WO2019077127A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

Info

Publication number
WO2019077127A1
WO2019077127A1 PCT/EP2018/078754 EP2018078754W WO2019077127A1 WO 2019077127 A1 WO2019077127 A1 WO 2019077127A1 EP 2018078754 W EP2018078754 W EP 2018078754W WO 2019077127 A1 WO2019077127 A1 WO 2019077127A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
region
funnel
shaped openings
density
optoelectronic semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/078754
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Xiaojun Chen
Alexander Frey
Philipp Drechsel
Thomas LEHNHARDT
Lise LAHOURCADE
Jürgen OFF
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority to US16/757,702 priority Critical patent/US11329193B2/en
Publication of WO2019077127A1 publication Critical patent/WO2019077127A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the optoelectronic semiconductor component may in particular be a
  • electromagnetic radiation for example light, emitted.
  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor component which has an improved
  • Another object is to provide a method for
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor device a semiconductor body having a first region, one for generating electromagnetic
  • Radiation suitable active area an exit area, a plurality of funnel-shaped openings and a second area.
  • the output region is arranged between the first region and the active region, and the active region is arranged between the output region and the second region.
  • the areas are epitaxially grown.
  • the active area includes
  • a pn junction a double heterostructure, a Single quantum well (SQW, single quantum well) or,
  • the funnel-shaped openings extend from the output region through the active region to the second region.
  • Openings have their origins where dislocations occur in the lattice due to defects. Put displacements
  • the funnel-shaped openings taper from the second region in the direction of the exit region.
  • the semiconductor body is based on a nitride compound semiconductor material.
  • a nitride compound semiconductor material in particular the active layer, comprises a nitride III / V compound semiconductor material, preferably Al n Ga m i nn m - n , where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it can have one or more
  • the first region has an n-type doping. That is, the first region is n-type and may be doped with silicon or with phosphorus, for example.
  • the second region has a p-doping. That is, the second region is p-type and may be doped with, for example, magnesium or zinc.
  • the funnel-shaped openings are filled inter alia with the material of the second region. This advantageously results in a large contact area between the material of the second region and the active region. A large contact surface allows one
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor component comprising a semiconductor body comprising a first region, an active region suitable for generating electromagnetic radiation, an output region, a plurality of funnel-shaped openings and a second region, wherein
  • the output region is arranged between the first region and the active region
  • the active region is arranged between the output region and the second region, and - The funnel-shaped openings, starting from the
  • Output range extend through the active area to the second area, wherein
  • the semiconductor body is based on a nitride compound semiconductor material
  • the first region has an n-type doping
  • the second region has a p-type doping
  • the funnel-shaped openings are filled with the material of the second region.
  • the introduction of funnel-shaped openings is advantageous.
  • the density of the funnel-shaped openings has a strong influence on the internal quantum efficiency of the optoelectronic semiconductor component and depends primarily on the density of the dislocations in the substrate material used. This density of
  • Dislocations in the substrate material used can be subject to large fluctuations, which may occur, for example, from the
  • the optoelectronic semiconductor component described here makes use, inter alia, of the idea of adjusting the density of the funnel-shaped openings by the targeted control of the process parameters during the epitaxial growth of the output region.
  • the density of the funnel-shaped openings can be adjusted independently of the density of the dislocations in the substrate material used be and remain more freedom in the design of a buffer area which for setting the
  • Dislocation density is used.
  • An elaborate treatment of the substrates for adjusting the density of the dislocations can thus advantageously be dispensed with.
  • prestructured substrates with different structures PSS patterned sapphire substrates
  • silicon or silicon carbide substrates as growth substrates.
  • the funnel-shaped openings are set up for improved carrier injection from the second area into the active area. An advantageous enlarged by the funnel-shaped openings
  • An improved charge carrier injection effects an advantageously reduced electrical resistance of the optoelectronic semiconductor component.
  • the funnel-shaped openings have a predefinable density, and the density of the
  • funnel-shaped openings is of a density of
  • Offsets within the first range are decoupled.
  • the density of the dislocations within the first region can be determined by the use of different substrates, the
  • the density of the funnel-shaped openings of the density of the dislocations and the associated variations is decoupled. This means that the density of funnel-shaped openings on a predetermined value is set and is not due to the density of the dislocations. In this way it is possible in a plurality of optoelectronic
  • the density of the funnel-shaped openings is at least 10 6 cm -2 and at most 10 10 cm -2 and
  • the density of the funnel-shaped openings is set by a concentration of a dopant in the output region, wherein the dopant
  • the starting point of a funnel-shaped opening is an offset on the surface of the first area.
  • Ga, H 3 and SiH 4 are provided.
  • Silicon connects to a silicon nitride with nitrogen and deposits on the surface of the first region as porous structures. Prefers this process takes place at the dislocations. If the closedness of the porous silicon nitride structure attached to one dislocation is sufficiently high, then the other
  • Silicon doping or germanium doping can be adjusted.
  • the concentration of the organic compound in accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the concentration of the organic compound
  • Dopant has a value in the range of 0 inclusive
  • the density of the funnel-shaped openings is set by a growth temperature, the growth temperature preferably being in a range of from 850 ° C. to 950 ° C. inclusive.
  • An increase in temperature favors the formation of
  • the density of the funnel-shaped openings is set by an addition of indium, with a substance content of indium in the exit area being at least 0.1% and at most 2%. Indium is deposited on the
  • the density of the funnel-shaped openings is adjusted by an addition of aluminum, wherein a proportion of aluminum in the exit region is at least 1% and at most 10%. Aluminum is incorporated into the crystal lattice of the exit region and favors the formation of funnel-shaped openings.
  • the method comprises the following steps:
  • the substrate may be, for example, a sapphire
  • Substrate include.
