WO2018228993A1 - Leuchtdiodenchip und verfahren zur herstellung eines leuchtdiodenchips - Google Patents

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WO2018228993A1
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layer sequence
nitrogen
passivation layer
emitting diode
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Jens Ebbecke
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • Light-emitting diode chips in particular based on InGaAlP, often have a low efficiency due to non-radiative recombination of charge carriers in the active radiation-generating zone on etched side surfaces.
  • An object of the present application is to provide a
  • a light-emitting diode chip having the features of patent claim 1 and by a method having the steps of patent claim 10.
  • Advantageous embodiments and further developments of the LED chip and the method are the subject of the respective dependent claims.
  • a light-emitting diode chip is specified.
  • the light-emitting diode chip comprises an epitaxial semiconductor layer sequence with an active zone, which generates electromagnetic radiation during operation of the light-emitting diode chip.
  • LED chip a passivation layer comprising or consisting of magnesium oxide and magnesium nitride.
  • Passivation layer is on a side surface of the
  • Semiconductor layer sequence applied and covers at least the active zone of the epitaxial semiconductor layer sequence laterally.
  • the passivation layer comprises or consists of MgO and Mg 3 2 .
  • Passivation layer over the entire surface over the side surface of the epitaxial semiconductor layer sequence extends.
  • the passivation layer may also at least partially on a first main surface, in particular a light exit surface of the epitaxial
  • the passivation layer assigns to the epitaxial
  • the side surface of the epitaxial semiconductor layer sequence is produced by etching.
  • the inventors have found that increasingly non-radiative recombinations of charge carriers, ie electrons and holes, take place on the side surfaces or side edges, in particular on etched side surfaces of the active zone of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • charge carriers ie electrons and holes
  • Binding sites saturated by the binding of oxygen are saturated by the binding of oxygen.
  • the semiconductor composite material is oxidized in the region of the side surface of the semiconductor layer sequence. This results in intermediate states in the band gap, ie between the valence and the conduction band, which are too
  • Magnesium has a higher affinity for oxygen than the elements contained in a semiconductor composite material, an exchange of oxygen and nitrogen takes place and it forms at the interface to the epitaxial
  • Magnesium nitride and magnesium oxide are two layers comprising or consisting of magnesium nitride, nitriding of the semiconductor composite material of FIG.
  • the LED chip has a small lateral extent.
  • the light-emitting diode chip preferably has an edge length which does not exceed 500 ⁇ m, particularly preferably 100 ⁇ m.
  • Passivation layer is arranged, and thus at the
  • the I I / V semiconductor composite material is more preferably a phosphide compound semiconductor material.
  • Semiconductor composite material is a semiconductor composite material containing phosphorus.
  • the III / V composite semiconductor material is a phosphide
  • magnesium has a
  • aluminum has one
  • the LED chip advantageously has a very high efficiency.
  • the passivation layer preferably has a layer thickness of between 1 nm and 1000 nm inclusive, preferably between 5 nm and 100 nm inclusive.
  • LED chip which has a comparatively high ratio of side surface to the light exit surface.
  • Ratio of side surface to the light exit surface of the LED chip is preferably at least 0.01.
  • the protective layer has a layer thickness of from 1 nm to 1000 nm inclusive, preferably from 5 nm to 100 nm inclusive.
  • a method for producing a light-emitting diode chip is specified. All features of the light-emitting diode chip also apply to the method for producing a light-emitting diode chip and vice versa.
  • the method for producing a light-emitting diode chip comprises the following steps, preferably in the specified
  • the layer is applied so that it at least the active zone of
  • Magnesium nitride for forming a passivation layer comprising magnesium oxide and magnesium nitride.
  • the temperature for annealing is preferably between 100 and 800 ° C.
  • nitriding of the semiconductor composite material is epitaxial
  • magnesium has a higher affinity for oxygen than that in a semiconductor composite
  • magnesium nitride forms in the layer comprising
  • Magnesium oxide and it results in a passivation layer comprising or consisting of magnesium nitride and
  • At least parts of the side surface of the semiconductor layer sequence are produced by etching, in particular by dry etching. This is also referred to as mesa etching.
  • the side surface of the semiconductor layer sequence can first be partially produced by etching, while another part of the side surface can be produced by another separation process, such as breaking, sawing or laser cutting.
  • the active zone of the semiconductor layer sequence is separated by etching.
  • step D) epitaxial semiconductor layer sequence on a phosphide semiconductor composite material and it formed in step D) at the interface between the semiconductor layer sequence and the passivation layer indium-nitrogen, phosphorus-nitrogen, aluminum-nitrogen and / or gallium nitrogen bonds.
