DE19844985A1 - Radiation emitting semiconductor body, especially an LED chip, has an electrically conductive radiation output layer of indium-gallium-aluminum phosphide - Google Patents

Radiation emitting semiconductor body, especially an LED chip, has an electrically conductive radiation output layer of indium-gallium-aluminum phosphide

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Abstract

A radiation emitting semiconductor body, having an electrically conductive radiation output layer (5) of indium-gallium-aluminum phosphide, is new. A radiation emitting semiconductor body has an InGaAlP active layer (3) followed, in the main emission direction (8), by an electrically conductive radiation output layer (5) of InxGa1-x-yAlyP, where x = greater than 0 to 0.10 and y = 0 to 0.10 exclusive. An Independent claim is also included for production of the above semiconductor body, in which the process temperature is altered continuously or in steps during growth of the radiation output layer.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper mit einer aktiven Schicht, die InGaAlP aufweist und der in einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterkörpers eine elektrisch leitende Strahlungsauskoppelschicht nachgeordnet ist. Sie bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterkörpers.The invention relates to a radiation-emitting Semiconductor body with an active layer, the InGaAlP has and which in a main emission direction of the Semiconductor body an electrically conductive Radiation coupling-out layer is subordinate. It relates further on a method for producing such Semiconductor body.

Lichtemittierende Dioden mit einer aktiven Schicht aus InGaAlP weisen in der Regel eine Halbleiterschichtenfolge auf, bei der zwischen einer ersten Mantelschicht aus InGaAlP eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Mantelschicht aus InGaAlP eines zweiten Leitungstyps die aktive Schicht angeordnet ist, die den ersten oder zweiten Leitungstyp aufweist. Eine besondere Schwierigkeit des Materialsystems InGaAlP besteht darin, daß es sehr schwierig und technisch aufwendig ist, dicke Schichten herzustellen, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dies führt dazu, daß bei lichtemittierenden Dioden die Stromausbreitung von einem Vorderseitenkontakt, der kleiner ist als die Querschnittsfläche des Leuchtdiodenchips parallel zu den Halbleiterschichten, zur aktiven Schicht hin im Allgemeinen unzureichend ist. Folglich wird ein Großteil des Lichtes direkt unterhalb des nichttransparenten Kontaktes erzeugt, wird von diesem absorbiert und geht folglich verloren.Light emitting diodes with an active layer InGaAlP usually have a semiconductor layer sequence on, between a first cladding layer made of InGaAlP a first conductivity type and a second cladding layer InGaAlP of a second line type the active layer is arranged, the first or second conduction type having. A particular difficulty of the material system InGaAlP is that it is very difficult and technical is expensive to produce thick layers that have a high have electrical conductivity. This leads to the fact that light emitting diodes the current spread from one Front contact that is smaller than that Cross-sectional area of the LED chip parallel to the Semiconductor layers, towards the active layer in general is insufficient. As a result, much of the light generated directly below the non-transparent contact, is absorbed by it and is therefore lost.

Um die Stromausbreitung im Leuchtdiodenchip zu verbessern, wird auf die oben genannte Schichtenfolge eine sogenannte Stromausbreitungs- und Strahlungsauskoppelschicht aufgebracht, die eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit und einen größeren Bandabstand (band gap) aufweist als das Material der aktiven Schicht und folglich für die im Chip erzeugte Strahlung transparent ist.To improve the current spread in the LED chip, a so-called Current spreading and radiation decoupling layer applied that a sufficiently high electrical Conductivity and a larger band gap  has as the material of the active layer and consequently is transparent to the radiation generated in the chip.