  • the buffer region is preferably grown epitaxially on the substrate and serves to adapt the different lattice constants of the substrate
  • the first region is preferably n-doped.
  • the active region includes a pn junction and is configured to generate electromagnetic radiation.
  • the second region is preferably p-doped.
  • a variation of the density of the displacements within the first region is determined by the density of the funnel-shaped
  • the density of the funnel-shaped openings is decoupled from the density of the dislocations within the first area.
  • the density of the dislocations within the first range may be in the
  • funnel-shaped openings are advantageously kept constant.
  • the density of the funnel-shaped openings is set by a growth temperature, wherein the
  • a high growth temperature favors the formation of
  • Silicon nitride at sites of dislocations If the region formed from the silicon nitride formed is dense enough to prevent the growth of gallium nitride, a funnel-shaped opening is formed at this point.
  • the density of the funnel-shaped openings is adjusted by an addition of indium, wherein a substance content of indium in the exit region is at least 0.1% and at most 2%. Indium deposits on the surface of the
  • Exit region increases and increases the mobility of the adsorbed atoms at the surface of the exit region. As a result, the formation of funnel-shaped openings is disturbed and thus reduces the density of the funnel-shaped openings.
  • the density of the funnel-shaped openings is adjusted by an addition of aluminum, wherein a substance content of aluminum in the exit region is at least 1% and at most 10%.
  • Aluminum will be in the
  • the density of the funnel-shaped openings is determined by a concentration of a dopant in the output region
  • the dopant is silicon or germanium and the concentration of the dopant has a value in the range of 0 atoms inclusive
  • Cubic centimeters and preferably has a value of 5x10 18 atoms per cubic centimeter inclusive and 5x10 19 atoms per cubic centimeter.
  • the starting point of a funnel-shaped opening is an offset on the
  • Silicon connects to a silicon nitride with nitrogen and attaches to the surface of the first region. This process preferably takes place at the dislocations. If the closedness of the porous silicon nitride structure attached to a dislocation is sufficiently high to prevent the further deposition of gallium nitride, a
  • a high silicon concentration causes a high density of the funnel-shaped opening.
  • Openings can be adjusted by the concentration of the silicon doping or the germanium doping.
  • Figure 1 shows a schematic cross section through a
  • Optoelectronic semiconductor component according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows the course of the internal quantum efficiency of a
  • Figure 3 is a plan view of the active area of
  • Figures 4A to 4C are plan views of the active region of various optoelectronic
  • Figures 5A to 5C are plan views of the active region of various opto-electronic
  • Figures 6A and 6B are plan views of the active region of various opto-electronic
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through an optoelectronic semiconductor component 1 according to a first exemplary embodiment.
  • Semiconductor device 1 comprises a semiconductor body 10 with one for generating electromagnetic radiation
  • Semiconductor body 10 is on a buffer area 120
  • the buffer area 120 is on a
  • All semiconductor layers are preferably epitaxially grown on each other and are preferably based on a nitride compound semiconductor material in the sense defined above.
  • the growth direction A is marked with the adjacent arrow A and extends orthogonal to
  • the output region 104 is the starting point for a plurality of funnel-shaped openings 105 whose axes of rotation are aligned parallel to the growth direction A.
  • the funnel-shaped openings 105 taper counter to the growth direction A.
  • the funnel-shaped openings 105 extend from the exit area 104 completely through the active area 103 to the second area 102 and are filled with the material of the second area 102.
  • the active region 103 is for the emission of
  • provided electromagnetic radiation and preferably has a pn junction, a double heterostructure, a
  • Single quantum well SQW
  • MQW multiple quantum well structure
  • the first region is preferably n-doped, for example with silicon.
  • the second region preferably has a p-doping and is doped, for example, with zinc or aluminum.
  • FIG. 2 shows the course of the internal quantum efficiency of an optoelectronic semiconductor component 1 as a function of the density of the funnel-shaped openings 105 in FIG
  • Exit area 104 The internal quantum efficiency is plotted on the Y-axis with the letter E above the X-axis marked with letter D, which reflects the density of the funnel-shaped openings 105. It can be seen from the course of the internal quantum efficiency that there is a maximum for the internal quantum efficiency. Therefore, it is advantageous to control the density of the funnel-shaped openings 105, that is, to a predeterminable value to be able to set the highest possible internal
  • FIG. 3 shows plan views of the active region 103 of various optoelectronic semiconductor components 1, which, while varying the growth temperature T and the
  • Dopant concentration C are made. Both with increasing temperature T and with increasing temperature
  • the reference value of the temperature T is 800 ° C, while the reference value of the
  • the density of the funnel-shaped openings 105 in the active region 104 of an optoelectronic semiconductor component 1 shows a clear dependence on the growth temperature T and the dopant concentration C. These process parameters can advantageously be used to influence the density of the funnel-shaped openings 105.
  • FIG. 4A shows a plan view of the active region 103 of an optoelectronic semiconductor component 1 according to a second exemplary embodiment.
  • FIG. 4A is a
  • FIG. 4A serves as a reference figure to FIGS. 4B and 4C.
  • FIG. 4B shows a plan view of the active region 103 of an optoelectronic semiconductor component 1 according to a third exemplary embodiment, which is produced with the addition of indium during the growth process of the output region 104.
  • the proportion of indium in the solid phase is between 1% and
  • FIG. 4C shows a plan view of the active region 103 of an optoelectronic semiconductor component 1 according to a fourth exemplary embodiment, which is produced with the addition of aluminum during the growth process of the output region 104.
  • the proportion of aluminum in the solid phase is between 5% and 10% inclusive.
  • the aluminum is firmly incorporated into the crystal lattice of the exit region 104.
  • funnel-shaped openings 105 increases greatly by the aluminum, as is clear in comparison to the reference figure 4A.