  • step D) no or hardly any indium oxygen, phosphorus oxygen, aluminum oxygen and / or gallium oxygen bonds are present at the interface between the semiconductor layer sequence and the passivation layer.
  • Magnesium nitride in step B) applied by sputtering Magnesium nitride in step B) applied by sputtering.
  • Magnesium nitride in step B) is applied in direct contact with the side surface of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • a step C) takes place between step B) and step D):
  • step C) applying a protective layer to the layer comprising or consisting of silicon nitride, preferably Si 3 4 . If method step C) takes place, a composite produced in step C) is tempered in step D).
  • FIGS. 1A and 1B show light-emitting diode chips without
  • FIGS. 2A to 2F schematically show a method for
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a
  • the light-emitting diode chip according to FIG. 1 a has an epitaxially grown semiconductor layer sequence 1.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 1 comprises an active zone 2, which is set up to generate an electromagnetic radiation S during operation of the light-emitting diode chip.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 1 is preferably based on a
  • the side surface of the semiconductor layer sequence 1c has been produced by dry etching.
  • the side surface lc is characterized in that it obliquely to a central axis of the
  • LED chips are formed.
  • Semiconductor layer sequence 1 is on a substrate 6,
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 1 is arranged on a first main surface of the substrate 6a, while a second electrical contact 5 is arranged on a second main surface of the substrate 6b.
  • a first main surface of the semiconductor layer sequence la which in particular also the
  • a first electrical contact 4 is arranged.
  • the first electrical contact 4 is a p-contact and the second electrical contact 5 is an n-contact.
  • FIG. 1b shows the light-emitting diode chip shown in FIG. 1a during operation.
  • the crystal system or the crystal structure of the semiconductor material composite is disturbed and there are free valences or binding sites, which are saturated in particular by oxygen.
  • they form Aluminum-oxygen bonds, since aluminum has a particularly high affinity for oxygen.
  • negative charge carriers, ie electrons, and positive charge carriers, ie holes recombine to emit electromagnetic radiation S.
  • On the side surfaces of the active zone there is an increase
  • an epitaxially grown semiconductor layer sequence 1 having an active zone 2 is initially provided.
  • the active zone 2 is suitable for generating electromagnetic radiation during operation of the light-emitting diode chip.
  • Semiconductor layer sequence 1 is based on a phosphide semiconductor composite material of the formula In x Al y Gai x - y P with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • Semiconductor layer sequence lc is produced by dry etching.
  • the side surface 1c is formed obliquely to a center axis of the LED chip.
  • the crystal system of the side surface lc is produced by dry etching.
  • Oxygen can be saturated.
  • indium oxygen, aluminum-oxygen, gallium-oxygen and / or phosphorus oxygen bonds are formed. At the side surfaces of the active zone 2a, this leads to unwanted
  • a layer comprising or consisting of magnesium nitride 10, preferably 3 Mg 2, over the entire surface to the side surface lc of the epitaxial semiconductor layer sequence 1 and the first
  • Main surface of the semiconductor layer sequence la in particular the light exit surface, applied by sputtering.
  • the layer 10 laterally covers the active zone 2.
  • a protective layer 9 is optionally applied over the layer 10.
  • the protective layer 9 is applied over the entire area over the side surface of the epitaxial semiconductor layer sequence lc and the first main surface la and comprises or consists of silicon nitride.
  • Magnesium has a higher affinity for oxygen than that in the
  • Semiconductor composite containing elements aluminum, indium, gallium and phosphorus. During the annealing, nitriding of the semiconductor composite material is performed
  • Layer 10 is arranged to form indium-nitrogen, aluminum-nitrogen, gallium-nitrogen and / or phosphorus nitrogen bonds. At the same time magnesium oxide is formed in the layer 10 and it forms from the layer 10 during the annealing a passivation layer 3 comprising or consisting of magnesium oxide and
  • Magnesium nitride preferably MgO and Mg3 2 ( Figure 2e).
  • the passivation layer 3 and the protective layer 9 at least partially from the first
  • Main surface la are removed, for example by etching, and a first electrical contact 4 on the first
  • FIG. 3 shows an embodiment of a light-emitting diode chip.
  • the LED chip has an epitaxially grown
  • Semiconductor layer sequence 1 comprises an active zone 2, which is set up during operation of the LED chip electromagnetic radiation S, in particular with a
  • epitaxial semiconductor layer sequence 1 is preferably based on a phosphide compound semiconductor material having the formula In x Al y Ga x y P where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • the side surface 1c is characterized in that it is formed obliquely to a center axis of the light-emitting diode chip.
