WO2018138081A1 - Optoelektronischer halbleiterchip - Google Patents

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WO2018138081A1
WO2018138081A1 PCT/EP2018/051572 EP2018051572W WO2018138081A1 WO 2018138081 A1 WO2018138081 A1 WO 2018138081A1 EP 2018051572 W EP2018051572 W EP 2018051572W WO 2018138081 A1 WO2018138081 A1 WO 2018138081A1
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semiconductor chip
optoelectronic semiconductor
contact layer
optoelectronic
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PCT/EP2018/051572
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Xue Wang
Markus Broell
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic
  • Semiconductor chip in particular a based on a phosphide compound semiconductor material optoelectronic semiconductor chip.
  • LED chips is usually arranged between the electrical contact and the light-emitting semiconductor layer sequence a comparatively thick StromaufWeitungs für of a semiconductor material having good electrical conductivity in order to achieve the most uniform flow of current through the active layer.
  • US Pat. No. 6,426,518 B1 discloses an optoelectronic semiconductor chip in which the light-emitting region is based on a phosphide compound semiconductor, wherein a current-spreading layer made of p-AlGaAs is arranged between the electrical contact and the light-emitting region.
  • the current spreading layer has a thickness of between 1 ⁇ and 10 ⁇ .
  • the invention is based on the object, a
  • Specify optoelectronic semiconductor chip which has a low optical absorption and at the same time a low sensitivity to moisture.
  • the optoelectronic semiconductor chip contains, according to at least one embodiment, a semiconductor layer sequence based on a phosphide compound semiconductor material.
  • a semiconductor layer sequence based on a phosphide compound semiconductor material.
  • "On a phosphide compound semiconductor material based" as used herein means that one or more layers of the semiconductor layer sequence contains a III-phosphide compound semiconductor material, preferably In x Al y Ga x - include y P, where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may contain one or more dopants and also additional dopants
  • the semiconductor layer sequence comprises multiple layers of In x Ga y Al x - y P O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ . 1
  • the semiconductor layer sequence contains, in particular, a p-type semiconductor region, an n-type semiconductor region and one between the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region.
  • Semiconductor region disposed active layer for emitting electromagnetic radiation.
  • the active layer may, for. B. as pn junction, as
  • Double heterostructure be designed as a single quantum well structure or multiple quantum well structure.
  • Designation Quantum well structure includes any
  • Quantum well structure no information about the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires or quantum dots and any combination of these structures.
  • the metallic p-type terminal layer which is at least partially adjacent to the StromaufWeitungs für.
  • the p-type terminal layer comprises a metal or a metal alloy and is at one of the semiconductor layer sequence opposite side of the current spreading layer arranged.
  • the metallic p-terminal layer is used in particular for
  • the p-type semiconductor region has a p-contact layer which adjoins the current spreading layer, the p-contact layer having carbon (C) doped gallium phosphide (GaP).
  • the p-contact layer is advantageously a highly doped layer, wherein the dopant concentration of carbon in the p-contact layer is at least 1 ⁇ 10 19 cm -3 , preferably at least 5 ⁇ 10 19 cm -3 .
  • the p-contact layer is a comparatively thin layer whose thickness is preferably less than 100 nm.
  • the p-type contact layer of C-doped GaP may advantageously be very thin, since with C-doped GaP good electrical contact with high conductivity
  • GaP is with a
  • the p-contact layer can advantageously be comparatively thin because it does not have to fulfill the function of current expansion. Rather, the
  • the optoelectronic semiconductor chip with a thin doped with C GaP layer as p-contact layer and a
  • Current spreading layer of a transparent conductive oxide is characterized in particular by a particularly low absorption and improved moisture resistance.
  • the C dopant concentration in the p contact layer is preferably more than 5 * 10 19 cm -3 .
  • the C-dopant concentration may have a value between 5 * 10 19 cm -3 and 1 * 10 22 cm -3 , for example about 5 * 10 20 cm -3 . In this way, a particularly good electrical contact between the p-type semiconductor region and the
  • the thickness of the p-contact layer is between 1 nm and 100 nm. Such a small thickness of the p-contact layer has the particular advantage that the absorption in the p-contact layer is particularly low.
  • the p-type contact layer may in particular be less than 50 nm or less than 35 nm thick.
  • a p-contact layer with a small thickness that this is not relaxed or at least partially relaxed.
  • the epitaxial growth of the p-contact layer of C-doped GaP on the underlying semiconductor layer, in particular an InGaAlP layer this typically grows in a thickness range up to a few nanometers initially with the
  • Lattice constant of the underlying semiconductor layer until it relaxes ie that sets in particular by the formation of dislocations of their material composition corresponding lattice constant.
  • the p-contact layer is advantageously not yet or at least predominantly not relaxed yet.
  • the defect density and the surface roughness are therefore advantageously particularly low in this area.
  • the rsms surface roughness of the p-contact layer at the interface to the current spreading layer is advantageously less than 2 nm.
  • the current spreading layer and the p-contact layer are partially interrupted. This can be
  • the optoelectronic semiconductor chip may in particular have an n-terminal layer, wherein the
  • Semiconductor chips are p-doped at a side of the p-contact layer facing away from the current spreading layer
  • the p-doped InGaAlP layer may have an indium content of about 0.5, for example the composition I no, s GaO, 22Al 0.2 s P ⁇ die
  • InGaAlP layer may in particular be p-doped with magnesium and is preferably more than 50 nm thick.
  • the current spreading layer of the optoelectronic semiconductor chip has, according to at least one embodiment, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO) or zinc oxide (ZnO). These materials are advantageously transparent and have good electrical conductivity.
  • the thickness of the current spreading layer is preferably between 10 nm and 300 nm, for example about 60 nm. In this
  • Thickness range is the absorption in the
  • the n-type semiconductor region is one
  • the optoelectronic semiconductor chip is preferably a so-called thin-film light-emitting diode chip, in which a growth substrate used for growing the semiconductor layer sequence is detached from the optoelectronic semiconductor chip.
  • original growth substrate may be detached in particular from the n-type semiconductor region of the semiconductor layer sequence. At the side of the original growth substrate
  • Optoelectronic semiconductor chip preferably connected to the carrier, for example by means of a solder joint.
  • the carrier is different in this case from a growth substrate of the semiconductor layer sequence and comprises, for example, silicon, molybdenum, germanium or a ceramic. in the
  • n-type semiconductor region is the substrate and the p-type
  • the p-terminal layer has gold or silver.