  • Figures 5A to 5C show plan views of the active
  • Figures 6A and 6B show plan views of the active

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (10) umfassend einen ersten Bereich (101), einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeigneten aktiven Bereich (103), einen Ausgangsbereich (104), eine Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen (105) und einen zweiten Bereich (102) angegeben. Wobei der Ausgangsbereich(104)zwischen dem ersten Bereich (101) und dem aktiven Bereich (103) angeordnet ist. Der aktive Bereich (103) zwischen dem Ausgangsbereich (104) und dem zweiten Bereich (102) angeordnet ist und sich die trichterförmigen Öffnungen (105) ausgehend von dem Ausgangsbereich (104) durch den aktiven Bereich (103) bis zum zweiten Bereich (102) erstrecken. Wobei der Halbleiterkörper (10) auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, der erste Bereich (101) eine n-Dotierung aufweist, der zweite Bereich (102) eine p-Dotierung aufweist, und die trichterförmigen Öffnungen (105) mit dem Material des zweiten Bereichs (102) befüllt sind. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement kann es sich insbesondere um ein
Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauelement handeln, das in Betrieb
elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht, emittiert.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine verbesserte
Effizienz aufweist.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen optoelektronischen
Halbleiterbauelements anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einem ersten Bereich, einem zur Erzeugung von elektromagnetischer
Strahlung geeigneten aktiven Bereich, einem Ausgangsbereich, einer Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen und einem zweiten Bereich. Dabei ist der Ausgangsbereich zwischen dem ersten Bereich und dem aktiven Bereich angeordnet und der aktive Bereich ist zwischen dem Ausgangsbereich und dem zweiten Bereich angeordnet. Vorzugsweise sind die Bereiche epitaktisch aufgewachsen. Der aktive Bereich umfasst
bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf (SQW, Single quantum well) oder,
besonders bevorzugt eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW, multiple quantum well) zur Strahlungserzeugung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements erstrecken sich die trichterförmigen Öffnungen ausgehend von dem Ausgangsbereich durch den aktiven Bereich bis zum zweiten Bereich. Die trichterförmigen
Öffnungen haben ihren Ursprung dort, wo durch Fehlstellen im Gitter Versetzungen auftreten. Versetzungen stellen
eindimensionale Gitterfehler in einem Kristall dar. Die trichterförmigen Öffnungen verjüngen sich ausgehend vom zweiten Bereich in Richtung des Ausgangsbereichs. Die
trichterförmigen Öffnungen durchstoßen den aktiven Bereich vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. „Auf Nitrid- Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper, insbesondere die aktive Schicht ein Nitrid- I I I/V-Verbindungshalbleiter- material, vorzugsweise AlnGamI ni-n-mN umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 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 AlnGamI ni-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, I n , N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der erste Bereich eine n- Dotierung auf. Das heißt, der erste Bereich ist n-leitend ausgebildet und kann beispielsweise mit Silizium oder mit Phosphor dotiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der zweite Bereich eine p- Dotierung auf. Das heißt, der zweite Bereich ist p-leitend ausgebildet und kann beispielsweise mit Magnesium oder mit Zink dotiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die trichterförmigen Öffnungen unter anderem mit dem Material des zweiten Bereichs befüllt. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine große Kontaktfläche zwischen dem Material des zweiten Bereichs und dem aktiven Bereich. Eine große Kontaktfläche ermöglicht einen
verringerten elektrischen Widerstand und somit einen
verbesserten Stromfluss von dem zweiten Bereich in den aktiven Bereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper umfassend einen ersten Bereich, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeigneten aktiven Bereich, einen Ausgangsbereich, eine Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen und einen zweiten Bereich, wobei
- der Ausgangsbereich zwischen dem ersten Bereich und dem aktiven Bereich angeordnet ist,
- der aktive Bereich zwischen dem Ausgangsbereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist, und - sich die trichterförmigen Öffnungen ausgehend von dem
Ausgangsbereich durch den aktiven Bereich bis zum zweiten Bereich erstrecken, wobei
- der Halbleiterkörper auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial basiert,
- der erste Bereich eine n-Dotierung aufweist,
- der zweite Bereich eine p-Dotierung aufweist, und
- die trichterförmigen Öffnungen mit dem Material des zweiten Bereichs befüllt sind.
