich gestaltet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Quantentopfschichten und/oder die Barriereschichten sowohl in den Transportbereichen als auch in den Emissionsbereichen jeweils senkrecht zur Wachstumsrichtung orientiert. Hierbei sind alle Quantentopfschichten bevorzugt parallel zueinander orientiert. Dabei ist es möglich, dass die
Quantentopfschichten in einem Übergangsbereich zwischen benachbarten Transportbereichen und Emissionsbereichen nicht senkrecht zur Wachstumsrichtung ausgerichtet sind. Eine mittlere Breite des Übergangsbereichs, im Querschnitt
gesehen, liegt insbesondere bei höchstens 90 % oder 80 % oder 60 % oder, bevorzugt, bei höchstens 40 % oder 20 % oder, besonders bevorzugt, bei höchstens 10 % oder 5 ~6 einer mittleren Gesamtbreite der Transportbereiche. Die
Breitenangaben beziehen sich jeweils auf eine Richtung quer oder senkrecht zur Wachstumsrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Transportbereiche zusammen mit den Emissionsbereichen eine Symmetrieachse senkrecht zur Wachstumsrichtung auf, im
Querschnitt gesehen. Das heißt, beiderseits und symmetrisch zur Symmetrieachse ist dann die Mehrfach-Quantentopfstruktur im Rahmen der Herstellungstoleranzen gleich gestaltet, insbesondere hinsichtlich einer Anzahl, Position und Dicke der Quantentopfschichten . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine erste der
Quantentopfschichten, entlang der Wachstumsrichtung gesehen, sowohl in den Transportbereichen als auch in den
Emissionsbereichen gleich aufgebaut und liegt in einer einzigen Ebene, im Querschnitt gesehen. Es ist möglich, dass sich die Transportbereiche und die Emissionsbereiche auch mehr als eine QuantentopfSchicht in gleicher
Materialzusammensetzung und Dicke teilen. Eine solche
QuantentopfSchicht kann auch in einer Mitte der
Transportbereiche oder an einem Ende der Transportbereiche liegen, jeweils gesehen entlang der Wachstumsrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Quantentopfschichten und/oder die Barriereschichten nur in den Transportbereichen dreieckig, bogenförmig,
halbkreisförmig oder wie ein Trapez geformt, im Querschnitt gesehen. Etwa bei einer eckigen Form ist es allerdings möglich, dass bedingt durch Herstellungstoleranzen
abgerundete Ecken vorliegen, jedoch die Grundform eckig ist. Die Quantentopfschichten und die Barriereschichten in den Emissionsbereichen sind bevorzugt je senkrecht zur
Wachstumsrichtung ausgerichtet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Transportbereiche eine Mittelachse auf, die parallel zur Wachstumsrichtung orientiert ist. Im Querschnitt gesehen bildet die Mittelachse bevorzugt eine Symmetrieachse der Transportbereiche. Mit anderen Worten sind die
Transportbereiche, im Querschnitt gesehen, durch die
Mittelachse in zwei Hälften geteilt, die über die Mittelachse ineinander spiegelbar sind und spiegelsymmetrisch sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt ein Abstand zwischen benachbarten Quantentopfschichten in den
Transportbereichen hin zu der Mittelachse der
Transportbereiche monoton oder streng monoton ab. Mit anderen Worten nähern sich benachbarte Quantentopfschichten hin zur Mittelachse einander an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Quantentopfschichten in den Emissionsbereichen zueinander parallel orientiert. Die Quantentopfschichten können entlang der Wachstumsrichtung in den Emissionsbereichen zudem
gleichmäßig verteilt sein, sodass ein Abstand benachbarter Quantentopfschichten in den Emissionsbereichen nicht
variiert, sondern konstant ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Quantentopfschichten in zumindest manchen oder in allen der
Transportbereiche, relativ zu den Emissionsbereichen, als Erhebungen geformt. Das heißt, entlang der Wachstumsrichtung überragen die Quantentopfschichten in den Transportbereichen dann die Quantentopfschichten in den Emissionsbereichen.