  • Gold and silver are characterized by a high
  • a high reflectivity of the p-terminal layer is
  • the p-type attachment layer has a thin adhesion promoter layer to improve adhesion, e.g. a thin layer of ITO or Ti.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a third exemplary embodiment.
  • the optoelectronic semiconductor chip 20 illustrated in FIG. 1 contains a semiconductor layer sequence 10 which has an n-type semiconductor region 2 and a p-type semiconductor region 4. Between the n-type semiconductor region 2 and the p-type semiconductor region 4, an active layer 3 is arranged.
  • the semiconductor layer sequence 10 is based on a phosphide compound semiconductor, i. H. one or more in the
  • Semiconductor layer sequence 10 contained semiconductor layers have in particular In x Ga y Ali- x - y P with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1 on.
  • one or more layers of the n-type semiconductor region 2, the active layer 3 and the p-type semiconductor region 4 are made of phosphide.
  • Compound semiconductor material includes, for example, one or more arsenide compound semiconductor layers.
  • the semiconductor layer sequence 10 is, for example
  • the growth substrate 10 is, for example, a GaP substrate or a GaAs substrate.
  • the active layer 3 can in particular a
  • the active layer 3 may comprise a pn junction or, preferably, a single or multiple quantum well structure.
  • the optoelectronic semiconductor chip 20 is an LED chip or a semiconductor laser.
  • the active layer 3 is a radiation-receiving layer and the optoelectronic semiconductor chip is a detector.
  • the p-type semiconductor region 4 may have a plurality of p-doped ones
  • the p-type semiconductor region 4 contains one or more undoped layers. Accordingly, the n-type semiconductor region 2 one or more n-doped
  • the p-type semiconductor region 4 has a p-contact layer 7 adjacent to a current spreading layer 8.
  • the p-contact layer 7 is the outermost semiconductor layer on the p-side of the optoelectronic semiconductor chip 20.
  • the current spreading layer 8 contains a transparent conductive oxide, for example ITO. Alternatively, the transparent conductive oxide could be, for example, ZnO or IZO.
  • the current spreading layer 8 is adjacent to a p-type terminal layer 12 made of a metal or a metal
  • the p-terminal layer 12 is used for
  • Contacting the n-side may be arranged, for example, on the back of the substrate 1, if a
  • n-connection layer 11 may be arranged on an exposed region of the n-type semiconductor region 2 (not shown).
  • conductive oxide has the advantage that, owing to its high transparency, it can be applied to the entire p-type oxide.
  • the thickness of the current spreading layer 8 is preferably between 10 nm and 300 nm, for example about 60 nm.
  • the p-contact layer 7, at which the current spreading layer 8 adjoins the semiconductor layer sequence 10, is
  • Dopant concentration in the p-contact layer 7 may be, for example, in the range between 1 * 10 19 cm -3 and 1 * 10 22 cm -3 .
  • the dopant concentration is preferably in the p-contact layer 7 more than 5 * 10 19 cm -3 , for example about 5 * 10 20 cm -3 . Due to the high doping of the p-contact layer 7, a good electrical connection to the current spreading layer 8 is achieved.
  • the p-contact layer 7 is advantageously a thin layer which is only less than 100 nm, preferably 1 nm to 35 nm thick. Such a small thickness of the p-contact layer 7 is
  • the p-type contact layer 7 of C-doped GaP therefore does not have to serve for current spreading.
  • the very thin p-contact layer 7 has the advantage that the absorption is only very small.
  • the thin p-type contact layer 7 made of C doped GaP is advantageously characterized by a low roughness.
  • the rms surface roughness of the p-contact layer 7 at the interface with the current spreading layer 8 is advantageously less than 2 nm.
  • the low roughness is particularly due to the small thickness, in particular in the preferred
  • the p-type contact layer 7 has grown under tension on the underlying semiconductor layer 6, which is in particular a p-doped InGaAlP layer 6.
  • the underlying semiconductor layer 6 which is in particular a p-doped InGaAlP layer 6.
  • a transition to the lattice constant of the GaP semiconductor material would only take place at a larger size
  • Adjust layer thickness by forming dislocations Adjust layer thickness by forming dislocations.
  • the Ga content in the InGaAlP layer 6 is particularly advantageous for reducing the aging.
  • the p-contact layer 7 is free of aluminum.
  • a high aluminum content in the p-type contact layer 7 would have the advantage that the absorption due to the large band gap due to the high aluminum content is low.
  • the semiconductor material of the p-contact layer 7 can advantageously be free of aluminum, without significant absorption occurring in the p-contact layer 7.
  • the doping of the p-contact layer 7 with carbon has the further advantage that a diffusion of the
  • the further exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor chip 20 illustrated in FIG. 2 is a so-called thin-film LED in which the
  • Optoelectronic semiconductor chip 20 having at least one compound layer 13 such as a solder layer applied to a carrier substrate 14. Seen from the active layer 3, therefore, the p-type semiconductor region 4 with the p-contact layer 7 faces the carrier substrate 14.
  • compound layer 13 such as a solder layer applied to a carrier substrate 14.
  • Carrier substrate 14 is unlike that for epitaxial
  • the carrier substrate 14 may comprise, for example, a semiconductor material such as, for example, silicon, germanium or molybdenum or a ceramic.
  • the p-contact layer 7 contains C doped with C and adjoins the current spreading layer 8, which is transparent
  • the p-type terminal layer 12 is preferably a reflective layer for transmitting the radiation emitted from the active region 5 in the direction of the carrier substrate 14 to the opposite radiation-exit area on the surface of the n-type semiconductor region 2
  • the reflective p-terminal layer 12 may in particular comprise or consist of silver or gold. Silver and gold are characterized by a high reflectivity.
  • a dielectric layer 9 is arranged in regions between the current spreading layer 8 and the p-connection layer 12, which may in particular be a silicon oxide layer. Due to the comparatively low refractive index of the dielectric material of the dielectric layer 9, for example SiO 2, the dielectric layer 9 can bring about a total reflection of a portion of the radiation emitted in the direction of the carrier substrate 14 towards the radiation exit surface. The reflective effect of the metallic p-type terminal layer 12 is therefore due to the dielectric
  • Layer 9 advantageously further reinforced. Since the dielectric layer 9 is not electrically conductive, the p-type terminal layer 12 is connected to the current spreading layer 8 through one or more openings in the dielectric layer 9.
  • the third exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip 20 illustrated in FIG. 3 differs from the optoelectronic illustrated in FIG.
