OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS

Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben . Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht , eingerichtet . Insbesondere ist das Halbleiterbauelement ein Laserbauelement , das zur Emission von kohärenter elektromagnetischer Strahlung durch stimulierte Emission eingerichtet ist .

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine besonders hohe Ef fi zienz aufweist .

Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben, das eine besonders hohe Ef fi zienz aufweist .

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einem n-leitenden Bereich, einem p-leitenden Bereich und einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich, wobei der aktive Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet ist . Der Halbleiterkörper umfasst insbesondere eine monolithisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge .

Beispielsweise umfasst der p-leitende Bereich mindestens eine Halbleiterschicht , die p-dotiert ist , und der n-leitende Bereich mindestens eine Halbleiterschicht , die n-dotiert ist . Hier und im Folgenden bezieht sich "p-dotiert" auf Halbleitermaterialien mit Dotieratomen, die als Elektronenakzeptoren wirken, während sich "n-dotiert" auf Halbleitermaterialien mit Dotieratomen bezieht , die als Elektronendonatoren wirken .

Der aktive Bereich kann eine Doppel-Heterostruktur, eine Einzel-Quantentopf-Struktur, eine Multi-Quantentopf-Struktur oder eine oder mehrere Quantenpunkt-Schichten umfassen . Eine Multi-Quantentopf-Struktur umfasst eine Viel zahl von Quantentopf-Schichten, die durch Barriereschichten getrennt sind . Die Barriereschichten weisen vorzugsweise eine größere Bandlücke auf als die Quantentopfschichten . Die Anordnung von Quantentopfschichten und Barriereschichten führt zu einem Einschluss elektrischer Ladungen in den Quantentopfschichten, wodurch diskrete Energiewerte für die eingeschlossenen elektrischen Ladungen entstehen . Vorzugsweise besteht die Multi-Quantentopfstruktur aus mindestens zwei und höchstens fünf Quantentopfschichten . Der aktive Bereich ist so konfiguriert , dass er elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen Infrarotlicht und ultraviolettem Licht emittiert . Vorzugsweise ist der aktive Bereich so konfiguriert , dass er elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen grünem Licht und ultraviolettem Licht emittiert .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der p-leitende Bereich einen Abstandsbereich und einen p-dotierten Dotierbereich . Beispielsweise ist der Dotierbereich für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers ausgelegt . Zum Beispiel kann ein Lötmetall in direktem Kontakt mit dem Dotierbereich stehen .

Der Dotierbereich umfasst bevorzugt ein Halbleitermaterial , das mit Dotieratomen versehen ist , die als Elektronenakzeptoren wirken . Der Abstandsbereich ist beispielsweise nur niedrig oder nicht dotiert . Vorzugsweise ist der Abstandsbereich mit einem nominell undotierten Halbleitermaterial gebildet oder besteht daraus . Mit anderen Worten : Es werden keine Dotieratome absichtlich in das Halbleitermaterial des Abstandsbereichs eingebracht . Der Abstandsbereich kann Verunreinigungsatome enthalten, die beispielsweise während des epitaktischen Wachstums des Abstandsbereichs unbeabsichtigt in den Abstandsbereich eingebracht werden . Diese Verunreinigungsatome können im Halbleitermaterial des Abstandsbereichs als Dotierstof fe wirken . Vorzugsweise ist die Konzentration der Verunreinigungsatome gering, so dass die Konzentration freier Ladungsträger in dem unbeabsichtigt dotierten Halbleitermaterial ohne eine angelegte elektrische Spannung beispielsweise 10 ¹⁷ pro cm ³ nicht übersteigt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Abstandsbereich zwischen dem Dotierbereich und dem aktiven Bereich angeordnet und umfasst eine erste Abstandsschicht , die Aluminium aufweist . Die Abstandsschicht ist beispielsweise mit einem Halbleitermaterial gebildet , das Aluminium aufweist . Vorteilhaft kann eine mit Aluminium gebildete Halbleiterschicht eine besonders hohe Bandlücke aufweisen und so eine vorteilhaft niedrige optische Absorption zeigen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement :

- einen Halbleiterkörper mit einem n-leitenden Bereich, einem p-leitenden Bereich und einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich, wobei

- der aktive Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet ist ,

- der p-leitende Bereich einen Abstandsbereich und einen p- dotierten Dotierbereich umfasst ,

- der Abstandsbereich zwischen dem Dotierbereich und dem aktiven Bereich angeordnet ist und eine erste Abstandsschicht umfasst , die Aluminium aufweist .

Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde : Beim Betrieb eines optoelektronischen Halbleiterbauelements können unerwünschte interne Absorptionsverluste auftreten . Interne Absorptionsverluste entstehen unter anderem durch optische Absorption von elektromagnetischer Strahlung in den Halbleiterschichten, die zur elektrischen Kontaktierung eines p-leitenden Bereichs vorgesehen sind, beispielsweise eines p-dotierten Dotierbereichs nahe einem aktiven Bereich . Derartige interne Verluste können die Ef fi zienz des Bauelements insgesamt stark beeinträchtigen und zu unerwünscht hoher Wärmeentwicklung beitragen .

Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, einen Abstandsbereich zwischen dem aktiven Bereich und dem p- dotierten Dotierbereich anzuordnen . Mithil fe des Abstandsbereichs kann eine in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung von dem stark absorbierenden p- dotierten Dotierbereich abgeschirmt werden . So kann eine optische Absorption vermindert oder unterbunden werden . Dadurch lässt sich ein Halbleiterbauelement mit besonders niedrigen internen Verlusten und folglich einer vorteilhaft erhöhten Ef fi zienz herstellen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements entspricht eine vertikale Erstreckung des Dotierbereichs höchstens einem Drittel , bevorzugt höchstens einem Fünftel , besonders bevorzugt höchstens einem Achtel der vertikalen Erstreckung des Abstandsbereichs . Hier und im Folgenden gilt die vertikale Richtung als eine Richtung parallel zu einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers . Die Stapelrichtung ist die Richtung, in der die verschiedenen Halbleiterbereiche des Halbleiterkörpers aufeinander gestapelt sind . Eine geringe vertikale Erstreckung des Dotierbereichs relativ zu dem Abstandsbereich kann eine vorteilhaft besonders niedrige optische Absorption in dem Halbleiterbauelement ergeben .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen

Halbleiterbauelements ist der Halbleiterkörper mit einem I I I /V-Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet . Ein I I I /V- Verbindungs-Halbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe , wie beispielsweise B, Al , Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe , wie beispielsweise N, P, As , auf . Insbesondere umfasst der Begri f f " I I I /V-Verbindungs-Halbleitermaterial" die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter . Eine solche binäre , ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen .

"Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest der aktive Bereich und/oder ein Aufwachssubstratwafer, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise Al _n Ga _m Ini- _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 Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al , Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe

Mengen weiterer Stof fe ersetzt und/oder ergänzt sein können .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Abstandsbereich eine zweite Abstandsschicht . Die zweite Abstandsschicht ist beispielsweise mit einem nominell undotierten Halbleitermaterial gebildet . Bevorzugt ist für eine in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung ein Brechungsindex der zweiten Abstandsschicht höher als ein Brechungsindex der ersten Abstandsschicht . Vorteilhaft ergibt sich so eine bessere Führung der elektromagnetischen Strahlung in der vertikalen Richtung .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Abstandsbereich eine dritte Abstandsschicht . Die dritte Abstandsschicht ist beispielsweise mit einem nominell undotierten Halbleitermaterial gebildet . Bevorzugt ist für eine in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung ein Brechungsindex der dritten Abstandsschicht höher als ein Brechungsindex der ersten und zweiten Abstandsschicht . Vorteilhaft ergibt sich so eine bessere Führung der elektromagnetischen Strahlung in der vertikalen Richtung .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Abstandsbereich eine Mehrzahl von Abstandsschichten mit j eweils unterschiedlichen Brechungsindi zes und Bandlücken . Vorteilhaft ergibt sich daraus ein besonders ef fi zientes Halbleiterbauelement .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die zweite und dritte Abstandsschicht mit einem Halbleitermaterial ausgewählt aus der folgenden Gruppe gebildet : GaN, InGaN .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen

Halbleiterbauelements ist eine mittlere n- Dotierstof fkonzentration in dem Abstandsbereich geringer als 10 ²⁰ cur ³ , bevorzugt geringer als 10 ¹⁹ cur ³ , besonders bevorzugt geringer als 10 ¹⁸ cnr ³ . Als eine mittlere Dotierstof fkonzentration gilt hier und im Folgenden eine Dotierstof fkonzentration gemittelt über den gesamten Abstandsbereich hinweg . Eine geringe n-

Dotierstof f konzentration ermöglicht eine vorteilhaft besonders geringe optische Absorption in dem Abstandsbereich .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine mittlere p-

Dotierstof f konzentration in dem Abstandsbereich geringer als 10 ¹⁹ cur ³ , bevorzugt geringer als 10 ¹⁸ cur ³ , besonders bevorzugt geringer als 10 ¹⁷ cnr ³ . Eine geringe p- Dotierstof f konzentration ermöglicht eine vorteilhaft besonders geringe optische Absorption in dem Abstandsbereich . Beispielsweise ist der erste Abstandsbereich mit p- Dotierstof f en und n-Dotierstof f en zugleich dotiert und eine addierte Dotierstof fkonzentration ist geringer als 10 ¹⁹ cnr ³ , bevorzugt geringer als 10 ¹⁸ cnr ³ , besonders bevorzugt geringer als 10 ¹⁷ cnr ³ . Bevorzugt weist der Abstandsbereich eine geringere Dotierstof fkonzentration als 10 ¹⁷ cnr ³ auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der n-leitende Bereich einen ersten Wellenleiter, einen zweiten Wellenleiter und eine erste Mantelschicht , wobei der erste und zweite Wellenleiter zwischen der ersten Mantelschicht und dem aktiven Bereich angeordnet sind . Vorteilhaft weist der erste und zweite Wellenleiter für eine in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung einen höheren Brechungsindex als die erste Mantelschicht auf . An einer Grenz fläche zwischen dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter und/oder an einer Grenz fläche des zweiten Wellenleiters zu der ersten Mantelschicht sind bevorzugt Spitzendotierbereiche eingebracht . Spitzendotierbereiche sind lokal begrenzte Überhöhungen einer Dotierstof fkonzentration .

Insbesondere ist eine Konzentration eines n-Dotierstof f es an den Grenz flächen zwischen dem ersten und zweiten Wellenleiter und zwischen dem zweiten Wellenleiter und der ersten Mantelschicht erhöht gegenüber dem unmittelbar angrenzenden Bereich . Beispielsweise steigt eine Dotierung des Spitzendotierbereiches in Richtung weg von dem aktiven Bereich wenigstens um einen ersten Prozentwert an und fällt wieder um wenigstens einen zweiten Prozentwert ab, wobei der erste und der zweite Prozentwert größer als 10 % einer maximalen Dotierung des Spitzendotierbereiches sind . Vorteilhaft kann so ein Spannungsabfall in dem n-leitenden Bereich verringert oder vermieden werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die erste Mantelschicht eine höhere n-Dotierung auf , als der erste Wellenleiter und der zweite Wellenleiter . Als Dotierung gilt hier und im Folgenden eine mittlere Dotierstof fkonzentration innerhalb eines gesamten strukturellen Elements . Beispielsweise entspricht die n-Dotierung der ersten Mantelschicht der mittleren Dotierstof fkonzentration der gesamten ersten Mantelschicht . Beispielsweise entspricht die n-Dotierung des ersten Wellenleiters der mittleren Dotierstof fkonzentration innerhalb des gesamten ersten Wellenleiters . Eine relativ niedrige Dotierung des ersten und zweiten Wellenleiters bewirkt unter anderem eine Verringerung der internen Absorptionsverluste des Halbleiterbauelements . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist ein Aluminiumgehalt der ersten Abstandsschicht höchstens so hoch wie ein Aluminiumgehalt der ersten Mantelschicht . Der Aluminiumgehalt der Halbleiterschichten kann unter anderem die Größe der Bandlücke des Materials beeinflussen . Durch einen gleich hohen oder höheren Aluminiumgehalt in der ersten Mantelschicht ergibt sich insbesondere ein großer Überlappbereich einer in dem Halbleiterkörper propagierenden optischen Mode mit einem elektrisch gepumpten Abschnitt des aktiven Bereichs . Mit anderen Worten, durch einen gleich hohen oder höheren Aluminiumgehalt in der ersten Mantelschicht ergibt sich vorteilhaft ein besonders großer optischer Füll faktor für eine in dem Halbleiterkörper propagierende optische Mode .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist ein Aluminiumgehalt der ersten Mantelschicht höchstens so hoch wie ein Aluminiumgehalt der ersten Abstandsschicht . Der Aluminiumgehalt der Halbleiterschichten kann unter anderem die Größe der Bandlücke des Materials beeinflussen . Durch einen gleich hohen oder höheren Aluminiumgehalt in der ersten Abstandsschicht ergibt sich insbesondere eine Verschiebung einer in dem Halbleiterkörper im Betrieb propagierenden Mode auf den weniger absorbierenden n-leitenden Bereich . Folglich können interne Absorptionsverluste weiter verringert werden . Mit anderen Worten, durch einen gleich hohen oder höheren Aluminiumgehalt in der ersten Abstandsschicht ergibt sich vorteilhaft eine besonders geringe optische Absorption für eine in dem Halbleiterkörper propagierende optische Mode . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Dotierbereich eine Elektronenblockierschicht , einen Rampenbereich und eine erste Kontaktschicht , die mit einem Halbleitermaterial ausgewählt aus der folgenden Gruppe gebildet ist : GaN, AlGaN, InGaN, Al InGaN . Die Elektronenblockierschicht erhöht insbesondere eine Einschlussdauer von Ladungsträgern in dem aktiven Bereich . Bevorzugt ist die Elektronenblockierschicht mit einem AlGaN gebildet , da eine relativ hohe Bandlücke für die Funktion der Elektronenblockierschicht vorteilhaft ist . Der Rampenbereich umfasst einen Bereich, in dem die elektrische Bandlücke variiert ist . Insbesondere weist der Rampenbereich einen variierenden Aluminiumgehalt auf , um eine Rampe der Bandlücke zu erzeugen . Der Rampenbereich verbessert eine elektrische Inj ektionsef fi zienz und trägt so dazu bei , einen Spannungsabfall in dem p-leitenden Bereich zu verringern . Die erste Kontaktschicht ist bevorzugt mit GaN gebildet , da eine relativ kleine Bandlücke vorteilhaft ist , um einen guten elektrischen Kontakt zu weiteren nachfolgenden Schichten herzustellen . Insbesondere ist der Rampenbereich zwischen der Elektronenblockierschicht und der ersten Kontaktschicht angeordnet . Bevorzugt ist die Elektronenblockierschicht auf der dem aktiven Bereich zugewandten Seite des Dotierbereichs angeordnet . Insbesondere erstreckt sich der Abstandsbereich zwischen der Elektronenblockierschicht und dem aktiven Bereich des Halbleiterkörpers .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die erste Abstandsschicht ein Halbleitermaterial mit der allgemeinen Summenformel Al _x In _y Gai- _x-y N auf und die Elektronenblockierschicht weist ein

Halbleitermaterial mit der allgemeinen Summenformel Al _q In _z Gai-q_ _z N auf, wobei (q-z)- (x-y) > 0,12, bevorzugt (q-z)- (x-y) > 0,15 und besonders bevorzugt (q-z)- (x-y) > 0,2.

