OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP MIT EINEM MEHRFACH-QUANTENTOPF MIT MINDESTENS

EINER HOCHBARRIERENSCHICHT

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen

Halbleiterchip, der eine als Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildete aktive Schicht aufweist.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 107 969.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bei strahlungsemittierenden optoelektronischen

Halbleiterchips wie beispielsweise LED-Chips oder

Laserdiodenchips ist die Emission von Strahlung in der Regel von der Betriebstemperatur abhängig. Typischerweise ist eine Verminderung der Effizienz der Strahlungserzeugung mit zunehmender Temperatur zu beobachten. Die verminderte

Effizienz der Strahlungserzeugung kann bei sehr hohen

Betriebstemperaturen zu einer deutlichen Verminderung der Helligkeit führen. Beispielsweise kann bei

Strahlungsemittierenden Halbleiterchips, die ein InGaAlP- Halbleitermaterial enthalten und im Wellenlängenbereich von 550 nm bis 640 nm emittieren, bei einer Temperaturerhöhung von Raumtemperatur auf eine Temperatur von etwa 100 °C eine Verminderung der Helligkeit von bis zu 80 Prozent auftreten, wenn keine geeigneten Maßnahmen zur Stabilisierung der

Strahlungsemission getroffen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, der sich durch eine verminderte

Temperaturabhängigkeit der Strahlungsemission auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst gemäß zumindest einer Ausgestaltung einen p-Typ-Halbleiterbereich, einen n- Typ-Halbleiterbereich und eine zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und dem n-Typ-Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht, die als Mehrfach-Quantentopfstruktur

ausgebildet ist. Die Mehrfach-Quantentopfstruktur weist eine Mehrzahl von abwechselnden Quantentopfschichten und

Barriereschichten auf, wobei die Barriereschichten eine größere elektronische Bandlücke als die Quantentopfschichten aufweisen .

Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip ist vorteilhaft mindestens eine der Barriereschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur , welche näher an dem p-Typ- Halbleiterbereich als an dem n-Typ-Halbleiterbereich

angeordnet ist, eine Hochbarriereschicht. Unter einer

Hochbarriereschicht wird hier und im Folgenden eine

Barriereschicht verstanden, die eine elektronische Bandlücke E _hb aufweist, die größer ist als eine elektronische Bandlücke E _b der übrigen Barriereschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur . Mit anderen Worten weisen die

Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur mit

Ausnahme der mindestens einen Hochbarriereschicht jeweils eine elektronische Bandlücke E _b auf, wobei die elektronische Bandlücke in einer oder mehreren Hochbarriereschichten, welche näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich als an dem n-Typ- Halbleiterbereich angeordnet sind, auf einen Wert E _hb > E _b erhöht ist. Zur Erzielung der größeren elektronischen

Bandlücke E _hb der mindestens einen Hochbarriereschicht weist die mindestens eine Hochbarriereschicht vorteilhaft eine Materialzusammensetzung auf, die sich von der

Materialzusammensetzung der übrigen Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur unterscheidet. Die übrigen

Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur, die nicht als Hochbarriereschicht ausgebildet sind, weisen vorteilhaft jeweils die gleiche Materialzusammensetzung und die gleiche elektronische Bandlücke E _b auf.

Das Einfügen der mindestens einen Hochbarriereschicht in einem Bereich der Mehrfach-Quantentopfstruktur, welcher dem p-Typ-Halbleiterbereich zugewandt ist, hat den Vorteil, dass die Hochbarriereschicht als Ladungsträgerbarriere

insbesondere für Löcher wirkt. Es hat sich insbesondere herausgestellt, dass es für Löcher schwieriger ist, die

Hochbarriereschicht zu passieren, als für Elektronen. Die von dem p-Typ-Halbleiterbereich in die Mehrfach- Quantentopfstruktur injizierten Löcher können sich daher nicht ungehindert in der gesamten Mehrfach- Quantentopfstruktur verteilen, sondern sammeln sich

vorzugsweise in der QuantentopfSchicht oder den mehreren Quantentopfschichten, die zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und der mindestens einen

