WO2018153994A1 - Optoelektronischer halbleiterchip - Google Patents

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WO2018153994A1
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Andreas Rudolph
Markus BRÖLL
Wolfgang Schmid
Johannes Baur
Martin Rudolf Behringer
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic
  • Semiconductor chip in particular a suitable for emission infrared radiation optoelectronic semiconductor chip.
  • Infrared radiation is not visible to the human eye.
  • the invention has for its object to provide an infrared radiation-emitting optoelectronic semiconductor chip, the operation of which reduces the risk that body parts, in particular the eyes, are damaged by the infrared radiation.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises, according to at least one embodiment, a p-type semiconductor region, an n-type semiconductor region and an active layer arranged between the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region and used as a multiple quantum well structure
  • the multiple quantum well structure has alternating quantum well layers and barrier layers.
  • the barrier layers each have a larger bandgap than the quantum well layers.
  • the quantum well layers of the multiple quantum well structure are suitable for emitting a first radiation in a first wavelength range.
  • the first wavelength range lies in the infrared spectral range, which is invisible especially to the human eye.
  • the optoelectronic semiconductor chip may be an infrared radiation emitting diode (IRED).
  • the quantum well layers of the multiple quantum well structure have an electronic band gap E QW i which is a
  • Emission wavelength in the infrared spectral range correspond.
  • all the quantum well layers of the multiple quantum well structure have the same electronic band gap E QW i.
  • the optoelectronic semiconductor chip at least one further quantum well layer, which is arranged outside the multiple quantum well structure and is adapted to emit a second radiation in a second wavelength range.
  • the second wavelength range includes wavelengths that are at least partially visible to the human eye.
  • the second wavelength range is in particular at least partially in the visible region of the electromagnetic spectrum and comprises at least partially shorter wavelengths than the first wavelength range.
  • the second wavelength range may include red light.
  • the optoelectronic semiconductor chip emits, on the one hand, the first radiation imperceptible to the human eye and, at the same time, the second radiation, which is at least partially perceptible to the human eye.
  • Multiple quantum well structure is emitted, it is in particular the intended for the application of the optoelectronic semiconductor chip useful radiation.
  • the second radiation emitted by the additionally present at least one further quantum well layer is intended for operation of the optoelectronic
  • the intensity maximum of the second radiation is particularly in the near infrared spectral range and is invisible to the human eye. For the visibility of the second radiation, it is sufficient and advantageous if only the short-wave extensions of the spectrum of the second radiation in the visible,
  • the location of the intensity maximum of the second radiation in the invisible infrared spectral range, in particular between 750 nm and 850 nm, has the advantage that the visible portion of the emitted second radiation is not too large, whereby the functionality of the application of the optoelectronic
  • Glare of the user caused by the visible radiation is a Glare of the user caused by the visible radiation.
  • the first radiation emitted by the multiple quantum well structure preferably has an intensity maximum at a wavelength between 850 nm and 1000 nm.
  • the first radiation provided for the application of the optoelectronic semiconductor chip has, in particular, an emission spectrum whose wavelength range lies completely in the infrared spectral range, which is imperceptible to the human eye.
  • the at least one further quantum well layer has a band gap E QW 2 which is larger as the bandgap E QW i of the quantum well layers of the multiple quantum well structure. Due to the larger bandgap, the emission wavelength range of the second radiation is the first compared to the emission wavelength range
  • the band gap E QW 2 of the at least one further quantum well layer is at least 0.1 eV larger than the band gap E QW i of the quantum well layers of the multiple quantum well structure.
  • Phosphide compound semiconductors or arsenide phosphide compound semiconductors are Phosphide compound semiconductors or arsenide phosphide compound semiconductors.
  • Semiconductor layers each comprise In x Al y Gai x -y As n Pi-n, where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1 and 0 ⁇ n ⁇ 1. This material does not necessarily have a mathematical exact
  • composition according to the above formula may contain one or more dopants as well as additional
  • Components of the crystal lattice (In, Al, Ga, As, P), although these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the quantum well layers of the multiple quantum well structure and the at least one other Quantum well layer each In x Al y Gai- x - y As with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1 have.
  • the band gap of the quantum well layers and the barrier layers arranged between the quantum well layers can be adjusted in particular by the material composition.
  • An increase in the band gap can be achieved, in particular, by increasing the aluminum content y and / or reducing the indium content x.
  • the aluminum content y of the further quantum well layer is greater than the aluminum content y of the quantum well layers of the multiple quantum well structure and / or the indium content x of the further quantum well layer is smaller than the indium content x of the quantum well layers of the multiple quantum well structure.
  • the at least one further quantum well layer has a smaller thickness than the quantum well layers of the multiple quantum well structure. In this way, in addition to or as an alternative to changing the material composition, an increase in the electronic band gap can be effected.
  • the thickness of the at least one further quantum well layer is preferably not more than 5 nm.
  • the at least one further quantum well layer has, for example, a thickness of between 3 nm and 5 nm inclusive.
  • the at least one further quantum well layer is at an n-type
  • the at least one further quantum well layer can in particular directly adjoin the side of the multiple quantum well structure facing the n-type semiconductor region.
  • Multiple quantum well structure has the advantage that only a few holes reach this area and thus recombine only a few charge carriers in this area.
  • the second radiation emitted by the at least one further quantum well layer thus has only an advantageously low intensity. This should be sufficient, that the
  • the at least one further quantum well layer is at one of the p-type
  • the multiple quantum well structure may in particular be arranged between an n-side confinement layer and a p-confinement layer, wherein the p-side confinement layer between the multiple quantum well structure and the at least one
  • Another quantum well layer is arranged.
  • This arrangement of the at least one further quantum well layer has the advantage that only a few electrons reach this area and thus recombine only a few charge carriers in the further quantum well layer.
  • the second radiation emitted by the at least one further quantum well layer thus has only an advantageously low intensity.