Aus der EP 434 233 B1 ist beispielsweise eine oberflächenemittierende LED beschrieben, bei der auf einem Halbleitersubstrat eine Schichtenfolge, bestehend aus einer ersten Regrenzungsschicht aus n-AlGaInP, einer aktiven Schicht aus AlGaInP und einer zweiten Begrenzungsschicht aus p-AlGaInP angeordnet ist. Auf dieser Schichtenfolge ist eine transparente Fensterschicht aufgebracht, die aus dotiertem GaAsP oder GaP besteht. Diese transparente Fensterschicht besitzt einen größeren Bandabstand als die aktive Schicht und einen spezifischen elektrischen Widerstand, der zumindest eine Größenordnung kleiner ist als der spezifische elektrische Widerstand der aktiven Schicht. Ein bedeutendes Problem derartiger Halbleiterkörper ist jedoch, daß sie eine zu geringe Alterungsbeständigkeit aufweisen.For example, EP 434 233 B1 surface-emitting LED described in which on a Semiconductor substrate a layer sequence consisting of a first boundary layer made of n-AlGaInP, an active Layer made of AlGaInP and a second boundary layer p-AlGaInP is arranged. On this layer sequence is one transparent window layer applied, which consists of doped GaAsP or GaP exists. This transparent window layer has a larger band gap than the active layer and a specific electrical resistance, at least is an order of magnitude smaller than the specific one electrical resistance of the active layer. An important one The problem with such semiconductor bodies, however, is that they have a have insufficient resistance to aging.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper der eingangs genannten Art zu entwickeln, der eine verringerte Degradation aufweist. Weiterhin soll ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterkörpers angegeben werden.The object of the present invention is a radiation-emitting semiconductor body of the input mentioned type to develop a reduced degradation having. Furthermore, a method for producing a Such semiconductor body can be specified.

Die erstgenannte Aufgabe wird durch ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4. Ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist Gegenstand des Anspruches 5.The first task is represented by a radiation-emitting semiconductor component with the Features of claim 1 solved. Beneficial Further developments of the radiation-emitting semiconductor body are the subject of dependent claims 2 to 4. A method for Manufacture of such a radiation-emitting Semiconductor body is the subject of claim 5.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Strahlungsauskoppelschicht aus dotiertem InxGa1-x-yAlyP mit 0 < x < 0,10 und 0 < y < 0,10 bewirkt gegenüber den bekannten Strahlungsauskoppelschichten, daß die Anzahl der Versetzungslinien an einer Grenzfläche zwischen der Strahlungsauskoppelschicht und einer darunterliegenden Halbleiterschicht aus InGaAlP verringert ist.The radiation decoupling layer provided according to the invention and made of doped In x Ga 1-xy Al y P with 0 <x <0.10 and 0 <y <0.10 has the effect, compared to the known radiation decoupling layers, that the number of dislocation lines at an interface between the radiation decoupling layer and an underlying semiconductor layer made of InGaAlP is reduced.

Weiterhin bewirkt der In-Gehalt in der Strahlungsauskoppelschicht im Vergleich zu In-freien GaAlP- Strahlungsauskoppelschichten vorteilhafterweise eine verringerte Dotierstoffdiffusion (bevorzugter Dotierstoff: Magnesium) zur aktiven Schicht hin.Furthermore, the In content in the Radiation coupling-out layer compared to In-free GaAlP Radiation coupling-out layers advantageously a reduced dopant diffusion (preferred dopant: Magnesium) towards the active layer.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung besteht die Strahlungsauskoppelschicht aus dotiertem InxGa1-x-yAlyP mit 0 < x < 0,05 und 0 < y < 0,05, insbesondere mit 0,005 < × < 0,015 und 0,005 < y < 0,015. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Zusammensetzungen ist gegenüber den anderen Zusammensetzungen mit höherem In/Al-Gehalt vorteilhafterweise deutlich erhöht.In a particularly preferred development, the radiation coupling -out layer consists of doped In x Ga 1-xy Al y P with 0 <x <0.05 and 0 <y <0.05, in particular with 0.005 <× <0.015 and 0.005 <y <0.015. The electrical conductivity of these compositions is advantageously significantly increased compared to the other compositions with a higher In / Al content.

Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterkörpers wird während des Aufwachsens der Strahlungsauskoppelschicht die Prozeßtemperatur kontinuierlich oder schrittweise erhöht. Hierdurch wird ebenfalls vorteilhafterweise die Anzahl der Versetzungslinien an einer Grenzfläche zwischen der Strahlungsauskoppelschicht und einer darunterliegenden Halbleiterschicht aus InGaAlP verringert.In a preferred method of making a such semiconductor body is during the growth of Radiation decoupling layer the process temperature increased continuously or gradually. This will also advantageously the number of dislocation lines at an interface between the radiation decoupling layer and an underlying semiconductor layer made of InGaAlP decreased.

Im Folgenden wird in Verbindung mit der Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following is in connection with the figure Embodiment of the invention described.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Schnittes durch das Ausführungsbeispiel.The figure shows a schematic representation of a section through the embodiment.