  • Semiconductor layer sequence 1 is on a substrate 6,
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 1 is arranged on a first main surface of the substrate 6a, while a second electrical contact 5 is arranged on a second main surface of the substrate 6b.
  • a first main surface of the semiconductor layer sequence la which in particular also the
  • a first electrical contact 4 is arranged.
  • the first electrical contact 4 is a p-contact and the second electrical contact 5 is an n-contact.
  • Main surface of the semiconductor layer sequence la is a
  • Passivation layer 3 comprising or consisting of
  • the passivation layer 3 extends over the
  • the passivation layer 3 has, for example, a layer thickness of 50 nm. At the interface of the semiconductor layer sequence 1 and the Passivation layer 3 indium-nitrogen, aluminum-nitrogen, gallium-nitrogen and / or phosphorus nitrogen bonds are present.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses every new feature as well as every combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly described in the claims

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Abstract

Es wird ein Leuchtdiodenchip angegeben. Der Leuchtdiodenchip umfasst - eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Zone (2), die im Betrieb elektromagnetische Strahlung (S) erzeugt, und - eine Passivierungsschicht (3) umfassend Magnesiumoxid und Magnesiumnitrid, wobei die Passivierungsschicht (3) auf einer Seitenfläche (1c) der Halbleiterschichtenfolge (1) aufgebracht ist und die Passivierungsschicht (3) zumindest die aktive Zone (2) überdeckt.

Description

Beschreibung
LEUCHTDIODENCHIP UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES LEUCHTDIODENCHIPS
Es werden ein Leuchtdiodenchip und ein Verfahren zur
Herstellung eines Leuchtdiodenchips angegeben. Diese Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen
Patentanmeldung Nr. 102017112875.1 vom 12. Juni 2017 in
Anspruch, deren gesamter Inhalt hiermit durch Rückbezug vollumfänglich aufgenommen wird. Leuchtdiodenchips, insbesondere auf der Basis von InGaAlP, weisen häufig aufgrund von nichtstrahlenden Rekombinationen von Ladungsträgern in der aktiven Strahlungserzeugenden Zone an geätzten Seitenflächen eine geringe Effizienz auf. Eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, einen
Leuchtdiodenchip anzugeben, der eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Effizienz aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen Leuchtdiodenchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Leuchtdiodenchip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sowie Weiterbildungen des Leuchtdiodenchips und des Verfahrens sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Es wird ein Leuchtdiodenchip angegeben. Der Leuchtdiodenchip umfasst eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone, die im Betrieb des Leuchtdiodenchips eine elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Leuchtdiodenchip eine Passivierungsschicht umfassend oder bestehend aus Magnesiumoxid und Magnesiumnitrid. Die
Passivierungsschicht ist auf einer Seitenfläche der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und überdeckt zumindest die aktive Zone der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge seitlich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst oder besteht die Passivierungsschicht aus MgO und Mg3 2.
Weiterhin ist es auch möglich, dass sich die
Passivierungsschicht vollflächig über die Seitenfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erstreckt. Alternativ oder zusätzlich kann die Passivierungsschicht auch zumindest teilweise auf einer ersten Hauptfläche, insbesondere einer Lichtaustrittsfläche der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge oder des Leuchtdiodenchips, angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Passivierungsschicht in direktem Kontakt mit einem
Halbleiterverbundmaterial der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Mit anderen Worten, weist die Passivierungsschicht mit der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge bevorzugt eine gemeinsame
Grenzfläche auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Seitenfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge durch Ätzen erzeugt . Die Erfinder haben festgestellt, dass an den Seitenflächen oder Seitenrändern, insbesondere an geätzten Seitenflächen der aktiven Zone der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge vermehrt nichtstrahlende Rekombinationen von Ladungsträgern, also Elektronen und Löchern, stattfinden. Insbesondere an den Seitenflächen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge werden nicht abgesättigte Zustände durch Störung der
Kristallstruktur und somit freie Valenzen oder
Bindungsstellen durch die Anbindung von Sauerstoff gesättigt. Das Halbleiterverbundmaterial wird mit anderen Worten im Bereich der Seitenfläche der Halbleiterschichtfolge oxidiert. Dadurch entstehen Zwischenzustände in der Bandlücke, also zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband, die zu