  • Radiation can in the optoelectronic semiconductor chip exactly one more quantum well layer can be provided. This can be advantageous in order to achieve only a low radiation power in the second wavelength range.
  • the optoelectronic semiconductor chip contains more than one further quantum well layer for emitting the second radiation.
  • the number of additional quantum well layers provided for the emission of the second radiation is between 1 and 3.
  • the proportion of the second radiation which would be used to visualize the quantum well layers would be
  • a number is provided for the emission of the first radiation
  • Quantum well layers at least five times, preferably at least ten times greater than the number of provided for the emission of the second radiation further (s)
  • the multiple quantum well structure has at least 3,
  • Multiple quantum well structure advantageously contains not more than 30, preferably not more than 18 quantum well layers. Characterized in that the number of quantum well layers of the first radiation-emitting multiple quantum well structure substantially larger than the number of others
  • Quantum well layers is the second radiation
  • the optoelectronic semiconductor chip may in particular be a high-power infrared diode.
  • the first radiation preferably has a radiation power of at least 4.5 W.
  • Semiconductor chip for example, a
  • An operating current of the optoelectronic semiconductor chip is advantageously 5 A or more.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to a first exemplary embodiment
  • Figure 2 is a schematic diagram of the
  • Figure 3 is a schematic diagram of the
  • FIG. 4 is a schematic representation of a cross section through an optoelectronic semiconductor chip according to the second embodiment. Identical or equivalent elements are shown in the figures with the same reference numerals. The components shown and the size ratios of the components with each other are not to be considered as true to scale.
  • the optoelectronic semiconductor chip 20 illustrated in FIG. 1 according to one exemplary embodiment is a
  • optoelectronic semiconductor chip 20 an IR radiation
  • Semiconductor chip 20 has a p-type semiconductor region 4, an n-type semiconductor region 9 and an active layer 6 arranged between the p-type semiconductor region 4 and the n-type semiconductor region 9 for emission of IR radiation.
  • a p-type semiconductor region 4 an n-type semiconductor region 9 and an active layer 6 arranged between the p-type semiconductor region 4 and the n-type semiconductor region 9 for emission of IR radiation.
  • Optoelectronic semiconductor chip 20 is a so-called thin-film semiconductor chip, of which an originally for epitaxial growth of the
  • Waxing substrate was used, and instead the semiconductor layer sequence was connected by means of a connecting layer 2, in particular a solder layer, with a carrier substrate 1 different from the growth substrate.
  • the p-type semiconductor region 4 is usually the carrier substrate 1
  • a mirror layer 3 is advantageous - li arranged, which is advantageous in the direction of
  • Carrier substrate 1 emitted radiation in the direction of a radiation exit surface 12 of the optoelectronic
  • the mirror layer 3 is, for example, a metal layer which is Ag, Al or Au
  • Semiconductor chips 20 may, for example, an n-terminal layer 10 on a portion of the
  • Radiation exit surface 12 and a p-connection layer 11 may be provided on a rear side of the support substrate 1.
  • the p-type semiconductor region 4 and the n-type semiconductor region 9 may each be composed of a plurality of sub-layers and need not necessarily consist exclusively of p-doped layers or n-doped layers, but may, for example, also one or more
  • the optoelectronic semiconductor chip 20 could also have a
  • the n-type semiconductor region 9 may face a substrate and the p-type semiconductor region 4 may face a radiation exit surface 12 of the optoelectronic semiconductor chip (not shown). This is usually the case with optoelectronic semiconductor chips in which the used for epitaxial growth of the semiconductor layers
  • the provided for the emission of infrared radiation active layer 6 of the optoelectronic semiconductor chip 20 is formed as a multi-quantum well structure 6A, 6B.
  • Multiple quantum well structure 6A, 6B has a plurality of alternately arranged quantum well layers 6A and 6B
  • the multiple quantum well structure comprises twelve layer pairs each comprising a quantum well layer 6A and a barrier layer 6B.
  • the number of layer pairs of the multiple quantum well structure is advantageously between 3 and 30, preferably between 6 and 18.
  • the quantum well layers 6A preferably have a thickness between 3 nm and 10 nm.
  • the barrier layers 6B adjoining the quantum well layers 6A advantageously have a thickness between 3 nm and 30 nm, preferably between 3 nm and 10 nm and particularly preferably between 5 nm and 7 nm.
  • the active layer 6 is between a p-side
  • the confinement layers 5, 8 preferably have a larger electronic band gap than the semiconductor layers contained in the active layer 6 and serve to confinement charge carriers (electrons and holes) in the active layer 6 to the radiating one
  • Quantum well layers 6A a band gap E QW i and the
  • Barrier layers 6B a band gap E B i> E QW i on.
  • Band gap E QW i of the quantum well layers 6A is selected such that the quantum well layers 6A are suitable for the emission of radiation in the infrared spectral range. Especially for example, the quantum well layers 6A are suitable for emitting a first radiation 21 in a first wavelength range that is invisible to the human eye
  • the first radiation 21 can be any suitable material.
  • the first radiation 21 can be any suitable material.
  • the optoelectronic semiconductor chip 20 has at least one further quantum well layer 7A, which is outside the
  • Multiple quantum well structure 6A, 6B is arranged. This means, in particular, that the quantum well layers 6A of the multiple quantum well structure 6A are arranged only on one side of the at least one further quantum well layer 7A.
  • the optoelectronic semiconductor chip 20 advantageously contains exactly one further quantum well layer 7A which is located between the multiple quantum well structure 6A, 6B and the n-side
  • Inclusion layer 8 is arranged.
  • the at least one further quantum well layer 7A can adjoin at least one further barrier layer 7B.
  • Barrier layer 7B thus form a further quantum well structure 7, which is preferably a single quantum well structure.
  • the at least one further quantum well layer 7A has an electronic band gap E QW2 > E QW i and is for emitting a second radiation 22 in a second
  • the second wavelength range includes shorter wavelengths than the first one
  • Wavelength range so that the second radiation 22 is at least partially visible to the human eye.