Hochbarriereschicht angeordnet sind. Durch diese

ungleichmäßige Verteilung der Löcher in der Mehrfach- Quantentopfstruktur vermindert sich die Effizienz der

Strahlungserzeugung insbesondere bei niedrigen Temperaturen wie zum Beispiel bei Raumtemperatur. Bei höheren Temperaturen ist es dagegen für die Löcher leichter, die

Hochbarriereschicht in dem dem p-Typ-Halbleiterbereich zugewandten Bereich der Mehrfach-Quantentopfstruktur zu passieren. Die Löcher verteilen sich mit zunehmender

Temperatur gleichmäßiger in der Mehrfach-Quantentopfstruktur, so dass Ladungsträgerrekombinationen zur Erzeugung von

Strahlung in einem größeren Bereich der Mehrfach- Quantentopfstruktur stattfinden. Die Verminderung der

Effizienz der Strahlungserzeugung durch die mindestens eine Hochbarriereschicht ist aus diesem Grund umso geringer, je höher die Temperatur ist.

Eine Verminderung der Effizienz der Strahlungserzeugung bei niedrigen Temperaturen, insbesondere bei Raumtemperatur, durch die mindestens eine in die Quantentopstruktur

eingefügte Hochbarriereschicht wird bei der hierin

beschriebenen Mehrfach-Quantentopfstruktur bewusst in Kauf genommen, um der bei Strahlungsemittierenden

Halbleiterbauelementen typischerweise beobachteten

verminderten Effizienz bei zunehmenden Temperaturen

entgegenzuwirken. Typischerweise nimmt die Effizienz von Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen mit

zunehmender Temperatur ab, da der Einschluss der

Ladungsträger in der aktiven Zone aufgrund der größeren

Beweglichkeit der Ladungsträger schlechter wird und somit zunehmende Verluste in Form von nicht-strahlenden

Rekombinationen außerhalb der aktiven Schicht auftreten. Das Einfügen der mindestens einen Hochbarriereschicht in einen dem p-Typ-Halbleiterbereich zugewandten Bereich der Mehrfach- Quantentopfstruktur bewirkt einen gegenläufigen Effekt, durch den sich die Effizienz der Strahlungserzeugung mit

zunehmender Temperatur erhöht. Auf diese Weise wird eine üblicherweise beobachtete Verringerung der Helligkeit mit zunehmender Temperatur vermindert oder vorzugsweise sogar kompensiert. Der optoelektronische Halbleiterchip zeichnet sich daher durch eine verbesserte Temperaturstabilität der Helligkeit der emittierten Strahlung aus.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die mindestens eine Hochbarriereschicht eine elektronische Bandlücke E _hb auf, für die gilt: E _hb - E _b > 0,05 eV. Die Materialzusammensetzung der Hochbarriereschicht ist also bevorzugt derart gewählt, dass die Hochbarriereschicht eine um mindestens 0,05 eV größere elektronische Bandlücke als die übrigen

Barriereschichten aufweist. Bei einer besonders bevorzugten Variante ist die elektronische Bandlücke E _hb der mindestens einen Hochbarriereschicht sogar um 0,1 eV größer als die elektronische Bandlücke der übrigen Barriereschichten. Die Mehrfach-Quantentopfstruktur weist vorzugsweise nicht mehr als 10 Hochbarriereschichten auf. Die Anzahl der

Hochbarriereschichten in der Mehrfach-Quantentopfstruktur beträgt bevorzugt zwischen 1 und 10, besonders bevorzugt zwischen 1 und 5.

Bei einer Ausgestaltung des optoelektronischen

Halbleiterchips sind ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich die ersten k Barriereschichten der Mehrfach-

Quantentopfstruktur Hochbarriereschichten, wobei k eine Zahl zwischen 1 und 10 und besonders bevorzugt zwischen 1 und 5 ist .