Anders ausgedrückt, sind die Quantentopfschichten in den Transportbereichen gegenüber den Quantentopfschichten in den Emissionsbereichen herausgestülpt, bezogen auf die
Wachstumsrichtung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Quantentopfschichten in zumindest manchen oder in allen
Transportbereichen, relativ zu den Emissionsbereichen, als
Senken geformt. Die Teile der jeweiligen QuantentopfSchicht , die sich in diesen Transportbereichen finden, sind also gegenüber den Teilen der entsprechenden QuantentopfSchicht in den Emissionsbereichen zurückversetzt, gesehen entlang der Wachstumsrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen die
Transportbereiche, entlang der Wachstumsrichtung, jeweils vollständig durch die aktive Zone hindurch. In diesem Fall weisen die Transportbereiche bevorzugt keine
QuantentopfSchicht auf, die sich in gleicher Dicke und
Materialzusammensetzung und Position entlang der
Wachstumsrichtung auch in den Emissionsbereichen
wiederfindet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen die
Transportbereiche, entlang der Wachstumsrichtung gesehen, nur zum Teil durch die Multi-Quantentopfstruktur . Die
Transportbereiche nehmen in diesem Fall bevorzugt, entlang der Wachstumsrichtung gesehen, mindestens 75 % oder 50 % oder 25 % der Multi-Quantentopfstruktur und/oder der aktiven Zone ein. In diesem Fall können also eine oder mehrere der
Quantentopfschichten in ungeänderter Dicke, Position und/oder Materialzusammensetzung durchgehend in den Emissionsbereichen und den Transportbereichen vorliegen, im Querschnitt gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Transportbereiche eine variierende Breite auf. Das heißt, an verschiedenen Stellen entlang der Wachstumsrichtung liegen in den Transportbereichen unterschiedliche Breiten vor. Die Breite bezieht sich auf eine Ausdehnung der Transportbereiche in Richtung quer oder senkrecht zur Wachstumsrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steigt eine Breite der Transportbereiche in Richtung hin zu einer Mitte der aktiven Zone und/oder der Multi-Quantentopfstruktur an, gesehen entlang der Wachstumsrichtung. Mit anderen Worten weisen dann die Transportbereiche entlang der Wachstumsrichtung in der Mitte der aktiven Zone eine größere Breite auf als an einem Rand der aktiven Zone. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip ein Substrat. Bei dem
Substrat handelt es sich bevorzugt um die mechanisch tragende und stabilisierende Komponente des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat um ein Wachstumssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge, die aktive Zone und die Multi- Quantentopfstruktur . Insbesondere ist die
Halbleiterschichtenfolge epitaktisch unmittelbar auf das Substrat aufgewachsen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Substrat verschieden von einem Wachstumssubstrat. Mit anderen Worten wurde dann die Halbleiterschichtenfolge auf ein
Wachstumssubstrat epitaktisch aufgewachsen und dieses
Wachstumssubstrat wurde anschließend von der
Halbleiterschichtenfolge und der aktiven Zone entfernt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat eine strukturierte Substratoberfläche auf, auf der die
Halbleiterschichtenfolge und die aktive Zone aufgewachsen sind. Insbesondere ist durch die Strukturierung der
Substratoberfläche die Unterteilung der Multi- Quantentopfstruktur in die Transportbereiche und die
Emissionsbereiche vorgegeben, Beispielsweise befinden sich die Emissionsbereiche in Draufsicht gesehen oberhalb von plateauförmigen, ebenen Bereichen der Substratoberfläche und die Transportbereiche befinden sich an schrägen Flanken und/oder Erhebungen und/oder Senken der Substratoberfläche, Die Emissionsbereiche können dabei an Vertiefungen oder auch an Erhebungen der Substratoberfläche ausgebildet sein. Dabei ist es möglich, dass eine Kontur der Quantentopfschichten, im Querschnitt gesehen, eine Kontur der Substratoberfläche nachformt oder zumindest näherungsweise nachformt. Eine exakte Nachformung ist nicht zwangsläufig erforderlich, solange eine Grundform der Kontur der Substratoberfläche einer Grundform der jeweiligen QuantentopfSchicht entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Gradient in einer Materialzusammensetzung, einer Dicke und/oder einer Schichtdicke der Quantentopfschichten und/oder der
Barriereschichten vor. Dieser Gradient erstreckt sich
bevorzugt über mehrere der Quantentopfschichten und/oder der Barriereschichten hinweg und liegt insbesondere in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung vor. Beispielsweise nimmt eine Dicke der Quantentopfschichten entlang der Wachstumsrichtung ab und/oder es steigt ein Indiumgehalt der
Quantentopfschichten entlang der Wachstumsrichtung an.