  • Optoelectronic semiconductor chip before applying the dielectric layer 9 and the p-type terminal layer 12 a recess in the current spreading layer 8 and the p-contact layer 7 generates. This structuring takes place, in particular, before the detachment of the growth substrate and before the connection of the optoelectronic semiconductor chip to the carrier 14. The partial removal of the
  • Current spreading layer 8 and the p-contact layer 7 in the region opposite to the n-type terminal layer 11 has in particular the advantage that the current flow through the active layer 3 is reduced in this area. In this way it is achieved that generates less radiation below the absorbent n-terminal layer 11 and so
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • Embodiment of Figure 1 characterized in that on an opposite side of the current spreading layer 8 side of the p-contact layer 7, an intermediate layer 15 is arranged.
  • the intermediate layer 15 in particular directly adjoins the side of the p-contact layer 7 facing away from the current spreading layer 8.
  • the intermediate layer 15 is
  • the intermediate layer 15 preferably has, like the p-contact layer 7, C doped with C, wherein the
  • Intermediate layer 15 has a lower dopant concentration than the p-contact layer 7.
  • the p-contact layer 7 has a C-dopant concentration of at least 1 * 10 22 cm -3 .
  • the intermediate layer 15 in this case has a dopant concentration of less than 1 * 10 22 cm -3 .
  • the dopant concentration in the intermediate layer 15 is preferably more than 1 ⁇ 10 19 cm -3 , in particular between 1 ⁇ 10 19 cm -3 and 1 ⁇ 10 22 cm -3 .
  • the intermediate layer 15 has the particular advantage that the spread of Defects from the higher doped p-contact layer 7
  • FIG. 5 shows yet another exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor chip 20. This embodiment differs from that
  • Embodiment of Figure 1 characterized in that on a side facing away from the current spreading layer 8 side of the p-contact layer 7, a superlattice 16a, 16b of alternating first layers 16a and second layers 16b is arranged.
  • the superlattice 16a, 16b in particular directly adjoins the side of the p-contact layer 7 facing away from the current spreading layer 8.
  • the superlattice 16a, 16b is in particular a periodic layer sequence comprising N periods comprising respectively a first layer 16a and a second layer 16b.
  • the number of periods N of the superlattice is preferably more than 3, for example about 20.
  • Superlattice 16a, 16b has the particular advantage that the propagation of defects from the C-doped p-contact layer 7 is reduced. It is also possible that below the p-contact layer 7 both the less doped intermediate view of GaP: C of the previous embodiment and the superlattice 16a, 16b are arranged.
  • the superlattice 16a, 16b preferably has first layers 16a with the composition Ino, sGa x Alo, s- x P and second
  • Material compositions may include the first layers 16a and second layers 16b be braced against each other,
  • Layers 16a and the second layers 16b of the superlattice are, for example, between 5 nm and 200 nm thick.

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (20) beschrieben, umfassend eine Halbleiterschichtenfolge (10), die ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial aufweist, wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) einen p-Typ Halbleiterbereich (4) einen n-Typ Halbleiterbereich (2), und eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ Halbleiterbereich (2) angeordnete aktive Schicht (3) enthält. Weiterhin umfass der optoelektronische Halbleiterchip eine an den p-Typ Halbleiterbereich (4) angrenzende Stromaufweitungsschicht (8), die ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist, und eine metallische p- Anschlussschicht (12), die zumindest bereichsweise an die Stromaufweitungsschicht (8) angrenzt. Der p-Typ Halbleiterbereich (4) weist eine p-Kontaktschicht (7) auf, die an die Stromaufweitungsschicht (8) angrenzt. Die p- Kontaktschicht (7) weist mit C dotiertes GaP auf, wobei die C-Dotierstoffkonzentration mindestens 5 * 1019 cm-3 beträgt, und wobei die p-Kontaktschicht (7) weniger als 100 nm dick ist.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP
Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen
Halbleiterchip, insbesondere einen auf einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial basierenden optoelektronischen Halbleiterchip .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 101 637.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bei optoelektronischen Halbleiterchips wie z.B.
Leuchtdiodenchips wird in der Regel zwischen dem elektrischen Kontakt und der Licht emittierenden Halbleiterschichtenfolge eine vergleichsweise dicke StromaufWeitungsschicht aus einem Halbleitermaterial mit guter elektrischer Leitfähigkeit angeordnet, um einen möglichst gleichmäßigen Stromfluss durch die aktive Schicht zu erzielen.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift US 6,426,518 Bl ein optoelektronischer Halbleiterchip bekannt, bei dem der Licht emittierende Bereich auf einem Phosphid-Verbindungshalbleiter basiert, wobei zwischen dem elektrischen Kontakt und dem Licht emittierenden Bereich eine StromaufWeitungsschicht aus p-AlGaAs angeordnet ist. Die StromaufWeitungsschicht weist eine Dicke zwischen 1 μιη und 10 μιη auf.
Es hat sich herausgestellt, dass sich mit vergleichsweise dicken StromaufWeitungsschichten aus AlGaAs eine gute
Stromaufweitung erzielen lässt, aber andererseits auch ein nicht unerheblicher Anteil der emittierten Strahlung
absorbiert wird. Die Absorption einer dicken
Stromaufweitungsschicht ist insbesondere dann nicht
vernachlässigbar, wenn die emittierte Strahlung kurzwellig ist und/oder oder Aluminiumanteil in der
Stromaufweitungsschicht gering ist. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass eine Erhöhung des Aluminiumanteils in der Stromaufweitungsschicht die Empfindlichkeit des
optoelektronischen Halbleiterchips gegenüber Feuchtigkeit erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der sich durch eine geringe optische Absorption und gleichzeitig eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen
Halbleiterchip gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der optoelektronische Halbleiterchip enthält gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert. „Auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass eine oder mehrere Schichten der Halbleiterschichtenfolge ein III-Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise InxAlyGai-x-yP umfassen, wobei 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, AI, Ga, P) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Insbesondere umfasst die Halbleiterschichtenfolge mehrere Schichten aus InxGayAli-x-yP mit O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1.
Die Halbleiterschichtenfolge enthält insbesondere einen p-Typ Halbleiterbereich, einen n-Typ Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich und dem n-
Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht zur Emission elektromagnetischer Strahlung.