nichtstrahlenden Rekombinationen von Ladungsträgern führen. Dadurch stehen diese Ladungsträger nicht mehr zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung zur Verfügung, was eine Verringerung der Strahlung und somit der Effizienz des
Leuchtdiodenchips zur Folge hat. Die Idee der vorliegenden Anmeldung ist es, die Sauerstoffbindungen des
Halbleiterverbundmaterials an den Seitenflächen der
epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, insbesondere im
Bereich der aktiven Zone, gegen andere Bindungen zu ersetzen, um die Zwischenzustände in der Bandlücke, die durch die
Sauerstoffanbindung resultieren, zu vermeiden beziehungsweise zu verringern. Hierzu wird eine Schicht umfassend oder bestehend aus Magnesiumnitrid auf die Seitenfläche der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und diese überdeckt zumindest die aktive Zone der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge seitlich und vollständig. Da Magnesium eine höhere Affinität zu Sauerstoff aufweist als die in einem Halbleiterverbundmaterial enthaltenen Elemente, findet ein Austausch von Sauerstoff und Stickstoff statt und es bilden sich an der Grenzfläche zur epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge anstelle der Bindungen des
Halbleiterverbundmaterials zum Sauerstoff Bindungen zum
Stickstoff aus. Gleichzeitig bildet sich in der Schicht umfassend das Magnesiumnitrid Magnesiumoxid und es resultiert eine Passivierungsschicht umfassend oder bestehend aus
Magnesiumnitrid und Magnesiumoxid. Mit anderen Worten findet an der Grenzfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge und der Schicht umfassend oder bestehend aus Magnesiumnitrid eine Nitridierung des Halbleiterverbundmaterials der
epitaktischen Halbleiterschichtenfolge statt. Mit Vorteil können so die Zwischenzustände in der Bandlücke an den
Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge im Bereich der aktiven Zone vermieden oder erheblich reduziert werden, wodurch die strahlende Rekombination von Ladungsträgern in der aktiven Zone erhöht und so die Effizienz des
Leuchtdiodenchips gesteigert wird. Insbesondere ist eine erhebliche Effizienzsteigerung zu verzeichnen, wenn der
Leuchtdiodenchip eine geringe laterale Ausdehnung aufweist. Bevorzugt weist der Leuchtdiodenchip eine Kantenlänge auf, die 500 ym, besonders bevorzugt 100 ym, nicht überschreitet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen an der
Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge, auf der die
Passivierungsschicht angeordnet ist, und somit an der
Grenzfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge und der Passivierungsschicht Nitride des
Halbleiterverbundmaterials vor. Mit anderen Worten liegen Bindungen des Halbleiterverbundmaterials zu Stickstoff vor. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform basiert die
epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem III/V- Halbleiterverbundmaterial . Bei dem I I I /V-Halbleiterverbundmaterial handelt es sich besonders bevorzugt um ein Phosphid- Halbleiterverbundmaterial . Ein Phosphid-
Halbleiterverbundmaterial ist ein Halbleiterverbundmaterial, das Phosphor enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das III/V- Halbleiterverbundmaterial ein Phosphid-
Halbleiterverbundmaterial aus dem System InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Insbesondere weist die
epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge eines dieser Materialien auf oder besteht aus einem dieser Materialien. Mit Vorteil weist Magnesium mit einem
Standardelektrodenpotential von E° = -2,7 V eine höhere Affinität zu Sauerstoff auf als Aluminium, Gallium, Phosphor und Indium. Beispielsweise hat Aluminium ein
Standardelektrodenpotential von E° = -1,66 V. Nach dem
Aufbringen der Schicht umfassend oder bestehend aus
Magnesiumnitrid auf der Seitenfläche der
Halbleiterschichtenfolge findet eine Nitridierung von
InxAlyGai-x-yP unter Bildung von Indium-Stickstoff-, Aluminium- Stickstoff-, Gallium-Stickstoff- und/oder Phosphor- Stickstoffbindungen an der Seitenfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge statt. Gleichzeitig bildet sich in der Schicht umfassend das Magnesiumnitrid Magnesiumoxid und es resultiert eine Passivierungsschicht umfassend oder bestehend aus Magnesiumnitrid und Magnesiumoxid. So können Zwischenzustände in der Bandlücke, die durch die
Sauerstoffanbindung an Gallium, Indium, Phosphor und/oder Aluminium, insbesondere durch die Sauerstoffanbindung an Aluminium, resultieren, vermieden beziehungsweise verringert werden. Dadurch weist der Leuchtdiodenchip vorteilhafterweise eine sehr hohe Effizienz auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge an der Grenzfläche zur
Passivierungsschicht Indium-Stickstoff-, Aluminium- Stickstoff-, Phosphor-Stickstoff und/oder Gallium- Stickstoffbindungen auf.