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Mehrfach- Quantentopfstruktur genau eine Hochbarriereschicht auf. Mit Ausnahme der genau einen Hochbarriereschicht weisen

vorzugsweise alle übrigen Barriereschichten jeweils die gleiche Bandlücke E _b auf. Das Einfügen genau einer

Hochbarriereschicht hat den Vorteil, dass die Effizienz der Strahlungserzeugung bei Raumtemperatur weniger stark

vermindert wird als bei der Verwendung mehrerer

Hochbarriereschichten . Bei der Verwendung genau einer Hochbarriereschicht ist diese vorzugsweise zwischen einer QuantentopfSchicht , welche ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich die m-te

QuantentopfSchicht ist, und der unmittelbar benachbarten QuantentopfSchicht angeordnet ist, wobei m eine Zahl zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 10 ist. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausgestaltung zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 10 Quantentopfschichten zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und der Hochbarriereschicht angeordnet, und alle übrigen Quantentopfschichten zwischen der

Hochbarriereschicht und dem n-Typ-Halbleiterbereich . Bei niedrigen Betriebstemperaturen sammeln sich die Löcher daher bevorzugt in den m Quantentopfschichten zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich und der Hochbarriereschicht. Bei dieser Ausgestaltung kann insbesondere m = 1 sein. In diesem Fall ist die Hochbarriereschicht zwischen der

ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich ersten

QuantentopfSchicht und zweiten QuantentopfSchicht angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung wird also nur die äußerste

QuantentopfSchicht der Mehrfach-Quantentopfstruktur mittels der Hochbarriereschicht von den übrigen Quantentopfschichten separiert .

Bei einer weiteren Ausgestaltung weist die Mehrfach- Quantentopfstruktur nicht nur eine Hochbarriereschicht, sondern mehrere Hochbarriereschichten auf, welche näher an dem p-Typ-Halbleiterbereich als an dem n-Typ- Halbleiterbereich angeordnet sind. Bei der Verwendung mehrerer Hochbarriereschichten muss möglicherweise eine noch stärkere Verminderung der Effizienz bei Raumtemperatur in Kauf genommen werden, wobei dies aber die Möglichkeit bietet, noch größere Abfälle der Helligkeit bei hohen Temperaturen zu vermindern oder sogar zu kompensieren. Somit ergibt sich gegenüber einer Mehrfach-Quantentopfstruktur ohne

Hochbarriereschichten eine zwar deutlich verminderte

Helligkeit bei Raumtemperatur, die aber eine wesentlich verbesserte Temperaturstabilität aufweist.

Die Mehrfach-Quantentopfstruktur kann auf einem

Phosphidverbindungshalbleiter, insbesondere In _x Al _y Gai- _x - _y P mit 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1, basieren und

beispielsweise zur Emission von Strahlung im

Wellenlängenbereich von 550 nm bis 640 nm vorgesehen sein. Bei optoelektronischen Halbleiterchips mit einer derartigen aktiven Schicht ist die mindestens eine Hochbarriereschicht besonders vorteilhaft, da solche optoelektronischen

Halbleiterchips typischerweise eine starke

Temperaturabhängigkeit der emittierten Helligkeit aufweisen, die mittels der mindestens einen Hochbarriereschicht

vermindert oder sogar kompensiert werden kann.