  • EQW 2 - EQW I > 0.1 eV, more preferably EQW 2 - EQW I > 0.15 eV.
  • the second radiation 22 emitted by the at least one further quantum well layer 7A can in particular comprise visible red light. However, it is not necessary for the entire second radiation 22 to be in the visible spectral range. Rather, it is sufficient and even advantageous if the intensity maximum of the second radiation 22 is in the IR range and only a portion of the second radiation 22 at wavelengths below the intensity maximum in the
  • Quantum well layer 7A only little power dissipation occurs.
  • the intensity maximum of the second radiation 22 is located
  • the addition of visible radiation to the IR radiation of the active layer 6 effected by means of the further quantum well layer 7A advantageously achieves the fact that it is recognizable to the user that the optoelectronic semiconductor chip 20 is in the operating state and emits radiation.
  • This is advantageous, in particular, for IR luminescence diode chips which emit comparatively high radiation powers in order to reduce the risk of body parts, such as in particular the eyes, being exposed unrecognized to the IR radiation.
  • the visible portion of the second radiation 22 of the at least one further quantum well layer 7A can advantageously trigger, for example, the eye-closure reflex of the eye.
  • Embodiment of Figure 1 is shown schematically in Figure 2.
  • the band gap of the semiconductor materials can
  • Quant well layers 6A and the at least one other are varied.
  • the quantum well layers 6A and the at least one other are varied.
  • the quantum well layers 6A and the at least one other are varied.
  • Quantum well layer 7A each semiconductor materials with the composition In x Al y Gai- x - y As or In x Al y Gai- x - y P with 0 -S x -S 1, 0 -S y -S 1 and x + y ⁇ 1 have, wherein the at least one further quantum well layer 7A a larger
  • the at least one further quantum well layer 7A may have a smaller thickness than the one
  • Quantum well layers 6A of the multiple quantum well structure 6A, 6B have.
  • an increase in the electronic band gap can be effected.
  • Quantum well layer 7A not more than 5 nm.
  • the at least one further quantum well layer 7A has, for example, a thickness of between 3 nm and 5 nm inclusive.
  • the barrier layers 6B and the further barrier layers 7B each have a larger electronic band gap than the adjacent quantum well layers 6A, 7A.
  • Barrier layers 6B of the multiple quantum well structure and / or the further barrier layers 7B can be any suitable barrier layers 6B of the multiple quantum well structure and / or the further barrier layers 7B.
  • each AlGaAsP have.
  • Barrier layers 7B preferably have a larger one Band gap as the barrier layers 6B of the
  • Inclusion layer 8 advantageously have an even larger electronic band gap than the quantum well layers 6A, 7A and barrier layers 6B, 7B have.
  • Inclusion layers 5, 8 are used in particular for the inclusion of charge carriers in the active layer 6.
  • the inclusion layers 5, 8 each contain AlGaAs.
  • the further quantum well layer 7A is between the multiple quantum well structure 6A, 6B and the n-side one
  • Inclusion 8 arranged. This arrangement is
  • the second Embodiment corresponds substantially to the first embodiment, with a difference but in the
  • Quantum well layer 7A arranged on one of the p-type semiconductor region 4 side facing the multiple quantum well structure 6A, 6B. Unlike the first embodiment, the further quantum well layer 7A does not also border
  • the p-type confinement layer 5 is between the multiple quantum well structure 6A, 6B and the others
  • Quantum well layer 7A arranged.
  • the p-inclusion layer 5 in this case acts as

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip (10) beschrieben, umfassend: -einen p-Typ-Halbleiterbereich (4), -einen n-Typ-Halbleiterbereich (9), -eine zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ-Halbleiterbereich (9) angeordnete aktive Schicht (6), die als Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) ausgebildet ist und abwechselnde Quantentopfschichten (6A) und Barriereschichten (6B) aufweist, wobei die Quantentopfschichten (6A) zur Emission einer ersten Strahlung (21) in einem ersten Wellenlängenbereich geeignet sind, und -mindestens eine weitere Quantentopfschicht (7A), die außerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) angeordnet ist und zur Emission einer zweiten Strahlung (22) in einem zweiten Wellenlängenbereich geeignet ist, wobei -der erste Wellenlängenbereich im für das menschliche Auge unsichtbaren infraroten Spektralbereich liegt, und -der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen umfasst, die zumindest zum Teil für das menschliche Auge sichtbar sind.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen
Halbleiterchip, insbesondere einen zur Emission infraroter Strahlung geeigneten optoelektronischen Halbleiterchip.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 103 856.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei optoelektronischen Halbleiterchips, die infrarote
Strahlung mit hoher Leistungsdichte emittieren, besteht die Gefahr, dass Körperteile wie insbesondere die Augen einer hohen Strahlungsleistung ausgesetzt und dabei geschädigt werden. Diese Gefahr besteht bei Anwendungen von
Infrarotstrahlung emittierenden optoelektronischen
Halbleiterchips insbesondere deshalb, da die
Infrarotstrahlung für das menschliche Auge nicht sichtbar ist .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen infrarote Strahlung emittierenden optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, bei dessen Betrieb die Gefahr verringert ist, dass Körperteile wie insbesondere die Augen von der infraroten Strahlung geschädigt werden.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen
Halbleiterchip gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst gemäß zumindest einer Ausgestaltung einen p-Typ-Halbleiterbereich, einen n- Typ-Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und dem n-Typ-Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht, die als Mehrfach-Quantentopfstruktur
ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die Mehrfach- Quantentopfstruktur abwechselnde Quantentopfschichten und Barriereschichten auf. Die Barriereschichten weisen jeweils eine größere Bandlücke als die Quantentopfschichten auf.
Die Quantentopfschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur sind zur Emission einer ersten Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich geeignet. Der erste Wellenlängenbereich liegt im infraroten Spektralbereich, der insbesondere für das menschliche Auge unsichtbar ist. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich insbesondere um eine Infrarot- Strahlung emittierende Diode (IRED) handeln.