Entsprechendes kann für Dotierungen der Barriereschichten und/oder der Quantentopfschichten gelten. Durch einen
derartigen Gradienten ist es insbesondere möglich, dass die Quantentopfschichten entlang der Wachstumsrichtung
hinsichtlich ihrer Emissionswellenlänge verschieden sind. Beispielsweise emittieren Quantentopfschichten, die sich näher an der n-Seite der Halbleiterschichtenfolgen befinden, kurzwelligere Strahlung.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1, 12 und 13 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips,
Figuren 2 bis 11 und 17 bis 19 schematische
Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von Multi-Quantentopfstrukturen für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchips,
Figur 14 eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel einer Multi-Quantentopfstruktur für hier beschriebene optoelektronische
Halbleiterchips,
Figur 15 einen schematischen Verlauf eines Stroms gegenüber einem Lichtstrom und einer externen
Quanteneffizienz von Halbleiterchips, und
Figur 16 eine schematische Schnittdarstellung einer
herkömmlichen Multi-Quantentopfstruktur .
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterchips 1 gezeigt. Der
Halbleiterchip 1 weist ein Substrat 6 auf, auf dessen
Substratoberfläche 60 eine Halbleiterschichtenfolge
aufgewachsen ist. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf AlInGaN.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine n-dotierte Seite 2 und eine p-dotierte Seite 5. Zwischen diesen dotierten Seiten 2, 5 befindet sich eine Multi-Quantentopfstruktur 3, die eine aktive Zone des Halbleiterchips 1 darstellt.
Kontaktmetallisierungen 8 zu einer elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 1 befinden sich jeweils an der n- dotierten Seite 2 und der p-dotierten Seite 5. Optional vorhandene Stromverteilungsstrukturen sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet. Eine Wachstumsrichtung G der Halbleiterschichtenfolge weist von dem Substrat 6 weg in Richtung hin zu der p-dotierten Seite 5. Die Multi-Quantentopfstruktur 6 weist einander abwechselnde Quantentopfschichten 31 und Barriereschichten 32 auf. Die Quantentopfschichten 31 und die Barriereschichten 32
erstrecken sich durchgehend über die gesamte aktive Zone hinweg, ohne dass absichtlich Unterbrechungen oder Lücken gebildet sind. Jedoch sind die Quantentopfschichten 31 und/oder die Barriereschichten 32 hinsichtlich ihrer Dicke moduliert .
So liegen Bereiche mit einer größeren Dicke der
Quantentopfschichten 31 und/oder der Barriereschichten 32 vor. Diese Bereiche bilden Emissionsbereiche 41, in denen vornehmlich eine Lichterzeugung erfolgt. Ferner liegen
Transportbereiche 42 vor, in denen die Quantentopfschichten 31 und/oder die Barriereschichten 32 dünner geformt sind. In den Transportbereichen 42 erfolgt vornehmlich ein Transport insbesondere von Löchern in Richtung parallel zur
Wachstumsrichtung G und in Quantentopfschichten 31, die nahe an der n-dotierten Seite 2 liegen. Aus den Transportbereichen 42 erfolgt weiter eine
Ladungsträgerverteilung in Richtung senkrecht zur
Wachstumsrichtung G in die Emissionsbereiche 41. Mit anderen Worten sind die Energieniveaus der Quantentopfschichten 31 in den Emissionsbereichen 41 sowie den Transportbereichen 42 derart eingestellt, sodass eine Ladungsträger-Rekombination vornehmlich in den Emissionsbereichen 41 erfolgt. Hierdurch erscheinen die Emissionsbereiche 41, in Draufsicht gesehen, heller als die Transportbereiche 42.
Gemäß Figur 1 ist die dem Substrat 6 nächstgelegene
QuantentopfSchicht 31 über die Emissionsbereiche 41 und die Transportbereiche 42 hinweg gleich gestaltet, also in
ungeänderter Dicke und Materialzusammensetzung vorhanden. Durch die dünneren Barriereschichten 32 und/oder
Quantentopfschichten 31 in den Transportbereichen 42 weisen die einzelnen Schichten in den Transportbereichen 42 eine trapezartige, symmetrische Gestalt auf, im Querschnitt gesehen. Eine Strukturierung in die Transportbereiche 42 und die Emissionsbereiche 41 erfolgt zum Beispiel dadurch, dass unterschiedliche Wachstumsraten an unterschiedlichen
Kristallebenen vorliegen und/oder dadurch, dass lokal eine Wachstumstemperatur, etwa durch Einstrahlung von Laserlicht, verändert wird. Ebenso können lithographische oder
selbstorganisierende Maskierungstechniken verwendet werden.
