Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur

Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips

Die Druckschrift US 2009/0045392 AI beschreibt einen

optoelektronischen Halbleiterchip .

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, einen optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der ein

verbessertes Alterungsverhalten und/oder eine verbesserte

Effizienz aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen

optoelektronischen Halbleiterchips anzugeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Strahlungsemittierenden

optoelektronischen Halbleiterchip. Es kann sich bei dem Halbleiterchip beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder um einen Laserdiodenchip handeln. Der optoelektronische Halbleiterchip kann im Betrieb insbesondere Licht erzeugen. Dabei ist es möglich, dass der optoelektronische

Halbleiterchip Licht im Spektralbereich von UV-Strahlung bis grünem Licht, insbesondere blaues Licht, erzeugt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen p-Typ-Halbleiterbereich . Der p-Typ-Halbleiterbereich ist p-leitend ausgebildet. Der optoelektronische Halbleiterchip weist beispielsweise einen Halbleiterkörper auf, der auf einem Nitrid-Verbindungs- Halbleitermaterial basiert.

"Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die

Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest eine aktive Zone, ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al _n Ga _m I ni- _n - _m N aufweist oder aus diesem besteht, 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 beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.

Im p-Typ-Halbleiterbereich ist der Halbleiterkörper mit zumindest einem p-Dotierstoff dotiert, beispielsweise mit Magnesium. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen n-Typ-Halbleiterbereich, der n-leitend ausgebildet ist. Der Halbleiterkörper des Halbleiterchips ist im n-Typ- Halbleiterbereich mit wenigstens einem n-Dotierstoff,

beispielsweise mit Silizium, dotiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich und dem n-Typ-Halbleiterbereich eine aktive Zone angeordnet. Die aktive Zone ist als Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet. Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips wird im aktiven Bereich beispielsweise elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die elektromagnetische Strahlung wird dabei durch Rekombination von Ladungsträgern, welche in der Mehrfach- Quantentopfstruktur erfolgt, erzeugt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist die Mehrfach-Quantentopfstruktur einen ersten Bereich mit abwechselnd ersten Quantentopfschichten und ersten Barriereschichten und einen zweiten Bereich mit mindestens einer zweiten QuantentopfSchicht und mindestens einer zweiten Barriereschicht auf. Die Mehrfach- Quantentopfstruktur ist dabei vorzugsweise nominell

undotiert, d. h. Dotierstoffe werden bei der Herstellung der Mehrfach-Quantentopfstruktur nicht gezielt in diese

eingebracht, sondern gelangen höchstens durch

Diffusionsprozesse in die Schichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur . Die Mehrfach-Quantentopfstruktur ist in der vorliegenden Ausführungsform in zumindest zwei Bereiche, den ersten Bereich und den zweiten Bereich, aufgeteilt.

Wenn hier und im Folgenden von einer „Schicht" die Rede ist, so ist insbesondere ein Bereich des Halbleiterkörpers

gemeint, welcher beispielsweise senkrecht zu einer

Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers des

optoelektronischen Halbleiterchips eine flächige Erstreckung aufweist, wobei die Ausdehnung der Schicht in lateralen

Richtungen, senkrecht zur Wachstumsrichtung, groß ist gegen die Ausdehnung der Schicht entlang der Wachstumsrichtung. Eine Schicht kann dabei eine oder mehrere Lagen von

Halbleitermaterial umfassen. Der erste Bereich umfasst sich abwechselnde erste Quantentopfschichten und erste Barriereschichten. Dabei umfasst der erste Bereich wenigstens zwei erste

Quantentopfschichten . Die Quantentopfschichten des ersten Bereichs sind beispielsweise im Rahmen der

Herstellungstoleranz gleich ausgebildet. Das heißt, im Rahmen der Herstellungstoleranz weisen die Quantentopfschichten des ersten Bereichs eine gleiche Materialzusammensetzung und eine gleiche Dicke auf. Ferner ist es möglich, dass die ersten Barriereschichten des ersten Bereichs im Rahmen der

Herstellungstoleranz ebenfalls eine gleiche

Materialzusammensetzung und eine gleiche Dicke aufweisen.

Im zweiten Bereich sind mindestens eine zweite

QuantentopfSchicht und mindestens eine zweite Barriereschicht angeordnet. Dabei ist es möglich, dass der zweite Bereich genau eine zweite QuantentopfSchicht aufweist. Die zumindest eine zweite QuantentopfSchicht des zweiten Bereichs weist eine andere Materialzusammensetzung als die ersten

Quantentopfschichten des ersten Bereichs auf. Das heißt, die Materialzusammensetzung für die zumindest eine zweite

Quantentopfschicht des zweiten Bereichs ist gezielt anders gewählt als die Materialzusammensetzungen der ersten

Quantentopfschichten im ersten Bereich.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weisen die ersten Quantentopfschichten eine erste elektronische Bandlücke auf. Die elektronische

Bandlücke (auch „Bandlücke", englisch: band gap) ist der energetische Abstand zwischen dem Valenzband und dem

Leitungsband des Halbleiterkörpers des optoelektronischen Halbleiterchips. Die erste elektronische Bandlücke ist die elektronische Bandlücke im Bereich der ersten Quantentopfschichten . Sind die ersten Quantentopfschichten im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich ausgebildet, so weisen die ersten Quantentopfschichten im Rahmen der

Herstellungstoleranz jeweils die gleiche erste elektronische Bandlücke auf. Beispielsweise unterscheiden sich die

Bandlücken der ersten Quantentopfschichten höchstens um 5 ~6 voneinander .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die mindestens zweite QuantentopfSchicht eine zweite elektronische Bandlücke auf, welche die elektronische Bandlücke im Bereich der zweiten QuantentopfSchicht ist. Bei mehreren zweiten

Quantentopfschichten sind die zweiten elektronischen

Bandlücken im Bereich der Herstellungstoleranz gleich groß, wenn die zweiten Quantentopfschichten im Rahmen der

Herstellungstoleranz identisch zusammengesetzt sind.