Mit anderen Worten, die Elektronenblockierschicht weist einen um 12 Prozentpunkte, bevorzugt um 15 Prozentpunkte und besonders bevorzugt um 20 Prozentpunkte höheren Aluminiumgehalt auf als die erste Abstandsschicht. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine erhöhte Bandlücke in der Elektronenblockierschicht relativ zu der ersten Abstandsschicht. Beispielsweise ist in der Elektronenblockierschicht Indium enthalten, um eine mechanische Verspannung der Elektronenblockierschicht relativ zur ersten Kontaktschicht zu vermindern. Ferner kann durch einen erhöhten Indiumgehalt in der ersten Abstandsschicht eine Bandlücke in der ersten Abstandsschicht verringert werden. Durch die Kombination eines unterschiedlichen Aluminiumgehaltes und eines unterschiedlichen Indiumgehaltes kann ein Sprung in der Bandlücke zwischen der Elektronenblockierschicht und der ersten Abstandsschicht besonders einfach hervorgerufen werden.

Für den Fall, dass kein Indium verwendet werden soll muss der gesamte Bandlückensprung durch einen unterschiedlichen Aluminiumanteil hervorgerufen werden. Folglich gilt insbesondere q-x > 0,12, bevorzugt q-x > 0,15 und besonders bevorzugt, q-x > 0,2.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Rampenbereich einen abnehmenden Aluminiumanteil in Richtung weg von der dem aktiven Bereich zugewandten Seite der Elektronenblockierschicht auf. Ein abnehmender Aluminiumanteil kann eine abnehmende Bandlücke in Richtung weg von der Elektronenblockierschicht erzeugen . Eine über eine Rampe oder mehrere Stufen abnehmende Bandlücke kann vorteilhaft eine höhere Inj ektionsef fi zienz erzeugen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Rampenbereich einen Startpunkt an einer Grenz fläche zu der Elektronenblockierschicht und einen Endpunkt an einer Grenz fläche zu der ersten Kontaktschicht auf , wobei der Aluminiumgehalt an dem Startpunkt höchstens dem Aluminiumgehalt der Elektronenblockierschicht , bevorzugt weniger als Dreiviertel des Aluminiumgehalts der Elektronenblockierschicht , weiter bevorzugt weniger als zwei Drittel des Aluminiumgehalts der Elektronenblockierschicht und besonders bevorzugt weniger als der Häl fte des Aluminiumgehalts der Elektronenblockierschicht entspricht . Durch einen derart ausgewählten Startpunkt kann eine besonders hohe In ektionsef fi zienz und eine ausreichende Funktion der Elektronenblockierschicht erzielt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Rampenbereich einen Startpunkt an einer Grenz fläche zu der Elektronenblockierschicht und einen Endpunkt an einer Grenz fläche zu der ersten Kontaktschicht auf , wobei der Aluminiumgehalt an dem Endpunkt zumindest dem Aluminiumgehalt der ersten Kontaktschicht entspricht . Der Aluminiumgehalt des Rampenbereichs am Endpunkt kann auch höher sein als der Aluminiumgehalt der ersten Kontaktschicht . Folglich ergibt sich eine Stufe in dem Verlauf des Aluminiumgehalts an der Grenz fläche zwischen dem Rampenbereich und der ersten Kontaktschicht . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen

Halbleiterbauelements weist die erste Abstandsschicht ein

Halbleitermaterial mit der allgemeinen Summenformel

Al _x In _y Gai- _x-y N auf, wobei 0 < x < 0,15, bevorzugt 0,01 < x < 0,1, besonders bevorzugt 0,03 < x < 0,08 und 0 < y < 0,01, bevorzugt 0 < y < 0,05 gilt. Insbesondere besteht die erste Abstandsschicht aus dem Material gemäß der voranstehenden Summenformel.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der erste Wellenleiter mit einem Material gemäß der folgenden Zusammensetzung gebildet: In _n Gai- _n N, und die dritte Abstandsschicht ist mit einem Material gemäß der folgenden Zusammensetzung gebildet: In _m Gai- _m N, wobei für den Unterschied des Indiumgehalts folgender Zusammenhang gilt: | n-m | > 0,003, bevorzugt | n-m | > 0,008 und besonders bevorzugt | n-m | > 0,01. Mit anderen Worten, ein Indiumgehalt der dritten Abstandsschicht unterscheidet sich von einem Indiumgehalt des ersten Wellenleiters um mindestens 0,3 Prozentpunkte, bevorzugt um mindestens 0,8 Prozentpunkte und besonders bevorzugt um mindestens 1 Prozentpunkt.