Optional sind an einer Seite der Halbleiterschichtenfolge Lichtauskoppelstrukturen 7 geformt. Es ist möglich, dass die Lichtauskoppelstrukturen 7 mit den Transportbereichen 42 räumlich korreliert sind. Entsprechendes ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 2 zu sehen, sind die Quantentopfschichten 31 symmetrisch zu einer Symmetrieachse S gestaltet, wobei die Symmetrieachse S senkrecht zur
Wachstumsrichtung G ausgerichtet ist. Der Transport von Ladungsträgern ist durch Pfeile symbolisiert, wobei h+ für Löcher und e" für Elektronen steht.
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, ist es möglich, dass die Transportbereiche 42 jeweils eine Mittelachse M aufweisen. Die Mittelachse M ist parallel zur Wachstumsrichtung G orientiert. Im Querschnitt gesehen sind die Transportbereiche 42 bevorzugt symmetrisch zur
Mittelachse M aufgebaut.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind in den
Transportbereichen 42 die Barriereschichten 32 und die
Quantentopfschichten 31 jeweils dreieckig geformt. Gemäß Figur 4 weisen die Quantentopfschichten 31 und die
Barriereschichten 32 im Querschnitt gesehen eine bogenförmige Gestalt auf.
In Richtung hin zu einer Mitte der Transportbereiche 42 nimmt gemäß der Figuren 3 und 4 ein Abstand benachbarter
Quantentopfschichten 31 zueinander ab. Ein geringster Abstand zwischen benachbarten Quantentopfschichten 31 liegt im
Bereich der Mittelachse M vor.
Gemäß Figur 5 sind die Quantentopfschichten 31 und die
Barriereschichten 32 in den Transportbereichen 42 ebenfalls im Querschnitt gesehen dreieckig geformt. Dabei sind die Quantentopfschichten 31 innerhalb des Bereichs 42 äquidistant zueinander angeordnet, ein Abstand zwischen benachbarten Quantentopfschichten 31 bleibt somit über die gesamte Breite der Transportbereiche 42 hinweg konstant oder näherungsweise konstant. Entsprechendes kann auch für bogenförmige oder trapezförmige Ausgestaltungen gelten, vergleiche insbesondere die Figuren 1 und 4. Wie in Figur 6 zu sehen, können die Quantentopfschichten 31 in den Transportbereichen 42 als Erhebungen gestaltet sein, relativ zu den Quantentopfschichten 31 in den
Emissionsbereichen 41 und mit Bezug auf die Wachstumsrichtung G. Ansonsten sind die Transportbereiche 42 der Figur 6 genauso gestaltet wie die Transportbereiche 42 in Figur 5.
Auch die Quantentopfschichten 31 gemäß der Figuren 1, 3 und 4 können, anders als in diesen Figuren dargestellt, als
Erhebungen analog zu Figur 6 ausgeführt sein.
In den Figuren 2 bis 6 erstrecken sich die veränderten
Schichten 31, 32 in den Transportbereichen 42 entlang der Wachstumsrichtung G jeweils vollständig durch die Mehrfach-
Quantentopfstruktur 3 hindurch. Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 7 illustriert, ist nur ein Teil der
Quantentopfschichten 31 in den Transportbereichen 42 dünner und damit trapezförmig gestaltet. Mehrere der
Quantentopfschichten 31 erstrecken sich in ungeänderter und gleich bleibender Dicke sowohl über die Emissionsbereiche 41 als auch über die Abschnitte mit den gedünnten
Quantentopfschichten 31 hinweg. Entlang der Wachstumsrichtung G erstreckt sich der eigentliche Transportbereich 42 zu ungefähr 40 % durch die Mehrfach-Quantentopfstruktur 3 hindurch. Entsprechendes kann für Quantentopfschichten 31 gelten, die analog zu den Figuren 3 bis 6 gestaltet sind.