Einem hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelement liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Um den elektrischen
Übergangswiderstand zwischen dem p-dotierten Bereich und dem aktiven Bereich des auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter basierenden optoelektronischen Halbleiterbauelements zu verringern, ist das Einbringen von trichterförmigen Öffnungen von Vorteil. Die Dichte der trichterförmigen Öffnungen hat einen starken Einfluss auf die interne Quanteneffizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements und hängt in erster Linie maßgeblich von der Dichte der Versetzungen in dem verwendeten Substratmaterial ab. Diese Dichte der
Versetzungen in dem verwendeten Substratmaterial kann großen Schwankungen unterliegen, die beispielsweise vom
Herstellungsprozess des Substrats abhängen.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch die gezielte Steuerung der Prozessparameter während des epitaktischen Aufwachsens des Ausgangsbereichs einzustellen. Dadurch kann die Dichte der trichterförmigen Öffnungen unabhängig von der Dichte der Versetzungen in dem verwendeten Substratmaterial eingestellt werden und es verbleiben mehr Freiheiten in der Gestaltung eines Pufferbereichs welcher zur Einstellung der
Versetzungsdichte dient. Eine aufwändige Behandlung der Substrate zur Einstellung der Dichte der Versetzungen kann somit vorteilhaft entfallen. Weitergehend ist es möglich, vorstrukturierte Substrate mit unterschiedlichen Strukturen (PSS patterned sapphire Substrate) sowie Silizium- oder Siliziumcarbid-Substrate als Aufwachssubstrate zu verwenden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die trichterförmigen Öffnungen zu einer verbesserten Ladungsträgerinjektion von dem zweiten Bereich in den aktiven Bereich eingerichtet. Eine durch die trichterförmigen Öffnungen vorteilhaft vergrößerte
Grenzfläche zwischen dem aktiven Bereich und dem zweiten
Bereich erleichtert die Ladungsträgerinjektion in den aktiven Bereich. Eine verbesserte Ladungsträgerinjektion bewirkt einen vorteilhaft verringerten elektrischen Widerstand des optoelektronischen Halbleiterbauelements .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weisen die trichterförmigen Öffnungen eine vorgebbare Dichte auf, und die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen ist von einer Dichte von
Versetzungen innerhalb des ersten Bereichs entkoppelt. Die Dichte der Versetzungen innerhalb des ersten Bereichs kann durch die Verwendung unterschiedlicher Substrate, die
Verwendung von Substraten verschiedener Hersteller oder durch maschinelle Einflüsse schwanken. Im Unterschied zu
herkömmlichen Halbleiterbauelementen ist die Dichte der trichterförmigen Öffnungen von der Dichte der Versetzungen und den damit einhergehenden Schwankungen entkoppelt. Dies bedeutet, dass die Dichte der trichterförmigen Öffnungen auf einen vorgebbaren Wert eingestellt ist und nicht durch die Dichte der Versetzungen bedingt ist. Auf diese Weise ist es möglich, bei einer Mehrzahl von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen eine gleichbleibende Dichte von trichterförmigen Öffnungen zu erzielen und Schwankungen der Dichte der Versetzungen und maschinelle Einflüsse auf den Herstellungsprozess zu kompensieren. Insbesondere bedeutet die Einstellung der Dichte der trichterförmigen Öffnungen auf einen vorgebbaren Wert eine durch Prozessparameter
einstellbare und sich nicht zufällig einstellende Dichte. Dadurch können eine aufwändige Vorbehandlung des Substrats zur Einstellung der Dichte der Versetzungen und eine
aufwändige Anpassung der Herstellungsmaschinen entfallen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt die Dichte der trichterförmigen Öffnungen mindestens 106cm~2 und höchstens 1010cm~2 und
bevorzugt mindestens 107cm~2 und höchstens 108cm~2. Dadurch ist eine verbesserte Ladungsträgerinjektion gewährleistet, ohne eine zu große Fläche des aktiven Bereichs durch die
trichterförmigen Öffnungen zu beeinträchtigen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch eine Konzentration eines Dotierstoffes im Ausgangsbereich eingestellt, wobei der Dotierstoff
vorzugsweise Silizium oder Germanium ist. Der Ausgangspunkt einer trichterförmigen Öffnung ist eine Versetzung an der Oberfläche des ersten Bereichs. Beim Aufwachsprozess des Ausgangsbereichs werden beispielsweise Ga, H3 sowie SiH4 bereitgestellt. Silizium geht mit Stickstoff eine Verbindung zu einem Siliziumnitrid ein und lagert sich an der Oberfläche des ersten Bereichs als poröse Strukturen an. Bevorzugt findet dieser Prozess an den Versetzungen statt. Ist die Geschlossenheit der an einer Versetzung angelagerten, porösen Siliziumnitridstruktur ausreichend hoch, um die weitere
Ablagerung von Galliumnitrid zu verhindern, bildet sich an dieser Stelle eine trichterförmige Öffnung aus. Eine hohe Siliziumkonzentration bewirkt somit eine hohe Dichte der trichterförmigen Öffnungen. Dadurch kann die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch die Konzentration der
Siliziumdotierung oder der Germaniumdotierung eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Konzentration des
Dotierstoffs einen Wert im Bereich von einschließlich 0
Atomen pro Kubikzentimeter bis einschließlich lxlO20 Atomen pro Kubikzentimeter und bevorzugt einen Wert im Bereich von einschließlich 5xl018 Atomen pro Kubikzentimeter bis
einschließlich 5xl019 Atomen pro Kubikzentimeter auf. In diesem Bereich zeigt die Dichte der trichterförmigen
Öffnungen eine Abhängigkeit von der Dotierstoffkonzentration, wobei vorteilhafterweise die Dotierstoffkonzentration so gewählt werden kann, dass die Funktion des
Halbleiterbauelements nicht beeinträchtigt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch eine Wachstumstemperatur eingestellt, wobei die Wachstumstemperatur vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 850°C bis einschließlich 950°C liegt. Eine Erhöhung der Temperatur begünstigt die Formation von
dichteren Siliziumnitrid Bereichen an den Versetzungen und damit eine Bildung der trichterförmigen Öffnungen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch eine Hinzugabe von Indium eingestellt, wobei ein Stoffanteil von Indium in dem Ausgangsbereich mindestens 0,1% und höchstens 2% beträgt. Indium lagert sich an der
Oberfläche des Ausgangsbereichs ab und erhöht die Mobilität der adsorbierten Atome an der Oberfläche des
Ausgangsbereichs. Dadurch ist die Bildung von
trichterförmigen Öffnungen verringert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch eine Hinzugabe von Aluminium eingestellt, wobei ein Stoffanteil von Aluminium in dem Ausgangsbereich mindestens 1% und höchstens 10% beträgt. Aluminium wird mit in das Kristallgitter des Ausgangsbereichs eingebaut und begünstigt die Bildung von trichterförmigen Öffnungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Verfahren folgende Schritte:
A) Aufwachsen eines Pufferbereichs auf ein bereitgestelltes Substrat. Das Substrat kann beispielsweise ein Saphir
Substrat umfassen. Der Pufferbereich wird vorzugsweise epitaktisch auf das Substrat aufgewachsen und dient einer Anpassung der unterschiedlichen Gitterkonstanten des
Substrats und einem nachfolgenden Halbleiterkörper.
B) Aufwachsen eines ersten Bereichs auf den Pufferbereich . Der erste Bereich ist vorzugsweise n-dotiert.