Vorteilhaft ist der Indiumgehalt in dem ersten Wellenleiter höher als der Indiumgehalt in der dritten Abstandsschicht. Ein Unterschied in dem Indiumgehalt kann eine Injektionseffizienz von Ladungsträgern in den aktiven Bereich erhöhen. Zusätzlich kann eine Herstellung des Halbleiterbauelements erleichtert sein durch die Unterscheidbarkeit des ersten Wellenleiters und der dritten Abstandsschicht. Bevorzugt enthalten der erste Wellenleiter und/oder die erste Mantelschicht zwischen 0 und 10 %, bevorzugt zwischen 0,5 und 6 % Indium. Beispielsweise gilt für die Summenformel des ersten Wellenleiters und der dritten Abstandsschicht 0 < n < 0 , 1 , bevorzugt 0 , 005 < n < 0 , 06 und 0 < m < 0 , 1 , bevorzugt 0 , 005 < m < 0 , 06 .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements erstreckt sich eine Ridgekante ausgehend von dem zweiten Bereich mindestens vollständig durch den aktiven Bereich, bevorzugt mindestens bis in die erste Mantelschicht , besonders bevorzugt vollständig durch die erste Mantelschicht hindurch . Beispielsweise erstreckt sich die Ridgekante bis in den ersten Wellenleiter, insbesondere vollständig durch den ersten Wellenleiter hindurch . Insbesondere erstreckt sich die Ridgekante bis in den zweiten Wellenleiter, insbesondere vollständig durch den zweiten Wellenleiter hindurch . Eine Ridgekante ist beispielsweise eine stufenförmige Ausnehmung an einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers . Die Ridgekante kann eine laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers begrenzen . Folglich kann eine laterale Ausdehnung einer optischen Mode in dem Halbleiterkörper durch die Ridgekante begrenzt werden . Die laterale Richtung erstreckt sich quer, insbesondere senkrecht zur Stapelrichtung des Halbleiterkörpers .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt eine vertikale Erstreckung des Dotierbereichs weniger als 150 nm, bevorzugt weniger als 100 nm, besonders bevorzugt weniger als 50 nm . Eine besonders geringe vertikale Erstreckung des Dotierbereichs trägt zu einem vorteilhaft geringen Spannungsabfall bei .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die erste Abstandsschicht eine vertikale Erstreckung zwischen 1 nm und 2000 nm, bevorzugt zwischen 40 nm bis 800 nm und besonders bevorzugt zwischen 100 nm bis 500 nm auf . Eine besonders große vertikale Erstreckung der ersten Abstandsschicht kann vorteilhaft eine optische Absorption in dem Halbleiterkörper verringern . Eine zu große vertikale Erstreckung der ersten Abstandsschicht könnte einen Spannungsabfall in dem p-leitenden Bereich nachteilig erhöhen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist dem Dotierbereich auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite eine Elektrode nachgeordnet , wobei die Elektrode mit einem transparenten, leitfähigen Oxid gebildet ist . Beispielsweise ist die Elektrode mit einem Indiumzinnoxid gebildet . Insbesondere beträgt eine vertikale Erstreckung der Elektrode zwischen 100 nm und 300 nm, bevorzugt zwischen 150 nm und 250 nm . Die Elektrode kann eine Verteilung einer optischen Mode in dem Halbleiterkörper beeinflussen, wodurch sich ein besonders hoher Überlapp der optischen Mode mit dem elektrisch angeregten Bereich des aktiven Bereichs erzeugen lässt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist ein Tunneldiodenbereich auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite des p-dotierten Bereichs angeordnet . Der Tunneldiodenbereich weist insbesondere eine hohe Dotierstof fkonzentration von p- und n- Dotierstof f en auf . Bevorzugt weist der Tunneldiodenbereich eine n-Dotierstof f konzentration von mehr als 10 ¹⁹ cur ³ auf . Weiter bevorzugt weist der Tunneldiodenbereich eine p- Dotierstof f konzentration von mehr als 5* 10 ¹⁹ cur ³ , bevorzugt von mehr als 10 ²⁰ cur ³ auf . Der Tunneldiodenbereich weist insbesondere eine geringe Dicke auf . Eine Dicke gilt hier und im Folgenden als eine Erstreckung in der vertikalen Richtung . Beispielsweise weist der Tunneldiodenbereich eine vertikale Erstreckung von höchstens 50 nm, bevorzugt von höchstens 30 nm und besonders bevorzugt von höchstens 5 nm auf . Aufgrund der hohen Dotierstof fkonzentration und der geringen vertikalen Erstreckung des Tunneldiodenbereichs kann eine derart schmale Raumladungs zone ausgebildet werden, dass ein Transport von Ladungsträgern mittels quantenmechanischer Tunnelef fekte ermöglicht wird . Vorteilhaft kann dadurch ein p-dotierter Bereich mit einem geringen elektrischen Widerstand mit einem n-dotierten Bereich elektrisch leitend verbunden werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine zweite Mantelschicht auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite des Tunneldiodenbereichs angeordnet . Bevorzugt ist die zweite Mantelschicht n-dotiert . Die zweite Mantelschicht ist beispielsweise mit AlGaN gebildet . Insbesondere weist die zweite Mantelschicht die gleiche Zusammensetzung auf , wie die erste Mantelschicht . Die zweite Mantelschicht weist beispielsweise eine vertikale Erstreckung zwischen 1 nm und 2 pm, bevorzugt zwischen 50 nm und 800 nm und besonders bevorzugt zwischen 150 nm und 500 nm auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine zweite Kontaktschicht auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite des Tunneldiodenbereichs angeordnet . Die zweite Kontaktschicht ist bevorzugt mit GaN gebildet , da eine relativ kleine Bandlücke vorteilhaft ist , um einen guten elektrischen Kontakt zu weiteren nachfolgenden Schichten herzustellen . Die zweite Kontaktschicht ist insbesondere n-dotiert . Gegenüber einer p-dotierten ersten Kontaktschicht weist die zweite Kontaktschicht einen vorteilhaft geringeren elektrischen Widerstand auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern übereinander angeordnet , wobei j eweils zwischen zwei Halbleiterkörpern ein Tunneldiodenbereich angeordnet ist . Mittels des Tunneldiodenbereichs ist ein elektrischer Anschluss eines p-dotierten Bereichs eines ersten Halbleiterkörpers mit einem n-dotierten Bereich eines zweiten Halbleiterkörpers möglich . Eine Stapelung von mehreren Halbleiterkörpern kann eine sehr kompakte Lichtquelle mit besonders hoher Ausgangsleistung und Steilheit ergeben .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements nimmt eine Bandlücke innerhalb der ersten Abstandsschicht ausgehend von einer dem aktiven Bereich zugewandten Grenz fläche zu . Mit anderen Worten, eine elektrische Bandlücke nimmt innerhalb der ersten Abstandsschicht mit einer zunehmenden Entfernung von dem aktiven Bereich zu . Die Zunahme der elektrischen Bandlücke wird insbesondere durch eine Zunahme eines Anteils von Aluminiums in der ersten Abstandsschicht hervorgerufen . Bevorzugt nimmt ein Anteil von Aluminium in der ersten Abstandsschicht mit zunehmender Entfernung von dem aktiven Bereich zu . Die elektrische Bandlücke verändert sich entlang einer vertikalen Erstreckung der ersten Abstandsschicht beispielsweise kontinuierlich oder stufenförmig . Durch eine derart geformte Bandlücke innerhalb der ersten Abstandsschicht wird vorteilhaft eine niedrigere Ladungsträgerdichte innerhalb der ersten Abstandsschicht erzielt , wodurch eine Wahrscheinlichkeit für nichtstrahlende Rekombinationsvorgänge vorteilhaft vermindert ist .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements nimmt eine Bandlücke innerhalb der zweiten Abstandsschicht ausgehend von einer dem aktiven Bereich zugewandten Grenz fläche zu . Mit anderen Worten, eine elektrische Bandlücke nimmt innerhalb der zweiten Abstandsschicht mit einer zunehmenden Entfernung von dem aktiven Bereich zu . Die Zunahme der elektrischen Bandlücke wird insbesondere durch eine Abnahme eines Anteils von Indium in der zweiten Abstandsschicht hervorgerufen . Bevorzugt nimmt ein Anteil von Indium in der zweiten Abstandsschicht mit zunehmender Entfernung von dem aktiven Bereich ab . Die elektrische Bandlücke verändert sich entlang einer vertikalen Erstreckung der zweiten Abstandsschicht beispielsweise kontinuierlich oder stufenförmig . Durch eine derart geformte Bandlücke innerhalb der zweiten Abstandsschicht wird vorteilhaft eine niedrigere Ladungsträgerdichte innerhalb der zweiten Abstandsschicht erzielt , wodurch eine Wahrscheinlichkeit für nichtstrahlende Rekombinationsvorgänge vorteilhaft vermindert ist .

Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben . Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens hergestellt werden . Das heißt , sämtliche im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements of fenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement of fenbart und umgekehrt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements die folgenden Schritte :

- Bereitstellen eines p-dotierten Dotierbereichs und zumindest teilweises Bereitstellen eines Tunneldiodenbereichs ,

- Aus führen eines Temperaturschritts bei einer Temperatur von über 300 ° C, bevorzugt von über 450 ° C und besonders bevorzugt von über 600 ° C für eine Aktivierung der p-Dotierung .