Die Quantentopfschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur weisen eine elektronische Bandlücke EQWi auf, die einer
Emissionswellenlänge im Infrarot-Spektralbereich entsprechen. Insbesondere weisen alle Quantentopfschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur die gleiche elektronische Bandlücke EQWi auf .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip mindestens eine weitere QuantentopfSchicht , die außerhalb der Mehrfach- Quantentopfstruktur angeordnet ist und zur Emission einer zweiten Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich eingerichtet ist. Der zweite Wellenlängenbereich umfasst Wellenlängen, die zumindest zum Teil für das menschliche Auge sichtbar sind. Der zweite Wellenlängenbereich liegt insbesondere zumindest teilweise im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums und umfasst zumindest teilweise kürzere Wellenlängen als der erste Wellenlängenbereich.
Beispielsweise kann der zweite Wellenlängenbereich rotes Licht umfassen.
Beim Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips werden vorteilhaft die erste Strahlung der Mehrfach-
Quantentopfstruktur und die zweite Strahlung der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht gleichzeitig emittiert. Somit emittiert der optoelektronische Halbleiterchip zum einen die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbare erste Strahlung und gleichzeitig die für das menschliche Auge zumindest teilweise wahrnehmbare zweite Strahlung. Bei der ersten Strahlung, die von den Quantentopfschichten der
Mehrfach-Quantentopfstruktur emittiert wird, handelt es sich insbesondere um die für die Anwendung des optoelektronischen Halbleiterchips vorgesehene Nutzstrahlung. Die von der zusätzlich vorhandenen mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht emittierte zweite Strahlung ist dazu vorgesehen, beim Betrieb des optoelektronischen
Halbleiterchips zu signalisieren, dass der optoelektronische Halbleiterchip Strahlung emittiert. Insbesondere macht es die in dem zweiten Wellenlängenbereich enthaltene sichtbare
Strahlung für einen Anwender des optoelektronischen
Halbleiterchips erkennbar, wo die emittierte Strahlung auftrifft. Auf diese Weise wird die Gefahr verringert, dass Körperteile wie insbesondere die Augen des Anwenders
unbemerkt von der infraroten Nutzstrahlung des
optoelektronischen Halbleiterchips getroffen und auf diese Weise möglicherweise geschädigt werden. Insbesondere kann durch die sichtbare zweite Strahlung der Lidschlussreflex des menschlichen Auges ausgelöst werden und so das Auge vor einer zu hohen Leistungsaufnahme durch die nicht sichtbare
infrarote erste Strahlung geschützt werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die zweite
Strahlung ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge zwischen 750 nm und 850 nm auf, beispielsweise bei etwa 800 nm. Bei dieser Ausgestaltung liegt das Intensitätsmaximum der zweiten Strahlung insbesondere im nahen Infrarot- Spektralbereich und ist für das menschliche Auge unsichtbar. Für die Sichtbarkeit der zweiten Strahlung ist es ausreichend und vorteilhaft, wenn nur die kurzwelligen Ausläufer des Spektrums der zweiten Strahlung in den sichtbaren,
insbesondere roten Spektralbereich, fallen. Die Lage des Intensitätsmaximums der zweiten Strahlung im nicht sichtbaren infraroten Spektralbereich, insbesondere zwischen 750 nm und 850 nm, hat den Vorteil, dass der sichtbare Anteil der emittierten zweiten Strahlung nicht zu groß wird, wodurch die Funktionalität der Anwendung des optoelektronischen
Halbleiterchips möglicherweise beeinträchtigt werden könnte. Insbesondere wird auf diese Weise vermieden, dass eine
Blendung des Anwenders durch die sichtbare Strahlung erfolgt.
Die von der Mehrfach-Quantentopfstruktur emittierte erste Strahlung weist vorzugsweise ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge zwischen 850 nm und 1000 nm auf. Die für die Anwendung des optoelektronischen Halbleiterchips vorgesehene erste Strahlung weist insbesondere ein Emissionsspektrum auf, dessen Wellenlängenbereich vollständig im für das menschliche Auge nicht wahrnehmbaren infraroten Spektralbereich liegt.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht eine Bandlücke EQW2 auf, die größer als die Bandlücke EQWi der Quantentopfschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur ist. Aufgrund der größeren Bandlücke ist die Emissionswellenlängenbereich der zweiten Strahlung im Vergleich zum Emissionswellenlängenbereich der ersten
Strahlung zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben. Um den
Wellenlängenbereich der zweiten Strahlung zumindest teilweise bis in den sichtbaren Bereich zu verschieben, ist es
vorteilhaft, wenn die Bandlücke EQW2 der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht um mindestens 0,1 eV größer ist als die Bandlücke EQWi der Quantentopfschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur . Insbesondere ist EQW2 - EQWi > 0,1 eV und bevorzugt EQW2 - EQWi > 0,15 eV.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform basieren die
Halbleiterschichten des optoelektronisches Halbleiterchips auf einem Arsenidverbindungshalbleiter,
Phosphidverbindungshalbleiter oder Arsenid- Phosphidverbindungshalbleiter . Insbesondere können die
Halbleiterschichten jeweils InxAlyGai-x-yAsnPi-n umfassen, wobei 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 und 0 < n < 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, die die charakteristischen
physikalischen Eigenschaften des InxAlyGai-x-yAsnPi-n Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber
beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters (In, AI, Ga, As, P) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Insbesondere können die Quantentopfschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur und die mindestens eine weitere Quantentopfschicht jeweils InxAlyGai-x-yAs mit O ^ x ^ l, O ^ y < 1 und x + y < 1 aufweisen.