Die aktive Schicht kann z. B. als pn-Übergang, als
Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die
Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche
Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss
(confinement ) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung
Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte oder Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält der
optoelektronische Halbleiterchip eine an den p-Typ
Halbleiterbereich angrenzende StromaufWeitungsschicht , die ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist, und eine
metallische p-Anschlussschicht , die zumindest bereichsweise an die StromaufWeitungsschicht angrenzt. Die p- Anschlussschicht weist ein Metall oder eine Metalllegierung auf und ist an einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Stromaufweitungsschicht angeordnet. Die metallische p-Anschlussschicht dient insbesondere zur
Stromzufuhr durch eine Stromaufweitungsschicht in den p-Typ Halbleiterbereich, sie kann aber auch gleichzeitig die
Funktion einer Spiegelschicht haben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist der p-Typ Halbleiterbereich eine p- Kontaktschicht auf, die an die Stromaufweitungsschicht angrenzt, wobei die p-Kontaktschicht mit Kohlenstoff (C) dotiertes Galliumphosphid (GaP) aufweist. Die p- Kontaktschicht ist vorteilhaft eine hoch dotierte Schicht, wobei die Dotierstoffkonzentration von Kohlenstoff in der p- Kontaktschicht mindestens 1 * 1019 cm-3, bevorzugt mindestens 5 * 1019 cm-3 beträgt. Weiterhin ist die p-Kontaktschicht eine vergleichsweise dünne Schicht, deren Dicke vorzugsweise weniger als 100 nm beträgt.
Bei dem hierin beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterchip kann die p-Kontaktschicht aus C-dotiertem GaP vorteilhaft sehr dünn sein, da sich mit C-dotiertem GaP ein guter elektrischer Kontakt mit hoher Leitfähigkeit
realisieren lässt. Insbesondere ist GaP mit einer
vergleichsweise hohen Dotierstoffkonzentration von C
herstellbar. Weiterhin kann die p-Kontaktschicht vorteilhaft vergleichsweise dünn sein, weil sie nicht die Funktion der Stromaufweitung erfüllen muss. Vielmehr erfolgt die
Stromaufweitung bei dem hier beschriebenen Leuchtdiodenchip im Wesentlichen durch die Stromaufweitungsschicht aus dem transparenten leitfähigen Oxid, die zwischen der p-
Kontaktschicht und der metallischen p-Anschlussschicht angeordnet ist. Der optoelektronische Halbleiterchip mit einer dünnen mit C dotierten GaP-Schicht als p-Kontaktschicht und einer
Stromaufweitungsschicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid zeichnet sich insbesondere durch eine besonders geringe Absorption und eine verbesserte Feuchtebeständigkeit aus.
Bevorzugt beträgt die C-Dotierstoffkonzentration in der p- Kontaktschicht mehr als 5 * 1019 cm-3. Insbesondere kann die C-Dotierstoffkonzentration einen Wert zwischen 5 * 1019 cm-3 und 1 * 1022 cm-3 aufweisen, beispielsweise etwa 5 * 1020 cm-3. Auf diese Weise wird ein besonders guter elektrischer Kontakt zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich und der
Stromaufweitungsschicht hergestellt . Bei einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Dicke der p- Kontaktschicht zwischen 1 nm und 100 nm. Eine so geringe Dicke der p-Kontaktschicht hat insbesondere den Vorteil, dass die Absorption in der p-Kontaktschicht besonders gering ist. Bei bevorzugten Ausgestaltungen kann die p-Kontaktschicht insbesondere weniger als 50 nm oder weniger als 35 nm dick sein .
Weiterhin ist es insbesondere bei einer p-Kontaktschicht mit einer geringen Dicke möglich, dass diese nicht relaxiert oder zumindest zum Teil nicht relaxiert ist. Beim epitaktischen Aufwachsen der p-Kontaktschicht aus C-dotiertem GaP auf der darunter liegenden Halbleiterschicht, insbesondere einer InGaAlP-Schicht , wächst diese in einem Dickenbereich bis zu einigen Nanometern typischerweise zunächst mit der
Gitterkonstante der darunter liegenden Halbleiterschicht auf, bis sie relaxiert, d.h. dass sich insbesondere durch die Ausbildung von Versetzungen die ihrer Materialzusammensetzung entsprechende Gitterkonstante einstellt. In dem Dickenbereich von 1 nm bis 100 nm ist die p-Kontaktschicht vorteilhaft noch nicht oder zumindest überwiegend noch nicht relaxiert. Die Defektdichte und die die Oberflächenrauheit sind daher in diesem Bereich vorteilhaft besonders gering. Die rms- Oberflächenrauheit der p-Kontaktschicht an der Grenzfläche zur Stromaufweitungsschicht beträgt vorteilhaft weniger als 2 nm.
Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen
Halbleiterchips sind die Stromaufweitungsschicht und die p- Kontaktschicht bereichsweise unterbrochen. Dies kann
vorteilhaft sein, um gezielt den Stromfluss durch einen
Teilbereich des optoelektronischen Halbleiterchips zu
reduzieren. Auf diese Weise kann insbesondere die Absorption in einer metallischen Anschlussschicht vermindert werden.
Der optoelektronische Halbleiterchip kann insbesondere eine n-Anschlussschicht aufweisen, wobei die
Stromaufweitungsschicht und die p-Kontaktschicht in einem der n-Anschlussschicht gegenüberliegenden Bereich unterbrochen sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass unterhalb der absorbierenden n-Anschlussschicht weniger Strahlung erzeugt und so Absorptionsverluste vermindert werden.
Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen
Halbleiterchips ist an einer von der Stromaufweitungsschicht abgewandten Seite der p-Kontaktschicht eine p-dotierte
InGaAlP-Schicht angeordnet. Die p-dotierte InGaAlP-Schicht kann insbesondere einen Indiumanteil von etwa 0,5 aufweisen, beispielsweise die Zusammensetzung I no , sGao , 22AI 0 , 2 s P · Die
InGaAlP-Schicht kann insbesondere mit Magnesium p-dotiert sein und ist vorzugsweise mehr als 50 nm dick. Die Stromaufweitungsschicht des optoelektronischen Halbleiterchips weist gemäß zumindest einer Ausgestaltung Indium-Zinn-Oxid (ITO), Indium-Zink-Oxid (IZO) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Diese Materialien sind vorteilhaft transparent und weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Die Dicke der Stromaufweitungsschicht beträgt vorzugsweise zwischen 10 nm und 300 nm, beispielsweise etwa 60 nm. In diesem
Dickenbereich ist die Absorption in der
Stromaufweitungsschicht vorteilhaft gering.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des optoelektronischen Halbleiterchips ist der n-Typ Halbleiterbereich einer
Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips zugewandt, und der p-Typ Halbleiterbereich ist einem Trägersubstrat des optoelektronischen
Halbleiterchips zugewandt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen so genannten Dünnfilm-Leuchtdiodenchip, bei dem ein zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge verwendetes Aufwachssubstrat von dem optoelektronischen Halbleiterchip abgelöst ist. Das
ursprüngliche Aufwachssubstrat kann insbesondere vom n-Typ Halbleiterbereich der Halbleiterschichtenfolge abgelöst sein. An der Seite des dem ursprünglichen Aufwachssubstrat
gegenüberliegenden p-Typ Halbleiterbereichs ist der
optoelektronische Halbleiterchip vorzugsweise mit dem Träger verbunden, beispielsweise mittels einer Lötverbindung. Der Träger ist in diesem Fall von einem Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge verschieden und weist beispielsweise Silizium, Molybdän, Germanium oder eine Keramik auf. Im
Gegensatz zu herkömmlichen LEDs, bei denen in der Regel der n-Typ Halbleiterbereich dem Substrat und der p-Typ
Halbleiterbereich der Strahlungsaustrittsfläche zugewandt ist, ist bei dem optoelektronischen Halbleiterchip in der Ausgestaltung als Dünnfilm-Leuchtdiodenchip der p-Typ
Halbleiterbereich dem Träger und der n-Typ Halbleiterbereich der Strahlungsaustrittsfläche zugewandt. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterchips weist die p-Anschlussschicht Gold oder Silber auf. Gold und Silber zeichnen sich durch eine hohe
elektrische Leitfähigkeit und eine hohe Reflektivität aus. Eine hohe Reflektivität der p-Anschlussschicht ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn der p-Typ
Halbleiterbereich dem Träger des optoelektronischen
Halbleiterchips zugewandt ist. In diesem Fall kann die p- Anschlussschicht aus der aktiven Schicht in Richtung des Trägers emittierte Strahlung zu einer
Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips hin umlenken. Es ist möglich, dass die p- Anschlussschicht zur Verbesserung der Haftung eine dünne Haftvermittlerschicht aufweist, z.B. eine dünne Schicht aus ITO oder Ti.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Größen der einzelnen Elemente sowie die Größenverhältnisse der Elemente
untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Der in Figur 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterchip 20 enthält eine Halbleiterschichtenfolge 10, die einen n-Typ Halbleiterbereich 2 und einen p-Typ Halbleiterbereich 4 aufweist. Zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich 2 und dem p- Typ Halbleiterbereich 4 ist eine aktive Schicht 3 angeordnet.
Die Halbleiterschichtenfolge 10 basiert auf einem Phosphid- Verbindungshalbleiter, d. h. eine oder mehrere in der
Halbleiterschichtenfolge 10 enthaltenen Halbleiterschichten weisen insbesondere InxGayAli-x-yP mit O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1 auf. Insbesondere sind eine oder mehrere Schichten des n-Typ Halbleiterbereichs 2, der aktiven Schicht 3 und des p-Typ Halbleiterbereich 4 aus Phosphid-
Verbindungshalbleitermaterialien gebildet. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die Halbleiterschichtenfolge 10 eine oder mehrere Schichten eines anderen III-V-
Verbindungshalbleitermaterials enthält, beispielsweise eine oder mehrere Arsenid-Verbindungshalbleiterschichten . Die Halbleiterschichtenfolge 10 ist beispielsweise
epitaktisch auf ein Aufwachssubstrat 1 aufgewachsen. Das Aufwachssubstrat 10 ist zum Beispiel ein GaP-Substrat oder ein GaAs-Substrat . Die aktive Schicht 3 kann insbesondere eine
Strahlungsemittierende Schicht sein. Insbesondere kann die aktive Schicht 3 einen pn-Übergang oder vorzugsweise eine Einfach- oder Mehrfachquantentopfstruktur umfassen.
Beispielsweise ist der optoelektronische Halbleiterchip 20 ein LED-Chip oder ein Halbleiterlaser. Alternativ ist es auch möglich, dass die aktive Schicht 3 eine Strahlungsempfangende Schicht und der optoelektronische Halbleiterchip ein Detektor ist . Der p-Typ Halbleiterbereich 4 kann mehrere p-dotierte
Halbleiterschichten 5, 6, 7 enthalten. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass der p-Typ Halbeiterbereich 4 eine oder mehrere undotierte Schichten enthält. Entsprechend kann der n-Typ Halbleiterbereich 2 eine oder mehrere n-dotierte
Schichten und gegebenenfalls auch eine oder mehrere
undotierte Schichten enthalten.
Der p-Typ Halbleiterbereich 4 weist eine p-Kontaktschicht 7 auf, die an eine StromaufWeitungsschicht 8 angrenzt. Die p- Kontaktschicht 7 ist die äußerste Halbleiterschicht an der p- Seite des optoelektronischen Halbleiterchips 20. Die Stromaufweitungsschicht 8 enthält ein transparentes leitfähiges Oxid, beispielsweise ITO. Alternativ könnte das transparente leitfähige Oxid zum Beispiel ZnO oder IZO sein. Die Stromaufweitungsschicht 8 grenzt an eine p- Anschlussschicht 12 aus einem Metall oder einer
Metalllegierung an. Die p-Anschlussschicht 12 dient zur
Herstellung eines elektrischen Kontakts, um einen
elektrischen Strom in die Halbleiterschichtenfolge 10 zu leiten. Eine n-Anschlussschicht 11 zur elektrischen
Kontaktierung von der n-Seite kann beispielsweise an der Rückseite des Substrats 1 angeordnet sein, wenn ein
elektrisch leitfähiges Substrat 1 verwendet wird. Alternativ sind aber auch andere Anordnungen der n-Anschlussschicht 11 möglich, beispielsweise kann die n-Anschlussschicht 11 auf einem freigelegtem Bereich des n-Typ Halbleiterbereichs 2 angeordnet sein (nicht dargestellt) .
Die Stromaufweitungsschicht 8 aus dem transparenten
leitfähigen Oxid hat insbesondere den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer hohen Transparenz auf die gesamte p-
Kontaktschicht 7 aufgebracht sein kann, wodurch eine gute Stromaufweitung ohne wesentliche Absorptionsverluste erfolgt. Die Dicke der Stromaufweitungsschicht 8 beträgt vorzugsweise zwischen 10 nm und 300 nm, beispielsweise etwa 60 nm.