Die Passivierungsschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 1000 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 5 nm und einschließlich 100 nm, auf.
Die Effizienzerhöhung ist besonders effektiv bei einem
Leuchtdiodenchip, der ein vergleichsweise hohes Verhältnis von Seitenfläche zur Lichtaustrittsfläche aufweist. Das
Verhältnis von Seitenfläche zur Lichtaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips beträgt bevorzugt mindestens 0,01.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über der
Passivierungsschicht eine Schutzschicht umfassend oder bestehend aus Siliziumnitrid, insbesondere umfassend oder bestehend aus S13N4, angeordnet. Dadurch wird der
Leuchtdiodenchip vor Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit
geschützt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schutzschicht eine Schichtdicke von einschließlich 1 nm bis einschließlich 1000 nm, bevorzugt von einschließlich 5 nm bis einschließlich 100 nm, auf. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips angegeben. Alle Merkmale des Leuchtdiodenchips gelten auch für das Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips und umgekehrt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen
Reihenfolge :
A) Bereitstellen einer epitaktisch gewachsenen
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, B) Aufbringen einer Schicht umfassend oder bestehend aus Magnesiumnitrid auf eine Seitenfläche der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere wird die Schicht so aufgebracht, dass sie zumindest die aktive Zone der
epitaktischen Halbleiterschichtenfolge seitlich überdeckt. D) Tempern des in Schritt B) hergestellten Verbunds aus
Halbleiterschichtenfolge und Schicht umfassend
Magnesiumnitrid zur Bildung einer Passivierungsschicht umfassend Magnesiumoxid und Magnesiumnitrid. Die Temperatur zum Tempern liegt bevorzugt zwischen einschließlich 100 und 800 °C. Während des Temperns in Schritt D) findet eine Nitridierung des Halbleiterverbundmaterials der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge statt, über der die Schicht
umfassend oder bestehend aus Magnesiumnitrid aufgebracht wurde. Da Magnesium eine höhere Affinität zu Sauerstoff aufweist als die in einem Halbleiterverbundmaterial
enthaltenen Elemente, findet insbesondere ein Austausch von Sauerstoff und Stickstoff statt und es bilden sich an der Grenzfläche zur epitaktischen Halbleiterschichtenfolge anstelle der Bindungen des Halbleiterverbundmaterials zum Sauerstoff Bindungen zum Stickstoff aus. Gleichzeitig bildet sich in der Schicht umfassend das Magnesiumnitrid
Magnesiumoxid und es resultiert eine Passivierungsschicht umfassend oder bestehend aus Magnesiumnitrid und
Magnesiumoxid. Der Austausch von Sauerstoff und Stickstoff wird zudem durch die höhere Stabilität von Magnesiumoxid im Vergleich zu Magnesiumnitrid gefördert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest Teile der Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge durch Ätzen, insbesondere durch Trockenätzen, erzeugt. Dies wird auch als Mesa-Ätzen bezeichnet. Die Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge kann zunächst teilweise durch Ätzen erzeugt werden, während ein weiterer Teil der Seitenfläche durch einen anderen Trennprozess , wie beispielsweise Brechen, Sägen oder Laserschneiden, hergestellt werden kann. Besonders bevorzugt wird die aktive Zone der Halbleiterschichtenfolge durch Ätzen getrennt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die
epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Phosphid- Halbleiterverbundmaterial und es bilden sich in Schritt D) an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Passivierungsschicht Indium-Stickstoff-, Phosphor- Stickstoff-, Aluminium-Stickstoff- und/oder Gallium- Stickstoffbindungen aus. Insbesondere sind nach Schritt D) keine oder kaum Indium-Sauerstoff-, Phosphor-Sauerstoff-, Aluminium-Sauerstoff- und/oder Gallium-Sauerstoffbindungen an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Passivierungsschicht vorhanden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das
Magnesiumnitrid in Schritt B) durch Sputtern aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das
Magnesiumnitrid in Schritt B) in direktem Kontakt auf die Seitenfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge aufgebracht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform findet zwischen Schritt B) und Schritt D) ein Schritt C) statt:
C) Aufbringen einer Schutzschicht auf die Schicht umfassend oder bestehend aus Siliziumnitrid, bevorzugt Si3 4. Findet Verfahrensschritt C) statt, wird in Schritt D) ein in Schritt C) hergestellter Verbund getempert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten
Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Figuren 1A und 1B zeigen Leuchtdiodenchips ohne
Passivierungsschicht .