Die Bandlücke der Quantentopfschichten und der zwischen den Quantentopfschichten angeordneten Barriereschichten kann insbesondere durch die Materialzusammensetzung eingestellt werden. Eine Vergrößerung der Bandlücke kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass der Aluminiumgehalt y erhöht und/oder der Indiumgehalt x vermindert wird. Vorzugsweise ist daher der Aluminiumgehalt y der weiteren Quantentopfschicht größer als der Aluminiumgehalt y der Quantentopfschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur und/oder der Indiumgehalt x der der weiteren Quantentopfschicht kleiner als der Indiumgehalt x der Quantentopfschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur .
Gemäß zumindest einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die mindestens eine weitere Quantentopfschicht eine geringere Dicke als die Quantentopfschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur auf. Auf diese Weise kann zusätzlich oder alternativ zur Veränderung der Materialzusammensetzung eine Vergrößerung der elektronischen Bandlücke bewirkt werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke der mindestens einen weiteren Quantentopfschicht nicht mehr als 5 nm. Die mindestens eine weitere Quantentopfschicht weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 5 nm auf.
Gemäß zumindest eine Ausgestaltung ist die mindestens eine weitere Quantentopfschicht an einer dem n-Typ
Halbleiterbereich zugewandten Seite der Mehrfach- Quantentopfstruktur angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung kann die mindestens eine weitere Quantentopfschicht insbesondere unmittelbar an die dem n-Typ Halbleiterbereich zugewandte Seite der Mehrfach-Quantentopfstruktur angrenzen. Die Anordnung der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht an der dem n-Typ Halbleiterbereich zugewandten Seite der
Mehrfach-Quantentopfstruktur hat den Vorteil, dass nur wenige Löcher bis in diesen Bereich gelangen und somit nur wenige Ladungsträger in diesem Bereich rekombinieren. Die von der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht emittierte zweite Strahlung weist somit nur eine vorteilhaft geringe Intensität auf. Diese soll ausreichend sein, dass der
Betriebszustand des optoelektronischen Halbleiterchips erkennbar ist, wobei aber nur ein geringer Anteil der
emittierten Strahlungsleistung zur zweiten Strahlung
beiträgt .
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht an einer dem p-Typ
Halbleiterbereich zugewandten Seite der Mehrfach- Quantentopfstruktur angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung kann die Mehrfach-Quantentopfstruktur insbesondere zwischen einer n-seitigen Einschlussschicht (n-confinement layer) und einer p-seitigen Einschlussschicht (p-confinement layer) angeordnet sein, wobei die p-seitige Einschlussschicht zwischen der Mehrfach-Quantentopfstruktur und der mindestens einen
weiteren QuantentopfSchicht angeordnet ist. Diese Anordnung der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht hat den Vorteil, dass nur wenige Elektronen bis in diesen Bereich gelangen und somit nur wenige Ladungsträger in der weiteren QuantentopfSchicht rekombinieren. Die von der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht emittierte zweite Strahlung weist somit nur eine vorteilhaft geringe Intensität auf.
Zur Emission der zumindest teilweise sichtbaren zweiten
Strahlung kann bei dem optoelektronischen Halbleiterchip genau eine weitere QuantentopfSchicht vorgesehen sein. Dies kann vorteilhaft sein, um nur eine geringe Strahlungsleistung im zweiten Wellenlängenlängenbereich zu erzielen. Der
Hauptanteil der vom optoelektronischen Halbleiterchip
emittierten Strahlung liegt im für die Anwendung vorgesehenen ersten Wellenlängenbereich. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip mehr als eine weitere QuantentopfSchicht zur Emission der zweiten Strahlung enthält. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Anzahl der zur Emission der zweiten Strahlung vorgesehenen weiteren Quantentopfschichten zwischen 1 und 3. Bei mehr als 3 weiteren Quantentopfschichten würde der Anteil der zweiten Strahlung, die zur Sichtbarmachung der
Strahlungsemission und nicht als für die Anwendung
vorgesehene Nutzstrahlung vorgesehen ist, an der gesamten emittierten Strahlung unerwünscht groß.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist eine Anzahl der zur Emission der ersten Strahlung vorgesehenen
Quantentopfschichten mindestens fünfmal, bevorzugt mindestens zehnmal größer ist als die Anzahl der zur Emission der zweiten Strahlung vorgesehenen weitere (n)
QuantentopfSchicht (en) . Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Mehrfach-Quantentopfstruktur mindestens 3,
bevorzugt mindestens 6 Quantentopfschichten auf. Die
Mehrfach-Quantentopfstruktur enthält vorteilhaft nicht mehr als 30, bevorzugt nicht mehr als 18 Quantentopfschichten . Dadurch, dass die Anzahl der Quantentopfschichten der die erste Strahlung emittierenden Mehrfach-Quantentopfstruktur wesentlich größer als die Anzahl der weiteren
Quantentopfschichten ist, die die zweite Strahlung
emittieren, wird die Strahlung des optoelektronischen Halbleiterchips im Wesentlichen im als Nutzstrahlung
vorgesehen ersten Wellenlängenbereich emittiert.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich insbesondere um eine Hochleistungs-Infrarotdiode handeln. Die erste Strahlung weist vorzugsweise eine Strahlungsleistung von mindestens 4,5 W auf. Der optoelektronische
Halbleiterchip kann beispielsweise eine
Strahlungsaustrittsfläche von 1 mm2 oder mehr aufweisen. Eine Betriebsstromstärke des optoelektronischen Halbleiterchips beträgt vorteilhaft 5 A oder mehr.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische graphische Darstellung der
Energie EL des Leitungsbands bei einem
optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel ,
Figur 3 eine schematische graphische Darstellung der
Energie EL des Leitungsbands bei einem
optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen dargestellten. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Der in Figur 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterchip 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein
Lumineszenzdiodenchip, der zur Emission von infraroter
Strahlung vorgesehen ist. Insbesondere ist der
optoelektronische Halbleiterchip 20 eine IR-Strahlung
emittierende Diode (IRED). Der optoelektronische
Halbleiterchip 20 weist einen p-Typ-Halbleiterbereich 4, einen n-Typ-Halbleiterbereich 9 und eine zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich 4 und dem n-Typ-Halbleiterbereich 9 angeordnete zur Emission von IR-Strahlung geeignete aktive Schicht 6 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterchips 20 handelt es sich um einen sogenannten Dünnfilm-Halbleiterchip, von dem ein ursprünglich zum epitaktischen Aufwachsen der
Halbleiterschichten verwendetes Aufwachssubstrat abgelöst wurde und stattdessen die Halbleiterschichtenfolge mittels einer Verbindungsschicht 2, insbesondere einer Lotschicht, mit einem vom Aufwachssubstrat verschiedenen Trägersubstrat 1 verbunden wurde. Bei einem solchen Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist der p-Typ- Halbleiterbereich 4 in der Regel dem Trägersubstrat 1
zugewandt. Zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 und dem Trägersubstrat 1 ist vorteilhaft eine Spiegelschicht 3 - li angeordnet, welche vorteilhaft in Richtung des
Trägersubstrats 1 emittierte Strahlung in Richtung zu einer Strahlungsaustrittsfläche 12 des optoelektronischen
Halbleiterchips 20 hin umlenkt. Die Spiegelschicht 3 ist beispielsweise eine Metallschicht, die Ag, AI oder Au
enthält .
Zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen
Halbleiterchips 20 können beispielsweise eine n- Anschlussschicht 10 auf einem Teilbereich der
Strahlungsaustrittsfläche 12 und eine p-Anschlussschicht 11 an einer Rückseite des Trägersubstrats 1 vorgesehen sein.
Der p-Typ-Halbleiterbereich 4 und der n-Typ-Halbleiterbereich 9 können jeweils aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein und müssen nicht notwendigerweise ausschließlich aus p- dotierten Schichten oder n-dotierten Schichten bestehen, sondern können beispielsweise auch eine oder mehrere
undotierte Schichten aufweisen.
Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte der optoelektronische Halbleiterchip 20 auch eine
entgegengesetzte Polarität aufweisen, das heißt, es könnte der n-Typ-Halbleiterbereich 9 einem Substrat und der p-Typ- Halbleiterbereich 4 einer Strahlungsaustrittsfläche 12 des optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt sein (nicht dargestellt) . Dies ist in der Regel bei optoelektronischen Halbleiterchips der Fall, bei denen das zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichten verwendete
Aufwachssubstrat nicht abgelöst wird, da in der Regel der n- Typ-Halbleiterbereich zuerst auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen wird. Die zur Emission von infraroter Strahlung vorgesehene aktive Schicht 6 des optoelektronischen Halbleiterchips 20 ist als Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B ausgebildet. Die
Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B weist eine Mehrzahl von abwechselnd angeordneten Quantentopfschichten 6A und
Barriereschichten 6B auf. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel weist die Mehrfach-Quantentopfstruktur zwölf Schichtpaare aus jeweils einer QuantentopfSchicht 6A und einer Barriereschicht 6B auf. Im Allgemeinen beträgt die Anzahl der Schichtpaare der Mehrfach-Quantentopfstruktur vorteilhaft zwischen 3 und 30, bevorzugt zwischen 6 und 18. Die Quantentopfschichten 6A weisen vorzugsweise eine Dicke zwischen 3 nm und 10 nm auf. Die an die Quantentopfschichten 6A angrenzenden Barriereschichten 6B weisen vorteilhaft eine Dicke zwischen 3 nm und 30 nm, bevorzugt zwischen 3 nm und 10 nm und besonders bevorzugt zwischen 5 nm und 7 nm auf.
Die aktive Schicht 6 ist zwischen einer p-seitigen
Einschlussschicht 5 und einer n-seitigen Einschlussschicht 8 angeordnet. Die Einschlussschichten 5, 8 weisen vorzugsweise eine größere elektronische Bandlücke als die in der aktiven Schicht 6 enthaltenen Halbleiterschichten auf und dienen zum Einschluss (confinement ) von Ladungsträgern (Elektronen und Löcher) in der aktiven Schicht 6, um die strahlende
Rekombination der Ladungsträger in der aktiven Schicht 6 zu begünstigen .
In der Mehrfachquantentopfstruktur 6A, 6B weisen die
Quantentopfschichten 6A eine Bandlücke EQWi und die
Barriereschichten 6B eine Bandlücke EBi > EQWi auf. Die
Bandlücke EQWi der Quantentopfschichten 6A ist derart gewählt, dass die Quantentopfschichten 6A zur Emission von Strahlung im infraroten Spektralbereich geeignet sind. Insbesondere sind die Quantentopfschichten 6A zur Emission einer ersten Strahlung 21 in einem ersten Wellenlängenbereich geeignet, der im für das menschliche Auge unsichtbaren infraroten
Spektralbereich liegt. Die erste Strahlung 21 kann
insbesondere ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge zwischen 850 nm und 1000 nm aufweisen.
Der optoelektronische Halbleiterchip 20 weist mindestens eine weitere QuantentopfSchicht 7A auf, die außerhalb der
Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B angeordnet ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Quantentopfschichten 6A der Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A nur auf einer Seite der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht 7A angeordnet sind. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält der optoelektronische Halbleiterchip 20 vorteilhaft genau eine weitere QuantentopfSchicht 7A, die zwischen der Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B und der n-seitigen
Einschlussschicht 8 angeordnet ist. Die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht 7A kann an mindestens eine weitere Barriereschicht 7B angrenzen. Die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht 7A und die mindestens eine weitere
Barriereschicht 7B bilden so eine weitere Quantentopfstruktur 7 aus, die vorzugsweise eine Einfach-Quantentopfstruktur ist. Die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht 7A weist eine elektronische Bandlücke EQW2 > EQWi auf und ist zur Emission einer zweiten Strahlung 22 in einem zweiten
Wellenlängenbereich geeignet. Der zweite Wellenlängenbereich umfasst kürzere Wellenlängen als der erste
Wellenlängenbereich, sodass die zweite Strahlung 22 zumindest teilweise für das menschliche Auge sichtbar ist. Vorzugsweise ist EQW2 - EQWI > 0,1 eV, besonders bevorzugt EQW2 - EQWI > 0,15 eV. Die von der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht 7A emittierte zweite Strahlung 22 kann insbesondere sichtbares rotes Licht umfassen. Es ist aber nicht erforderlich, dass die gesamte zweite Strahlung 22 im sichtbaren Spektralbereich liegt. Vielmehr ist es ausreichend und sogar vorteilhaft, wenn das Intensitätsmaximum der zweiten Strahlung 22 im IR- Bereich liegt und nur ein Anteil der zweiten Strahlung 22 bei Wellenlängen unterhalb des Intensitätsmaximums in den
sichtbaren Spektralbereich fällt. Auf diese Weise wird erreicht, dass in der mindestens einen weiteren
QuantentopfSchicht 7A nur wenig Verlustleistung entsteht. Das Intensitätsmaximum der zweiten Strahlung 22 liegt
vorzugsweise im Wellenlängenbereich zwischen 750 nm und 850 nm.