Die p-Kontaktschicht 7, an der die Stromaufweitungsschicht 8 an die Halbleiterschichtenfolge 10 anschließt, ist
vorteilhaft eine C-dotierte GaP-Schicht. Bei der C-Dotierung von GaP lässt sich vorteilhaft eine hohe
Dotierstoffkonzentration erreichen. Die
Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht 7 kann beispielsweise im Bereich zwischen 1 * 1019 cm-3 und 1 * 1022 cm-3 liegen. Bevorzugt beträgt die Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht 7 mehr als 5 * 1019 cm-3, beispielsweise etwa 5 * 1020 cm-3. Durch die hohe Dotierung der p-Kontaktschicht 7 wird ein guter elektrischer Anschluss an die Stromaufweitungsschicht 8 erzielt.
Die p-Kontaktschicht 7 ist vorteilhaft eine dünne Schicht, die nur weniger als 100 nm, bevorzugt 1 nm bis 35 nm dick ist. Eine so geringe Dicke der p-Kontaktschicht 7 ist
insbesondere deshalb möglich, weil die Stromaufweitung bereits in der angrenzenden Stromaufweitungsschicht 8 aus dem transparenten leitfähigen Oxid erfolgt. Die p-Kontaktschicht 7 aus C-dotiertem GaP muss daher nicht zur Stromaufweitung dienen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtdiodenchips, in denen in der Regel eine oder mehrere vergleichsweise dicke p- Typ Halbleiterschichten zur Stromaufweitung eingesetzt werden, hat die sehr dünne p-Kontaktschicht 7 den Vorteil, dass die Absorption nur sehr gering ist.
Weiterhin zeichnet sich die dünne p-Kontaktschicht 7 aus mit C dotiertem GaP vorteilhaft durch eine geringe Rauheit aus. Die rms-Oberflächenrauheit der p-Kontaktschicht 7 an der Grenzfläche zur Stromaufweitungsschicht 8 beträgt vorteilhaft weniger als 2 nm. Die die geringe Rauheit wird insbesondere durch die geringe Dicke, insbesondere im bevorzugten
Dickenbereich von etwa 1 nm bis 35 nm, ermöglicht, da die p- Kontaktschicht 7 bei einer so geringen Schichtdicke im
Wesentlichen noch nicht komplett relaxiert ist. Anders ausgedrückt ist die p-Kontaktschicht 7 verspannt auf der darunter liegenden Halbleiterschicht 6 aufgewachsen, bei der es sich insbesondere um eine p-dotierte InGaAlP-Schicht 6 handelt. Ein Übergang zur Gitterkonstante des GaP- Halbleitermaterials würde sich erst bei einer größeren
Schichtdicke durch Ausbildung von Versetzungen einstellen. Der Ga-Gehalt in der InGaAlP-Schicht 6 ist insbesondere vorteilhaft zur Reduzierung der Alterung.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die p-Kontaktschicht 7 frei von Aluminium ist. Ein hoher Aluminiumgehalt in der p- Kontaktschicht 7 hätte an sich zwar den Vorteil, dass die Absorption aufgrund der durch den hohen Aluminiumgehalt großen elektronischen Bandlücke gering ist. Andererseits hat sich gezeigt, dass eine Halbleiterschicht mit hohem
Aluminiumgehalt vergleichsweise empfindlich gegenüber
Feuchtigkeit ist. Da bei der hierin beschriebenen p- Kontaktschicht 7 die Absorption bereits aufgrund der geringen Schichtdicke nur sehr gering ist, kann das Halbleitermaterial der p-Kontaktschicht 7 vorteilhaft frei von Aluminium sein, ohne dass eine signifikante Absorption in der p- Kontaktschicht 7 auftritt.
Die Dotierung der p-Kontaktschicht 7 mit Kohlenstoff hat weiterhin den Vorteil, dass eine Diffusion von dem
herkömmlicherweise verwendeten Dotierstoff Magnesium in tiefer liegende Halbleiterschichten, insbesondere die aktive Schicht 3, nicht auftritt. Die Problematik der Diffusion ist bei der Verwendung von Kohlenstoff als Dotierstoff geringer als bei der Verwendung von Magnesium.
Bei dem in Figur 2 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 20 handelt es sich um eine sogenannte Dünnfilm-LED, bei der die
Halbleiterschichtenfolge 10 von ihrem ursprünglichen
Aufwachssubstrat abgelöst ist. Das ursprüngliche
Aufwachssubstrat ist von dem n-Typ Halbleiterbereich 2 abgelöst, der bei diesem Ausführungsbeispiel an der
Strahlungsaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips 20 angeordnet ist. Auf der dem ursprünglichen Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Seite ist der
optoelektronische Halbleiterchip 20 mit mindestens einer Verbindungschicht 13 wie zum Beispiel einer Lotschicht auf ein Trägersubstrat 14 aufgebracht. Von der aktiven Schicht 3 aus gesehen ist also der p-Typ Halbleiterbereich 4 mit der p- Kontaktschicht 7 dem Trägersubstrat 14 zugewandt. Das
Trägersubstrat 14 ist ungleich dem zum epitaktischen
Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 10 verwendeten
Aufwachssubstrat . Das Trägersubstrat 14 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial wie zum Beispiel Silizium, Germanium oder Molybdän oder eine Keramik aufweisen.
Wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält die p-Kontaktschicht 7 mit C dotiertes GaP und grenzt an die Stromaufweitungsschicht 8 an, die ein transparentes
leitfähiges Oxid wie zum Beispiel ITO enthält. Die
Stromaufweitungsschicht 8 grenzt bereichsweise an die
p-Anschlussschicht 12 an. Die p-Anschlussschicht 12 ist vorzugsweise eine reflektierende Schicht, um die von der aktiven Zone 5 in Richtung des Trägersubstrat 14 emittierte Strahlung zu der gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche an der Oberfläche des n-Typ Halbleiterbereichs 2 zu
reflektieren. Die reflektierende p-Anschlussschicht 12 kann insbesondere Silber oder Gold aufweisen oder daraus bestehen. Silber und Gold zeichnen sich durch eine hohe Reflektivität aus .
