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WO2013041279A1 - Strahlungsemittierender halbleiterchip - Google Patents

Strahlungsemittierender halbleiterchip Download PDF

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Publication number
WO2013041279A1
WO2013041279A1 PCT/EP2012/064891 EP2012064891W WO2013041279A1 WO 2013041279 A1 WO2013041279 A1 WO 2013041279A1 EP 2012064891 W EP2012064891 W EP 2012064891W WO 2013041279 A1 WO2013041279 A1 WO 2013041279A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
region
radiation
semiconductor chip
chip according
emitting semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/064891
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Rudolf Behringer
Christoph Klemp
Ivar TÅNGRING
Peter Heidborn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
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 US14/344,532 priority Critical patent/US20140339498A1/en
Priority to JP2014531144A priority patent/JP2014526803A/ja
Priority to CN201280046500.8A priority patent/CN103828072A/zh
Publication of WO2013041279A1 publication Critical patent/WO2013041279A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present application relates to a
  • Emission wavelength in the infrared spectral range is particularly suitable arsenidisches
  • Temperature of the semiconductor chip comparatively strong.
  • One object is to specify a component for the emission in the infrared spectral range, which is characterized by an improved environmental compatibility. Furthermore, the temperature stability should be increased. This object is achieved by a radiation-emitting
  • a radiation-emitting semiconductor chip has a semiconductor body with a semiconductor body
  • the semiconductor body extends in a vertical direction between a first one Main surface and a second major surface.
  • Semiconductor layer sequence has one for the production of
  • Radiation provided active region, a first region of a first conductivity type and a second region of a different from the first conductivity type second conductivity type.
  • the first region extends in a vertical direction between the first main surface and the active region.
  • the second region extends in the vertical direction between the second main surface and the active region. At least one layer of the active area is based on a
  • the thickness of the first region and / or the second region is based on a phosphidic compound semiconductor material.
  • the based on phosphidic compound semiconductor material is based on phosphidic compound semiconductor material.
  • Portion of the first and / or the second region may be formed in the vertical direction contiguous or in two or more vertically spaced portions in the first region and in the second region, respectively.
  • the semiconductor chip may also have more than one active region.
  • the first region extends between the first main surface and the first one
  • a layer or a region comprises a III-V compound semiconductor material in which the group V lattice sites are predominantly occupied, that is to say at least 51%, with arsenic.
  • a layer or region comprises a III-V compound semiconductor material in which the group V lattice sites predominantly, that is at least 51% occupied by phosphorus.
  • the group V lattice sites Preferably, at least 60%, more preferably at least 80%, of the Group V lattice sites are occupied by phosphorus.
  • a vertical direction is understood to be a direction which runs perpendicular to a main extension plane of the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence.
  • arsenide semiconductor material the arsenide
  • Semiconductor material at least partially replaced by phosphide compound semiconductor material.
  • the arsenic content of Semiconductor chips can thus be reduced without changing the peak wavelength of the radiated radiation.
  • the first area and the second are based
  • Range based on the respective extent in the vertical direction at least half, particularly preferably to
  • the phosphidic compound semiconductor material is through the material system
  • the indium content x of the phosphidic compound semiconductor material is valid
  • Phosphidic compound semiconductor material in particular arsenic-free phosphidic compound semiconductor material, having a
  • Indium content in the said range is at a
  • arsenide compound semiconductor material lattice-matched or largely lattice-matched, so that the
  • Semiconductor layer sequence of the semiconductor chip can be simplified with a high crystal quality can be deposited.
  • At most 20% of the group V lattice sites of the entire first area and / or at most 20% of the group V lattice sites of the entire second area are occupied by arsenic.
  • the first region and the second region are preferably each formed in a multi-layered manner.
  • the first region has a contact region adjoining the first main surface.
  • the second region preferably has a second contact region adjoining the second main surface.
  • a barrier region is preferably formed between the contact region and the active region. Accordingly, between the second contact region and the active
  • Area preferably formed a second barrier area.
  • the barrier region is preferably at least twice as thick, particularly preferably at least five times as thick as the contact region. Even when using an arsenide compound semiconductor material for the contact region so the arsenic content of the semiconductor chip can be low overall
  • the first barrier region and the second barrier region each have a larger band gap than the layers of the active region arranged between the barrier regions.
  • Range thereof may further serve as a charge carrier barrier for the charge type opposite to the conduction type of the region be educated. That is, a barrier region in an n-type region may serve as a hole barrier
  • the active region can therefore be bounded on one or both sides by semiconductor layers which are free of arsenic.
  • the active region has a quantum well structure.
  • Quantum well structure includes in the context of the application
  • quantum well structure does not include information about the
  • Quantization includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the quantum well structure preferably has at least one quantum layer and at least one barrier layer.
  • the quantum well structure can be between
  • the semiconductor chip may be formed so that only the quantum layers, which are formed for generating radiation, on Arsenidischem
  • the arsenic content in the semiconductor body can be further reduced.
  • the group V lattice sites of the entire semiconductor body may be occupied by arsenic.
  • Semiconductor chip is also called a thin-film semiconductor chip
  • Compound semiconductor material is particularly suitable
  • Gallium arsenide By removing the growth substrate, the arsenic content of the semiconductor chip can be reduced.
  • the semiconductor body is arranged on a carrier which is different from the growth substrate and the semiconductor layer sequence mechanically stabilized.
  • the carrier may for example contain a semiconductor material, such as germanium or silicon or consist of such a material.
  • the carrier can also contain or consist of an electrically insulating material, for example a ceramic, for example aluminum nitride or boron nitride.
  • a metal such as molybdenum or nickel, may find application.
  • the carrier is a part of the semiconductor chip. During production of the semiconductor chip, the carrier can emerge from the wafer composite during singulation.
  • a metallic one is between the semiconductor body and the carrier
  • Radiation generated in the active region and emitted in the direction of the carrier can be at the
  • Mirror layer are reflected and subsequently from a main surface opposite the carrier of the
  • the mirror layer can be any material that can be used to produce Semiconductor body.
  • the mirror layer can be any material that can be used to produce Semiconductor body.
  • Gold included. Gold stands out in the
  • Compound semiconductor material can be formed based on Phosphidischem compound semiconductor without deteriorating the crystal quality.