Beispielsweise unterscheiden sich die Bandlücken der zweiten Quantentopfschichten dann höchstens um 10 % voneinander. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist die zweite elektronische Bandlücke der mindestens einen zweiten QuantentopfSchicht größer als die ersten elektronischen Bandlücken der ersten

Quantentopfschichten . Insbesondere ist die zweite

elektronische Bandlücke einer jeden zweiten

QuantentopfSchicht größer als die ersten elektronischen

Bandlücken aller ersten Quantentopfschichten . Das heißt, im Bereich der zweiten QuantentopfSchicht weist der

Halbleiterkörper des optoelektronischen Halbleiterchips eine größere elektronische Bandlücke auf als im Bereich der ersten Quantentopfschichten . Bei einer strahlenden Rekombination von Ladungsträgern im Bereich der zweiten QuantentopfSchicht würde daher elektromagnetische Strahlung erzeugt werden, die energetischer und damit kurzwelliger ist als bei Rekombination von Ladungsträgern im Bereich der ersten

Quantentopfschichten . Die elektronischen Bandlücken im Bereich der ersten und zweiten Barriereschichten können dabei gleich groß sein.

Ebenfalls ist es möglich, dass die elektronische Bandlücke im Bereich der zweiten Barriereschicht größer ist als die elektronische Bandlücke im Bereich aller ersten

Barriereschichten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist der zweite Bereich näher an dem p-Typ- Halbleiterbereich angeordnet als der erste Bereich. Das heißt, die zweite QuantentopfSchicht oder alle zweiten

Quantentopfschichten sind näher am p-Typ-Halbleiterbereich des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet als alle ersten Quantentopfschichten . An seiner p-Seite weist der optoelektronische Halbleiterchip damit zumindest eine

kurzwelligere zweite QuantentopfSchicht auf im Vergleich zu ersten Quantentopfschichten, die näher am n-leitenden Bereich des Halbleiterkörpers angeordnet sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst der optoelektronische Halbleiterchip einen p-Typ-Halbleiterbereich, einen n-Typ-Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich und dem n-Typ- Halbleiterbereich angeordnete aktive Zone, die als Mehrfach- Quantentopfstruktur ausgebildet ist. Dabei weist die

Mehrfach-Quantentopfstruktur einen ersten Bereich mit abwechselnden ersten Quantentopfschichten und ersten

Barriereschichten und einen zweiten Bereich mit mindestens einer zweiten QuantentopfSchicht und mindestens einer zweiten Barriereschicht auf. Die ersten Quantentopfschichten weisen erste elektronische Bandlücken und die mindestens eine zweite QuantentopfSchicht weist eine zweite elektronische Bandlücke auf. Die zweite elektronische Bandlücke der mindestens einen zweiten QuantentopfSchicht ist größer als die erste

elektronische Bandlücke der ersten Quantentopfschichten und der zweite Bereich ist näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich als der erste Bereich angeordnet. Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen

zugrunde. Der Ladungsträgertransport und dabei insbesondere die Löcherleitung stellen bei Nitrid-Verbindungs-Halbleitern mit beispielsweise einer InGaN/GaN-Mehrfach- Quantentopfstruktur in der aktiven Zone, die mittels MOVPE (metallorganische Gasphasenepitaxie) gewachsen wird, ein Problem dar, welches zu erhöhten Auger-Rekombinationen und damit zu einer reduzierten Helligkeit des vom

optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb erzeugten Lichts führen kann.

Ein weiteres Problem ist die Alterung des elektronischen Halbleiterchips aufgrund von Dotierstoff-Diffusion,

insbesondere aufgrund der Diffusion von Magnesium aus dem p- Typ-Halbleiterbereich in die aktive Zone hinein. Dies erhöht die nicht strahlende Rekombinationsrate in den

Quantentopfschichten, die dem p-Typ-Halbleiterbereich am nächsten liegen, was über die Betriebszeit des

optoelektronischen Halbleiterchips zu einer Reduzierung der im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung führt.

Insbesondere der erhöhten Auger-Rekombination kann durch sehr dünne Barriereschichten in der Mehrfach-Quantentopfstruktur begegnet werden, was jedoch zu einer Verschlechterung der Qualität der Quantentopfschichten und damit zu einer

Kleinstromschwäche des optoelektronischen Halbleiterchips führen kann. Alternativ können V-Defekte zur Strominjektion in die Mehrfach-Quantentopfstruktur genutzt werden, was jedoch zu Problemen bei höheren Betriebstemperaturen oder hohen Betriebsströmen führen kann.