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Stromaufweitungsschicht 8 und der p-Anschlussschicht 12 bereichsweise eine dielektrische Schicht 9 angeordnet, bei der sich insbesondere um eine Siliziumoxidschicht handeln kann. Aufgrund des vergleichsweise geringen Brechungsindex des dielektrischen Materials der dielektrischen Schicht 9, beispielsweise Si02, kann die dielektrische Schicht 9 eine Totalreflexion eines Teils der in Richtung des Trägersubstrat 14 emittierten Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche hin bewirken. Die reflektierende Wirkung der metallischen p- Anschlussschicht 12 wird daher durch die dielektrische
Schicht 9 vorteilhaft weiter verstärkt. Da die dielektrische Schicht 9 nicht elektrisch leitfähig ist, ist die p- Anschlussschicht 12 durch einen oder mehrere Durchbrüche in der dielektrischen Schicht 9 an die StromaufWeitungsschicht 8 angeschlossen .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und die sich daraus ergebenden Vorteile des zweiten Ausführungsbeispiels
entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals näher erläutert.
Das in Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 20 unterscheidet sich von dem in Figur 2 dargestellten optoelektronischen
Halbleiterchip dadurch, dass die p-Kontaktschicht 7 und die Stromaufweitungsschicht 8 in einem Bereich, der der n- Anschlussschicht 11 gegenüberliegt, unterbrochen sind. Hierzu wird beispielsweise bei der Herstellung des
optoelektronischen Halbleiterchips vor dem Aufbringen der dielektrischen Schicht 9 und der p-Anschlussschicht 12 eine Ausnehmung in der Stromaufweitungsschicht 8 und der p- Kontaktschicht 7 erzeugt. Diese Strukturierung erfolgt insbesondere vor dem Ablösen des Aufwachssubstrats und vor dem Verbinden des optoelektronischen Halbleiterchips mit dem Träger 14. Das teilweise Entfernen der
Stromaufweitungsschicht 8 und der p-Kontaktschicht 7 in dem Bereich, der der n-Anschlussschicht 11 gegenüberliegt, hat insbesondere den Vorteil, dass der Stromfluss durch die aktive Schicht 3 in diesem Bereich vermindert wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass unterhalb der absorbierenden n- Anschlussschicht 11 weniger Strahlung erzeugt und so
Absorptionsverluste vermindert werden.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 3 hinsichtlich seiner Funktionsweise und den weiteren
vorteilhaften Ausgestaltungen dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterchips 20 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem
Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch, dass an einer von der Stromaufweitungsschicht 8 abgewandten Seite der p- Kontaktschicht 7 eine Zwischenschicht 15 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 15 grenzt insbesondere direkt an die von der Stromaufweitungsschicht 8 abgewandte Seite der p- Kontaktschicht 7 an. Die Zwischenschicht 15 ist
beispielsweise zwischen 10 nm und 200 nm dick.
Die Zwischenschicht 15 weist vorzugsweise wie die p- Kontaktschicht 7 mit C dotiertes GaP auf, wobei die
Zwischenschicht 15 eine geringere Dotierstoffkonzentration auf als die p-Kontaktschicht 7 aufweist. Vorzugsweise weist die p-Kontaktschicht 7 eine C-Dotierstoffkonzentration von mindestens 1 * 1022 cm-3 auf. Die Zwischenschicht 15 weist in diesem Fall eine Dotierstoffkonzentration von weniger als 1 * 1022 cm-3 auf. Bevorzugt beträgt die Dotierstoffkonzentration in der Zwischenschicht 15 mehr als 1 * 1019 cm-3, insbesondere zwischen 1 * 1019 cm-3 und 1 * 1022 cm-3. Die Zwischenschicht 15 hat insbesondere den Vorteil, dass die Ausbreitung von Defekten aus der höher dotierten p-Kontaktschicht 7
vermindert wird. Im Übrigen entspricht das
Ausführungsbeispiel der Figur 4 hinsichtlich seiner
Funktionsweise und den weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
In Figur 5 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 20 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem
Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch, dass an einer von der Stromaufweitungsschicht 8 abgewandten Seite der p- Kontaktschicht 7 ein Übergitter 16a, 16b aus abwechselnden ersten Schichten 16a und zweiten Schichten 16b angeordnet ist. Das Übergitter 16a, 16b grenzt insbesondere direkt an die von der Stromaufweitungsschicht 8 abgewandte Seite der p- Kontaktschicht 7 an. Das Übergitter 16a, 16b ist insbesondere eine periodische Schichtenfolge, die N Perioden umfassend jeweils eine erste Schicht 16a und eine zweite Schicht 16b aufweist. Die Anzahl der Perioden N des Übergitters beträgt vorzugsweise mehr als 3, beispielsweise etwa 20. Das
Übergitter 16a, 16b hat insbesondere den Vorteil, dass die Ausbreitung von Defekten aus der mit C dotierten p- Kontaktschicht 7 vermindert wird. Es ist auch möglich, dass unterhalb der p-Kontaktschicht 7 sowohl die geringer dotierte Zwischensicht aus GaP:C des vorherigen Ausführungsbeispiel als auch und das Übergitter 16a, 16b angeordnet werden.
Das Übergitter 16a, 16b weist vorzugsweise erste Schichten 16a mit der Zusammensetzung Ino, sGaxAlo, s-xP und zweite
Schichten 16b mit der Zusammensetzung Ino, sGayAlo, s-yP auf.