  • the arsenic content of the semiconductor chip is at most 0.5%, particularly preferably at most 0.1%. Furthermore, it has been proven that by
  • Compound semiconductor material in particular based on arsenic-free or substantially arsenic-free
  • FIGS. 2 and 3 each show measurement results of the emitted intensity of the radiation emitted during operation of a semiconductor chip in each case as a function of the temperature for various semiconductor chips in comparison to conventional arsenide compound semiconductor chips.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • the semiconductor chip comprises a semiconductor body 2 with a semiconductor layer sequence, which forms the semiconductor body.
  • the semiconductor layer sequence 2 is preferably deposited epitaxially on a growth substrate, for example gallium arsenide.
  • Semiconductor chip 1 further comprises a carrier 6, on which the semiconductor body 2 is arranged.
  • the carrier and the semiconductor body are mechanically stably connected to one another by means of a connection layer 62.
  • connection layer 62 For an electrically conductive connection between the carrier 6 and the
  • Semiconductor body 2 is suitable for the connection layer, in particular a solder or an electrically conductive
  • Adhesive layer Between the semiconductor body 2 and the carrier 6, a metallic mirror layer 61 is arranged.
  • the mirror layer is intended to reflect radiation generated in operation in the active region and emitted in the direction of the carrier 6.
  • gold is particularly suitable for the mirror layer. Deviating from but also one of the materials mentioned in the general part of the present application for the mirror layer
  • the semiconductor layer sequence 2 comprises an active region 5, which is intended to generate radiation.
  • the active region 5 is between a first region of a first conductivity type 3 and a second region of the first one Conductor type different second conductivity type 4 arranged.
  • the first region 3 may be p-type and the second region may be n-type, or vice versa. In a direction perpendicular to a main plane of the
  • the semiconductor body 2 extends between a first main surface 21 and a second main surface 22.
  • the active region 5 has a plurality of quantum layers 51, between each of which a barrier layer 52 is arranged.
  • a spacer layer 53 adjoins the outermost quantum layer on both sides of the active region.
  • the spacer layers 53 and the barrier layers 52 may be similar or in thickness and / or thickness
  • Material composition may be formed differently from each other. For simplicity, only three
  • Semiconductor body between 3 and 20 quantum layers inclusive, more preferably between
  • the active area may deviate but also have only one quantum layer.
  • the active region 5 is preferably undoped or
  • the first region 3 has a barrier layer 31 adjoining the active region 5.
  • the first barrier layer 31 preferably has a larger bandgap than the semiconductor layers of the active region 5 and forms
  • the first region 3 is the Charge carrier barrier formed as an electron barrier.
  • the first region 3 On the side of the first barrier layer 31 facing away from the active region 5, the first region 3 has a first contact region 32.
  • the first contact region 32 is preferably formed by means of a material to which an ohmic contact with one for the external electrical
  • first contact 71 can be achieved in a simple manner.
  • the second region 4 has a second barrier region 41 and a second contact region 42.
  • a second contact 72 is provided on the side facing away from the semiconductor body 2 of the carrier 6.
  • the contacts 71, 72 are outside the epitaxial
  • Semiconductor body 2 are arranged and preferably contain a metal, for example gold, silver, platinum, titanium, nickel, aluminum or rhodium or a metallic alloy with at least one of said materials.
  • a metal for example gold, silver, platinum, titanium, nickel, aluminum or rhodium or a metallic alloy with at least one of said materials.
  • the arrangement and design of the contacts 71, 72 can be freely selected in many areas, if on the
  • Contact carriers can be injected from different sides into the active area.
  • the contacts 71, 72 may be arranged on the side of the semiconductor body 2 facing away from the carrier 6.
  • the carrier may in this case also be electrically insulating, be formed for example by means of a ceramic such as aluminum nitride or boron nitride.
  • both contacts can also be arranged on the side of the carrier facing away from the semiconductor body 2.
  • the carrier may in this case also be electrically insulating, be formed for example by means of a ceramic such as aluminum nitride or boron nitride.
  • both contacts can also be arranged on the side of the carrier facing away from the semiconductor body 2.
  • the described layer structure is improved
  • Areas can themselves each be single-layered or even
  • the active region 5 is preferably for generating
  • Radiation in the infrared spectral range in particular in the wavelength range between 700 nm and including 1500 nm provided.
  • the material composition of the semiconductor body 2 will be described below with reference to three exemplary embodiments, wherein the construction described above and shown in FIG. 1 can be used in each case.
  • the active region 5 that is to say the quantum layers 51 and the barrier layers 52, are based on an arsenide
  • Emission wavelength can be adjusted. For example, with quantum layers having an aluminum content of 7%, a gallium content of 81% and an indium content of 12%, and arsenic as the sole group V material, one
  • Emission wavelength of 810 nm can be achieved.
  • the thickness of the quantum layers in this embodiment is about 4.6 nm.
  • the total thickness of the active region 5 is about 500 nm.
  • the thickness of the active region can, in particular depending on the number of quantum layers and the
  • the thickness may be between 3 nm inclusive and 1 ⁇ m inclusive
  • Quantum layer be 5 nm.
  • the thickness of the active region is preferably between 50 nm inclusive and 500 nm inclusive, more preferably between 200 nm and 500 nm inclusive.
  • the first barrier region 31 and the second barrier region 41 are each formed as arsenic-free semiconductor layers based on phosphidic compound semiconductor material.
  • the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence on phosphidic compound semiconductor material preferably contain an indium content of between 45% and 60% inclusive, more preferably between
  • Compound semiconductor material can be achieved in a simplified manner.
  • the contact regions 32, 42 are in this embodiment as arsenide compound semiconductor material areas formed, for example on the basis of Al x In y Gai x - y As with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, x + y ⁇ 1.
  • Compound semiconductor material of the contact regions 32, 42 indium-free or substantially indium-free formed. The directly to the first main surface 21st
  • the barrier layers 31, 41 are preferably substantially thicker than the contact regions 32, 42, preferably at least twice as thick, particularly preferably at least five times as thick as the associated contact regions. Even when an arsenide compound semiconductor material is used for the contact region, therefore, the first region 3 and the second region 4 are based on the respective vertical one
  • the arsenic content for a total thickness of the semiconductor body 2 is 6 ⁇ m with a thickness of the active region of 500 nm, a total thickness of the two
  • an arsenic-free carrier 6 the is typically significantly thicker than the semiconductor body 2, for example, with a thickness between 50 ym and 200 ym, the arsenic content in the semiconductor chip in total
  • the phosphidische compound semiconductor material does not have
  • the occupancy of the group V sites with arsenic is preferably at most 30%, preferably at most 10 -6, most preferably at most 5%.