Die Diffusion von Dotierstoffen, insbesondere von Magnesium, in die aktive Zone kann durch die Dicke von Abstandsschichten zwischen dem p-Typ-Halbleiterbereich und der Mehrfach- Quantentopfstruktur, der Wachstums-Temperatur des p-Typ- Halbleiterbereichs und der Dotierstoffkonzentration entgegnet werden. Beispielsweise führt eine geringere Wachstums- Temperatur des p-Typ-Halbleiterbereichs zu einer verringerten Diffusion von p-Dotierstoff in die aktive Zone, jedoch auch zu einer schlechteren Materialqualität und damit z. B. zu einer verschlechterten Effizienz des Halbleiterkörpers. Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass mindestens eine zweite QuantentopfSchicht mit einer zweiten elektronischen Bandlücke näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich als erste Quantentopfschichten mit kleineren ersten elektronischen Bandlücken die genannten Probleme lösen kann. So verbessert die mindestens eine zweite QuantentopfSchicht die

Löcherleitung vom p-Typ-Halbleiterbereich zu und durch die folgenden Quantentöpfe und behindert die Diffusion von p- Dotierstoff in den ersten Bereich mit den ersten

Quantentopfschichten, die eine geringere Bandlücke aufweisen. Dadurch erhöht sich die Helligkeit der vom optoelektronischen Halbleiterchip im Betrieb erzeugten elektromagnetischen

Strahlung. Darüber hinaus weist der optoelektronische

Halbleiterchip aufgrund der Behinderung des p-Dotierstoffs in dem ersten Bereich der aktiven Zone ein verbessertes

Alterungsverhalten auf.

Es ist weiter möglich, dass die aktive Zone in der Mehrfach- Quantenschichtstruktur weitere Bereiche, zum Beispiel dritte, vierte und mehr Bereiche aufweist, in denen die Bandlücken der Quantentopfschichten der Bereiche im Vergleich zur zweiten elektronischen Bandlücke schrittweise zunehmen können .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips ist die zweite elektronische Bandlücke zwischen wenigstens 1,005 und höchstens 1,05 Mal größer als alle ersten elektronischen Bandlücken. Dabei kann die

elektronische Bandlücke gemäß der empirischen Formel

Eg(x) = x Eg(InN) + (1 - x) Eg(GaN) - b x (1 - x),

abgeschätzt werden, wobei

b = 1,25 eV, Eg(GaN) = 3,44eV bei 25°C, Eg ( InN) =0 , 7eV bei 25°C. Ferner wird angenommen, dass die ersten

Quantentopfschichten ca. 19% Indium enthalten und die zweite QuantentopfSchicht eine Indium-Konzentration aufweist, die relativ zur Indium-Konzentration in den ersten

Quantentopfschichten um wenigstens 2% und höchstens 20% kleiner ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips grenzt der zweite Bereich zum Beispiel direkt an den p-Typ-Halbleiterbereich, d. h. die zweite

QuantentopfSchicht mit der zweiten elektronischen Bandlücke, die größer ist als die ersten elektronischen Bandlücken der Quantentopfschichten im ersten Bereich, schließt die aktive Zone in Richtung von der n-Seite zur p-Seite des

optoelektronischen Halbleiterchips zur p-Seite hin ab. Wird der Halbleiterkörper des optoelektronischen Halbleiterchips beispielsweise von der n-Seite zur p-Seite hin gewachsen, so wird zunächst der erste Bereich und dann der zweite Bereich gewachsen, wobei der p-Typ-Halbleiterbereich direkt dem zweiten Bereich nachfolgen kann. Alternativ kann zwischen dem zweiten Bereich und dem p-Typ- Halbleiterbereich noch eine Abstandsschicht aus zum Beispiel undotiertem GaN angeordnet sein . Die QuantentopfSchicht im zweiten Bereich, also die zweite QuantentopfSchicht , kann daher insgesamt auch als

nachgelagerte QuantentopfSchicht oder als „post-well" bezeichnet werden Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist der zweite Bereich genau eine zweite Quantentopfschicht auf. Das heißt, es ist möglich, dass der zweite Bereich aus der zweiten Quantentopfschicht und der zweiten Barriereschicht besteht. Dabei ist es insbesondere möglich, dass der zweite Bereich direkt an den p-Typ- Halbleiterbereich grenzt, d. h. der optoelektronische

Halbleiterchip weist dann genau eine zweite

Quantentopfschicht auf, die direkt an den p-Typ- Halbleiterbereich grenzt. In Richtung des n-Typ- Halbleiterbereichs folgt dann der erste Bereich mit

mindestens zwei ersten Quantentopfschichten .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist der erste Bereich wenigstens zwei und höchstens zehn, insbesondere genau fünf erste

Quantentopfschichten auf. Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips findet eine strahlende Rekombination der Ladungsträger, insbesondere im ersten Bereich in den ersten Quantentopfschichten, statt. Dabei hat sich gezeigt, dass eine Verteilung der Ladungsträger auf wenigstens zwei und höchstens zehn, insbesondere genau fünf erste

Quantentopfschichten, bezüglich der Effizienz der erzeugten elektromagnetischen Strahlung optimal ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist die mindestens eine zweite

QuantentopfSchicht eine geringere Indium-Konzentration auf als alle ersten Quantentopfschichten . Das heißt, die größere Bandlücke im Bereich der zweiten Quantentopfschichten ist durch eine kleinere Indium-Konzentration im InGaN-basierten Material der Quantentopfschichten erreicht. Diese Indium- Konzentration kann beispielsweise durch Veränderung der Rate, mit der Indium oder Gallium während des MOVPE-Wachstums der aktiven Zone bereitgestellt werden, eingestellt werden. So führt beispielsweise sowohl die Reduzierung des Indium- Angebots als auch die Reduzierung des Gallium-Angebots während des Wachstums der Mehrfach-Quantentopfstruktur zur Ausbildung der zweiten QuantentopfSchicht mit einer

verringerten Indium-Konzentration .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips weist die mindestens eine zweite