C) Aufwachsen eines Ausgangsbereichs für trichterförmige Öffnungen auf den ersten Bereich, wobei eine Dichte der trichterförmigen Öffnungen einstellbar ist und unabhängig von einer Dichte der Versetzungen an der Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich und dem Ausgangsbereich ist. Die
Wachstumsbedingungen des Ausgangsbereichs werden entsprechend der gewünschten Dichte der trichterförmigen Öffnungen
gewählt. Vorteilhaft kann dabei auf einen Ätzprozess zur Erzeugung der trichterförmigen Öffnungen verzichtet werden.
D) Aufwachsen eines aktiven Bereichs auf den Ausgangsbereich. Der aktive Bereich beinhaltet einen pn-Übergang und ist zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet.
E) Aufwachsen eines zweiten Bereichs auf den aktiven Bereich. Der zweite Bereich ist vorzugsweise p-dotiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine Variation der Dichte der Versetzungen innerhalb des ersten Bereichs durch die Dichte der trichterförmigen
Öffnungen kompensiert. Mit anderen Worten ist die Dichte der trichterförmigen Öffnungen von der Dichte der Versetzungen innerhalb des ersten Bereichs entkoppelt. Die Dichte der Versetzungen innerhalb des ersten Bereichs kann bei der
Verwendung von Substraten unterschiedlicher Hersteller großen Variationen unterliegen. Auch bei einer variierenden Dichte der Versetzungen durch die Verwendung von Substraten
unterschiedlicher Hersteller kann die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen vorteilhaft konstant gehalten werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements werden maschinell bedingte Einflüsse auf die Herstellung des Halbleiterbauelements durch die Dichte der trichterförmigen Öffnungen kompensiert. Optoelektronische
Halbleiterbauelemente, die in unterschiedlichen Maschinen hergestellt werden, weisen bei nominell gleichen Prozessparametern dennoch eine Schwankung in der Dichte der trichterförmigen Öffnungen auf. Diese maschinenspezifischen Schwankungen der Dichte der trichterförmigen Öffnungen werden kompensiert, um eine gleichbleibende Effizienz in allen
Bauelementen zu erreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch eine Wachstumstemperatur eingestellt, wobei die
Wachstumstemperatur vorzugsweise in einem Bereich von
einschließlich 850°C bis einschließlich 950°C liegt. Eine hohe Wachstumstemperatur begünstigt die Bildung von
Siliziumnitrid an Stellen von Versetzungen. Ist der Bereich aus dem gebildeten Siliziumnitrid dicht genug ausgebildet, um das Wachstum von Galliumnitrid zu verhindern, bildet sich an dieser Stelle eine trichterförmige Öffnung aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch eine Hinzugabe von Indium eingestellt, wobei ein Stoffanteil von Indium in dem Ausgangsbereich mindestens 0,1% und höchstens 2% beträgt. Indium lagert sich an der Oberfläche des
Ausgangsbereichs ab und erhöht die Mobilität der adsorbierten Atome an der Oberfläche des Ausgangsbereichs. Dadurch wird die Bildung von trichterförmigen Öffnungen gestört und so die Dichte der trichterförmigen Öffnungen verringert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch eine Hinzugabe von Aluminium eingestellt, wobei ein Stoffanteil von Aluminium in dem Ausgangsbereich mindestens 1% und höchstens 10% beträgt. Aluminium wird mit in das
Kristallgitter des Ausgangsbereichs eingebaut und begünstigt die Bildung von trichterförmigen Öffnungen, wodurch die
Dichte der trichterförmigen Öffnungen zunimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Dichte der trichterförmigen Öffnungen durch eine Konzentration eines Dotierstoffes im Ausgangsbereich
eingestellt. Vorzugsweise ist der Dotierstoff Silizium oder Germanium und die Konzentration des Dotierstoffes weist einen Wert im Bereich von einschließlich 0 Atomen pro
Kubikzentimeter bis einschließlich lxlO20 Atomen pro
Kubikzentimeter und bevorzugt einen Wert von einschließlich 5xl018 Atomen pro Kubikzentimeter und einschließlich 5xl019 Atomen pro Kubikzentimeter auf. Der Ausgangspunkt einer trichterförmigen Öffnung ist eine Versetzung an der
Oberfläche des ersten Bereichs. Beim Aufwachsprozess des Ausgangsbereichs werden beispielsweise Ga, H3 sowie SiH4 bereitgestellt. Silizium geht mit Stickstoff eine Verbindung zu einem Siliziumnitrid ein und lagert sich an der Oberfläche des ersten Bereichs an. Bevorzugt findet dieser Prozess an den Versetzungen statt. Ist die Geschlossenheit der an einer Versetzung angelagerten, porösen Siliziumnitridstruktur ausreichend hoch, um die weitere Ablagerung von Galliumnitrid zu verhindern, bildet sich an dieser Stelle eine
trichterförmige Öffnung aus. Eine hohe Siliziumkonzentration bewirkt dadurch eine hohe Dichte der trichterförmigen
Öffnungen. Dadurch kann die Dichte der trichterförmigen
Öffnungen durch die Konzentration der Siliziumdotierung oder der Germaniumdotierung eingestellt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Vorteile des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 den Verlauf der internen Quanteneffizienz eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements in Abhängigkeit der Dichte der trichterförmigen
Öffnungen,
Figur 3 eine Aufsicht auf den aktiven Bereich von
verschiedenen optoelektronischen
Halbleiterbauelementen, die unter Variation von Wachstumstemperatur und Dotierstoffkonzentration hergestellt sind,
Figuren 4A bis 4C Aufsichten auf den aktiven Bereich von verschiedenen optoelektronischen
Halbleiterbauelementen, die unter Zugabe von unterschiedlichen Dotierstoffen hergestellt sind,
Figuren 5A bis 5C Aufsichten auf den aktiven Bereich von verschiedenen optoelektronischen
Halbleiterbauelementen, die auf Aufwachssubstraten mit unterschiedlichen Versetzungsdichten hergestellt sind, und Figuren 6A und 6B Aufsichten auf den aktiven Bereich von verschiedenen optoelektronischen
Halbleiterbauelementen, die bei identischen Wachstumsparametern von unterschiedlichen Herstellungsmaschinen hergestellt sind.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische
Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung
eingerichteten aktiven Bereich 103, einem ersten Bereich 101, einem zweiten Bereich 102 einem Ausgangsbereich 104 und einer Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen 105. Der
Halbleiterkörper 10 ist auf einem Pufferbereich 120
angeordnet. Der Pufferbereich 120 ist auf einem
Aufwachssubstrat 130 aufgewachsen. Alle Halbleiterschichten werden vorzugsweise epitaktisch aufeinander aufgewachsen und basieren vorzugsweise auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial in dem weiter oben definierten Sinne. Die Wachstumsrichtung A ist mit dem nebenstehenden Pfeil A gekennzeichnet und erstreckt sich orthogonal zur
Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers 10 ausgehend vom Aufwachssubstrat 130 in Richtung des zweiten Bereichs 102. Der Ausgangsbereich 104 ist der Ausgangsort für eine Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen 105, deren Rotationsachsen parallel zur Wachstumsrichtung A ausgerichtet sind. Die trichterförmigen Öffnungen 105 verjüngen sich entgegen der Wachstumsrichtung A. Die trichterförmigen Öffnungen 105 erstrecken sich ausgehend vom Ausgangsbereich 104 vollständig durch den aktiven Bereich 103 hindurch bis hin zum zweiten Bereich 102 und sind mit dem Material des zweiten Bereichs 102 befüllt. Der aktive Bereich 103 ist zur Emission von
elektromagnetischer Strahlung vorgesehen und weist bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen
Einfachquantentopf (SQW, Single quantum well) oder, besonders bevorzugt eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) auf.
Der erste Bereich ist vorzugsweise n-dotiert, beispielsweise mit Silizium. Der zweite Bereich weist vorzugsweise eine p- Dotierung auf und ist beispielsweise mit Zink oder Aluminium dotiert.
Figur 2 zeigt den Verlauf der internen Quanteneffizienz eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 in Abhängigkeit der Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 im
Ausgangsbereich 104. Die interne Quanteneffizienz ist auf der Y-Achse mit dem Buchstaben E über der mit Buchstaben D gekennzeichneten X-Achse aufgetragen, die die Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 widerspiegelt. Aus dem Verlauf der internen Quanteneffizienz ist erkennbar, dass es ein Maximum für die interne Quanteneffizienz gibt. Daher ist es vorteilhaft, die Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 kontrollieren, das heißt, auf einen vorgebbaren Wert einstellen zu können um eine möglichst hohe interne
Quanteneffizienz zu erreichen.
Figur 3 zeigt Aufsichten auf den aktiven Bereich 103 von verschiedenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1, die unter Variation der Wachstumstemperatur T und der
Dotierstoffkonzentration C hergestellt sind. Sowohl mit zunehmender Temperatur T als auch mit zunehmender
Dotierstoffkonzentration C nimmt die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen 105 im Ausgangsbereich 104 und dem aktiven Bereich 103 zu. Der Referenzwert der Temperatur T beträgt 800°C, während der Referenzwert der
Dotierstoffkonzentration C 2, 5xl019 Atome pro Kubikzentimeter beträgt. Eine Verringerung der Temperatur T um 20 °C hat eine Verringerung der Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 zur Folge. Ebenso zieht eine Verringerung der
Dotierstoffkonzentration C um 20% eine Verringerung der
Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 nach sich. Die Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 im aktiven Bereich 104 eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 zeigt eine klare Abhängigkeit von der Wachstumstemperatur T und der Dotierstoffkonzentration C. Diese Prozessparameter können vorteilhaft zur Beeinflussung der Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 verwendet werden.
Die Figur 4A zeigt eine Aufsicht auf den aktiven Bereich 103 eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. In der Figur 4A ist eine
mittlere Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 in dem Ausgangsbereich 104 erkennbar. Dabei werden während der
Herstellung keine Dotierstoffe zugegeben. Figur 4A dient als Referenzfigur zu den Figuren 4B und 4C. Figur 4B zeigt eine Aufsicht auf den aktiven Bereich 103 eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das unter Zugabe von Indium während des Wachstumsprozesses des Ausgangsbereichs 104 hergestellt ist. Der Stoffanteil von Indium in der festen Phase liegt hierbei zwischen einschließlich 1% und
einschließlich 2%. Die Zugabe von Indium hat die Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 im Vergleich zur Referenzfigur 4A stark verringert.
Figur 4C zeigt eine Aufsicht auf den aktiven Bereich 103 eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, das unter Zugabe von Aluminium während des Wachstumsprozesses des Ausgangsbereichs 104 hergestellt ist. Der Anteil an Aluminium in der festen Phase liegt hierbei zwischen einschließlich 5% und einschließlich 10%. Das Aluminium wird dabei fest in das Kristallgitter des Ausgangsbereichs 104 mit eingebaut. Die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen 105 nimmt durch das Aluminium stark zu, wie im Vergleich zur Referenzfigur 4A deutlich wird .
Die Figuren 5A bis 5C zeigen Aufsichten auf den aktiven
Bereich 103 von verschiedenen optoelektronischen
Halbleiterbauelementen 1, die auf Aufwachssubstraten
verschiedener Hersteller hergestellt sind. Die verwendeten Prozessparameter bei allen Herstellungsvorgängen sind
nominell gleich. Dennoch schwankt die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen 105 in den Figuren 5A, 5B und 5C aufgrund der unterschiedlichen Dichten der Versetzungen in den Aufwachssubstraten stark. Dieses Ergebnis verdeutlicht den Vorteil einer Kontrolle beziehungsweise gezielten
Einstellbarkeit der Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 zur Kompensation der durch das Substrat bedingten Abweichungen .