  • Barrier areas 31, 41 and the contact areas 32, 42 is preferably formed so that at most 20% of the group V lattice sites of the entire first area and / or
  • the barrier regions 31, 32 may be formed based on a phosphidic compound semiconductor material.
  • both barrier regions are preferably arsenic-free or at least essentially arsenic-free.
  • Material composition of the semiconductor body 2 are the
  • the entire first area and the entire second area are based on phosphidic compound semiconductor material.
  • both regions may be formed arsenic-free. The arsenic content can be reduced even further.
  • the barrier layers 52 of the active region 5 are also on
  • Quantum layers 51 of the active region based on arsenide compound semiconductor material formed may be the only layers of the semiconductor body 2 based on arsenide compound semiconductor material.
  • Quantum layers with a thickness of 5 nm and a total thickness of the semiconductor body 2 of 6 ym, the arsenic occupancy of the group V lattice sites of the semiconductor body 2 in total to about 1% and thus the arsenic content of
  • Total semiconductor body can be reduced to about 0.5%.
  • the arsenic content of the semiconductor chip can thus already be reduced from 25 .mu.m to below 0.1% with a thickness of the carrier.

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  • Led Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip (1) angegeben, der einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge (2) aufweist, wobei sich der Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge in einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Hauptfläche (21) und einer zweiten Hauptfläche (22) erstreckt; die Halbleiterschichtenfolge einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (5), einen ersten Bereich (3) eines ersten Leitungstyps und einen zweiten Bereich (4) eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps aufweist; der erste Bereich sich in vertikaler Richtung zwischen der ersten Hauptfläche und dem aktiven Bereich erstreckt; der zweite Bereich sich in vertikaler Richtung zwischen der zweiten Hauptfläche und dem aktiven Bereich erstreckt; zumindest eine Schicht des aktiven Bereichs auf einem arsenidischen Verbindungshalbleitermaterial basiert; und der erste Bereich oder der zweite Bereich bezogen auf die jeweilige Ausdehnung in vertikaler Richtung zumindest zur Hälfte auf einem phosphidischen Verbindungshalbleitermaterial basieren.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierender Halbleiterchip Die vorliegende Anmeldung betrifft einen
strahlungsemittierenden Halbleiterchip .
Für die Herstellung von Lumineszenzdioden mit einer
Emissionswellenlänge im infraroten Spektralbereich eignet sich insbesondere arsenidisches
Verbindungshalbleitermaterial. Im Hinblick auf die
Umweltverträglichkeit der Bauelemente ist es jedoch
wünschenswert, soweit möglich auf Arsen zu verzichten.
Weiterhin zeigen bekannte Infrarot-Leuchtdioden auf der Basis von arsenidischen Verbindungshalbleitermaterial eine
vergleichsweise geringe Temperaturstabilität. Das heißt, die emittierte Strahlungsleistung nimmt mit zunehmender
Temperatur des Halbleiterchips vergleichsweise stark ab. Eine Aufgabe ist es, ein Bauelement für die Emission im infraroten Spektralbereich anzugeben, das sich durch eine verbesserte Umweltverträglichkeit auszeichnet. Weiterhin soll die Temperaturstabilität erhöht werden. Diese Aufgabe wird durch einen Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche . In einer Ausführungsform weist ein strahlungsemittierender Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einer
Halbleiterschichtenfolge auf. Der Halbleiterkörper erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche. Die
Halbleiterschichtenfolge weist einen zur Erzeugung von
Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, einen ersten Bereich eines ersten Leitungstyps und einen zweiten Bereich eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps auf. Der erste Bereich erstreckt sich in vertikaler Richtung zwischen der ersten Hauptfläche und dem aktiven Bereich. Der zweite Bereich erstreckt sich in vertikaler Richtung zwischen der zweiten Hauptfläche und dem aktiven Bereich. Zumindest eine Schicht des aktiven Bereichs basiert auf einem
arsenidischen Verbindungshalbleitermaterial. Der erste
Bereich oder der zweite Bereich basieren bezogen auf die jeweilige Ausdehnung in vertikaler Richtung zumindest zur Hälfte auf einem phosphidischen
Verbindungshalbleitermaterial .
Mit anderen Worten basiert mindestens die halbe Dicke des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs auf einem phosphidischen Verbindungshalbleitermaterial. Der auf phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial basierende
Anteil des ersten und/oder des zweiten Bereichs kann in vertikaler Richtung zusammenhängend oder in zwei oder mehr in vertikaler Richtung voneinander beabstandeten Teilbereichen in dem ersten Bereich beziehungsweise in dem zweiten Bereich ausgebildet sein.
Der Halbleiterchip kann auch mehr als einen aktiven Bereich aufweisen. In diesem Fall erstreckt sich der erste Bereich zwischen der ersten Hauptfläche und dem der ersten
Hauptfläche nächstgelegenen aktiven Bereich. Entsprechend erstreckt sich der zweite Bereich zwischen der zweiten
Hauptfläche und dem der zweiten Hauptfläche nächstgelegenen aktiven Bereich. Auf arsenidischem Verbindungshalbleitermaterial basierend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Schicht oder ein Bereich ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial umfasst, bei dem die Gruppe-V-Gitterplät ze überwiegend, das heißt zu mindestens 51 % mit Arsen besetzt sind. Bevorzugt sind mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 80 % der Gruppe-V-Gitterplät ze mit Arsen besetzt. Insbesondere kann das Verbindungshalbleitermaterial durch das Materialsystem Inx A1Y Gai-x-y Pi_z Asz mit 0 < x < 1, 0 < y < 1, x + y < 1 und 0,51 -S z < 1, insbesondere mit z = 1 gebildet sein.