Figuren 2A bis 2F zeigen schematisch ein Verfahren zur
Herstellung eines Leuchtdiodenchips. Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
Leuchtdiodenchips .
Der Leuchtdiodenchip gemäß Figur la weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge 1 auf. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine aktive Zone 2, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Leuchtdiodenchips eine elektromagnetische Strahlung S zu erzeugen. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 basiert bevorzugt auf einem
Phosphid-Halbleiterverbundmaterial der Formel InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Die Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge lc ist durch Trockenätzen erzeugt worden. Die Seitenfläche lc zeichnet sich vorliegend dadurch aus, dass sie schräg zu einer Mittelachse des
Leuchtdiodenchips ausgebildet sind. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge 1 ist auf einem Substrat 6,
beispielweise aus GaAs, angeordnet. Insbesondere ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 auf einer ersten Hauptfläche des Substrats 6a angeordnet, während auf einer zweiten Hauptfläche des Substrats 6b ein zweiter elektrischer Kontakt 5 angeordnet ist. Über einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge la, die insbesondere auch die
Lichtaustrittsfläche darstellt, ist ein erster elektrischer Kontakt 4 angeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten elektrischen Kontakt 4 um einen p-Kontakt und bei dem zweiten elektrischen Kontakt 5 um einen n-Kontakt.
Figur lb zeigt den in Figur la dargestellten Leuchtdiodenchip im Betrieb. Insbesondere durch das Ätzen der Seitenflächen lc wird das Kristallsystem beziehungsweise die Kristallstruktur des Halbleitermaterialverbunds gestört und es entstehen freie Valenzen beziehungsweise Bindungsstellen, die insbesondere durch Sauerstoff abgesättigt werden. Insbesondere bilden sich Aluminium-Sauerstoffbindungen, da Aluminium eine besonders hohe Affinität zu Sauerstoff aufweist. In der aktiven Zone 2 des Leuchtdiodenchips rekombinieren negative Ladungsträger, also Elektronen, und positive Ladungsträger, also Löcher, unter Emission einer elektromagnetischen Strahlung S. An den Seitenflächen der aktiven Zone finden vermehrt
nichtstrahlende Rekombinationen nS der Ladungsträger statt. Dies ist auf die Bildung von Zwischenzuständen innerhalb der Bandlücke zurückzuführen, die durch die mit Sauerstoff abgesättigten freien Bindungsstellen des
Halbleiterverbundmaterials entstehen. Dies führt zu
Effizienzverlusten des Leuchtdiodenchips. Vor allem ist dieser Verlust groß, wenn der Leuchtdiodenchip eine geringe laterale Ausdehnung aufweist.
Bei dem in den Figuren 2a bis 2f dargestellten Verfahren wird zunächst eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer aktiven Zone 2 bereitgestellt. Die aktive Zone 2 ist hierbei dazu geeignet, im Betrieb des Leuchtdiodenchips elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die
Halbleiterschichtenfolge 1 beruht auf einem Phosphid- Halbleiterverbundmaterial der Formel InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Die aktive Zone 2 basiert bevorzugt auf InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < l und x+y < 1, die n- leitende Zone 7 auf InxAlyP mit 0 < x < 1, 0 < y < l und x+y = 1 und die p-leitende Zone 8 auf InxAlyP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y = 1. Die Seitenfläche der
Halbleiterschichtenfolge lc ist durch Trockenätzen erzeugt. Die Seitenfläche lc ist schräg zu einer Mittelachse des Leuchtdiodenchips ausgebildet. Insbesondere durch das Ätzen der Seitenfläche lc wird das Kristallsystem des
Halbleitermaterialverbunds unterbrochen beziehungsweise gestört und es entstehen freie Bindungsstellen, die durch Sauerstoff abgesättigt werden. Insbesondere entstehen Indium- Sauerstoff-, Aluminium-Sauerstoff-, Gallium-Sauerstoff- und/oder Phosphor-Sauerstoffbindungen . An den Seitenflächen der aktiven Zone 2a führt das zu unerwünschten
nichtstrahlenden Rekombinationen von Ladungsträgern durch die Bildung von Zwischenzuständen innerhalb der Bandlücke. Dies ist in dem Energiediagramm der Figur 2b veranschaulicht. Dort sind die Energie E des Valenzbands Ev und des Leitungsbands Ec des Halbleiterverbundmaterials der aktiven Zone 2 und die durch Gallium-Sauerstoffbindungen und Aluminium- Sauerstoffbindungen entstehenden Zwischenzustände innerhalb der Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsband gezeigt. Der Effizienzverlust durch nichtstrahlende Rekombinationen der Ladungsträger wird insbesondere beim Nass- und bei
Trockenätzen der Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge festgestellt .