QuantentopfSchicht eine Indium-Konzentration auf, die um wenigstens 2 % und um höchstens 20 % , insbesondere um wenigstens 2 % und um höchstens 8 %, kleiner ist relativ zur Indium-Konzentration aller ersten Quantentopfschichten . Durch eine derart verringerte Indium-Konzentration, beispielsweise durch eine Indium-Konzentrationsverringerung θΠ 5 "6 relativ zur Indium-Konzentration in der ersten QuantentopfSchicht kann eine zweite QuantentopfSchicht realisiert werden, bei der die zweite elektronische Bandlücke um das 1,005-Fache bis 1,05-Fache größer ist als die ersten Bandlücken der ersten Quantentopfschichten . Zum Beispiel weisen die ersten

Quantentopfschichten dann eine Indium-Konzentration von

16,92% auf und die zweite QuantentopfSchicht weist eine

Indium-Konzentration von 16,06% auf.

Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Mit dem

Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebener

optoelektronischer Halbleiterchip hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für den optoelektronischen Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst ein n-Typ-Halbleiterbereich erzeugt. Der n-Typ- Halbleiterbereich wird beispielsweise mittels eines MOVPE- Verfahrens erzeugt. In Wachstumsrichtung dem n-Typ-Halbleiterbereich

beispielsweise nachfolgend wird ein erster Bereich mit abwechselnd ersten Quantentopfschichten und erste

Barriereschichten erzeugt. Auch der erste Bereich wird beispielsweise mittels MOVPE im gleichen Epitaxie-Reaktor wie der n-Typ-Halbleiterbereich erzeugt. Dabei wird der erste Bereich vorzugsweise ohne gezielte Zugabe von Dotierstoff erzeugt. Der erste Bereich weist dann z. B. InGaN- Quantentopfschichten auf, zwischen denen GaN- Barriereschichten angeordnet sind.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird in Wachstumsrichtung beispielsweise an der dem n-Typ-Halbleiterbereich abgewandten Seite des ersten Bereichs ein zweiter Bereich mit mindestens einer zweiten QuantentopfSchicht und mindestens einer zweiten Barriereschicht erzeugt. Der zweite Bereich kann wiederum mittels des MOVPE-Verfahrens auf dem ersten Bereich erzeugt werden .

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Erzeugen eines p-Typ-Halbleiterbereichs an der dem ersten Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs. Der p-Typ- Halbleiterbereich kann wiederum im gleichen Epitaxie-Reaktor mittels des MOVPE-Verfahrens erzeugt werden, wobei ein p- Dotierstoff, z. B. Magnesium, zugesetzt wird.

Dabei werden die ersten Quantentopfschichten bei einer ersten Temperatur erzeugt, die zumindest eine zweite

QuantentopfSchicht wird bei einer zweiten Temperatur erzeugt, wobei die zweite Temperatur größer ist als die erste

Temperatur. Es ist insbesondere möglich, dass die

Wachstumsbedingungen bei Erzeugung der ersten

Quantentopfschichten und der zumindest einen zweiten

QuantentopfSchicht sich voneinander nur durch die geänderte Wachstumstemperatur unterscheiden, wobei die übrigen

Wachstumsparameter im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich sind . Das beschriebene Verfahren kann dabei insbesondere in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner ist es möglich, dass die beschriebenen Bereiche und Schichten direkt aufeinander abgeschieden werden. Es hat sich nun gezeigt, dass eine unterschiedliche Indium- Konzentration in der zumindest einen zweiten

QuantentopfSchicht im Vergleich zu den ersten

Quantentopfschichten besonders genau und einfach durch eine Änderung der Wachstums-Temperatur erreicht werden kann. Dabei hat sich insbesondere gezeigt, dass zur Einstellung der gewünschten Indium-Konzentration in der zumindest einen zweiten QuantentopfSchicht eine zweite Temperatur optimal ist, die um wenigstens 1 K und höchstens 20 K größer ist als die erste Temperatur, bei der die ersten Quantentopfschichten gewachsen werden. Beispielsweise bei einer zweiten

Temperatur, die um 4 K größer ist als die erste Temperatur, werden 5 % weniger Indium in der zumindest einen zweiten QuantentopfSchicht eingelagert, als dies für die ersten

QuantentopfSchicht der Fall ist.

Die Reduzierung der Indium-Konzentration in der zumindest einen zweiten QuantentopfSchicht relativ zu den ersten

Quantentopfschichten führt zu einer größeren elektronischen Bandlücke. Auf diese Weise ist es also möglich, die zweite, größere elektronische Bandlücke besonders einfach und genau einzustellen . Die Indium-Konzentration y in einer QuantentopfSchicht ist dabei zum Beispiel gemäß folgender empirischer Formel vom Temperaturunterschied x zwischen der zweiten und der ersten Temperatur abhängig: y=-0, 22 x + 16, 92.

Die ersten und zweiten Barriereschichten können hingegen bei jeweils gleichen Temperaturen gewachsen werden, die z. B. um wenigstens 25 bis höchstens 60 K größer sind als die

Temperatur, bei der die ersten Quantentopfschichten gewachsen werden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchip wird das Verfahren mit folgenden Schritten durchgeführt:

- Erzeugen eines n-Typ-Halbleiterbereichs ,

- Erzeugen eines ersten Bereichs mit abwechselnden ersten Quantentopfschichten und ersten Barriereschichten,

- Erzeugen eines zweiten Bereichs mit mindestens einer zweiten Quantentopfschicht und mindestens einer zweiten

Barriereschicht, und

- Erzeugen eines p-Typ-Halbleiterbereichs , wobei

- die ersten Quantentopfschicht mit einem ersten Indium- Molfluss erzeugt werden,

- die zumindest eine zweite Quantentopfschicht mit einem zweiten Indium-Molfluss erzeugt wird, und der zweite Indium- Molfluss niedriger ist als der ersten Indium-Molfluss .