Entsprechend bedeutet auf phosphidischem
Verbindungshalbleitermaterial basierend in diesem
Zusammenhang, dass eine Schicht oder ein Bereich ein III-V- Verbindungshalbleitermaterial umfasst, bei dem die Gruppe-V- Gitterplätze überwiegend, das heißt zu mindestens 51 % mit Phosphor besetzt sind. Bevorzugt sind mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 80 % der Gruppe-V-Gitterplät ze mit Phosphor besetzt. Insbesondere kann das
Verbindungshalbleitermaterial durch das Materialsystem Inx A1Y Gai-x-y Pi-Z Asz mit 0 < x < 1, 0 < y < 1, x + y < 1 und
0 < z < 0,49 gebildet sein.
Unter einer vertikalen Richtung wird vorliegend eine Richtung verstanden, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge verläuft.
In dem ersten und/oder dem zweiten Bereich ist also gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterchip auf der Basis von
arsenidischem Halbleitermaterial das arsenidische
Halbleitermaterial zumindest teilweise durch phosphidisches Verbindungshalbleitermaterial ersetzt. Der Arsen-Gehalt des Halbleiterchips kann so verringert werden, ohne dass sich die Peak-Wellenlänge der abgestrahlten Strahlung ändert.
Vorzugsweise basieren der erste Bereich und der zweite
Bereich bezogen auf die jeweilige Ausdehnung in vertikaler Richtung zumindest zur Hälfte, besonders bevorzugt zu
mindestens 70 %, auf einem phosphidischen
Verbindungshalbleitermaterial . In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das phosphidische Verbindungshalbleitermaterial durch das Materialsystem
InxAlYGai-x-yPi-zAsz mit 0 < x < 0,6, 0 < y < 1, x + y < 1 und 0 < z < 0,3 gebildet. Weiterhin bevorzugt gilt für den Arsen-Gehalt z die Beziehung 0 < z < 0,1, besonders bevorzugt 0 < z < 0,05.
In einer bevorzugten Ausgestaltung gilt für den Indium-Gehalt x des phosphidischen Verbindungshalbleitermaterials
0,4 < x < 0,6, bevorzugt 0,5 ^ x ^ 0,56. Phosphidisches Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere Arsen-freies phosphidisches Verbindungshalbleitermaterial, mit einem
Indium-Gehalt in dem genannten Bereich ist an ein
arsenidisches Verbindungshalbleitermaterial gitterangepasst oder weitgehend gitterangepasst, so dass die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips vereinfacht mit einer hohen Kristallqualität abgeschieden werden kann.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind höchstens 20 % der Gruppe-V-Gitterplät ze des gesamten ersten Bereichs und/oder höchstens 20 % der Gruppe-V-Gitterplät ze des gesamten zweiten Bereichs mit Arsen besetzt. Je niedriger der Arsen-Anteil außerhalb des aktiven Bereichs ist, desto stärker kann der Arsen-Anteil des Halbleiterchips verringert werden, ohne dass sich die Peak-Wellenlänge der vom aktiven Bereich erzeugten Strahlung verändert. Der erste Bereich und der zweite Bereich sind vorzugsweise jeweils mehrschichtig ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Bereich einen an die erste Hauptfläche angrenzenden Kontaktbereich auf. Entsprechend weist der zweite Bereich vorzugsweise einen an die zweite Hauptfläche angrenzenden zweiten Kontaktbereich auf .
Zwischen dem Kontaktbereich und dem aktiven Bereich ist vorzugsweise ein Barrierebereich ausgebildet. Entsprechend ist zwischen dem zweiten Kontaktbereich und dem aktiven
Bereich bevorzugt ein zweiter Barrierebereich ausgebildet.
Der Barrierebereich ist vorzugsweise mindestens doppelt so dick, besonders bevorzugt mindestens fünffach so dick, wie der Kontaktbereich. Auch bei Verwendung eines arsenidischen Verbindungshalbleitermaterials für den Kontaktbereich kann so der Arsen-Gehalt des Halbleiterchips insgesamt gering
gehalten werden.
Vorzugsweise weisen der erste Barrierebereich und der zweite Barrierebereich jeweils eine größere Bandlücke auf als die zwischen den Barrierebereichen angeordneten Schichten des aktiven Bereichs.
Zumindest einer der Barrierebereiche oder zumindest ein
Bereich davon kann weiterhin als Ladungsträgerbarriere für den dem Leitungstyp des Bereichs entgegengesetzten Ladungstyp ausgebildet sein. Das heißt, ein Barrierebereich in einem n- leitenden Bereich kann als Löcherbarriere, ein
Barrierebereich in einem p-leitenden Bereich als
Elektronenbarriere ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind höchstens 10 %, besonders bevorzugt
höchstens 5 %, am meisten bevorzugt höchstens 1 % der Gruppe- V-Gitterplätze des ersten Barrierebereichs und/oder des zweiten Barrierebereichs mit Arsen besetzt. Besonders
bevorzugt ist der erste Barrierebereich und/oder der zweite
Barrierebereich frei von Arsen. An den aktiven Bereich können also einseitig oder beidseitig Halbleiterschichten angrenzen, die frei von Arsen sind. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der aktive Bereich eine Quantentopfstruktur auf. Die Bezeichnung
Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung
insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss („Confinement" ) eine Quantisierung ihrer
Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die
Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Vorzugsweise weist die Quantentopfstruktur zumindest eine Quantenschicht und zumindest eine Barriereschicht auf.
Insbesondere kann die Quantentopfstruktur zwischen
einschließlich drei und einschließlich 20 Quantenschichten aufweisen, wobei zwischen zwei benachbarten Quantenschichten vorzugsweise jeweils eine Barriereschicht angeordnet ist. In einer bevorzugten Weiterbildung basiert zumindest eine Barriereschicht der Quantentopfstruktur, besonders bevorzugt basieren alle Barriereschichten der Quantentopfstruktur, auf phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial. Bei dieser Ausführung kann der Halbleiterchip so ausgebildet sein, dass lediglich die Quantenschichten, die zur Strahlungserzeugung ausgebildet sind, auf arsenidischem
Verbindungshalbleitermaterial basieren, während die übrigen Halbleiterschichten des Halbleiterchips vollständig oder zumindest zum Teil auf phosphidischem
Verbindungshalbleitermaterial basieren. Der Arsen-Anteil im Halbleiterkörper kann so weitergehend reduziert werden.