Alternativ kann die Mehrfach-Quantentopfstruktur auf einem Nitridverbindungshalbleiter, insbesondere In _x Al _y Gai- _x - _y N mit 0 < x < 1, O ^ y ^ l und x + y < 1, basieren, und

beispielsweise zur Emission im ultravioletten oder blauen Spektralbereich vorgesehen sein. Weiterhin kann die Mehrfach- Quantentopfstruktur auch auf einem

Arsenidverbindungshalbleiter, insbesondere In _x Al _y Gai- _x - _y As mit 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1, basieren und für eine Emission im roten und/oder infraroten Spektralbereich, zum Beispiel bei etwa 700 nm bis 800 nm, vorgesehen sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die mindestens eine Hochbarriereschicht und die übrigen Barriereschichten jeweils In _x Al _y Gai- _x - _y P, In _x Al _y Gai- _x - _y N oder In _x Al _y Gai- _x _ _y As mit 0 -S x < 1, O ^ y ^ l uns x + y < 1 auf, wobei der Aluminiumgehalt y der mindestens einen Hochbarriereschicht größer als der Aluminiumgehalt y der übrigen Barriereschichten ist. Der größere Aluminiumgehalt bewirkt vorteilhaft eine Vergrößerung der elektronischen Bandlücke der Hochbarriereschicht im

Vergleich zu den übrigen Barriereschichten.

Die Anzahl der übrigen Barriereschichten der Mehrfach- Quantentopfstruktur , die nicht als Hochbarriereschicht ausgeführt sind und jeweils die gleiche elektronische

Bandlücke E _b aufweisen, beträgt vorteilhaft mindestens 10, bevorzugt mindestens 20. Die Anzahl der übrigen

Barriereschichten kann insbesondere zwischen 10 und 100 betragen. Die Anzahl der übrigen Barriereschichten ist vorteilhaft mindestens 5 mal und besonders bevorzugt

mindestens 10 mal so groß wie die Anzahl der

Hochbarriereschichten mit der erhöhten Bandlücke.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist

zumindest eine QuantentopfSchicht , welche an einer dem p-Typ- Halbleiterbereich zugewandten Seite an die mindestens eine Hochbarriereschicht angrenzt, eine elektronische Bandlücke Ei _w auf, welche geringer als die Bandlücke E _w der übrigen Quantentopfschichten ist. Es hat sich herausgestellt, dass in einer QuantentopfSchicht , welche an einer dem p-Typ- Halbleiterbereich zugewandten Seite an die mindestens eine Hochbarriereschicht angrenzt, aufgrund der Barrierewirkung eine sehr hohe Ladungsträgerdichte entsteht. Dies kann dazu führen, dass Ladungsträgerrekombinationen auch aus höher angeregten Zuständen erfolgen, wobei durch solche Rekombinationen Strahlung mit größerer Energie und somit kürzerer Wellenlänge emittiert wird. Eine dadurch bewirkte Verschiebung des Emissionsspektrums zu einer kürzeren

Wellenlänge hin kann vorteilhaft dadurch vermindert oder sogar ganz kompensiert werden, dass die an die mindestens eine Hochbarriereschicht angrenzende Quantentopfschicht eine geringere Bandlücke als die übrigen Quantentopfschichten aufweist .

Eine alternative Möglichkeit, den Effekt einer Verschiebung des Emissionsspektrums zu einer kürzeren Wellenlänge hin zu vermindern oder zu kompensieren, besteht darin, dass

zumindest eine Quantentopfschicht , welche an einer dem p-Typ- Halbleiterbereich zugewandten Seite an die mindestens eine

Hochbarriereschicht angrenzt, eine größere Dicke aufweist als die übrigen Quantentopfschichten . Ähnlich wie die

Verringerung der elektronischen Bandlücke führt auch eine Vergrößerung der Dicke der Quantentopfschicht zu einer

Vergrößerung der emittierten Wellenlänge und somit zu einer Verminderung oder Kompensation des unerwünschten Effekts.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von

Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Figur 5 eine graphische Darstellung der elektronischen

Bandlücke in Abhängigkeit von einer in senkrechter Richtung verlaufenden Ortskoordinate z bei einem fünften Ausführungsbeispiel, und

Figur 6 eine graphische Darstellung der relativen

Helligkeit B ( ) / B(T=25°C) in Abhängigkeit von der Temperatur T bei einem optoelektronischen

Halbleiterchip gemäß einem sechsten

Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einem herkömmlichen optoelektronischen Halbleiterchip. Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die

dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen .

Der in Figur 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterchip 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist ein LED-Chip, der einen p-Typ-Halbleiterbereich 4, einen n-Typ- Halbleiterbereich 6 und eine zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich 4 und dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 angeordnete zur Emission von Strahlung geeignete aktive

Schicht 5 aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel des

optoelektronischen Halbleiterchips 10 handelt es sich um einen sogenannten Dünnfilm-Halbleiterchip, von dem ein ursprünglich zum epitaktischen Aufwachsen der

Halbleiterschichten 4, 5, 6 verwendetes Aufwachssubstrat abgelöst wurde und stattdessen die Halbleiterschichtenfolge mittels einer Verbindungsschicht 2, insbesondere einer

Lotschicht, mit einem vom Aufwachssubstrat verschiedenen Trägersubstrat 1 verbunden wurde. Bei einem solchen Dünnfilm- Leuchtdiodenchip 10 ist der p-Typ-Halbleiterbereich 4 in der Regel dem Trägersubstrat 1 zugewandt. Zwischen dem p-Typ- Halbleiterbereich 4 und dem Trägersubstrat 1 ist vorteilhaft eine Spiegelschicht 3 angeordnet, welche vorteilhaft in

Richtung des Trägersubstrats 1 emittierte Strahlung in

Richtung zu einer Strahlungsaustrittsfläche 11 des

optoelektronischen Halbleiterchips hin umlenkt. Die

Spiegelschicht 3 ist beispielsweise eine Metallschicht, die Ag, AI oder Au enthält.

Zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen

Halbleiterchips 10 können beispielsweise eine erste

Kontaktschicht 8 an einer Rückseite des Trägersubstrats 1 und eine zweite Kontaktschicht 9 auf einem Teilbereich der

Strahlungsaustrittsfläche 11 vorgesehen sein.

Der p-Typ-Halbleiterbereich 4 und der n-Typ-Halbleiterbereich 6 können jeweils aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein und müssen nicht notwendigerweise ausschließlich aus p- dotierten Schichten oder n-dotierten Schichten bestehen, sondern können beispielsweise auch eine oder mehrere

undotierte Schichten aufweisen.

Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte der optoelektronische Halbleiterchip 10 auch eine

entgegengesetzte Polarität aufweisen, das heißt, es könnte der n-Typ-Halbleiterbereich 6 einem Substrat und der p-Typ- Halbleiterbereich 4 einer Strahlungsaustrittsfläche 11 des optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt sein (nicht dargestellt) . Dies ist in der Regel bei optoelektronischen Halbleiterchips der Fall, bei denen das zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichten verwendete

Aufwachssubstrat nicht abgelöst wird, da in der Regel der n- Typ-Halbleiterbereich zuerst auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen wird.

Die zur Emission von Strahlung vorgesehene aktive Schicht 5 des optoelektronischen Halbleiterchips 10 ist als Mehrfach- Quantentopfstruktur 7 ausgebildet. Die Mehrfach- Quantentopfstruktur 7 weist eine Mehrzahl von abwechselnd angeordneten Quantentopfschichten 71 und Barriereschichten 72, 73 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Mehrfach-Quantentopfstruktur 7 einhundert Schichtpaare aus jeweils einer QuantentopfSchicht 71 und einer

Barriereschicht 72, 73 auf. Die Quantentopfschichten 71 weisen jeweils eine elektronische Bandlücke E _w auf. Ausgehend von dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 des optoelektronischen Halbleiterchips 10 weisen die ersten 98 Barriereschichten jeweils eine elektronische Bandlücke E _b auf.