Die Änderung des Indium-Molfluss kann dabei alternativ oder zusätzlich zu beschriebenen Temperaturänderung erfolgen. Eine Möglichkeit die Indium-Konzentration in der zumindest einen zweiten Quantentopfschicht gegenüber den ersten

Quantentopfschichten zu senken ist beispielsweise das Angebot an Indiumatomen im Reaktor zu reduzieren. Bei MOVPE-Wachstum von InGaN Schichten ist dies zum Beispiel der Gasfluss von Trimethylindium Metallorganylen .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchip wird das Verfahren mit folgenden Schritten durchgeführt:

- Erzeugen eines n-Typ-Halbleiterbereichs,

- Erzeugen eines ersten Bereichs mit abwechselnden ersten Quantentopfschichten und ersten Barriereschichten, - Erzeugen eines zweiten Bereichs mit mindestens einer zweiten QuantentopfSchicht und mindestens einer zweiten

Barriereschicht, und

- Erzeugen eines p-Typ-Halbleiterbereichs , wobei

- die ersten QuantentopfSchicht mit einer ersten

Wachstumsrate erzeugt werden,

- die zumindest eine zweite QuantentopfSchicht mit einer zweiten Wachstumsrate erzeugt wird, und

- erste Wachstumsrate verschieden ist von der zweiten

Wachstumsrate.

Eine Möglichkeit die Indium-Konzentration in der zumindest einen zweiten QuantentopfSchicht gegenüber den ersten

Quantentopfschichten zu senken ist beispielsweise durch die InGaN Wachstumrate gegeben, wobei bei üblichen MOVPE

Wachstumsbedingungen für InGaN Schichten eine niedrigere zweite Wachstumsrate zu einer niedrigeren Indiumkonzentration führt . Die Änderung der Wachstumsrate kann dabei zusätzlich oder alternativ zur Änderung der Temperatur und/oder zur Änderung des Indium-Molfluss erfolgen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchip wird das Verfahren mit folgenden Schritten durchgeführt:

- Erzeugen eines n-Typ-Halbleiterbereichs ,

- Erzeugen eines ersten Bereichs mit abwechselnden ersten Quantentopfschichten und ersten Barriereschichten,

- Erzeugen eines zweiten Bereichs mit mindestens einer zweiten QuantentopfSchicht und mindestens einer zweiten

Barriereschicht, und

- Erzeugen eines p-Typ-Halbleiterbereichs, wobei - die ersten Quantentopfschichten und die zumindest eine zweite Quantentopfschichte aus AlInGaN bestehen oder mit diesem Material gebildet werden, und

- die Aluminium-Konzentration in der zumindest einen zweiten QuantentopfSchicht höher ist als in den ersten

Quantentopfschichten .

Mit anderen Worten werden die Quantentopfschichten mit aus AI (x) In (y) Ga ( 1-x-y) gebildet, wobei x die Konzentration von Aluminium und y die Konzentration von Indium ist. Es hat sich dabei gezeigt, dass eine weitere Möglichkeit, die Bandlücke in der zumindest einen zweiten QuantentopfSchicht gegenüber den ersten Quantentopfschichten zu erhöhen, die Beimischung von Aluminium ist. Beimischung von Aluminium zu einer InGaN QuantentopfSchicht im Bereich zwischen 1% bis 10% erhöht dabei deren Bandlücke um cirka 0,2% bis 5%

Die Änderung der Aluminium-Konzentration kann dabei

zusätzlich oder alternativ zur Änderung der Temperatur und/oder zur Änderung des Indium-Molfluss und/oder der

Wachstumsrate erfolgen. Ferner ist es möglich, dass genau eine, genau zwei, genau drei oder genau vier der genannten Änderungen erfolgen, um die zumindest eine zweite

QuantentopfSchicht zu bilden.

Im Folgenden werden der hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchip sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Figuren näher erläutert .

Die Figur 1A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips gemäß eines Ausführungsbeispiels. Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 1B und IC sind Eigenschaften des optoelektronischen Halbleiterchips gemäß des

Ausführungsbeispiels näher erläutert. Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9A, 9B sind Eigenschaften und Vorteile eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips sowie eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines

optoelektronischen Halbleiterchips näher erläutert.

Die Figur 1A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Der optoelektronische Halbleiterchip 10 umfasst einen Halbleiterkörper 10 ^λ . Der Halbleiterkörper 10 ^λ umfasst einen n-Typ-Halbleiterbereich 6, der vorliegend auf n-dotiertem Nitrid-Verbindungs- Halbleitermaterial basiert. In der Wachstumsrichtung R folgt dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 die aktive Zone 5 nach. Dabei kann zwischen dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 und der aktiven Zone 5 noch eine teilweise n-dotierte GaN / InGaN

Schichtfolge, die zur Elektroneninjektion dient, angeordnet sein, die in der Figur nicht dargestellt ist.

Die aktive Zone umfasst die Mehrfach-Quantentopfstruktur 51, 52, welche sich in einen ersten Bereich 51 und einen zweiten Bereich 52 gliedert. Im ersten Bereich 51 der Mehrfach- Quantentopfstruktur sind erste Quantentopfschichten 51A und erste Barriereschichten 51B abwechselnd angeordnet.