Bevorzugt sind höchstens 25 %, besonders bevorzugt höchstens 15 %, am meisten bevorzugt höchstens 5 % der Gruppe-V- Gitterplätze des gesamten Halbleiterkörpers mit Arsen
besetzt. Insbesondere können höchstens 1 % der Gruppe-V- Gitterplätze des gesamten Halbleiterkörpers mit Arsen besetzt sein .
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Aufwachssubstrat für die vorzugsweise epitaktische Abscheidung der
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers vollständig oder zumindest bereichsweise entfernt. Ein derartiger
Halbleiterchip wird auch als Dünnfilm-Halbleiterchip
bezeichnet. Als Aufwachssubstrat für arsenidisches
Verbindungshalbleitermaterial eignet sich insbesondere
Galliumarsenid . Durch Entfernen des Aufwachssubstrats kann der Arsen-Anteil des Halbleiterchips reduziert werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Halbleiterkörper auf einem Träger angeordnet, der von dem Aufwachssubstrat verschieden ist und der die Halbleiterschichtenfolge mechanisch stabilisiert. Der Träger kann beispielsweise ein Halbleitermaterial, etwa Germanium oder Silizium enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Alternativ oder ergänzend kann der Träger auch ein elektrisch isolierendes Material, etwa eine Keramik, beispielsweise Aluminiumnitrid oder Bornitrid, enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Auch ein Metall, beispielsweise Molybdän oder Nickel, kann Anwendung finden. Weiterhin bevorzugt ist der Träger ein Teil des Halbleiterchips. Bei der Herstellung des Halbleiterchips kann der Träger bei der Vereinzelung aus dem Waferverbund hervorgehen.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger eine metallische
Spiegelschicht angeordnet. Im aktiven Bereich erzeugte und in Richtung des Trägers abgestrahlte Strahlung kann an der
Spiegelschicht reflektiert werden und nachfolgend aus einer dem Träger gegenüberliegenden Hauptfläche des
Halbleiterkörpers austreten. Die Spiegelschicht kann
beispielsweise Gold enthalten. Gold zeichnet sich im
infraroten Spektralbereich durch eine besonders hohe
Reflektivität aus. Alternativ können auch andere Materialien für die Spiegelschicht Anwendung finden, beispielsweise
Aluminium, Silber, Rhodium, Palladium, Nickel oder Chrom oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Metalle .
Es hat sich gezeigt, dass ein vergleichsweise großer Anteil des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers mit einem aktiven Bereich auf der Basis von arsenidischem
Verbindungshalbleitermaterial basierend auf phosphidischem Verbindungshalbleiter ausgebildet werden kann, ohne dass sich die Kristallqualität verschlechtert. Bevorzugt beträgt der Arsen-Anteil des Halbleiterchips insgesamt höchstens 0,5 %, besonders bevorzugt höchstens 0,1 %. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass durch
Barrierebereiche auf der Basis von phosphidischem
Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf der Basis von arsenfreiem oder im Wesentlichen arsenfreien
Verbindungshalbleitermaterial, eine höhere
Temperaturstabilität erzielt werden kann.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für einen Schichtaufbau eines Halbleiterchips in schematischer Schnittansicht; und die Figuren 2 und 3 jeweils Messergebnisse der emittierten Intensität der im Betrieb eines Halbleiterchips abgestrahlten Strahlung jeweils in Abhängigkeit von der Temperatur für verschiedene Halbleiterchips im Vergleich zu herkömmlichen arsenidischen Verbindungshalbleiterchips.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben 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 zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht für ein
Ausführungsbeispiel eines Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips 1 gezeigt. Der Halbleiterchip umfasst einen Halbleiterkörper 2 mit einer Halbleiterschichtenfolge, die den Halbleiterkörper bildet. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist vorzugsweise epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat , beispielsweise Galliumarsenid, abgeschieden. Der
Halbleiterchip 1 umfasst weiterhin einen Träger 6, auf dem der Halbleiterkörper 2 angeordnet ist. Der Träger und der Halbleiterkörper sind mittels einer Verbindungsschicht 62 mechanisch stabil miteinander verbunden. Für eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Träger 6 und dem
Halbleiterkörper 2 eignet sich für die Verbindungsschicht insbesondere ein Lot oder eine elektrisch leitfähige
Klebeschicht . Zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Träger 6 ist eine metallische Spiegelschicht 61 angeordnet. Die Spiegelschicht ist dafür vorgesehen, im Betrieb im aktiven Bereich erzeugte und in Richtung des Trägers 6 abgestrahlte Strahlung zu reflektieren. Im infraroten Spektralbereich eignet sich für die Spiegelschicht insbesondere Gold. Davon abweichend kann aber auch eines der im allgemeinen Teil der vorliegenden Anmeldung für die Spiegelschicht genannten Materialien
Anwendung finden. Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst einen aktiven Bereich 5, der zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen ist. Der aktive Bereich 5 ist zwischen einem ersten Bereich eines ersten Leitungstyps 3 und einem zweiten Bereich eines vom ersten Leitungstyps verschiedenen zweiten Leitungstyps 4 angeordnet. Beispielsweise kann der erste Bereiche 3 p-leitend und der zweite Teilbereich n-leitend ausgeführt sein oder umgekehrt. In einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der
Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterkörpers 2 verlaufenden vertikalen Richtung
erstreckt sich der Halbleiterkörper 2 zwischen einer ersten Hauptfläche 21 und einer zweiten Hauptfläche 22.
Der aktive Bereich 5 weist eine Mehrzahl von Quantenschichten 51 auf, zwischen denen jeweils eine Barriereschicht 52 angeordnet ist. Auf beiden Seiten des aktiven Bereichs grenzt an die äußerste Quantenschicht jeweils eine Abstandsschicht 53 an. Die Abstandsschichten 53 und die Barriereschichten 52 können gleichartig oder bezüglich der Dicke und/oder der
Materialzusammensetzung voneinander verschieden ausgebildet sein. Zur vereinfachten Darstellung sind lediglich drei
Quantenschichten gezeigt. Vorzugsweise weist der
Halbleiterkörper zwischen einschließlich 3 und einschließlich 20 Quantenschichten, besonders bevorzugt zwischen
einschließlich fünf und einschließlich 15 Quantenschichten auf. Der aktive Bereich kann davon abweichend aber auch nur eine Quantenschicht aufweisen. Der aktive Bereich 5 ist vorzugsweise undotiert oder
intrinsisch dotiert ausgebildet.