Der in der Figur im Schnitt dargestellte Halbleiterkörper ist ein Leuchtdiodenchip (LED-Chip). Dieser weist ein n-leitendes Substrat 1 auf, das beispielsweise aus GaAs besteht. Auf einer Hauptfläche des Substrats 1 ist eine erste n-leitende Begrenzungsschicht 2 aufgebracht, die aus InGaAlP besteht. Über dieser ersten Begrenzungsschicht 2 befindet sich eine aktive Schicht 3, die beispielsweise wiederum aus n-leitendem InGaAlP besteht. Auf diese aktive Schicht 3 ist eine zweite Begrenzungsschicht 4 aufgebracht, die beispielsweise aus p- leitendem InGaAlP gefertigt ist.The semiconductor body shown in section in the figure is a light-emitting diode chip (LED chip). This has an n-type substrate 1 , which consists for example of GaAs. A first n-type boundary layer 2 , which consists of InGaAlP, is applied to a main surface of the substrate 1 . Over this first confinement layer 2 is an active layer 3, which in turn consists for example of n-type InGaAlP. A second boundary layer 4 is applied to this active layer 3 and is made, for example, of p-type InGaAlP.

Auf der dieser Schichtenfolge gegenüberliegenden Seite des Substrats 1 befindet sich ein herkömmlicher Rückseitenkontakt 7, der hier nicht näher erläutert wird.On the side of the substrate 1 opposite this layer sequence there is a conventional rear-side contact 7 , which is not explained in more detail here.

Die verschiedenen Schichten des oben beschriebenen Aufbaus weisen folgende Dicken auf:
The different layers of the structure described above have the following thicknesses:

  • - Substrat 1 : 150 bis 200 µm- Substrate 1: 150 to 200 µm
  • - erste 2 und zweite Begrenzungsschicht 4 : 600 bis 100 nm- First 2 and second boundary layer 4: 600 to 100 nm
  • - aktive Schicht 3 : 400 bis 600 nm.active layer 3: 400 to 600 nm.

Als p-Dotierstoff ist Zink oder vorzugsweise Magnesium verwendet. Als n-Dotierstoff eignet sich beispielsweise Tellur.Zinc or preferably magnesium is the p-dopant used. Suitable as an n-dopant, for example Tellurium.

Auf der zweiten Begrenzungsschicht 4 ist eine einzige p- leitende Strahlungsauskoppelschicht 5 aufgebracht, die aus InxGa1-x-yAlyP mit x ≅ 0,01 und y ≅ 0,01 besteht.A single p-type radiation coupling-out layer 5 is applied to the second boundary layer 4 and consists of In x Ga 1-xy Al y P with x ≅ 0.01 and y ≅ 0.01.

Die Strahlungsauskoppelschicht 5 ist vorzugsweise mit Magnesium dotiert und weist bevorzugt eine Dicke von etwa 10 µm auf. Sie besitzt eine größere Bandlücke als die aktive Schicht der LED, so daß sie für das im p-n-Übergang der LED erzeugte Licht durchlässig ist.The radiation coupling-out layer 5 is preferably doped with magnesium and preferably has a thickness of approximately 10 μm. It has a larger band gap than the active layer of the LED, so that it is transparent to the light generated in the pn junction of the LED.

Weiterhin besitzt die Strahlungsauskoppelschicht 5 eine größere elektrische Leitfähigkeit als die aktive Schicht 3 und die zweite Begrenzungsschicht 4.Furthermore, the radiation coupling-out layer 5 has a greater electrical conductivity than the active layer 3 and the second boundary layer 4 .

Auf der von der aktiven Schicht 3 abgewandten Seite der Strahlungsauskoppelschicht 5 ist ein herkömmlicher Vorderseitenkontakt 6 aufgebracht, der kleiner ist, als der laterale Querschnitt des Halbleiterkörpers, also der Querschnitt parallel zu den Halbleiterschichten 2, 3, 4 und 5.A conventional front side contact 6 , which is smaller than the lateral cross section of the semiconductor body, that is to say the cross section parallel to the semiconductor layers 2 , 3 , 4 and 5 , is applied to the side of the radiation coupling-out layer 5 facing away from the active layer 3 .

Der in der Figur eingezeichnete Pfeil 8 gibt eine Hauptabstrahlrichtung des LED-Chips gemäß dem Ausführungsbeispiel an.The arrow 8 drawn in the figure indicates a main emission direction of the LED chip according to the exemplary embodiment.