Durch die mittels der weiteren QuantentopfSchicht 7A bewirkte Beimischung sichtbarer Strahlung zur IR-Strahlung der aktiven Schicht 6 wird vorteilhaft erreicht, dass für den Anwender erkennbar ist, dass sich der optoelektronische Halbleiterchip 20 im Betriebszustand befindet und Strahlung emittiert. Dies ist insbesondere für IR-Lumineszenzdiodenchips vorteilhaft, die vergleichsweise hohe Strahlungsleistungen emittieren, um die Gefahr zu vermindern, dass Körperteile wie insbesondere die Augen unerkannt der IR-Strahlung ausgesetzt werden. Der sichtbare Anteil der zweiten Strahlung 22 der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht 7A kann vorteilhaft zum Beispiel den Lidschlussreflex des Auges auslösen. Die Energie EL der Leitungsbandkante EL des
Ausführungsbeispiels der Figur 1 ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Die weitere QuantentopfSchicht 7A weist
vorteilhaft eine größere elektronische Bandlücke und entsprechend eine höhere Leitungsbandkante als die Quantentopfschichten 6A der Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B auf. Die Bandlücke der Halbleitermaterialien kann
insbesondere dadurch eingestellt werden, dass der
Aluminiumgehalt und/oder der Indiumgehalt in dem
Halbleitermaterial variiert wird. Beispielsweise können die Quantentopfschichten 6A und die mindestens eine weitere
QuantentopfSchicht 7A jeweils Halbleitermaterialien mit der Zusammensetzung InxAlyGai-x-yAs oder InxAlyGai-x-yP mit 0 -S x -S 1, 0 -S y -S 1 und x + y < 1 aufweisen, wobei die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht 7A einen größeren
Aluminiumgehalt x und/oder einen geringeren Indiumgehalt aufweist als die Quantentopfschichten 6A aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht 7A eine geringere Dicke als die
Quantentopfschichten 6A der Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B aufweisen. Auf diese Weise kann zusätzlich oder alternativ zur Veränderung der Materialzusammensetzung eine Vergrößerung der elektronischen Bandlücke bewirkt werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke der mindestens einen weiteren
QuantentopfSchicht 7A nicht mehr als 5 nm. Die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht 7A weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 5 nm auf.
Die Barriereschichten 6B und die weiteren Barriereschichten 7B weisen jeweils eine größere elektronische Bandlücke als die angrenzenden Quantentopfschichten 6A, 7A aus. Die
Barriereschichten 6B der Mehrfach-Quantentopfstruktur und/oder die weiteren Barriereschichten 7B können
beispielsweise jeweils AlGaAsP aufweisen. Die weiteren
Barriereschichten 7B weisen vorzugsweise eine größere Bandlücke als die Barriereschichten 6B der
Mehrfachquantentopfstruktur auf. Dies kann insbesondere durch einen höheren Aluminiumanteil in den weiteren
Barriereschichten 7B realisiert sein.
Die p-seitige Einschlussschicht 5 und die n-seitige
Einschlussschicht 8 weisen vorteilhaft eine noch größere elektronische Bandlücke als die Quantentopfschichten 6A, 7A und Barriereschichten 6B, 7B aufweisen. Die
Einschlussschichten 5, 8 dienen insbesondere zum Einschluss von Ladungsträgern in der aktiven Schicht 6. Bevorzugt enthalten die Einschlussschichten 5, 8 jeweils AlGaAs .
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 ist die weitere QuantentopfSchicht 7A zwischen der Mehrfach- Quantentopfstruktur 6A, 6B und der n-seitigen
Einschlussschicht 8 angeordnet. Diese Anordnung ist
vorteilhaft, weil nur wenige Löcher von der p-Seite durch die gesamte Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B hindurch bis zur weiteren QuantentopfSchicht 7A gelangen. In der weiteren QuantentopfSchicht 7A wird deshalb vorteilhaft nur wenig zweite Strahlung 22 erzeugt. Die nur zur Sichtbarmachung der Strahlungsemission des optoelektronischen Halbleiterchips 20 dienende zweite Strahlung 22 trägt daher nur vorteilhaft wenig zur Verlustleistung des optoelektronischen
Halbleiterchips 20 bei.
In Figur 3 ist die Energie der Leitungsbandkante eines zweiten Ausführungsbeispiel des optoelektronischen
Halbleiterchips 20 und in Figur 4
eine schematische Darstellung eines Querschnitt durch den optoelektronischen Halbleiterchip 20 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei ein Unterschied aber in der
Anordnung der weiteren QuantentopfSchicht 7A besteht. Bei dem zweiten Ausgangsbeispiel ist die weitere
QuantentopfSchicht 7A an einer dem p-Typ Halbleiterbereich 4 zugewandten Seite der Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B angeordnet. Anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel grenzt die weitere QuantentopfSchicht 7A auch nicht
unmittelbar an die Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B an.