Der erste Bereich 3 weist eine an den aktiven Bereich 5 angrenzende Barriereschicht 31 auf. Die erste Barriereschicht 31 weist vorzugsweise eine größere Bandlücke auf als die Halbleiterschichten des aktiven Bereichs 5 und bildet
weiterhin bevorzugt eine Ladungsträgerbarriere. Bei einer p- leitenden Ausgestaltung des ersten Bereichs 3 ist die Ladungsträgerbarriere als eine Elektronenbarriere ausgebildet. Auf der dem aktiven Bereich 5 abgewandten Seite der ersten Barriereschicht 31 weist der erste Bereich 3 einen ersten Kontaktbereich 32 auf. Der erste Kontaktbereich 32 ist vorzugsweise mittels eines Materials gebildet, zu dem ein ohmscher Kontakt mit einem für die externe elektrische
Kontaktierung vorgesehenen ersten Kontakt 71 auf einfache Weise erzielbar ist. Analog zum ersten Bereich 3 weist der zweite Bereich 4 einen zweiten Barrierebereich 41 und einen zweiten Kontaktbereich 42 auf.
Auf der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite des Trägers 6 ist ein zweiter Kontakt 72 vorgesehen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt werden Ladungsträger von unterschiedlichen Seiten in den aktiven Bereich 5 injiziert und können dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
Die Kontakte 71, 72 sind außerhalb des epitaktischen
Halbleiterkörpers 2 angeordnet und enthalten vorzugsweise ein Metall, beispielsweise Gold, Silber, Platin, Titan, Nickel, Aluminium oder Rhodium oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien.
Die Anordnung und Ausgestaltung der Kontakte 71, 72 kann in weiten Bereichen frei gewählt werden, sofern über die
Kontakte Ladungsträger von unterschiedlichen Seiten in den aktiven Bereich injiziert werden können. Beispielsweise können die Kontakte 71, 72 auf der dem Träger 6 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 angeordnet sein. Der Träger kann in diesem Fall auch elektrisch isolierend, beispielsweise mittels einer Keramik wie Aluminiumnitrid oder Bornitrid gebildet sein. Weiterhin können auch beide Kontakte auf der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite des Trägers angeordnet sein. Beispielsweise können im Träger
Durchkontaktierungen ausgebildet sein, durch die die Kontakte elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper verbunden sind.
Der beschriebene Schichtaufbau ist zur verbesserten
Darstellbarkeit vereinfacht abgebildet. Die einzelnen
Bereiche können selbst jeweils einschichtig oder auch
mehrschichtig ausgebildet sein.
Der aktive Bereich 5 ist vorzugsweise zur Erzeugung von
Strahlung im infraroten Spektralbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 700 nm und einschließlich 1500 nm vorgesehen.
Die Materialzusammensetzung des Halbleiterkörpers 2 wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei der vorstehend beschriebene und in Figur 1 dargestellte Aufbau jeweils Anwendung finden kann.
Der aktive Bereich 5, also die Quantenschichten 51 und die Barriereschichten 52 basieren auf einem arsenidischen
Verbindungshalbleitermaterial. Über die
Materialzusammensetzung der Quantenschichten kann die
Emissionswellenlänge eingestellt werden. Beispielsweise kann mit Quantenschichten mit einem Aluminiumgehalt von 7 %, einem Gallium-Gehalt von 81 % und einem Indium-Gehalt von 12 % und Arsen als alleinigem Gruppe-V-Material eine
Emissionswellenlänge von 810 nm erzielt werden. Die Dicke der Quantenschichten beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 4,6 nm. Bei einem Aufbau mit
insgesamt 12 Quantenschichten beträgt die Gesamtdicke des aktiven Bereichs 5 etwa 500 nm.
Die Dicke des aktiven Bereichs kann, insbesondere abhängig von der Anzahl der Quantenschichten und der
Emissionswellenlänge, variieren. Insbesondere kann die Dicke zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 1 ym
betragen. Beispielsweise kann die Dicke bei einer
Quantenschicht 5 nm betragen. Bei mehreren Quantenschichten beträgt die Dicke des aktiven Bereichs bevorzugt zwischen einschließlich 50 nm und einschließlich 500 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 200 nm und einschließlich 500 nm betragen.
Der erste Barrierebereich 31 und der zweite Barrierebereich 41 sind jeweils als Arsen-freie Halbleiterschichten auf der Basis von phosphidischen Verbindungshalbleitermaterial ausgebildet.
Die Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge auf phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial enthalten vorzugsweise einen Indium-Gehalt zwischen einschließlich 45 % und einschließlich 60 %, besonders bevorzugt zwischen
einschließlich 50 % und einschließlich 56 %. Eine
Gitteranpassung relativ zu arsenidischem
Verbindungshalbleitermaterial kann so vereinfacht erzielt werden .
Die Kontaktbereiche 32, 42 sind in diesem Ausführungsbeispiel als arsenidische Verbindungshalbleitermaterialbereiche ausgebildet, beispielsweise auf der Basis von Alx Iny Gai-x-y As mit 0 < x < 1, 0 < y < 1, x + y < 1.
Insbesondere kann das arsenidische
Verbindungshalbleitermaterial der Kontaktbereiche 32, 42 Indium-frei oder im Wesentlichen Indium-frei ausgebildet sein. Das unmittelbar an die erste Hauptfläche 21
beziehungsweise an die zweite Hauptfläche 22 angrenzende Halbleitermaterial ist vorzugsweise GaAs . Eine gute
elektrische Verbindung mit ohmscher Charakteristik zum ersten Kontakt 71 beziehungsweise zur Spiegelschicht 61 kann so auf einfache Weise erzielt werden.