Der p-dotierte Dotierbereich wird beispielsweise mit einer Molekularstrahlepitaxie (Englisch : Molecular-beam epitaxy; kurz : MBE ) hergestellt . Ein MBE-Verf ahren kann insbesondere deshalb verwendet werden, da dabei kein Wasserstof f im Reaktor ist , der den p-Dotierstof f , beispielweise Magnesium, passiviert . Die Aus führung des Temperaturschrittes erfolgt bevorzugt vor einem Aufwachsen eines n-dotierten Bereichs . Eine Aktivierung der p-Dotierung erfolgt beispielsweise durch eine Entfernung von Wasserstof f . Insbesondere ist die p- Dotierung mit Magnesium gebildet .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt der Temperaturschritt unter Zugabe von Sauerstof f . Vorteilhaft erleichtert eine Zugabe von Sauerstof f eine Entfernung von Wasserstof f aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein zumindest teilweises Freilegen des p-dotierten Bereiches durch eine Ätzung . Bevorzugt durchdringt die Ätzung den Tunneldiodenbereich nicht vollständig . Durch ein zumindest teilweises Freilegen kann ein Ausdi f fundieren von Wasserstof f aus den p-dotierten Schichten erfolgen .

Beispielsweise erfolgt ein zumindest teilweises Freilegen der p-dotierten Schichten durch eine Ridgeätzung .

Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement eignet sich insbesondere zum Einsatz als Lichtquelle mit hoher Ausgangsleistung, beispielsweise für Materialbearbeitung, Proj ektionsanwendungen, allgemeine Beleuchtung oder automotive Anwendungen, beispielsweise in Frontscheinwerf ern oder einem Head-Up-Display .

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Aus führungsbeispielen .

Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figur 2 eine theoretische Kennlinie eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figur 3 eine theoretische Ef fi zienzkennlinie eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel , Figur 4 einen Verlauf einer Bandlücke und einer optischen Intensität eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figuren 5A bis 5E j eweils einen Verlauf eines Aluminiumgehaltes in einem Dotierbereich eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figuren 6A bis 6D j eweils einen Verlauf einer Bandlücke in einer ersten Abstandsschicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figur 7 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,

Figur 8 einen Verlauf einer Bandlücke in einer ersten Abstandsschicht relativ zu einer ersten Mantelschicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figur 9 einen Verlauf einer Bandlücke und einer optischen Intensität eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel , Figur 10 einen Verlauf einer Bandlücke und einer optischen Intensität eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,

Figur 11 einen Verlauf einer Bandlücke und einer optischen Intensität eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel ,

Figur 12 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel ,

Figur 13 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel ,

Figur 14 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel ,

Figur 15 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel ,

Figur 16 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem achten Aus führungsbeispiel ,

Figur 17 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem neunten Aus führungsbeispiel ,

Figur 18 einen Verlauf einer Bandlücke eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zehnten Aus führungsbeispiel , und

Figur 19 einen Verlauf einer Bandlücke eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem el ften Aus führungsbeispiel .

Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Das Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 , der als monolithisch gewachsener Schichtenstapel ausgebildet ist . Der Halbleiterkörper 10 weist einen n-leitenden Bereich 101 , einen p-leitenden Bereich 102 und einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich 103 auf .

Der Halbleiterkörper 10 ist mit einem I I I /V- Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet . Ein I I I /V- Verbindungs-Halbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe , wie beispielsweise B, Al , Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe , wie beispielsweise N, P, As , auf . Insbesondere umfasst der Begri f f " I I I /V-Verbindungs-Halbleitermaterial" die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter . Eine solche binäre , ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen .

Der p-leitende Bereich 102 umfasst mindestens eine Halbleiterschicht , die p-dotiert ist , und der n-leitende Bereich 101 umfasst mindestens eine Halbleiterschicht , die n- dotiert ist . Der aktive Bereich 103 kann eine Doppel- Heterostruktur, eine Einzel-Quantentopf-Struktur oder eine Multi-Quantentopf-Struktur umfassen . Der aktive Bereich 103 ist im Betrieb zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen und zwischen dem n-leitenden Bereich 101 und dem p-leitenden Bereich 102 angeordnet .

Der p-leitende Bereich 102 weist einen Abstandsbereich 121 und einen p-dotierten Dotierbereich 122 auf . Der Abstandsbereich 121 ist zwischen dem Dotierbereich 122 und dem aktiven Bereich 103 angeordnet . Der Abstandsbereich 121 umfasst ein ungewollt dotiertes Halbleitermaterial . Mit anderen Worten : Es werden keine Dotieratome absichtlich in das Halbleitermaterial des Abstandsbereichs 121 eingebracht .

Der Abstandsbereich 121 umfasst eine erste Abstandsschicht 1211 , die Aluminium aufweist . Die Abstandsschicht 1211 ist beispielsweise mit einem Halbleitermaterial gebildet , das Aluminium aufweist . Beispielsweise ist die erste Abstandsschicht 1211 mit AlGaN gebildet . Insbesondere ist die erste Abstandsschicht 1211 mit einem Material mit folgender Summenformel gebildet Al _x In _y Gai- _x-y N auf , wobei 0 < y < 0 , 05 . Vorteilhaft kann eine mit Aluminium gebildete Halbleiterschicht eine besonders hohe Bandlücke aufweisen und so eine vorteilhaft besonders gute Wellenführung für ein in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung zeigen .

Eine vertikale Erstreckung 122Y des Dotierbereichs entspricht höchstens einem Drittel , bevorzugt höchstens einem Fünftel , besonders bevorzugt höchstens einem Achtel einer vertikalen Erstreckung 121Y des Abstandsbereichs 121 . Hier und im Folgenden gilt die vertikale Richtung Y als eine Richtung parallel zu einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers 10 .

Die Stapelrichtung ist die Richtung, in der die verschiedenen Halbleiterbereiche des Halbleiterkörpers 10 aufeinander gestapelt , beziehungsweise aufgewachsen sind . Eine geringe vertikale Erstreckung 122Y des Dotierbereichs 122 relativ zu dem Abstandsbereich 121 kann eine vorteilhaft besonders niedrige optische Absorption in dem Halbleiterbauelement 1 ergeben . Der Abstandsbereich 121 erstreckt sich ausgehend von dem aktiven Bereich 103 bis zur Elektronenblockierschicht 1221 des Dotierbereichs 122 . Die erste Abstandsschicht 1211 weist eine vertikale Erstreckung 1211Y zwischen 1 nm und 2000 nm, bevorzugt zwischen 40 nm bis 800 nm und besonders bevorzugt zwischen 100 nm bis 500 nm auf . Eine besonders große vertikale Erstreckung 1211Y der ersten Abstandsschicht 1211 kann vorteilhaft eine optische Absorption in dem Halbleiterkörper 10 verringern . Eine zu große vertikale Erstreckung 1211Y der ersten Abstandsschicht 1211 könnte einen Spannungsabfall in dem p-leitenden Bereich 102 nachteilig erhöhen, weshalb es einen optimalen Bereich gibt .

Eine vertikale Erstreckung 122Y des Dotierbereichs beträgt weniger als 150 nm, bevorzugt weniger als 100 nm, besonders bevorzugt weniger als 50 nm . Eine besonders geringe vertikale Erstreckung 122Y des Dotierbereichs 122 trägt zu einem vorteilhaft geringen Spannungsabfall bei .