Wie in Figur 7 anhand der Bezugszeichen verdeutlicht, werden als Transportbereiche 42 solche Abschnitte der Mehrfach-
Quantentopfstruktur 3 verstanden, die in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung G zumindest zum Teil veränderte
Quantentopfschichten 31 und/oder Barriereschichten 32 aufweisen, da in diesen Abschnitten eine verbesserte
Ladungsträgerleitfähigkeit in Richtung parallel zur
Wachstumsrichtung G erzielt ist. Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 8 illustriert, weisen die Quantentopfschichten 31 in den Transportbereichen 42 eine variable Dicke auf. Entgegen der Wachstumsrichtung G nimmt eine Breite der Quantentopfschichten 31 in den
Transportbereichen 42 ab. Dabei ist es, anders als
dargestellt, auch möglich, dass die Transportbereiche 42 die Quantentopfstruktur 3 vollständig durchdringen, in Richtung entlang der Wachstumsrichtung G.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 9 illustriert, nimmt eine Breite der Quantentopfschichten 31 in den
Transportbereichen 42 in Richtung hin zu einer Mitte der Quantentopfstruktur 3 zu. Abweichend von der Darstellung in Figur 9 ist es möglich, dass eine breiteste der
Quantentopfschichten 31 in den Transportbereichen 42 nicht in der Mitte der Quantentopfstruktur 3 liegt, entlang der
Wachstumsrichtung G, sondern beispielsweise in einem unteren Viertel oder in einem unteren Drittel, entlang der
Wachstumsrichtung G gesehen. Das heißt, dann durchdringen die Transportbereiche 42 die Quantentopfstruktur 3 beispielsweise zu 4/5 oder 3/4 oder 2/3 und die am weitesten innerhalb der Quantentopfstruktur 3 liegende QuantentopfSchicht 31 der Transportbereiche 42 weist dann die größte Dicke auf, ausgehend von einer Seite der Multi-Quantentopfstruktur 3. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen beginnen die Transportbereiche 42 bevorzugt an einer der p-dotierten Seite der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite der Multi- Quantentopfstruktur 3, können aber auch an einer n-dotierten Seite beginnen. In Figur 10 ist gezeigt, dass die Quantentopfschichten 31 in den Transportbereichen 42 im Querschnitt gesehen dreieckig geformt sind. Entlang der Wachstumsrichtung G nimmt dabei eine Breite der Quantentopfschichten 31 in den
Transportbereichen 42 zu, beispielsweise linear zu.
Die Anzahl der Quantentopfschichten 31 liegt zum Beispiel bei mindestens 5 oder 7 und/oder bei höchstens 9 oder 15. Die Dicken der Quantentopfschichten 31 liegen bevorzugt zwischen einschließlich 2 nm und 4 nm, insbesondere bei zirka 3 nm, in den Emissionsbereichen 41 und zwischen einschließlich 0,25 nm und 3 nm, insbesondere bei zirka 1 nm, in den
Transportbereichen 42. Die Quantentopfschichten 31 bestehen bevorzugt aus InGaN mit einem Indium-Gehalt zwischen
einschließlich 6 % und 25 %, insbesondere zirka 12%, in den Emissionsbereichen 41 und mit einem Indium-Gehalt zwischen einschließlich 2 % und 15 %, insbesondere zirka 3 %, in den Transportbereichen 42. Die Dicken der Barriereschichten 32 liegen bevorzugt zwischen einschließlich 3 nm und 15 nm, insbesondere zirka 9 nm, in den Emissionsbereichen 41 und zwischen einschließlich 0,5 nm und 8 nm, insbesondere zirka 3 nm, in den Transportbereichen 42. Die Transportbereiche 42 können einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 50 nm und 800 nm oder 80 nm bis 400 nm, insbesondere zirka
200 nm, aufweisen. Die Transportbereiche 42 nehmen bevorzugt eine Flächenanteil zwischen einschließlich 2 % und 20 %, insbesondere zirka 6 %, ein, in Draufsicht gesehen. Diese Werte gelten bevorzugt auch für alle anderen
Ausführungsbeispiele.
In Figur 11 ist illustriert, dass mehrere verschiedene Arten von Transportbereichen 42 innerhalb einer Quantentopfstruktur 3 miteinander kombiniert sein können. Dabei ist es auch möglich, dass ein kleinerer Teil der Transportbereiche 42 an einer n-dotierten Seite beginnt. Abweichend von der
Darstellung gemäß Figur 11 können auch unterschiedliche
Strukturen miteinander kombiniert werden, beispielsweise im Querschnitt gesehen dreieckig geformte Quantentopfschichten 31 aus den Figuren 5, 6 oder 10 mit trapezförmigen
Quantentopfschichten 31, etwa aus den Figuren 7 bis 9, mit bogenförmigen Quantentopfschichten 31, etwa aus der Figur 4.
Bei dem Halbleiterchip 1, wie in Figur 12 gezeigt, weist das Substrat 6 eine strukturierte Substratoberfläche 60 auf. Die Emissionsbereiche 41 und die Transportbereiche 42 sind durch die Strukturierung der Substratoberfläche 60 vorgegeben. Die Quantentopfschichten 31 weisen dieselbe Kontur auf wie die Substratoberfläche 60, im Querschnitt gesehen. Die
Emissionsbereiche 41 sind dabei durch Bereiche der
Substratoberfläche 60 definiert, die senkrecht zur
Wachstumsrichtung G verlaufen und plateauartig geformt sind. Eine entsprechende Formgebung der Quantentopfschichten 31 in den Transportbereichen 42 kann auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen erfolgen.