Die Barriereschichten 31, 41 sind vorzugsweise wesentlich dicker als die Kontaktbereiche 32, 42, bevorzugt mindestens doppelt so dick, besonders bevorzugt mindestens fünfmal so dick wie die zugehörigen Kontaktbereiche. Auch bei Verwendung eines arsenidischen Verbindungshalbleitermaterials für den Kontaktbereich basieren also der erste Bereich 3 und der zweite Bereich 4 bezogen auf die jeweilige vertikale
Ausdehnung mindestens zur Hälfte aus phosphidischem
Verbindungshalbleitermaterial. So kann auch mit
Kontaktbereichen 32, 42 mit Arsen als einzigem Gruppe-V- Material der Halbleiterchip insgesamt einen vergleichsweise geringen Arsen-Anteil aufweisen.
Beispielsweise beträgt der Arsen-Gehalt bei einer Gesamtdicke des Halbleiterkörpers 2 von 6 ym mit einer Dicke des aktiven Bereichs von 500 nm, einer Gesamtdicke der beiden
Kontaktbereiche 32, 42 von insgesamt 500 nm bei einer Arsen- freien Ausgestaltung der Barrierebereiche 31, 42 etwa ein
Sechstel bezogen auf die Anzahl der Gruppe-V-Plätze und somit ein Zwölftel der Gitterplätze des Halbleiterkörpers 2
insgesamt. Mit einem Arsen-freien Träger 6, der typischerweise erheblich dicker ist als der Halbleiterkörper 2, beispielsweise mit einer Dicke zwischen 50 ym und 200 ym, kann der Arsen-Anteil im Halbleiterchip insgesamt auf
deutlich unter 5 %, bevorzugt auf 1 % oder weniger, gesenkt werden.
Im Unterschied hierzu sind bei einem herkömmlichen
Halbleiterchip auf der Basis von arsenidischem
Verbindungshalbleitermaterial, bei dem das Aufwachssubstrat nicht entfernt ist, sämtliche Gruppe-V-Gitterplätze des
Halbleiterkörpers und des Trägers mit Arsen besetzt, so dass das Halbleitermaterial des Halbleiterchips insgesamt zu etwa 50 % aus Arsen bestehen würde. Von der beschriebenen Ausgestaltung abweichend muss das phosphidische Verbindungshalbleitermaterial nicht
notwendigerweise Arsen-frei ausgebildet sein. Für eine möglichst starke Reduzierung des Arsen-Gehalts beträgt die Belegung der Gruppe-V-Plätze mit Arsen, also der Arsen-Anteil z vorzugsweise höchstens 30 %, bevorzugt höchstens 10 ~6 , am meisten bevorzugt höchstens 5 %.
Die Materialzusammensetzung und die Dicke der
Barrierebereiche 31, 41 und der Kontaktbereiche 32, 42 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass höchstens 20 % der Gruppe- V-Gitterplätze des gesamten ersten Bereichs und/oder
höchstens 20 % der Gruppe-V-Gitterplätze des gesamten zweiten Bereichs mit Arsen besetzt sind. Von der beschriebenen Ausgestaltung abweichend kann auch nur einer der Barrierebereiche 31, 32 auf einem phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial basierend ausgebildet sein. Die Anzahl der Übergänge zwischen arsenidischem Verbindungshalbleitermaterial und phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial während der epitaktischen
Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterkörpers 2 kann dadurch verringert werden. Für eine weitestgehende Reduktion des Arsen-Anteils sind jedoch vorzugsweise beide Barrierebereiche Arsen-frei oder zumindest im Wesentlichen Arsen-frei ausgebildet.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel für die
Materialzusammensetzung des Halbleiterkörpers 2 sind die
Halbleiterschichten im Wesentlichen wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ausgeführt.
Im Unterschied hierzu sind die Kontaktbereiche 32, 42
ebenfalls auf phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial basierend ausgebildet. In diesem Fall basieren also der gesamte erste Bereich und der gesamte zweite Bereich auf phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial. Insbesondere können beide Bereiche Arsen-frei ausgebildet sein. Der Arsen- Gehalt kann so noch weitergehend reduziert werden.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel für eine
Materialzusammensetzung können der erste Bereich 3 und der zweite Bereich 4 wie im Zusammenhang mit dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ausgeführt sein. Im Unterschied zu diesen Ausführungsbeispielen sind auch die Barriereschichten 52 des aktiven Bereichs 5 auf
phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial basierend ausgebildet. In diesem Fall sind also lediglich die
Quantenschichten 51 des aktiven Bereichs auf der Basis von arsenidischem Verbindungshalbleitermaterial gebildet. In diesem Fall können also die Quantenschichten die einzigen Schichten des Halbleiterkörpers 2 sein, die auf arsenidischem Verbindungshalbleitermaterial basieren. Bei 12
Quantenschichten mit einer Dicke von jeweils 5 nm und einer Gesamtdicke des Halbleiterkörpers 2 von 6 ym kann die Arsen- Belegung der Gruppe-V-Gitterplätze des Halbleiterkörpers 2 insgesamt auf etwa 1 % und somit der Arsen-Gehalt des
Halbleiterkörpers insgesamt auf etwa 0,5 % reduziert werden. Der Arsen-Gehalt des Halbleiterchips kann so bereits bei einer Dicke des Trägers von 25 ym auf unter 0,1 % gesenkt werden .
In den Figuren 2 und 3 ist jeweils die auf den Wert bei Raumtemperatur normierte Intensität der im Betrieb erzeugten Strahlung für Halbleiterchips mit phosphidischen
Barrierebereichen und einer Emissionswellenlänge von 810 nm, dargestellt durch die Kurven 81 beziehungsweise 82, in
Abhängigkeit von der Temperatur der Halbleiterchips gezeigt. Im Vergleich dazu zeigen die Kurven 91 beziehungsweise 92
Messungen an herkömmlichen Halbleiterchips auf der Basis von arsenidischem Verbindungshalbleitermaterial. Die Messungen erfolgten bei einem Strom von 70 mA (Figur 2) und 200 mA (Figur 3) , wobei die Halbleiterchips in einem T018-Gehäuse unvergossen montiert waren. Die Stromzufuhr erfolgte jeweils in Pulsen einer Dauer von 20 ms.