Der Abstandsbereich 121 umfasst ferner eine zweite Abstandsschicht 1212 und eine dritte Abstandsschicht 1213 . Die zweite und dritte Abstandsschicht 1212 , 1213 sind mit einem nominell undotierten Halbleitermaterial gebildet . Bevorzugt ist für eine in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung ein Brechungsindex der zweiten und dritten Abstandsschicht 1212 , 1213 höher als ein Brechungsindex der ersten Abstandsschicht 1211 . Vorteilhaft ergibt sich so eine bessere Führung der elektromagnetischen Strahlung in der vertikalen Richtung Y .

Der n-leitende Bereich 101 weist einen ersten Wellenleiter 111 , einen zweiten Wellenleiter 112 und eine erste Mantelschicht 113 auf . Der erste und zweite Wellenleiter 111 , 112 sind zwischen der ersten Mantelschicht 113 und dem aktiven Bereich 103 angeordnet . Vorteilhaft weist der erste und zweite Wellenleiter 111 , 112 einen höheren Brechungsindex für eine in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung als die erste Mantelschicht 113 auf .

Die erste Mantelschicht 113 weist eine höhere n-Dotierung auf als der erste Wellenleiter 111 und der zweite Wellenleiter 112 . Eine relativ niedrige Dotierung des ersten und zweiten Wellenleiters 111 , 112 bewirkt unter anderem eine Verringerung der internen Absorptionsverluste des Halbleiterbauelements 1 .

Der Dotierbereich 122 des p-leitenden Bereichs 102 umfasst eine Elektronenblockierschicht 1221 , einen Rampenbereich 1222 und eine erste Kontaktschicht 1223 . Die Schichten des Dotierbereichs 122 sind mit einem Halbleitermaterial ausgewählt aus der folgenden Gruppe gebildet : GaN, AlGaN, InGaN, Al InGaN . Die Elektronenblockierschicht 1221 erhöht insbesondere eine Einschlussdauer von Ladungsträgern in dem aktiven Bereich 103 . Bevorzugt ist die Elektronenblockierschicht 1221 mit einem AlGaN gebildet , da eine relativ hohe Bandlücke für die Funktion der Elektronenblockierschicht 1221 vorteilhaft ist . Der Rampenbereich 1222 umfasst einen Bereich, in dem die elektrische Bandlücke variiert ist . Insbesondere weist der Rampenbereich 1222 einen variierenden Aluminiumgehalt auf , um eine Rampe der Bandlücke zu erzeugen . Der Rampenbereich 1222 verbessert eine elektrische Inj ektionsef fi zienz und trägt so dazu bei , einen Spannungsabfall in dem p-leitenden Bereich 102 zu verringern . Die erste Kontaktschicht 1223 ist bevorzugt mit GaN gebildet , da eine relativ kleine Bandlücke vorteilhaft ist , um einen guten elektrischen Kontakt zu weiteren nachfolgenden Schichten herzustellen . Der Rampenbereich 1222 ist zwischen der Elektronenblockierschicht 1221 und der erste Kontaktschicht 1223 angeordnet . Die Elektronenblockierschicht 1221 ist auf der dem aktiven Bereich 103 zugewandten Seite des Dotierbereichs 122 angeordnet . Der Abstandsbereich 121 erstreckt sich zwischen der Elektronenblockierschicht 1221 und dem aktiven Bereich 103 .

Der ersten Kontaktschicht 1223 nachfolgend ist eine Elektrode 21 angeordnet . Die Elektrode 21 ist mit einem transparenten, leitfähigen Oxid gebildet . Beispielsweise ist die Elektrode 21 mit Indiumzinnoxid gebildet . Insbesondere beträgt eine vertikale Erstreckung 21Y der Elektrode 21 zwischen 100 nm und 300 nm, bevorzugt zwischen 150 nm und 250 nm . Die Elektrode 21 kann eine Verteilung einer optischen Mode in dem Halbleiterkörper 10 beeinflussen, wodurch sich ein besonders hoher Überlapp der optischen Mode mit dem elektrisch angeregten Bereich des aktiven Bereichs 103 erzeugen lässt .

In dem Halbleiterkörper ist eine Ridgekante R strukturiert . Die Ridgekante R erstreckt sich ausgehend von der Elektrode 21 mindestens bis in die erste Mantelschicht 113 oder durch die erste Mantelschicht 113 hindurch . Die Ridgekante R ist eine stufenförmige Ausnehmung an einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers 10 . Die Ridgekante R begrenzt eine laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers 10 entlang der lateralen Richtung X . Die laterale Richtung X erstreckt sich quer, insbesondere senkrecht zur Stapelrichtung des Halbleiterkörpers 10 . Beispielsweise weist der aktive Bereich 103 eine laterale Erstreckung von 5 pm bis 100 pm, bevorzugt von 15 pm bis 100 pm und besonders bevorzugt von 30 bis 60 pm auf . Figur 2 zeigt eine theoretische Kennlinie eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel . Die Kennlinie zeigt eine optische Ausgangsleistung P in mW in Abhängigkeit eines Betriebsstromes I in mA. Die Ausgangsleistung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel liegt dabei vorteilhaft über der Ausgangsleistung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 gemäß einem Aus führungsbeispiel aus dem Stand der Technik .

Figur 3 zeigt eine theoretische Ef fi zienzkennlinie eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel . Die Kennlinie zeigt einen Steckdosenwirkungsgrad, englisch „Wall-plug Ef ficiency" , kurz WPE , in Prozent in Abhängigkeit einer optischen Ausgangsleistung P in mW . Der Steckdosenwirkungsgrad beschreibt die Energieumwandlungsef fi zienz , mit der das System elektrische Leistung in optische Leistung umwandelt . Er ist definiert als das Verhältnis des Strahlungs flusses ( das heißt der gesamten optischen Ausgangsleistung) zur elektrischen Eingangs lei stung .

Der Steckdosenwirkungsgrad eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel liegt dabei vorteilhaft über dem Steckdosenwirkungsgrad eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 2 gemäß einem Aus führungsbeispiel aus dem Stand der Technik . Der Steckdosenwirkungsgrad des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel erreicht einen Maximalwert von über 41 % bei einer optischen Ausgangsleistung von über 3000 mW . Figur 4 zeigt einen Verlauf einer Bandlücke E _g und einer optischen Intensität Int eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel entlang der vertikalen Richtung Y . Der Verlauf der Intensität Int ist hier und in den folgenden Figuren mit einer gestrichelten Linie dargestellt . Dabei ist erkennbar, dass die optische Intensität Int ein globales Maximum nahe des aktiven Bereichs 103 aufweist . Die optische Intensität Int nimmt in Richtung der Elektrode 21 stetig ab und ist in dem Dotierbereich 122 bereits nahezu Null . Die in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung ist folglich von dem stark absorbierenden Dotierbereich 122 des p-leitenden Bereichs 102 nahezu vollständig abgeschirmt .

Der Verlauf der Bandlücke E _g ist hier und in den folgenden Figuren mit einer durchgehenden Linie dargestellt und weist ein Minimum im Bereich des aktiven Bereichs 103 auf . Die Bandlücke E _g weist ein globales Maximum in der Elektronenblockierschicht 1221 in dem Dotierbereich 122 auf . Ausgehend von dem aktiven Bereich 103 bis zu den Grenz flächen mit der Elektrode 21 und dem Substrat 22 nimmt die Bandlücke E _g in mehreren Stufen zu .