In dem in Figur 2c gezeigten Schritt des Verfahrens wird eine Schicht umfassend oder bestehend aus Magnesiumnitrid 10, bevorzugt Mg3 2, vollflächig über der Seitenfläche lc der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 und ersten
Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge la, insbesondere die Lichtaustrittsfläche, durch Sputtern aufgebracht.
Insbesondere überdeckt die Schicht 10 die aktive Zone 2 seitlich. In einem nächsten Schritt wird, wie in Figur 2d gezeigt, optional eine Schutzschicht 9 über der Schicht 10 aufgebracht. Die Schutzschicht 9 wird vollflächig über der Seitenfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge lc und ersten Hauptfläche la aufgebracht und umfasst oder besteht aus Siliziumnitrid.
In einem nächsten Schritt des Verfahrens wird der Verbund aus epitaktischer Halbleiterschichtenfolge 1, Schicht 10 und Schutzschicht 9 bei einer Temperatur von 100 bis 800 °C beispielweise 300 °C getempert. Magnesium weist eine höhere Affinität zu Sauerstoff auf als die in dem
Halbeiterverbundmaterial enthaltenden Elemente Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor. Während des Temperns erfolgt eine Nitridierung des Halbleiterverbundmaterials der
epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1, über der die
Schicht 10 angeordnet ist, unter Bildung von Indium- Stickstoff-, Aluminium-Stickstoff-, Gallium-Stickstoff- und/oder Phosphor- Stickstoffbindungen . Gleichzeitig entsteht Magnesiumoxid in der Schicht 10 und es bildet sich aus der Schicht 10 während des Temperns eine Passiervierungsschicht 3 umfassend oder bestehend aus Magnesiumoxid und
Magnesiumnitrid, bevorzugt MgO und Mg3 2 (Figur 2e) . Mit
Vorteil können so die in Figur 2b dargestellten
Zwischenzustände in der Bandlücke an der Seitenfläche der aktiven Zone 2a vermieden oder erheblich reduziert werden, wodurch die strahlende Rekombination von Ladungsträgern in der aktiven Zone 2 erhöht wird und so die Effizienz des
Leuchtdiodenchips steigt.
In einem weiteren Schritt kann die Passivierungsschicht 3 und die Schutzschicht 9 zumindest teilweise von der ersten
Hauptfläche la entfernt werden, beispielsweise durch Ätzen, und ein erster elektrischer Kontakt 4 auf der ersten
Hauptfläche la und mit dieser in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt aufgebracht werden, wie dies in Figur 2f dargestellt ist. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines Leuchtdiodenchips. Der Leuchtdiodenchip weist eine epitaktisch gewachsene
Halbleiterschichtenfolge 1 auf. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine aktive Zone 2, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Leuchtdiodenchips elektromagnetische Strahlung S, insbesondere mit einer
Wellenlänge von zirka 620 Nanometer, zu erzeugen. Die
epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 basiert bevorzugt auf einem Phosphid-Halbleiterverbundmaterial der Formel InxAlyGai- x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Die aktive Zone 2 basiert bevorzugt auf InxAlyGai-x-yP mit InxAlyGai-x-yP mit 0 x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1, die n-leitende Zone 7 auf InxAlyP mit 0 < x < 1, 0 < y < l und x+y = 1 und die p-leitende Zone 8 auf InxAlyP mit 0 < x < 1, 0 < y < l und x+y = 1. Die
Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge lc ist durch
Trockenätzen erzeugt. Die Seitenfläche lc zeichnet sich vorliegend dadurch aus, dass sie schräg zu einer Mittelachse des Leuchtdiodenchips ausgebildet ist. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge 1 ist auf einem Substrat 6,
beispielweise aus GaAs, angeordnet. Insbesondere ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 auf einer ersten Hauptfläche des Substrats 6a angeordnet, während auf einer zweiten Hauptfläche des Substrats 6b ein zweiter elektrischer Kontakt 5 angeordnet ist. Über einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge la, die insbesondere auch die
Lichtaustrittsfläche darstellt, ist ein erster elektrischer Kontakt 4 angeordnet. Der erste elektrische Kontakt 4 ist ein p-Kontakt und der zweite elektrische Kontakt 5 ein n-Kontakt. Auf der Seitenfläche der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge lc und auf Teilen der ersten
Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge la ist eine
Passivierungsschicht 3 umfassend oder bestehend aus
Magnesiumoxid und Magnesiumnitrid angeordnet. Insbesondere erstreckt sich die Passivierungsschicht 3 über die