Beispielsweise umfasst der erste Bereich B = 5 Paare erster Quantentopfschichten und erster Barriereschichten.

An der dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 abgewandten Seite des ersten Bereichs 51 der Mehrfach-Quantentopfstruktur folgt in Wachstumsrichtung R der zweite Bereich 52 mit einer zweiten QuantentopfSchicht 52A und einer zweiten Barriereschicht 52B. Beispielsweise umfasst der zweite Bereich A = 1 Paare dieser Schichten. Damit umfasst die Mehrfach-Quantentopfstruktur im Ausführungsbeispiel der Figur 1 fünf erste

Quantentopfschichten 51A und eine zweite QuantentopfSchicht 51B.

Die ersten und zweiten Quantentopfschichten unterscheiden sich durch ihre Indium-Konzentration voneinander.

Beispielsweise ist die Indium-Konzentration der zweiten

QuantentopfSchicht um 5 "6 niedriger relativ zur Indium- Konzentration der ersten Quantentopfschichten 51A. Zum

Beispiel beträgt die Indium-Konzentration in den ersten

Quantentopfschichten 51A 16,92 %, wohingegen die Indium- Konzentration in der zweiten QuantentopfSchicht 52A 16,06 % beträgt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die zweite QuantentopfSchicht bei einer Wachstums- Temperatur T2 durch ein MOVPE-Verfahren erzeugt wird, die um 4 K größer ist als die Wachstums-Temperatur Tl, bei der die erste QuantentopfSchicht 51A erzeugt wird.

In Wachstumsrichtung R an der dem ersten Bereich 51

abgewandten Seite des zweiten Bereichs 52 folgt der p-Typ- Halbleiterbereich 4, der beispielsweise auf p-dotiertem

Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial basiert. Beispielsweise kommt dabei Magnesium als p-Dotierstoff zum Einsatz. Zwischen der aktiven Zone 5 und dem zweiten Bereich 52 kann eine wenige Nanometer dicke Abstandsschicht aus zum Beispiel undotiertem GaN angeordnet sein, die nicht dargestellt ist.

Der optoelektronische Halbleiterchip gemäß dem

Ausführungsbeispiel der Figur 1A umfasst zusätzlich zum Halbleiterkörper 10 ^λ ein Trägersubstrat 1, das beispielsweise mit einem elektrisch leitfähigen Material wie Germanium oder dotiertem Silizium gebildet ist. Zwischen dem Trägersubstrat 1 und dem Halbleiterkörper 10 ^λ sind eine Verbindungsschicht, beispielsweise eine Lotschicht, sowie eine Spiegelschicht 3 angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip 10 umfasst weiter eine erste Kontaktschicht 7 an der dem

Halbleiterkörper 10 ^λ abgewandten Seite des Trägersubstrats 1 und eine zweite Kontaktschicht 8 an der dem Trägersubstrat abgewandten Oberseite des Halbleiterkörpers 10.

Elektromagnetische Strahlung verlässt den optoelektronischen Halbleiterchip 10 beispielsweise hauptsächlich durch die Strahlungsaustrittsfläche 9. Der optoelektronische Halbleiterchip ist im

Ausführungsbeispiel der Figur 1A also als vertikale

Leuchtdiode dargestellt, die beispielsweise an der zweiten Kontaktschicht 8 über einen Bonddraht kontaktiert werden kann. Bei einem hier beschriebenen optoelektronischen

Halbleiterchip kann es sich jedoch auch um einen Flip-Chip, einen Saphirchip, einen UX3-Chip oder jede Art von

Leuchtdiodenchip oder Laserdiodenchip handeln. Ferner ist es möglich, dass der optoelektronische Halbleiterchip eine andere Anzahl von ersten und zweiten Quantentopfschichten als für das Ausführungsbeispiel der Figur 1A angegeben aufweist.

In Verbindung mit der schematischen Darstellung der Figur 1B ist der Verlauf der elektronischen Bandlücke in der aktiven Zone 5 in der Richtung z dargestellt. Die Richtung z verläuft dabei von der p-Seite des Halbleiterkörpers 10 ^λ zur n-Seite des Halbleiterkörpers 10 siehe dazu auch die Figur 1A. Die elektronische Bandlücke ist in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Wie aus der Figur 1B ersichtlich, ist die zweite elektronische Bandlücke E _QW 2 bei der zweiten

QuantentopfSchicht 52A größer als die elektronische Bandlücke E _QW i bei den ersten Quantentopfschichten 51A. Die ersten und zweiten Barriereschichten 52B und 51B können hingegen im Rahmen der Herstellungstoleranz gleiche elektronische

Bandlücken E _B i und E _B 2 aufweisen.

Anhand der schematischen Darstellung der Figur IC ist eine Wirkung des in der Figur 1B schematisch dargestellten

Bandverlaufs im Vergleich zu einer herkömmlichen Struktur erläutert. Die linke Seite der Figur IC zeigt die Anzahl N der freien p-Typ-Landungsträger, kurz „Löcher", in den ersten Quantentopfschichten 51A für einen optoelektronischen

Halbleiterchip, in dem lediglich ein erster Bereich 51 in der Mehrfach-Quantentopfstruktur vorhanden ist. Das heißt, dem zugehörigen optoelektronischen Halbleiterchip fehlt es an dem zweiten Bereich 52 mit der zweiten QuantentopfSchicht 52A, die eine größere zweite elektronische Bandlücke als die ersten elektronischen Bandlücken der ersten

Quantentopfschichten 51A aufweist.