In den n-dotierten Schichten des n-leitenden Bereichs 101 nahe des aktiven Bereichs 103 ist eine Dotierstof fkonzentration gegenüber der ersten Mantelschicht 113 abgesenkt . Beispielsweise ist eine n- Dotierstof f konzentration in dem ersten Wellenleiter 111 und dem zweiten Wellenleiter 112 mindestens um einen Faktor 2 , bevorzugt um mindestens einen Faktor 3 kleiner als eine n- Dotierstof f konzentration in der ersten Mantelschicht 113 . So kann eine optische Absorption in dem n-leitenden Bereich 102 verringert werden.

Figuren 5A bis 5E zeigen jeweils einen Verlauf eines Aluminiumgehaltes c in einem Dotierbereich 122 eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Aluminiumgehalt der Halbleiterschichten in dem Dotierbereich 122 beeinflusst die Bandlücke des Dotierbereichs 122. Ein steigender Aluminiumgehalt bewirkt eine steigende Bandlücke und umgekehrt. In den Figuren 5A bis 5E wird jeweils der Aluminiumgehalt c in Abhängigkeit der vertikalen Richtung Y dargestellt .

Die erste Abstandsschicht 1211 weist ein Halbleitermaterial mit der allgemeinen Summenformel Al _x In _y Gai- _x-y N auf und die Elektronenblockierschicht 1221 weist ein Halbleitermaterial mit der allgemeinen Summenformel Al _q In _z Gai- _q-z N auf, wobei (q-z)- (x-y) > 0,12, bevorzugt (q-z)- (x-y) > 0,15 und besonders bevorzugt (q-z)- (x-y) > 0,2 gilt.

Mit anderen Worten, die Elektronenblockierschicht 1221 weist einen um 12 Prozentpunkte, bevorzugt um 15 Prozentpunkte und besonders bevorzugt um 20 Prozentpunkte höheren Aluminiumgehalt auf als die erste Abstandsschicht 1211. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine erhöhte Bandlücke in der Elektronenblockierschicht 1221 relativ zu der ersten Abstandsschicht 1211. Beispielsweise ist in der Elektronenblockierschicht 1221 Indium enthalten, um eine mechanische Verspannung der Elektronenblockierschicht 1221 relativ zur ersten Kontaktschicht 1223 zu vermindern. Ferner kann durch einen Indiumgehalt eine Bandlücke in der ersten Abstandsschicht 1211 verringert werden. Durch die Kombination eines unterschiedlichen Aluminiumgehaltes und eines unterschiedlichen Indiumgehaltes kann ein Sprung in der Bandlücke zwischen der Elektronenblockierschicht 1221 und der ersten Abstandsschicht 1211 besonders einfach hervorgerufen werden .

Für den Fall , dass in der ersten Abstandsschicht 1211 kein Indium verwendet werden soll , muss der gesamte Bandlückensprung durch einen unterschiedlichen Aluminiumanteil hervorgerufen werden . Folglich gilt insbesondere q-x > 0 , 12 , bevorzugt q-x > 0 , 15 und besonders bevorzugt , q-x > 0 , 2 .

Die Figur 5A zeigt einen ersten Verlauf eines Aluminiumgehalts in dem Dotierbereich 122 . Die Elektronenblockierschicht 1221 ist zwischen einer ersten Kontaktschicht 1223 und einer ersten Abstandsschicht 1211 angeordnet . Der Aluminiumgehalt der Elektronenblockierschicht 1221 ist um mindestens 12 Prozentpunkte höher als der Aluminiumgehalt der ersten Abstandsschicht 1211 . Die erste Kontaktschicht 1223 umfasst bevorzugt kein Aluminium . Der Aluminiumgehalt der ersten Kontaktschicht 1223 ist folglich Null .

Die Figur 5B zeigt einen zweiten Verlauf eines Aluminiumgehalts in dem Dotierbereich 122 . Der zweite Verlauf entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 5A gezeigten ersten Verlauf . Im Unterschied zu dem ersten Verlauf ist zwischen der Elektronenblockierschicht 1222 und der ersten Kontaktschicht 1223 ein Rampenbereich 1222 angeordnet . Der Rampenbereich 1222 beschreibt einen Bereich, in dem ein Aluminiumanteil in einem Halbleiterbereich entlang der vertikalen Richtung Y variiert ist . Der Rampenbereich 1222 umfasst einen Startpunkt 1222a an einer Grenz fläche zu der Elektronenblockierschicht 1221 und einen Endpunkt 1222b an einer Grenz fläche zu der ersten Kontaktschicht 1223 auf . Der Aluminiumgehalt an dem Startpunkt 1222a entspricht höchstens dem Aluminiumgehalt der Elektronenblockierschicht 1221 .

In dem in der Figur 5B gezeigten Verlauf entspricht der Aluminiumgehalt an dem Startpunkt 1222a weniger als Dreiviertel des Aluminiumgehalts der Elektronenblockierschicht 1221 . Durch einen derart ausgewählten Startpunkt 1222a kann eine besonders hohe Inj ektionsef fi zienz und eine ausreichende Funktion der Elektronenblockierschicht 1221 erzielt werden .

In dem Rampenbereich 1222 nimmt der Aluminiumgehalt ausgehend von dem Startpunkt 1222a hin zu dem Endpunkt 1222b stetig ab . An dem Endpunkt 1222b ist der Aluminiumgehalt des Rampenbereichs 1222 gleich dem Aluminiumgehalt der ersten Kontaktschicht 1223 .

Die Figur 5C zeigt einen dritten Verlauf eines Aluminiumgehalts in dem Dotierbereich 122 . Der dritte Verlauf entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 5B gezeigten zweiten Verlauf . Im Unterschied zu dem zweiten Verlauf entspricht der Aluminiumgehalt an dem Startpunkt 1222a weniger als zwei Drittel des Aluminiumgehalts der Elektronenblockierschicht 1221 . Durch einen derart ausgewählten Startpunkt 1222a kann eine besonders hohe In ektionsef fi zienz und eine ausreichende Funktion der Elektronenblockierschicht 1221 erzielt werden . In dem Rampenbereich 1222 nimmt der Aluminiumgehalt ausgehend von dem Startpunkt 1222a hin zu dem Endpunkt 1222b stetig ab . An dem Endpunkt 1222b ist der Aluminiumgehalt des Rampenbereichs 1222 höher als der Aluminiumgehalt der ersten Kontaktschicht 1223 . Folglich verbleibt eine Stufe in dem Verlauf des Aluminiumgehaltes zwischen dem Rampenbereich 1222 und der ersten Kontaktschicht 1223 .

Die Figur 5D zeigt einen vierten Verlauf eines Aluminiumgehalts in dem Dotierbereich 122 . Der vierte Verlauf entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 5B gezeigten zweiten Verlauf . Im Unterschied zu dem zweiten Verlauf entspricht der Aluminiumgehalt an dem Startpunkt 1222a weniger als der Häl fte des Aluminiumgehalts der Elektronenblockierschicht 1221 . Durch einen derart ausgewählten Startpunkt 1222a kann eine besonders hohe Inj ektionsef fi zienz und eine ausreichende Funktion der Elektronenblockierschicht 1221 erzielt werden .

In dem Rampenbereich 1222 nimmt der Aluminiumgehalt ausgehend von dem Startpunkt 1222a hin zu dem Endpunkt 1222b in einer Mehrzahl von Stufen ab . An dem Endpunkt 1222b ist der Aluminiumgehalt des Rampenbereichs 1222 höher als der Aluminiumgehalt der ersten Kontaktschicht 1223 . Folglich verbleibt eine Stufe in dem Verlauf des Aluminiumgehaltes zwischen dem Rampenbereich 1222 und der ersten Kontaktschicht 1223 . Ein stufenförmiger Rampenbereich 1222 ist vorteilhaft besonders einfach herstellbar .