Vielmehr ist die p-Einschlussschicht 5 zwischen der Mehrfach- Quantentopfstruktur 6A, 6B und der weiteren
QuantentopfSchicht 7A angeordnet. Die p-Einschlussschicht 5 wirkt in diesem Fall als
zusätzliche Barriere für Elektronen, die sich aus der
Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B zur weiteren
QuantentopfSchicht 7A hin bewegen. Diese zusätzliche
Barrierewirkung für Elektronen ist vorteilhaft, da Elektronen innerhalb der Halbleiterschichtenfolge eine größere
Beweglichkeit als Löcher aufweisen. Würde man die weitere QuantentopfSchicht 7A unmittelbar an der p-Seite der
Mehrfach-Quantentopfstruktur 6A, 6B anordnen, würden
vergleichsweise viele Elektronen und Löcher die weitere
QuantentopfSchicht 7A erreichen und dort strahlend
rekombinieren. Durch die Anordnung der weiteren
QuantentopfSchicht 7A an einer von Mehrfach- Quantentopfstruktur 6A, 6B abgewandten Seite der p- Einschlussschicht 5 wird insbesondere die Anzahl der dort zur Rekombination vorhandenen Elektronen vermindert und so vorteilhaft erreicht, dass nur ein geringe Zahl von
Ladungsträgern in der weiteren QuantentopfSchicht 7A
rekombiniert. Die lediglich zur Sichtbarmachung der Strahlungsemission dienende weitere QuantentopfSchicht 7A trägt daher nur wenig zur Verlustleistung optoelektronischen Halbleiterchips 20 bei. 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 Trägersubstrat
2 VerbindungsSchicht
3 Spiegelschicht
4 p-Typ Halbleiterbereich
5 p-Einschlussschicht
6 Mehrfach-Quantentopfstruktur
6A Quantentopfschicht
6B Barriereschicht
7 weitere Quantentopfstruktur
7A weitere Quantentopfschicht
7B weitere Barriereschicht 8 n-Einschlussschicht
9 n-Typ Halbleiterbereich
10 n-Anschlussschicht
11 p-Anschlussschicht
12 Strahlungsaustrittsfläche
20 Halbleiterchip
21 erste Strahlung
22 zweite Strahlung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (10), umfassend:
- einen p-Typ-Halbleiterbereich (4),
- einen n-Typ-Halbleiterbereich (9),
- eine zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich (4) und dem n-Typ-Halbleiterbereich (9) angeordnete aktive Schicht
(6), die als Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) ausgebildet ist und abwechselnde Quantentopfschichten
(6A) und Barriereschichten (6B) aufweist, wobei die Quantentopfschichten (6A) zur Emission einer ersten Strahlung (21) in einem ersten Wellenlängenbereich geeignet sind, und
- mindestens eine weitere QuantentopfSchicht (7A) , die außerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) angeordnet ist und zur Emission einer zweiten Strahlung (22) in einem zweiten Wellenlängenbereich geeignet ist, wobei
- der erste Wellenlängenbereich im für das menschliche Auge unsichtbaren infraroten Spektralbereich liegt, und
- der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen umfasst, die zumindest zum Teil für das menschliche Auge sichtbar sind .
2. Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 1,
wobei die zweite Strahlung (22) ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge zwischen 750 nm und 850 nm
aufweist .
3. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste Strahlung (21) ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge zwischen 850 nm und 1000 nm aufweist .
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht (7A) eine elektronische Bandlücke EQW2 aufweist, die größer als eine elektronische Bandlücke EQWi der
Quantentopfschichten (6A) der Mehrfach- Quantentopfstruktur ist, und wobei EQW2 - EQWi > 0,1 eV gilt .
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Quantentopfschichten (6A) der Mehrfach- Quantentopfstruktur und die mindestens eine weitere Quantentopschicht (7A) jeweils InxAlyGai-x-yAs oder
InxAlyGai-x-yP oder mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 aufweisen .
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 5, wobei der Aluminiumgehalt y der mindestens einen
weiteren QuantentopfSchicht (7A) größer ist als der Aluminiumgehalt y der Quantentopfschichten (6A) der Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) .
Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 5 oder 6,
wobei der Indiumgehalt x der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht (7A) kleiner ist als der Indiumgehalt x der Quantentopfschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur (6A).
8. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht (7A) eine geringere Dicke als die Quantentopfschichten (6A) der Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) aufweist.
9. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht (7A) an einer dem n-Typ-Halbleiterbereich (9)
zugewandten Seite der Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) angeordnet ist.
10. Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 9,
wobei die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht (7A) unmittelbar an die Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) angrenzt.
11. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die mindestens eine weitere QuantentopfSchicht (7A) an einer dem p-Typ-Halbleiterbereich (4)
zugewandten Seite der Mehrfach-Quantentopfstruktur angeordnet ist.
12. Optoelektronischer Halbleiterchip nach Anspruch 11,
wobei die Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) zwischen einer p-seitigen Einschlussschicht (5) und einer in¬ seitigen Einschlussschicht (8) angeordnet ist, und wobei die p-seitige Einschlussschicht (5) zwischen der
Mehrfach-Quantentopfstruktur (6A, 6B) und der mindestens einen weiteren QuantentopfSchicht (7A) angeordnet ist. Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Anzahl der zur Emission der zweiten Strahlung (22) vorgesehenen weitere (n) QuantentopfSchicht (en) (7A) zwischen 1 und 3 beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Anzahl der zur Emission der ersten Strahlung (21) vorgesehenen Quantentopfschichten (6A) zwischen 3 und 30 beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Anzahl der zur Emission der ersten Strahlung (21) vorgesehenen Quantentopfschichten (6A) mindestens fünfmal größer ist als die Anzahl der zur Emission der zweiten Strahlung (22) vorgesehenen weitere (n)
QuantentopfSchicht (en) (7A) .
Optoelektronischer Halbleiterchip nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste Strahlung (21) eine Leistung von
mindestens 4,5 W aufweist.
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