Für beide Stromwerte zeigen die Kurven mit Barrierebereichen basierend auf phosphidischen Verbindungshalbleitermaterial einen flacheren Verlauf, so dass die Intensität bei höheren Temperaturen langsamer abnimmt als bei den Vergleichsproben. Die Messungen belegen also, dass die beschriebene Ausgestaltung der Halbleiterchips eine verbesserte
Temperaturstabilität bei gleichzeitiger Verbesserung der Umweltverträglichkeit bewirkt.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 114 380.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (1), umfassend einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge (2 ) , wobei
- sich der Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge in einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten
Hauptfläche (21) und einer zweiten Hauptfläche (22)
erstreckt ;
- die Halbleiterschichtenfolge einen zur Erzeugung von
Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (5) , einen ersten Bereich (3) eines ersten Leitungstyps und einen zweiten
Bereich (4) eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps aufweist;
- der erste Bereich sich in vertikaler Richtung zwischen der ersten Hauptfläche und dem aktiven Bereich erstreckt;
- der zweite Bereich sich in vertikaler Richtung zwischen der zweiten Hauptfläche und dem aktiven Bereich erstreckt;
- zumindest eine Schicht des aktiven Bereichs auf einem arsenidischen Verbindungshalbleitermaterial basiert; und
- der erste Bereich oder der zweite Bereich bezogen auf die jeweilige Ausdehnung in vertikaler Richtung zumindest zur Hälfte auf einem phosphidischen Verbindungshalbleitermaterial basieren .
2. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich bezogen auf die jeweilige Ausdehnung in vertikaler Richtung zumindest zur Hälfte auf einem phosphidischen Verbindungshalbleitermaterial basieren.
3. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 1 oder 2, wobei das phosphidische Verbindungshalbleitermaterial durch das Materialsystem Inx Aly Gai-x-y Pi-Z Asz mit 0 ^ x ^ 0,6, 0 < y < 1, x + y < 1 und 0 < z < 0,3 gebildet ist.
4. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 3, wobei 0,45 ^ x ^ 0,6, bevorzugt 0,5 -S x -S 0,56 gilt.
5. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 3 oder 4,
wobei 0 < z < 0,05 gilt.
6. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei höchstens 20 % der Gruppe-V-Gitterplätze des gesamten ersten Bereichs und/oder höchstens 20 % der Gruppe-V-
Gitterplätze des gesamten zweiten Bereichs mit Arsen besetzt sind .
7. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Bereich einen an die erste Hauptfläche angrenzenden Kontaktbereich (31) und zwischen dem
Kontaktbereich und dem aktiven Bereich einen Barrierebereich (32) aufweist und höchstens 10 % der Gruppe-V-Gitterplätze des Barrierebereichs mit Arsen besetzt sind.
8. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Barrierebereich frei von Arsen ist.
9. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der aktive Bereich eine Quantentopfstruktur mit zumindest einer Quantenschicht (51) und zumindest einer
Barriereschicht (52) aufweist.
10. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine Barriereschicht der Quantentopfstruktur auf phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial basiert.
11. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei höchstens 15 % der Gruppe-V-Gitterplätze des
Halbleiterkörpers mit Arsen besetzt sind.
12. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der gesamte erste Bereich und/oder der gesamte zweite Bereich auf phosphidischem Verbindungshalbleitermaterial basieren .
13. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers vollständig oder zumindest
bereichsweise entfernt ist.
14. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Halbleiterkörper auf einem Träger (6) angeordnet ist, der die Halbleiterschichtenfolge mechanisch stabilisiert und zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger eine
metallische Spiegelschicht (61) angeordnet ist.
15. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei
- der erste Bereich und der zweite Bereich bezogen auf die jeweilige Ausdehnung in vertikaler Richtung zumindest zur Hälfte auf einem phosphidischen Verbindungshalbleitermaterial basieren; und
- das phosphidische Verbindungshalbleitermaterial durch das Materialsystem Inx Aly Gai-x-y Pi-Z Asz mit 0,45 ^ x ^ 0,6,
0 < y < 0,55, x + y < 1 und 0 < z < 0,05 gebildet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113490996A (zh) * 2019-03-14 2021-10-08 欧司朗光电半导体有限公司 用于发射辐射的半导体器件的生长结构和发射辐射的半导体器件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726462A (en) * 1996-02-07 1998-03-10 Sandia Corporation Semiconductor structures having electrically insulating and conducting portions formed from an AlSb-alloy layer
US20030071265A1 (en) * 2000-05-19 2003-04-17 Fox Tek Quantum well intermixing in InGaAsP structures induced by low temperature grown InP
US20030146444A1 (en) * 2002-01-17 2003-08-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Group III-V compound semiconductor and group III-V compound semiconductor device using the same
WO2009017017A1 (ja) * 2007-07-31 2009-02-05 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. 高輝度発光ダイオ－ド及びその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1007251A3 (nl) * 1993-06-28 1995-05-02 Philips Electronics Nv Straling-emitterende halfgeleiderdiode en werkwijze ter vervaardiging daarvan.
US5617437A (en) * 1994-11-24 1997-04-01 Fuji Photo Film Co., Ltd. Semiconductor laser
JPH08172241A (ja) * 1994-12-16 1996-07-02 Furukawa Electric Co Ltd:The ＡｌＧａＩｎＡｓ系多重量子井戸を有する半導体発光素子
US5796769A (en) * 1996-08-19 1998-08-18 Motorola, Inc. Red light vertical cavity surface emitting laser
DE10307280B4 (de) * 2002-11-29 2005-09-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements
DE102007020291A1 (de) * 2007-01-31 2008-08-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung einer Kontaktstruktur für einen derartigen Chip
JP2011086917A (ja) * 2009-09-15 2011-04-28 Showa Denko Kk 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726462A (en) * 1996-02-07 1998-03-10 Sandia Corporation Semiconductor structures having electrically insulating and conducting portions formed from an AlSb-alloy layer
US20030071265A1 (en) * 2000-05-19 2003-04-17 Fox Tek Quantum well intermixing in InGaAsP structures induced by low temperature grown InP
US20030146444A1 (en) * 2002-01-17 2003-08-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Group III-V compound semiconductor and group III-V compound semiconductor device using the same
WO2009017017A1 (ja) * 2007-07-31 2009-02-05 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. 高輝度発光ダイオ－ド及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113490996A (zh) * 2019-03-14 2021-10-08 欧司朗光电半导体有限公司 用于发射辐射的半导体器件的生长结构和发射辐射的半导体器件

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