Im Unterschied dazu zeigt der rechte Teil der Figur IC die Situation für einen optoelektronischen Halbleiterchip, wie er in Verbindung mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ist, bei dem der zweite Bereich 52 vorhanden ist. Wie ersichtlich ist, sind die Löcher bei einem hier beschriebenen

optoelektronischen Halbleiterchip mit zweitem Bereich 52 gleichmäßiger auf die ersten Quantentopfschichten 51A

verteilt, als dies ohne den zweiten Bereich 52 der Fall ist. Das heißt, der zweite Bereich führt dazu, dass die

Ladungsträger gleichmäßiger über die zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Quantentopfschichten verteilt werden, was zu einer Verringerung der Auger-Rekombination führt und damit zu einer höheren Effizienz bei großen Strömen.

In Verbindung mit der Figur 2 ist schematisch die Verformung des Bandverlaufs in Valenzband (unten) und Leitungsband

(oben) für eine positive Spannung dargestellt, wobei die Wirkung der Ladungsträgerinjektion vernachlässigt ist.

Dargestellt sind der zweite Bereich 52 sowie zwei erste

Quantentopfschichten 51A des ersten Bereichs 51. Wie durch die Pfeile schematisch dargestellt, bewegen sich die

Ladungsträger in Valenz- und Leitungsband beispielsweise durch Tunneln weg aus der zweiten QuantentopfSchicht 52A im zweiten Bereich 52 hin zu den ersten Quantentopfschichten 51A im ersten Bereich 51, die geringere Bandlücken aufweisen. Damit trägt die zweite QuantentopfSchicht 52A kaum zur strahlenden Rekombination bei. Dies hat den Effekt, dass p- Dotierstoff, insbesondere Magnesium, welcher bei der

Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips oder im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips in die aktive Zone 5 diffundiert und hauptsächlich im zweiten Bereich 52 der Mehrfach-Quantentopfstruktur verbleibt, die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterchips kaum oder gar nicht mindert, da in dieser QuantentopfSchicht des zweiten Bereichs 52 ohnehin kaum oder keine strahlende Rekombination erfolgt.

In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der Figur 3 ist die Verformung der Verläufe von Valenzband

(unten) und Leitungsband (oben) schematisch für eine

anliegende positive Spannung unter Berücksichtigung des

Effekts der Ladungsträgerinjektion dargestellt. Es ist wiederum der zweite Bereich 52 sowie ein Teil des ersten Bereichs 51 mit den an den zweiten Bereich 52 angrenzenden ersten Quantentopfschichten 51A dargestellt. Anhand der Figur 3 ist dargestellt, dass die Blauverschiebung anhand eines erhöhten Betriebsstroms bei hier beschriebenen

optoelektronischen Halbleiterchips reduziert ist. Der zweite Bereich 52 der Mehrfach-Quantentopfstruktur mit der zweiten QuantentopfSchicht 52A führt zu einer gleichmäßigeren

Verteilung der Ladungsträger (vergleiche dazu Figur 2), welche durch das Anlegen höherer Betriebsströme weiter unterstützt wird. Insgesamt führt dies zu einem reduzierten Starkeffekt (QCSE: Quantum-Confined Stark Effect), zu einer stärkeren Abflachung des Bandverlaufs und damit zu einer reduzierten Blauverschiebung aufgrund erhöhten

Betriebsstroms . In der schematischen Darstellung der Figur 4 ist die

Verformung des Bandverlaufs von Valenzband (unten) und

Leitungsband (oben) für eine positive anliegende Spannung ohne Berücksichtigung der Ladungsträgerinjektion dargestellt. Anhand der Figur 4 ist dabei der Effekt von höheren

Betriebstemperaturen auf einen hier beschriebenen

optoelektronischen Halbleiterchip näher beschrieben. Höhere Betriebstemperaturen führen zu einer gleichmäßigeren

Verteilung der Ladungsträger. Bei einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip mit dem zweiten Bereich 52 der Mehrfach-Quantentopfstruktur wird die gleichmäßigere Verteilung der Ladungsträger durch eine hohe

Betriebstemperatur unterstützt durch den Effekt der zweiten QuantentopfSchicht 52A mit der größeren elektronischen

Bandlücke. Die durch die höhere Temperatur initiierte

Rotverschiebung ist daher bei hier beschriebenen

optoelektronischen Halbleiterchips weiter verstärkt. Das heißt, hier beschriebene optoelektronische

Halbleiterchips zeichnen sich durch eine reduzierte

Blauverschiebung und eine erhöhte Rotverschiebung aus. Bei optoelektronischen Halbleiterchips, die Licht im blauen

Spektralbereich emittieren, erfolgt also vorteilhaft eine Verschiebung in den Wellenlängenbereich, in dem die

Empfindlichkeit des menschlichen Auges besonders groß ist. Bei optoelektronischen Halbleiterchips, die Licht im blauen Spektralbereich emittieren, welches nachfolgend mittels Phosphoreszenzmaterialien in weisses Licht umgewandelt wird, erfolgt vorteilhaft eine Verschiebung in den

Wellenlängenbereich, in dem die Effizienz üblicher

Phosphormaterialien besonders groß ist. Die schematische Auftragung der Figur 5 zeigt die