Zum Aufwachsen der InGaAlP-Strahlungsauskoppelschicht 5 und der anderen Halbleiterschichten 2, 3 und 4 auf das Substrat 1 wird vorzugsweise metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) eingesetzt. Während des Aufwachsens der Strahlungsauskoppelschicht wird vorzugsweise eine Temperaturrampe gefahren. Dies bewirkt vorteilhafterweise eine Unterdrückung von Degradationserscheinungen des fertigen Bauelements.To grow the InGaAlP radiation decoupling layer 5 and the other semiconductor layers 2 , 3 and 4 on the substrate 1 , preferably organometallic vapor phase epitaxy (MOVPE) is used. A temperature ramp is preferably carried out during the growth of the radiation coupling-out layer. This advantageously has the effect of suppressing degradation phenomena in the finished component.

Der In-Gehalt in der Strahlungsauskoppelschicht bewirkt gegenüber einer In-freien Strahlungsauskoppelschicht einen geänderten Mechanismus beim Einbau des Dotierstoffes Magnesium. Dadurch wird eine verbesserte Degradation des Halbleiterkörpers erreicht.The In content in the radiation decoupling layer causes compared to an In-free radiation decoupling layer changed mechanism when installing the dopant Magnesium. This will result in an improved degradation of the Semiconductor body reached.

Die Beschreibung der Erfindung anhand dieses Ausführungsbeispieles ist selbstverständlich nicht als Einschränkung des erfindungsgemäßen Prinzips auf dieses Ausführungsbeispiel zu verstehen. Andere Schichtfolgen des Halbleiterkörpers, Schichtdicken, Dotierstoffe usw. sind denkbar und daher kann, innerhalb des Schutzbereiches der Patentansprüche diese Erfindung auch anders ausgeführt werden, als im Ausführungsbeispiel explizit beschrieben.The description of the invention based on this Embodiment is of course not as Limitation of the principle according to the invention to this To understand embodiment. Other shift sequences of the Semiconductor body, layer thicknesses, dopants, etc. conceivable and therefore can, within the scope of protection Claims this invention carried out differently are described as being explicit in the exemplary embodiment.

Claims (6)

1. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper mit einer aktiven Schicht (3), die InGaAlP aufweist und der in einer Hauptabstrahlrichtung (8) des Halbleiterkörpers eine elektrisch leitende Strahlungsauskoppelschicht (5) nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsauskoppelschicht (5) InxGa1-x-yAlyP mit 0 < x ≦ 0.10 und 0 < y < 0.10 aufweist.1. Radiation-emitting semiconductor body with an active layer ( 3 ) which has InGaAlP and which is followed by an electrically conductive radiation coupling-out layer ( 5 ) in a main radiation direction ( 8 ) of the semiconductor body, characterized in that the radiation coupling-out layer ( 5 ) In x Ga 1-xy Al y P with 0 <x ≦ 0.10 and 0 <y <0.10. 2. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsauskoppelschicht (5) InxGa1-x-yAlyP mit 0 < x ≦ 0.05 und 0 < y < 0.05 aufweist.2. Radiation-emitting semiconductor body according to claim 1, characterized in that the radiation coupling-out layer ( 5 ) has In x Ga 1-xy Al y P with 0 <x ≦ 0.05 and 0 <y <0.05. 3. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsauskoppelschicht (5) etwa 1% In und etwa 1% Al aufweist.3. Radiation-emitting semiconductor body according to claim 2, characterized in that the radiation coupling-out layer ( 5 ) has approximately 1% In and approximately 1% Al. 4. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsauskoppelschicht (5) mit Magnesium p-dotiert ist.4. Radiation-emitting semiconductor body according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation coupling-out layer ( 5 ) is p-doped with magnesium. 5. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsauskoppelschicht (5) eine Dicke von etwa 10 µm aufweist.5. Radiation-emitting semiconductor body according to one of claims 1 to 4, characterized in that the radiation coupling-out layer ( 5 ) has a thickness of approximately 10 µm. 6. Verfahren zum Herstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers mit einer aktiven Schicht (3), die InGaAlP aufweist und der in Hauptabstrahlrichtung (8) des Halbleiterkörpers eine elektrisch leitende Strahlungsauskoppelschicht (5) nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufwachsens der Strahlungsauskoppelschicht (5) die Prozeßtemperatur kontinuierlich oder schrittweise verändert wird.6. A method for producing a radiation-emitting semiconductor body with an active layer ( 3 ) which has InGaAlP and which is followed by an electrically conductive radiation coupling-out layer ( 5 ) in the main radiation direction ( 8 ) of the semiconductor body, characterized in that during the growth of the radiation coupling-out layer ( 5 ) the process temperature is changed continuously or step by step.
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