Die beiden dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 am nächsten

liegenden Barriereschichten 73 sind jeweils als

Hochbarriereschicht 73 ausgeführt, die eine größere elektronische Bandlücke E _hb aufweisen als die übrigen

Barriereschichten 72. Hierzu unterscheiden sich die

Hochbarriereschichten 73 in der Materialzusammensetzung von den übrigen Barriereschichten 72. Die größere elektronische Bandlücke E _hw der Hochbarriereschichten 73 kann insbesondere dadurch erzeugt sein, dass die Hochbarriereschichten 73 einen größeren Aluminiumanteil als die übrigen Barriereschichten 72 aufweisen. Beispielsweise können die Hochbarriereschichten 73 Ino. ₅ Al o . ₅ P und die übrigen Barriereschichten 72

Ino. 5Gao . 25Al o . 25 P aufweisen.

Aufgrund der erhöhten elektronischen Bandlücke E _hb wirken die Hochbarriereschichten 73 insbesondere als Barriere für Löcher und erschweren das Eindringen von Löchern aus dem p-Typ- Halbleiterbereich 4 in den dem n-Typ-Halbleiterbereich 6 zugewandten Teil der Quantentopfstruktur 7. Beim Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 10 ist die Konzentration von Löchern daher in den Quantentopfschichten 71, welche an die dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 zugewandten Grenzflächen der Hochbarriereschichten 73 angrenzen, höher als in den übrigen 98 Quantentopfschichten 71 der Mehrfach- Quantentopfstruktur 7. Insbesondere bei niedrigen

Betriebstemperaturen entsteht dadurch eine ungleichmäßige Ladungsträgerverteilung in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 7, welche die Effizienz der Strahlungserzeugung vermindert.

Bei höheren Betriebstemperaturen können die

Hochbarriereschichten 73 leichter von den Löchern passiert werden, so dass die Ladungsträgerverteilung mit zunehmender Temperatur gleichmäßiger wird. Auf diese Weise erhöht sich die Effizienz der Strahlungserzeugung mit zunehmender

Temperatur. Dieser Effekt vermindert oder kompensiert

vorteilhaft den gegenläufigen Effekt, dass die Effizienz der Strahlungserzeugung in der aktiven Schicht 5 mit zunehmender Temperatur aufgrund eines schlechteren Einschlusses der

Ladungsträger in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 7 abnimmt, wie es typischerweise bei Strahlungsemittierenden

Halbleiterchips beobachtet wird. Der optoelektronische

Halbleiterchip 10 zeichnet sich daher durch eine verbesserte Temperaturstabilität der emittierten Helligkeit aus.

Der in Figur 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterchip 10 ist zum Beispiel zur Emission bei einer Wellenlänge von

590 nm vorgesehen. Es hat sich herausgestellt, dass sich die Helligkeit bei Raumtemperatur aufgrund der beiden

Hochbarriereschichten 73 um etwa 15 Prozent im Vergleich zu einem ansonsten identischen Halbleiterchip vermindert, bei dem alle einhundert Barriereschichten 72 aus Ino.5Gao.25Alo.25P gebildet sind. Bei einer Betriebstemperatur von 100 °C emittiert der optoelektronische Halbleiterchip 10 aber die gleiche Helligkeit wie ein ansonsten identischer

herkömmlicher Halbleiterchip, bei dem alle Barriereschichten die gleiche elektronische Bandlücke aufweisen. Die relative Änderung der Helligkeit mit der Betriebstemperatur ist daher bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 10 gemäß dem

Ausführungsbeispiel geringer als bei dem Vergleichsbeispiel, bei dem alle Barriereschichten die gleiche elektronische Bandlücke aufweisen.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 10 dargestellt, der zur Emission bei einer Wellenlänge von 615 nm vorgesehen ist. Der optoelektronische Halbleiterchip 10 unterscheidet sich vom

Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch, dass die als aktive Schicht 5 fungierende Mehrfach-Quantentopfstruktur 7 fünfzig Schichtpaare aus Quantentopfschichten 71 und Barriereschichten 72, 73 aufweist. Im Gegensatz zum

vorherigen Ausführungsbeispiel ist ausgehend vom p-Typ- Halbleiterbereich 4 nur die erste Barriereschicht 73 als Hochbarriereschicht 73 ausgeführt. Die Hochbarriereschicht 73 enthält Ino. ₅ Alo. ₅ P und weist daher eine größere elektronische Bandlücke auf als die 49 übrigen Barriereschichten 72, die jeweils Ino.5Gao.25Alo.25P aufweisen.