In Figur 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Halbleiterchips 1 dargestellt. Eine elektrische Kontaktierung ist dabei gestaltet, wie in der Druckschrift
US 2010/0171135 AI angegeben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Somit erfolgt eine
Kontaktierung auch über Kontaktbereiche, die von der p-Seite 5 her durch die Multi-Quantentopfstruktur 3 in die n-Seite 2 verlaufen. Diese Durchkontaktierungen durch die Mehrfach- Quantentopfstruktur 3 hindurch weisen bevorzugt eine deutlich größere Breite auf als die Transportbereiche 42, beispielsweise eine um mindestens einen Faktor 5 oder 10 oder 20 größere Breite.
Ferner sind in Figur 13 schematisch Kristalldefekte 10 in Form von so genannten V-Pits dargestellt. Solche V-Pits sind beispielsweise in der Druckschrift Cho et al . im Journal of the Korean Physical Society, Vol. 42, Februar 2003, Seiten S547 bis S550, beschrieben. Durch diese V-Pits 10 ist es möglich, dass die Quantentopfschichten 31 in der Multi- Quantentopfstruktur 3 lokal verzerrt sind. Jedoch sind diese V-Pits 10 bevorzugt nicht räumlich korreliert zu den
Transportbereichen 42 vorhanden, sondern zufällig verteilt. Weiterhin sind räumliche Abmessungen der V-Pits 10 in
Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung G bevorzugt um mindestens einen Faktor 2 oder 5 kleiner als die Abmessungen der Transportbereiche 42, aber entlang parallel der
Wachstumsrichtung G größer. Auch können die V-Pits 10 sich in Richtung hin zur p-Seite 5 verbreitern, entgegengesetzt zu den Quantentopfschichten 31 in den Transportbereichen 42. Abweichend von der Darstellung in Figur 13 ist es aber auch möglich, dass die V-Pits 10 und die Transportbereiche 42 sich beide in Richtung hin zur p-Seite verbreitern, im Querschnitt gesehen . In der Draufsicht gemäß Figur 14A ist dargestellt, dass die Transportbereiche 42 inselförmig sind und in einem
hexagonalen Gitter angeordnet sein können. Gemäß Figur 14B sind die Transportbereiche 42 in einem Rechteckgitter
regelmäßig angeordnet.
Die Anordnung der Transportbereiche 42 in den Figuren 14C und 14D erfolgt ebenfalls in einem regelmäßigen Muster. Wie in Figur 14C zu sehen, können die einzelnen Transportbereiche 42 aber, gegenüber einem reinen Rechteckgitter, leicht verrutscht sein, zum Beispiel im Mittel um höchstens 30 % oder 20 % einer Gitterkonstanten. In Figur 14D ist
dargestellt, dass die Transportbereiche 42 um Gitterpunkte eines regelmäßigen Gitters herum, das insbesondere ein
Rechteckgitter ist, angeordnet sind. Dabei liegen zum
Beispiel zwischen einschließlich 1 und 5 der
Transportbereiche 42 eng um einen Gitterpunkt herum, zum Beispiel in einem Radius von höchsten 20 % oder 10 % der Gitterkonstanten.
Eine entsprechende Anordnung der Transportbereiche 42, in Draufsicht gesehen, kann ebenso bei allen anderen
Ausführungsbeispielen vorliegen.
In Figur 16 ist eine herkömmliche Multi-Quantentopfstruktur 3' gezeigt. Hierbei ist eine Dicke der Quantentopfschichten 31 und der Barriereschichten 32 nicht moduliert, sodass
Ladungsträger h+, e" gleichmäßig und ganzflächig in die
Multi-Quantentopfstruktur 3' eingeprägt werden.
Gegenüber einer solchen herkömmlichen Multi- Quantentopfstruktur 3' sind die Multi-Quantentopfstrukturen 3 der Figuren 1 bis 14 hinsichtlich eines Lichtstroms Φ und einer externen Quanteneffizienz Y verbessert, siehe Figur 15. In Figur 15 ist eine Abhängigkeit des Lichtstroms Φ von einem Betriebsstrom I gezeigt sowie eine Abhängigkeit der externen Quanteneffizienz Y, aufgetragen gegenüber dem Logarithmus des Betriebsstroms I.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 17 sind benachbarte
Emissionsbereiche 41, im Querschnitt gesehen, entlang der Wachstumsrichtung G versetzt zueinander angeordnet. Zwischen benachbarten Emissionsbereichen 41 befindet sich je ein
Transportbereich 42, der schräg zur Wachstumsrichtung G verläuft . In den Figuren 18 bis 20 sind
Transmissionselektronenmikroskop-Aufnahmen von
Ausführungsbeispielen von Halbleiterchips 1 gezeigt. Die Quantentopfschichten 31 erscheinen dabei heller als die
Barriereschichten 32.