Hierbei gilt vorzugsweise (x-y)/x > 0,05. Beispielsweise ist x = 0,25 und y = 0. Aufgrund der unterschiedlichen
Materialzusammensetzungen können die ersten Schichten 16a und zweiten Schichten 16b gegeneinander verspannt sein,
beispielsweise im Bereich bis ± 3000 ppm. Die ersten
Schichten 16a und die zweiten Schichten 16b des Übergitters sind beispielsweise zwischen 5 nm und 200 nm dick.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 5 hinsichtlich seiner Funktionsweise und den weiteren
vorteilhaften Ausgestaltungen dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Es ist selbstverständlich auch denkbar, die Merkmale der Ausführungsbeispiele der Figuren 4 und 5 bei optoelektronischen Halbleiterchips mit umgekehrter Polarität, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind, anzuwenden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 AufwachsSubstrat
2 n-Typ Halbleiterbereich
3 aktive Schicht
4 p-Typ Halbleiterbereich
5 p-Typ Halbleiterschicht
6 p-InGaAlP Schicht
7 p-KontaktSchicht
8 StromaufweitungsSchicht
9 dielektrische Schicht
10 Halbleiterschichtenfolge
11 n-Anschlussschicht
12 p-Anschlussschicht
13 VerbindungsSchicht
14 Träger
15 Zwischenschicht
16a erste Schichten
16b zweite Schichten
optoelektronischer Halbleiterchip

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (20) mit
- einer Halbleiterschichtenfolge (10), die ein Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial aufweist, wobei die
Halbleiterschichtenfolge (10) einen p-Typ
Halbleiterbereich (4) einen n-Typ Halbleiterbereich (2), und eine zwischen dem p-Typ Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ Halbleiterbereich (2) angeordnete aktive
Schicht (3) enthält,
- einer an den p-Typ Halbleiterbereich (4) angrenzenden Stromaufweitungsschicht (8), die ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist, und
- einer metallischen p-Anschlussschicht (12), die zumindest bereichsweise an die Stromaufweitungsschicht (8) angrenzt,
wobei
- der p-Typ Halbleiterbereich (4) eine p-Kontaktschicht (7) aufweist, die an die Stromaufweitungsschicht (8) angrenzt,
- die p-Kontaktschicht (7) mit C dotiertes GaP aufweist,
- eine C-Dotierstoffkonzentration in der p- Kontaktschicht (7) mindestens 5 * 1019 cm-3 beträgt, und
- die p-Kontaktschicht (7) weniger als 100 nm dick ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei die C-Dotierstoffkonzentration in der p- Kontaktschicht (7) mindestens 1 * 1020 cm-3 beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die p-Kontaktschicht (7) eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die p-Kontaktschicht (7) eine Dicke von weniger als 50 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die p-Kontaktschicht (7) eine Dicke von weniger als 35 nm aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die StromaufWeitungsschicht (8) und die p- Kontaktschicht (7) bereichsweise unterbrochen sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 6, wobei der optoelektronische Halbleiterchip eine n- Anschlussschicht (11) aufweist, und wobei die
Stromaufweitungsschicht (8) und die p-Kontaktschicht (7) in einem der n-Anschlussschicht (11) gegenüberliegenden Bereich unterbrochen sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die p-Kontaktschicht (7) eine rms-
Oberflächenrauheit von weniger als 2 nm aufweist. 9. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei an einer von der Stromaufweitungsschicht (8) abgewandten Seite der p-Kontaktschicht (7) eine p- dotierte InAlGaP-Schicht (6) angeordnet ist.
10. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die StromaufWeitungsschicht (8) ITO, ZnO oder IZO aufweist .
11. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die StromaufWeitungsschicht (8) eine Dicke zwischen 10 nm und 300 nm aufweist.
12. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei der n-Typ Halbleiterbereich (2) einer
Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterchips (20) zugewandt ist, und der p-Typ
Halbleiterbereich (4) einem Trägersubstrat (14) des optoelektronischen Halbleiterchips (20) zugewandt ist.
13. Optoelektronischer Halbleiterchip (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die p-Anschlussschicht (12) Gold oder Silber aufweist .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017104719A1 (de) * 2017-03-07 2018-09-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierender Halbleiterkörper und Halbleiterchip
DE102017123542A1 (de) 2017-10-10 2019-04-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
US11799058B2 (en) 2018-03-15 2023-10-24 Osram Oled Gmbh Optoelectronic semiconductor chip
DE102018107673A1 (de) 2018-03-15 2019-09-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Herstellungsverfahren für einen optoelektronischen Halbleiterchip

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426518B1 (en) 1999-01-05 2002-07-30 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
EP2950355A1 (de) * 2014-05-30 2015-12-02 LG Innotek Co., Ltd. Lichtemittierende vorrichtung

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3763667B2 (ja) * 1998-04-23 2006-04-05 株式会社東芝 半導体発光素子
JP4039187B2 (ja) * 2002-09-06 2008-01-30 日立電線株式会社 半導体発光素子
JP4601950B2 (ja) 2003-12-26 2010-12-22 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
TWI285970B (en) * 2005-08-26 2007-08-21 Arima Optoelectronics Corp Window interface layer structure of LED
JP4367393B2 (ja) * 2005-09-30 2009-11-18 日立電線株式会社 透明導電膜を備えた半導体発光素子
JP5408487B2 (ja) * 2009-08-07 2014-02-05 ソニー株式会社 半導体発光素子
DE102010014667A1 (de) 2010-04-12 2011-10-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Leuchtdiodenchip mit Stromaufweitungsschicht
JP2012104677A (ja) * 2010-11-11 2012-05-31 Toshiba Corp 半導体発光素子の製造方法
JP5095848B1 (ja) * 2011-05-18 2012-12-12 株式会社東芝 半導体発光素子
JP6077201B2 (ja) * 2011-08-11 2017-02-08 昭和電工株式会社 発光ダイオードおよびその製造方法
US20130049034A1 (en) 2011-08-31 2013-02-28 Yi Chieh Lin Light-emitting device
JP2013243202A (ja) * 2012-05-18 2013-12-05 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子の製造方法
JP2014103242A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子
JP6321919B2 (ja) * 2013-04-30 2018-05-09 ローム株式会社 半導体発光素子
US9419181B2 (en) 2013-05-13 2016-08-16 Infineon Technologies Dresden Gmbh Electrode, an electronic device, and a method for manufacturing an optoelectronic device
WO2015076110A1 (ja) * 2013-11-19 2015-05-28 ソニー株式会社 半導体レーザ素子
EP2903027B1 (de) 2014-01-30 2018-08-22 AZUR SPACE Solar Power GmbH LED-Halbleiterbauelement
WO2015170848A1 (ko) * 2014-05-08 2015-11-12 엘지이노텍 주식회사 발광소자

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426518B1 (en) 1999-01-05 2002-07-30 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
EP2950355A1 (de) * 2014-05-30 2015-12-02 LG Innotek Co., Ltd. Lichtemittierende vorrichtung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HSU S-C ET AL: "High-Performance A1GaInP/GaAs Light-Emitting Diodes with a Carbon-Doped GaP/Indium-Tin Oxide Contact Layer", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS, JP, vol. 47, no. 9, 1 September 2008 (2008-09-01), pages 7023 - 7025, XP001516614, ISSN: 0021-4922, DOI: 10.1143/JJAP.47.7023 *
TSUNG-YUAN TSAI ET AL: "On an AlGaInP Multiple Quantum Well Light Emitting Diode with a Thin Carbon-Doped GaP Contact Layer Structure", JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY ELECTROCHEMICAL SOCIETY INC. USA, vol. 157, no. 4, 25 February 2010 (2010-02-25), pages 459 - 462, XP002779042, ISSN: 0013-4651 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021058540A1 (de) * 2019-09-26 2021-04-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierender halbleiterchip

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