Die Figuren 6A und 6B zeigen Aufsichten auf den aktiven
Bereich 103 von verschiedenen optoelektronischen
Halbleiterbauelementen 1, die bei identischen
Prozessparametern und Aufwachssubstraten von
unterschiedlichen Herstellungsmaschinen hergestellt sind. Dabei wird deutlich, dass die Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 von Figur 6A zu Figur 6B voneinander abweicht. Vorteilhafterweise kann mit den vorangehend beschriebenen Maßnahmen ein maschineller Einfluss auf die Dichte der trichterförmigen Öffnungen 105 kontrolliert und
gegebenenfalls kompensiert werden.
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.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102017124596.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauelement
10 Halbleiterkörper
101 erster Bereich
102 zweiter Bereich
103 aktiver Bereich
104 Ausgangsbereich
105 trichterförmige Öffnungen
120 Pufferbereich
130 Aufwachssubstrat
A Wachstumsrichtung
E interne Quanteneffizienz in Prozent
D Dichte der trichterförmigen Öffnungen
T Temperatur
C Dotierstoffkonzentration

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (10) umfassend einen ersten Bereich (101), einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung
geeigneten aktiven Bereich (103), einen Ausgangsbereich
(104) , eine Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen (105) und einen zweiten Bereich (102), wobei
- der Ausgangsbereich (104) zwischen dem ersten Bereich (101) und dem aktiven Bereich (103) angeordnet ist,
- der aktive Bereich (103) zwischen dem Ausgangsbereich (104) und dem zweiten Bereich (102) angeordnet ist,
- sich die trichterförmigen Öffnungen (105) ausgehend von dem Ausgangsbereich (104) durch den aktiven Bereich (103) bis zum zweiten Bereich (102) erstrecken, wobei
- der Halbleiterkörper (10) auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial basiert,
- der erste Bereich (101) eine n-Dotierung aufweist,
- der zweite Bereich (102) eine p-Dotierung aufweist,
- die trichterförmigen Öffnungen (105) mit dem Material des zweiten Bereichs (102) befüllt sind, und wobei
- die trichterförmigen Öffnungen (105) eine vorgebbare Dichte aufweisen, und die Dichte der trichterförmigen Öffnungen
(105) von einer Dichte von Versetzungen innerhalb des ersten Bereichs (101) entkoppelt ist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die trichterförmigen
Öffnungen (105) zu einer verbesserten Ladungsträgerinjektion von dem zweiten Bereich (102) in den aktiven Bereich (103) eingerichtet sind.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen (105) mindestens 106cm~2 und höchstens 1010cm~2 und bevorzugt mindestens 107cm~2 und
höchstens 108cm~2 beträgt.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen (105) durch eine Konzentration eines Dotierstoffs im Ausgangsbereich (104) eingestellt ist, wobei vorzugsweise der Dotierstoff Silizium oder Germanium ist .
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Konzentration des
Dotierstoffs einen Wert im Bereich von einschließlich 0 Atomen pro Kubikzentimeter bis einschließlich lxlO20 Atomen pro Kubikzentimeter und bevorzugt einen Wert im Bereich von einschließlich 5xl018 Atomen pro Kubikzentimeter bis
einschließlich 5xl019 Atomen pro Kubikzentimeter aufweist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen (105) durch eine
Wachstumstemperatur eingestellt ist, wobei die
Wachstumstemperatur in einem Bereich von einschließlich 850°C bis einschließlich 950°C liegt.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen (105) durch eine Hinzugabe von Indium eingestellt ist, wobei ein Stoffanteil von Indium in dem Ausgangsbereich (104) zwischen einschließlich 0,1% bis einschließlich 2% liegt.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen (105) durch eine Hinzugabe von Aluminium eingestellt ist, wobei ein Stoffanteil von
Aluminium in dem Ausgangsbereich (104) zwischen
einschließlich 1% bis einschließlich 10% beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte:
A) Aufwachsen eines Pufferbereichs (120) auf ein
Aufwachssubstrat (130),
B) Aufwachsen eines ersten Bereichs (101) auf den
Pufferbereich (120),
C) Aufwachsen eines Ausgangsbereichs (104) für
trichterförmige Öffnungen (105) auf den ersten Bereich (101), wobei eine Dichte der trichterförmigen Öffnungen (105) einstellbar ist und unabhängig von der Dichte von
Versetzungen an der Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich (101) und dem Ausgangsbereich (104) ist,
D) Aufwachsen eines aktiven Bereichs (103) auf den
Ausgangsbereich (104),
E) Aufwachsen eines zweiten Bereichs (102) auf den aktiven
Bereich (103) .
10. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Variation der Dichte der Versetzungen innerhalb des ersten Bereichs (101) durch die Dichte der
trichterförmigen Öffnungen (105) kompensiert wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem maschinell bedingte Einflüsse auf die Herstellung des Halbleiterbauelements durch die Dichte der trichterförmigen Öffnungen (105) kompensiert werden.
12. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dichte der trichterförmigen Öffnungen (105) durch eine Wachstumstemperatur eingestellt wird, wobei die Wachstumstemperatur in einem Bereich von einschließlich 850°C bis einschließlich 950°C liegt.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem die Dichte der trichterförmigen Öffnungen (105) durch eine Hinzugabe von Indium eingestellt wird, wobei ein Stoffanteil von Indium in dem Ausgangsbereich (104) zwischen einschließlich 0,1% bis einschließlich 2% liegt.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dichte der trichterförmigen Öffnungen (105) durch eine Hinzugabe von Aluminium eingestellt wird, wobei ein Stoffanteil von Aluminium in dem Ausgangsbereich
(104) zwischen einschließlich 1% bis einschließlich 10% beträgt .