Gemäß Figur 18 sind die Quantentopfschichten 31 in dem
Emissionsbereich 41 deutlich dicker ausgebildet als in dem Transportbereich 42. Die Quantentopfschichten 31 sind in einem Übergangsbereich zwischen dem Emissionsbereich 41 und dem Transportbereich 42 nicht unterbrochen.
In Figur 19 ist dargestellt, dass in dem Transportbereich 42 im Querschnitt gesehen eine Doppelstruktur, zusammengesetzt aus zwei Dreiecken, vorliegen kann.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 104 700.4, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
1 optoelektronischer Halbleiterchip
2 n-Seite
3 Multiquantentopfstruktur
3' herkömmliche Multiquantentopfstruktur
31 QuantentopfSchicht
32 Barriereschicht
41 Emissionsbereich
42 Transportbereich
5 p-Seite
6 Substrat
60 Substratoberfläche
7 Lichtauskoppelstruktur
8 Kontaktmetallisierung
9 Isolierschicht
10 V-Pit e" Elektron
G Wachstumsrichtung
h+ Loch
I Strom in willkürlichen Einheiten (a.u.)
M Mittelachse
Φ Lichtstrom in Lumen
S Symmetrieachse
Y externe Quanteneffizienz in Prozent

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit einer aktiven Zone mit einer Multi-Quantentopfstruktur (3) , wobei
- die Multi-Quantentopfstruktur (3) mehrere
Quantentopfschichten (31) und mehrere
Barriereschichten (32) aufweist, die entlang einer Wachstumsrichtung (G) abwechselnd aufeinanderfolgen und die sich jeweils durchgehend über die gesamte Multi-Quantentopfstruktur (3) erstrecken,
- in einem Querschnitt parallel zur Wachstumsrichtung (G) gesehen die Multi-Quantentopfstruktur (3)
zumindest einen Emissionsbereich (41) und mehrere Transportbereiche (42) aufweist, die in Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung (G) abwechselnd aufeinanderfolgen,
- die Quantentopfschichten (31) und/oder die
Barriereschichten (32) in den Transportbereichen (42) dünner sind als in den Emissionsbereichen (41), und
- die Quantentopfschichten (31) sowohl in den
Transportbereichen (42) als auch in den
Emissionsbereichen (41) senkrecht zur
Wachstumsrichtung (G) orientiert sind, mit Ausnahme eines Übergangsbereichs zwischen benachbarten
Transportbereichen (42) und Emissionsbereichen (41).
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
wobei
- in Draufsicht gesehen ein Flächenanteil der
Emissionsbereiche (41) zwischen einschließlich 70 % und 98 % liegt, die Emissionsbereiche (41), in Draufsicht gesehen, im Betrieb um mindestens einen Faktor 3 heller
erscheinen als die Transportbereiche (42),
sich die Dicken der Quantentopfschichten (31) und/oder der Barriereschichten (32) zwischen den Transportbereichen (42) und den Emissionsbereichen
(41) um mindestens einen Faktor 1,5 und um höchstens einen Faktor 10 voneinander unterscheiden, - eine mittlere Breite der Transportbereiche (42) zwischen 250 nm und 5 ym beträgt, quer zur Wachstumsrichtung
(G) ,
die Barriereschichten (32) aus GaN, InGaN und/oder AlGaN hergestellt sind und die Quantentopfschichten
(31) aus InGaN bestehen,
eine Anzahl der Quantentopfschichten (31) zwischen einschließlich 4 und 25 liegt,
in Draufsicht gesehen die Transportbereiche (42) und die Emissionsbereichen (41) regelmäßig angeordnet sind,
- eine mittlere Dicke der Quantentopfschichten (31) in den Emissionsbereichen (41) zwischen
einschließlich 1,2 nm und 15 nm liegt,
- ein mittlerer Indium-Gehalt der
Quantentopfschichten (31) in den Transportbereichen
(42) höchstens 50 % eines mittleren Indium-Gehalts der Quantentopfschichten (31) in den
Emissionsbereichen (41) beträgt, und
- in den Transportbereichen (42) und in den
Emissionsbereichen (41) eine gleiche Anzahl von Quantentopfschichten (31) und von Barriereschichten
(32) vorliegt. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Übergangsbereich eine mittlere Breite von höchstens 20 % der mittleren Gesamtbreite der
Transportbereiche (42) aufweist, in Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung (G) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Transportbereiche (42) zusammen mit den Emissionsbereichen (41), im Querschnitt gesehen, eine Symmetrieachse (S) senkrecht zur Wachstumsrichtung (G) aufzeigen .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine in Wachstumsrichtung (G) gesehen erste QuantentopfSchicht (31) sowohl in den