Seitenfläche der aktive Zone 2a. Die Passivierungsschicht 3 weist beispielsweise eine Schichtdicke von 50 nm auf. An der Grenzfläche der Halbleiterschichtenfolge 1 und der Passivierungsschicht 3 sind Indium-Stickstoff-, Aluminium- Stickstoff-, Gallium-Stickstoff- und/oder Phosphor- Stickstoffbindungen vorhanden. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 epitaktische Halbleiterschichtenfolge oder epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge
la erste Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge oder Lichtaustrittfläche
lb zweite Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge lc Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge
2 aktive Zone
2a Seitenfläche der aktiven Zone
3 Passivierungsschicht
4 erster elektrischer Kontakt
5 zweiter elektrischer Kontakt
6 Substrat
6a erste Hauptfläche des Substrats
6b zweite Hauptfläche des Substrats
7 n-leitende Zone
8 p-leitende Zone
9 Schutzschicht
10 Schicht umfassend Magnesiumnitrid
S elektromagnetische Strahlung
E Energie
Ec Energie Valenzband
Ec Energie Leitungsband
nS nichtstrahlende Rekombination

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtdiodenchip mit:
einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Zone (2), die im Betrieb elektromagnetische
Strahlung (S) erzeugt, und
einer Passivierungsschicht (3) umfassend Magnesiumoxid und Magnesiumnitrid, wobei
die Passivierungsschicht (3) auf einer Seitenfläche (lc) der Halbleiterschichtenfolge (1) aufgebracht ist und die Passivierungsschicht (3) zumindest die aktive Zone (2) überdeckt, wobei die eine Passivierungsschicht umfassend Magnesiumoxid und Magnesiumnitrid mit der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eine gemeinsame Grenzfläche aufweist .
2. Leuchtdiodenchip nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem I I I /V-Halbleiterverbundmaterial basiert.
3. Leuchtdiodenchip nach dem vorherigen Anspruch,
wobei an einer Grenzfläche der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge (1) und der Passivierungsschicht (3) Nitride des Halbleiterverbundmaterials vorliegen.
4. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 3,
bei dem das I I I /V-Halbleiterverbundmaterial ein Phosphid- Halbleiterverbundmaterial ist.
5. Leuchtdiodenchip nach dem vorherigen Anspruch,
wobei das Phosphid-Halbleiterverbundmaterial InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1 ist. - I S
6. Leuchtdiodenchip nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) an der Grenzfläche zur Passivierungsschicht (3) Indium-Stickstoff-,
Aluminium-Stickstoff-, Phosphor-Stickstoff- und/oder
Gallium-Stickstoffbindungen aufweist .
7. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Passivierungsschicht (3) eine Schichtdicke von einschließlich 1 nm bis einschließlich 1000 nm, bevorzugt von einschließlich 5 nm bis einschließlich 100 nm, aufweist .
8. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche,
dessen Kantenlänge 500 ym, bevorzugt 100 ym, nicht
überschreitet .
9. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei über der Passivierungsschicht (3) eine Schutzschicht (9) umfassend oder bestehend aus Siliziumnitrid angeordnet ist .
10. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips mit den folgenden Schritten:
A) Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge
(1) mit einer aktiven Zone (2), die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (S) zu erzeugen,
B) Aufbringen einer Schicht umfassend Magnesiumnitrid (10) auf eine Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge (lc), wobei das Magnesiumnitrid in direktem Kontakt auf die
Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge (lc) aufgebracht wird, D) Tempern des in Schritt B) hergestellten Verbunds aus Halbleiterschichtenfolge (1) und Schicht umfassend
Magnesiumnitrid (10) zur Bildung einer
Passivierungsschicht (3) umfassend Magnesiumoxid und
Magnesiumnitrid .
11. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Phosphid-Halbleiterverbundmaterial InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1 basiert und sich in
Schritt D) an der Grenzfläche zwischen der
Halbleiterschichtenfolge (1) und der Passivierungsschicht (3) Indium-Stickstoff-, Phosphor-Stickstoff-, Aluminium- Stickstoff- und/oder Gallium-Stickstoffbindungen
ausbilden .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
bei dem die Seitenfläche (lc) der Halbleiterschichtenfolge (1) durch Ätzen erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
bei dem das Magnesiumnitrid in Schritt B) durch Sputtern aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
wobei zwischen Schritt B) und Schritt D) ein Schritt C) stattfindet: C) Aufbringen einer Schutzschicht (9) auf die Schicht umfassend Magnesiumnitrid (10).
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