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem die Dichte der trichterförmigen Öffnungen
(105) durch eine Konzentration eines Dotierstoffs im
Ausgangsbereich (104) eingestellt wird, wobei vorzugsweise der Dotierstoff Silizium oder Germanium ist und wobei die Konzentration des Dotierstoffs einen Wert im Bereich von einschließlich 0 Atomen pro Kubikzentimeter bis
einschließlich lxlO20 Atomen pro Kubikzentimeter und bevorzugt einen Wert im Bereich von einschließlich 5xl018 Atomen pro Kubikzentimeter bis einschließlich 5xl019 Atomen pro Kubikzentimeter aufweist.
PCT/EP2018/078754 2017-10-20 2018-10-19 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements WO2019077127A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/757,702 US11329193B2 (en) 2017-10-20 2018-10-19 Optoelectronic semiconductor component and method for producing an optoelectronic semiconductor component

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017124596.0A DE102017124596A1 (de) 2017-10-20 2017-10-20 Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
DE102017124596.0 2017-10-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019077127A1 true WO2019077127A1 (de) 2019-04-25

Family

ID=63965673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/078754 WO2019077127A1 (de) 2017-10-20 2018-10-19 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11329193B2 (de)
DE (1) DE102017124596A1 (de)
WO (1) WO2019077127A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6329667B1 (en) * 1999-02-09 2001-12-11 Pioneer Corporation Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
US20130082273A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Bridgelux, Inc. P-type doping layers for use with light emitting devices
US20150263232A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical semiconductor element
WO2017076117A1 (zh) * 2015-11-02 2017-05-11 厦门市三安光电科技有限公司 一种 led 外延结构及制作方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4209097B2 (ja) * 2001-05-24 2009-01-14 日本碍子株式会社 半導体受光素子
US7875519B2 (en) * 2008-05-21 2011-01-25 Intel Corporation Metal gate structure and method of manufacturing same
KR101563686B1 (ko) * 2009-01-15 2015-10-27 삼성전자주식회사 반도체 발광소자의 제조방법
US8592279B2 (en) * 2011-12-15 2013-11-26 Semicondcutor Components Industries, LLC Electronic device including a tapered trench and a conductive structure therein and a process of forming the same
JP2016063128A (ja) * 2014-09-19 2016-04-25 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
CN107924966B (zh) * 2014-09-22 2020-12-22 夏普株式会社 氮化物半导体发光元件
DE102015109761B4 (de) * 2015-06-18 2022-01-27 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung eines Nitrid-Halbleiterbauelements und Nitrid-Halbleiterbauelement

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6329667B1 (en) * 1999-02-09 2001-12-11 Pioneer Corporation Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
US20130082273A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Bridgelux, Inc. P-type doping layers for use with light emitting devices
US20150263232A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical semiconductor element
WO2017076117A1 (zh) * 2015-11-02 2017-05-11 厦门市三安光电科技有限公司 一种 led 外延结构及制作方法
US20180138358A1 (en) * 2015-11-02 2018-05-17 Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. Light Emitting Diode and Fabrication Method Thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US11329193B2 (en) 2022-05-10
DE102017124596A1 (de) 2019-04-25
US20200365765A1 (en) 2020-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011102787B4 (de) Epitaxialwafer und Halbleitereinrichtung
DE112012001920B4 (de) Strahlung emittierender Halbleiterchip mit integriertem ESD-Schutz
DE102007047231B4 (de) Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016208717B4 (de) Bauelement mit erhöhter Effizienz und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements
DE102005018318B4 (de) Nitridhalbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren
DE102009033302B4 (de) Herstellungsverfahren für ein unipolares Halbleiter-Bauelement und Halbleitervorrichtung
DE102005018319B4 (de) Nitridhalbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren
DE112014004744T5 (de) n-Aluminiumnitrid-Einkristallsubstrat und vertikales Nitrid-Halbleiterbauelement
EP1997156B1 (de) Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelementes mit einem gezielt dotierten oberflächenbereich unter verwendung von aus-diffusion und entsprechendes halbleiterbauelement
DE102013204275B4 (de) Halbleiteranordnung
DE10392313T5 (de) Auf Galliumnitrid basierende Vorrichtungen und Herstellungsverfahren
DE102008030693A1 (de) Heterojunction-Solarzelle mit Absorber mit integriertem Dotierprofil
DE102005006766A1 (de) Niedrig dotierte Schicht für ein nitrid-basiertes Halbleiterbauelement
DE102007023878A1 (de) Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips
DE102004055038B4 (de) Nitridhalbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren
EP3811415A1 (de) Halbleiterschichtstapel und verfahren zu dessen herstellung
WO2018234159A1 (de) Halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterkörpers
WO2019077127A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements
DE69820940T2 (de) Verfahren zur Herstellung von hochdotiertem Silicium
DE10056475B4 (de) Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement auf GaN-Basis mit verbesserter p-Leitfähigkeit und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2012022442A1 (de) Pseudosubstrat zur verwendung bei der herstellung von halbleiterbauelementen und verfahren zur herstellung eines pseudosubstrates
WO2017021301A1 (de) Verfahren zur herstellung eines nitrid-halbleiterbauelements und nitrid-halbleiterbauelement
DE102018101558A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Nitrid-Verbindungshalbleiter-Bauelements
WO2017121529A1 (de) Elektronisches bauteil sowie verfahren zur herstellung eines elektronischen bauteils
DE102016103852A1 (de) Bauelement im System AlGaInN mit einem Tunnelübergang

Legal Events

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

Ref document number: 18792912

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18792912

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1