Transportbereichen (42) als auch in den
Emissionsbereichen (41) gleich aufgebaut ist und in einer einzigen Ebene liegt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Quantentopfschichten (31) und/oder die Barriereschichten (32) nur in den Transportbereichen (42), im Querschnitt gesehen, dreieckig, bogenförmig oder wie ein Trapez geformt sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem in den Transportbereichen (42) ein Abstand zwischen benachbarten Quantentopfschichten (31) hin zu einer Mittelachse (M) der Transportbereiche (42) monoton oder streng monoton abnimmt,
wobei die Mittelachse (M) eine Symmetrieachse der Transportbereiche (42) ist und parallel zur
Wachstumsrichtung (G) orientiert ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem die Quantentopfschichten (31) in den
Emissionsbereichen (41) und in den Transportbereichen (42) parallel zueinander orientiert sind. 9. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Quantentopfschichten (31) in zumindest manchen der Transportbereichen (42), relativ zu den Emissionsbereichen (41), als Erhebungen geformt sind, sodass die Teile der Quantentopfschicht (31), die sich in diesen Transportbereichen (31) befinden, die Teile der entsprechenden Quantentopfschicht (31) in den Emissionsbereichen (41) überragen, entlang der
Wachstumsrichtung (G) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Quantentopfschichten (31) in zumindest manchen der Transportbereichen (42), relativ zu den Emissionsbereichen (41), als Senken geformt sind, sodass die Teile der Quantentopfschicht (31), die sich in diesen Transportbereichen (31) befinden, gegenüber den Teilen der entsprechenden Quantentopfschicht (31) in den Emissionsbereichen (41) zurückversetzt sind, entlang der Wachstumsrichtung (G) .
11. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Transportbereiche (42), entlang der
Wachstumsrichtung (G) , vollständig durch die aktive Zone verlaufen.
12. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
bei dem die Transportbereiche (42), entlang der
Wachstumsrichtung (G) , nur zum Teil, aber zu mindestens 50 %, durch die aktive Zone verlaufen.
13. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Transportbereiche (42), entlang der
Wachstumsrichtung (G) , eine variierende Breite
aufweisen .
14. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Breite der Transportbereiche (42) in
Richtung hin zu einer Mitte der aktiven Zone, gesehen entlang der Wachstumsrichtung (G) , ansteigt.
15. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
der ferner ein Substrat (6) umfasst, bei dem es sich um ein Wachstumssubstrat für die aktive Zone handelt, wobei das Substrat eine strukturierte
Substratoberfläche (60) aufweist und durch die
strukturierte Substratoberfläche (60) die Unterteilung in die Transportbereiche (42) und die Emissionsbereiche (41) vorgegeben ist.
16. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem über mehrere der Quantentopfschichten (31) und/oder der Barriereschichten (32) hinweg eine
Materialzusammensetzung und/oder eine Schichtdicke variiert ist.
17. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit einer aktiven Zone mit einer Multi-Quantentopfstruktur (3) , wobei
- die Multi-Quantentopfstruktur (3) mehrere
Quantentopfschichten (31) und mehrere Barriereschichten (32) aufweist, die entlang einer Wachstumsrichtung (G) abwechselnd aufeinanderfolgen und die sich jeweils durchgehend über die gesamte Multi-Quantentopfstruktur (3) erstrecken,
- in einem Querschnitt parallel zur Wachstumsrichtung (G) gesehen die Multi-Quantentopfstruktur (3) zumindest einen Emissionsbereich (41) und mehrere
Transportbereiche (42) aufweist, die in Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung (G) abwechselnd
aufeinanderfolgen,
- die Quantentopfschichten (31) und/oder die
Barriereschichten (32) in den Transportbereichen (42) dünner sind als in den Emissionsbereichen (41), und
- in den Transportbereichen (42) zumindest in einem Übergangsbereich zwischen benachbarten
Transportbereichen (42) und Emissionsbereichen (41) zumindest eine Schicht vorliegt, die mit einem p-Typ
Dotierstoff mit einer Konzentration von mindestens 10^ l/cm^ versehen ist.
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