Dadurch, dass die ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich 4 erste Barriereschicht als Hochbarriereschicht 73 ausgeführt ist, reduziert sich die Helligkeit des optoelektronischen Halbleiterchips 10 bei Raumtemperatur um etwa 17 Prozent im Vergleich zu einem ansonsten identischen optoelektronischen Halbleiterchip, bei dem alle Barriereschichten die gleiche elektronische Bandlücke aufweisen. Die relative Verminderung der Helligkeit bei einer Temperaturerhöhung auf 100 °C beträgt bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 40 Prozent anstelle von 50 Prozent bei einem

herkömmlichen Halbleiterchip, der Barriereschichten mit gleicher elektronischer Bandlücke aufweist. Der relative Helligkeitsverlust zwischen Raumtemperatur und einer

Betriebstemperatur von 100 °C reduziert sich somit

vorteilhaft bei dem Ausführungsbeispiel um 20 Prozent

gegenüber einem herkömmlichen Halbleiterchip.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Vorteile des in Figur 2 dargestellten optoelektronischen Halbleiterchips 10 entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals näher erläutert.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines

optoelektronischen Halbleiterchips 10 dargestellt, bei dem es sich um eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Figur 1 handelt. Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch, dass die beiden Quantentopfschichten 74, welche an einer dem p- Typ-Halbleiterbereich 4 zugewandten Seite an die beiden

Hochbarriereschichten 73 angrenzen, eine elektronische

Bandlücke E _iw aufweisen, welche geringer ist als die

Bandlücke E _w der übrigen Quantentopfschichten 71. Dies ist vorteilhaft, da sich herausgestellt hat, dass die

Hochbarriereschichten 73 eine erhöhte Konzentration von

Löchern in den in Richtung des p-Typ-Halbleiterbereichs 4 angrenzenden Quantentopfschichten 74 bewirken. Aufgrund der hohen Ladungsträgerkonzentration in diesen

Quantentopfschichten 74 erfolgen Strahlungserzeugende

Ladungsträgerrekombinationen auch aus höher angeregten

Zuständen, wodurch energiereichere Strahlung mit kürzerer Wellenlänge emittiert wird. Dieser Effekt wird dadurch vermindert oder sogar kompensiert, dass die elektronische Bandlücke E _iw der Quantentopfschichten 74, welche an einer dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 zugewandten Seite an die

Hochbarriereschichten 73 angrenzen, im Vergleich zu den übrigen Quantentopfschichten 71 vermindert ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Vorteile des in Figur 3 dargestellten optoelektronischen Halbleiterchips 10

entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals näher erläutert.

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines

optoelektronischen Halbleiterchips 10 dargestellt, bei dem es sich um eine Abwandlung des in Figur 2 dargestellten

Ausführungsbeispiels handelt. Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 dadurch, dass die QuantentopfSchicht 75, welche an einer dem p-Typ-Halbleiterbereich 4 zugewandten Seite an die Hochbarriereschicht 73 angrenzt, eine Dicke d ₂ aufweist, welche größer als die Dicke di der übrigen

Quantentopfschichten 71 ist. Die Vergrößerung der Dicke der an die Hochbarriereschicht 73 angrenzenden QuantentopfSchicht 75 stellt eine Alternative zu der in Figur 3 gezeigten

Möglichkeit dar, die Emissionswellenlänge der in der

QuantentopfSchicht 75 emittierten Strahlung zu verringern, um einen gegenläufigen Effekt durch Ladungsträgerrekombinationen aus höher angeregten Zuständen zu vermindern oder ganz zu kompensieren. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter

Ausgestaltungen entspricht das in Figur 4 dargestellte

Ausführungsbeispiel dem in Figur 2 dargestellten

Ausführungsbeispiel . In Figur 5 ist der Verlauf der elektronischen Bandlücke E _g in Abhängigkeit von einer in senkrechter Richtung verlaufenden Ortskoordinate z bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 10 dargestellt. Es handelt sich um einen zur Emission bei einer Wellenlänge von 615 nm vorgesehenen Halbleiterchip, der auf dem Materialsystem

InGaAlP basiert und wie bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel fünfzig Schichtpaare aus abwechselnden Quantentopfschichten und Barriereschichten aufweist. Die ausgehend vom p-Typ-Halbleiterbereich erste Barriereschicht ist als Hochbarriereschicht 73 geführt, die eine wesentlich größere elektronische Bandlücke aufweist als die übrigen Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur . Die

Funktion der Hochbarriereschicht 73 und die sich daraus ergebenden Vorteile entsprechen den zuvor beschriebenen

Ausführungsbeispielen und werden daher an dieser Stelle nicht nochmals näher erläutert. Alternativ zu dem in Figur 5 dargestellten

Ausführungsbeispiel wäre es auch möglich, die

Hochbarriereschicht 73 nicht nach der ausgehend vom p-Typ- Halbleiterbereich 4 ersten QuantentopfSchicht anzuordnen, sondern erst nach mehreren Quantentopfschichten . Insbesondere kann die Hochbarriereschicht 73 zwischen einer

QuantentopfSchicht , welche ausgehend vom p-Typ- Halbleiterbereich die m-te QuantentopfSchicht ist, und der unmittelbar benachbarten QuantentopfSchicht angeordnet werden, wobei m eine Zahl zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 10 ist.

In Figur 6 ist die gemessene relative Helligkeit B(T)/

B(T=25°C) für einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (Kurve 12) im Vergleich zu einem herkömmlichen Halbleiterchip (Kurve 13) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur T dargestellt. Bei dem

optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem

Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen auf dem

Halbleitermaterial InGaAlP basierenden Leuchtdiodenchip mit einer Mehrfach-Quantentopfstruktur, die 100 Schichtpaare aus Quantentopfschichten und Barriereschichten aufweist, wobei die ausgehend von dem p-Typ-Halbleiterbereich ersten 10

Barriereschichten als Hochbarriereschichten ausgeführt sind, die eine größere elektronische Bandlücke als die übrigen 90

Barriereschichten der Mehrfach-Quantentopfstruktur aufweisen. Bei dem Vergleichsbeispiel eines herkömmlichen

Halbleiterchips handelt es sich um einen ansonsten gleich aufgebauten Halbleiterchip, bei dem alle 100

Barriereschichten die gleiche elektronische Bandlücke

aufweisen . Bei einer niedrigen Temperatur T verringern die

Hochbarriereschichten des Ausführungsbeispiels eines

optoelektronischen Halbleiterchips die emittierte Helligkeit, da der Ladungsträgertransport von Löchern in die 90

Quantentopfschichten, die den Hochbarriereschichten in

Richtung zu dem n-Typ-Halbleiterbereich hin nachfolgen, reduziert ist. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Temperatur T ab, da die Ladungsträger mit zunehmender Temperatur eine größere Beweglichkeit aufweisen und somit die

Hochbarriereschichten leichter passieren können. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip gemäß dem

Ausführungsbeispiel nimmt die Helligkeit mit zunehmender Temperatur daher weniger ab als bei dem herkömmlichen

Halbleiterchip. Beispielsweise ist die Verminderung der

Helligkeit bei einer Temperatur von T = 100 °C um etwa 7

Prozent geringer als bei dem herkömmlichen Halbleiterchip.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die

Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von

Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.