Strahlungsleistung Phie bei einem Betriebsstrom von 350 mA und einer Wellenlänge von 450 nm in Watt für vier

verschiedene Arten von optoelektronischen Halbleiterchips. Die Halbleiterchips der Gruppe I und der Gruppe III sind dabei optoelektronische Halbleiterchips, wie sie hier beschrieben sind, die in der Mehrfach-Quantentopfstruktur den ersten Bereich 51 und den zweiten Bereich 52 aufweisen. Die Gruppe II umfasst Halbleiterchips mit einer Mehrfach- Quantentopfstruktur, die lediglich den ersten Bereich 51 aufweist und dort sechs Quantentopfschichten 51A. Die Gruppe IV umfasst Halbleiterchips, die lediglich einen ersten

Bereich 51 mit fünf Quantentopfschichten 51A aufweisen, die jeweils die gleiche Indium-Konzentration aufweisen. Wie aus der Auftragung der Figur 5 ersichtlich, ist die

Strahlungsleistung für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchips der Gruppen I und III um 1 % größer als für die herkömmlichen optoelektronischen Halbleiterchips der Gruppe IV sowie um 2 % größer als für die herkömmlichen optoelektronischen Halbleiterchips der Gruppe II.

Die schematische Auftragung der Figur 6 zeigt den Lichtstrom Phiv in Lumen aufgetragen gegen den Betriebsstrom in mA für die erste Gruppe I von optoelektronischen Halbleiterchips im Vergleich zur vierten Gruppe IV optoelektronischer

Halbleiterchips. Aus der Auftragung der Figur 6 ist

ersichtlich, dass für hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchips insbesondere bei größeren Betriebsströmen der Lichtstrom größer ist als für herkömmliche optoelektronische Halbleiterchips .

In der schematischen Darstellung der Figur 7 ist die relative Änderung des Lichtstroms APhiv bei einer

Betriebstemperatur von 25 °C gegen den Betriebsstrom I für einen Vergleich der Gruppen I und IV dargestellt. Auch aus dieser Auftragung ist ersichtlich, dass die relative

Helligkeit für große Betriebsströme erhöht ist.

In Verbindung mit der schematischen Auftragung der Figur 8 ist die Emissionsintensität nach einem Belastungstest im Vergleich zur ursprünglichen Emissionsintensität gegen den Unterschied der Wachstumstemperaturen ΔΤ = T2 - Tl

aufgetragen. Dabei wurden Untersuchungen für drei

unterschiedliche Betriebsströme von 5 mA, 20 mA und 100 mA durchgeführt. Wie aus der Figur 8 ersichtlich, ist die

Alterung und damit die Verringerung der Emissionsintensität umso geringer, je höher die Wachstumstemperatur T2 bei der Herstellung der zweiten QuantentopfSchicht 52A ist. Hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchips sind daher besonders alterungsstabil. In den schematischen Auftragungen der Figuren 9A und 9B ist der relative Unterschied der Emissionsintensität ΔΙ nach dem Belastungstest relativ zum Zustand vor dem Belastungstest gegen die Temperatur T _P aufgetragen. T _P ist dabei der

Temperaturunterschied zwischen der Temperatur, bei der der p- Typ-Halbleiterbereich 4 aufgewachsen wurde, und der

Temperatur, bei der der p-Typ-Halbleiterbereich 4

normalerweise aufgewachsen wird. Die Figur 9A zeigt dabei den Verlauf für optoelektronische

Halbleiterchips der Gruppe IV, die Figur 9B zeigt den Verlauf für optoelektronische Halbleiterchips der Gruppe I, wie sie hier beschrieben sind. Wie aus einem Vergleich der Figuren ersichtlich ist, kommt es für herkömmliche optoelektronische Halbleiterchips ohne den zweiten Bereich 52 der Mehrfach- Quantentopfstruktur zu einer Verringerung der

Emissionsintensität, wenn die Wachstumstemperatur für die p- Seite zu hoch ist. Hier beschriebene optoelektronische

Halbleiterchips mit dem zweiten Bereich zeigen eine solche Verringerung nicht. Dies kann dadurch erklärt werden, dass die zweite QuantentopfSchicht den optoelektronischen

Halbleiterchip stabiler gegen Diffusion des p-Dotierstoffs , insbesondere gegen die Diffusion von Magnesium, macht, welche durch eine hohe Wachstumstemperatur der p-Seite und/oder durch lange Betriebszeiten verstärkt wird.

Insgesamt zeichnet sich ein hier beschriebener

optoelektronischer Halbleiterchip also unter anderem durch eine erhöhte Helligkeit, durch ein verbessertes Verhältnis zwischen der Helligkeit bei hohem Strom und niedrigem Strom und durch eine erhöhte Lebensdauer aus. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung

102016101046.4 beantragt, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist.

Bezugs zeichenliste

1 Trägersubstrat

2 VerbindungsSchicht

3 Spiegelschicht

4 p- yp-Halbleiterbereich

5 aktive Zone

51, 52 Mehrfach-Quantentopfstruktur

51 erster Bereich

51A erste Quantentopfschicht

51B erste Barriereschicht

52 zweiter Bereich

52A zweite Quantentopfschicht

52B zweite Barriereschicht

6 n-Typ-Halbleiterbereich

7 erste Kontaktschicht

8 zweite Kontaktschicht

9 Strahlungsaustrittsfläche

10 Halbleiterchip

10 ^λ Halbleiterkörper

R Wachstumsrichtung

EQWI erste elektronische Bandlücke

EQWI zweite elektronische Bandlücke

EBI dritte elektronische Bandlücke

Eß2 vierte elektronische Bandlücke

Tl erste Temperatur

T2 zweite Temperatur