Die Figur 5E zeigt einen fünften Verlauf eines Aluminiumgehalts in dem Dotierbereich 122 . Der fünfte Verlauf entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 5B gezeigten zweiten Verlauf . Im Unterschied zu dem zweiten Verlauf entspricht der Aluminiumgehalt an dem Startpunkt 1222a weniger als der Häl fte des Aluminiumgehalts der Elektronenblockierschicht 1221 . Durch einen derart ausgewählten Startpunkt 1222a kann eine besonders hohe Inj ektionsef fi zienz und eine ausreichende Funktion der Elektronenblockierschicht 1221 erzielt werden .

In dem Rampenbereich 1222 bleibt der Aluminiumgehalt ausgehend von dem Startpunkt 1222a hin zu dem Endpunkt 1222b zunächst konstant und nimmt anschließend stetig ab . An dem Endpunkt 1222b ist der Aluminiumgehalt des Rampenbereichs

1222 gleich dem Aluminiumgehalt der ersten Kontaktschicht

1223 .

Figuren 6A bis 6D zeigen j eweils einen Verlauf einer Bandlücke in einer ersten Abstandsschicht 1211 eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel .

Die Figur 6A zeigt einen ersten Verlauf einer Bandlücke , die eine Stufe an einer Grenz fläche zur zweiten Abstandsschicht 1212 aufweist und anschließend stetig bis zur Grenz fläche mit dem Dotierbereich 122 zunimmt .

Die Figur 6B zeigt einen zweiten Verlauf einer Bandlücke , die ausgehend von der Grenz fläche zur zweiten Abstandsschicht 1212 stetig bis zur Grenz fläche mit dem Dotierbereich 122 zunimmt . Ein besonders stetiger Verlauf der Bandlücke ohne Stufen ist besonders vorteilhaft für eine hohe Inj ektionsef fi zienz .

Die Figur 6C zeigt einen dritten Verlauf einer Bandlücke , die ausgehend von der Grenz fläche zur zweiten Abstandsschicht 1212 in einer Mehrzahl von Stufen bis zur Grenz fläche mit dem Dotierbereich 122 zunimmt . Ein derartiger Verlauf ist beispielsweise besonders einfach herstellbar durch die Verwendung einer mehrschichtigen ersten Abstandsschicht 1211 . Beispielsweise umfasst die erste Abstandsschicht 1211 drei oder mehr Schichten mit Halbleitermaterial und j eweils unterschiedlichen Bandlücken .

Die Figur 6D zeigt einen vierten Verlauf einer Bandlücke , die ausgehend von der Grenz fläche zur zweiten Abstandsschicht 1212 in einer Kombination aus einer Stufe und einem teilweise stetigen Verlauf bis zur Grenz fläche mit dem Dotierbereich 122 zunimmt .

Figur 7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Das zweite Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 dargestellten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist in dem zweiten Aus führungsbeispiel keine Ridgekante R vorgesehen . Eine laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers 10 ist so erhöht . Vorteilhaft können so Breitstrei fenlaser hergestellt werden . Beispielsweise weist der aktive Bereich 103 eine laterale Erstreckung von mindestens 50 pm, bevorzugt von mindestens 100 pm und besonders bevorzugt von mindestens 150 pm auf .

Ferner ist der erste Wellenleiter 111 mit einem Material gemäß der folgenden Zusammensetzung gebildet : In _n Gai- _n N, und die dritte Abstandsschicht 1213 ist mit einem Material gemäß der folgenden Zusammensetzung gebildet : In _m Gai- _m N, wobei für den Unterschied des Indiumgehalts folgender Zusammenhang gilt: | n-m | > 0,003, bevorzugt | n-m | > 0,008 und besonders bevorzugt | n-m | > 0,01. Mit anderen Worten, ein Indiumgehalt der dritten Abstandsschicht 1213 unterscheidet sich von einem Indiumgehalt des ersten Wellenleiters 111 um mindestens 0,3 Prozentpunkte, bevorzugt um mindestens 0,8 Prozentpunkte und besonders bevorzugt um mindestens 1 Prozentpunkt.

Vorteilhaft ist der Indiumgehalt in dem ersten Wellenleiter 111 höher als der Indiumgehalt in der dritten Abstandsschicht 1213. Beispielsweise weist der erste Wellenleiter 111 einen Indiumgehalt von 5 % auf und die dritte Abstandsschicht 1213 weist einen Indiumgehalt von 4 % auf. Ein Unterschied in dem Indiumgehalt kann eine Injektionseffizienz von Ladungsträgern in den aktiven Bereich 103 erhöhen. Zusätzlich kann eine Herstellung des Halbleiterbauelements 1 erleichtert sein durch die Unterscheidbarkeit des ersten Wellenleiters 111 und der dritten Abstandsschicht 1213.

Bevorzugt enthalten der erste Wellenleiter 111 und/oder die dritte Abstandsschicht 1213 zwischen 0 % und 10 %, bevorzugt zwischen 0,5 %und 6 % Indium. Beispielsweise gilt für die Summenformel des ersten Wellenleiters 111 und der dritten Abstandsschicht 1213 0 < n < 0,1, bevorzugt 0,005 < n < 0,06 und 0 < m < 0,1, bevorzugt 0,005 < m < 0,06.

Figur 8 zeigt einen Verlauf einer Bandlücke in einer ersten Abstandsschicht 1211 relativ zu einer ersten Mantelschicht 113 eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Bandlücke 1211E _g des ersten Abstandsbereichs 1211 ist höchstens so hoch wie die Bandlücke 113E _g der ersten Mantelschicht 113. Dies ist beispielsweise durch eine Einstellung des Aluminiumgehaltes möglich. Ein Aluminiumgehalt der ersten Abstandsschicht 1211 ist höchstens so hoch wie ein Aluminiumgehalt der ersten Mantelschicht 113 . Durch einen gleich hohen oder höheren Aluminiumgehalt in der ersten Mantelschicht 113 ergibt sich insbesondere ein großer Überlappbereich einer in dem Halbleiterkörper 10 propagierenden optischen Mode mit einem elektrisch gepumpten Abschnitt des aktiven Bereichs 103 . Folglich kann ein vorteilhaft niedriger Laserschwellstrom erzielt werden .

Figur 9 zeigt einen Verlauf einer Bandlücke und einer optischen Intensität eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel .

An einer Grenz fläche zwischen dem ersten Wellenleiter 111 und dem zweiten Wellenleiter 112 und/oder an einer Grenz fläche des zweiten Wellenleiters 112 zu der ersten Mantelschicht 113 sind bevorzugt Spitzendotierbereiche eingebracht .

Spitzendotierbereiche sind lokal begrenzte Überhöhungen einer Dotierstof fkonzentration . Insbesondere ist eine Konzentration eines n-Dotierstof f es an den Grenz flächen zwischen dem ersten Wellenleiter 111 und dem zweiten Wellenleiter 112 und zwischen dem zweiten Wellenleiter 112 und der ersten Mantelschicht 113 gegenüber dem unmittelbar angrenzenden Bereich erhöht . Beispielsweise steigt eine Dotierung des Spitzendotierbereiches in Richtung weg von dem aktiven Bereich 103 wenigstens um einen ersten Prozentwert an und fällt wieder um wenigstens einen zweiten Prozentwert ab, wobei der erste und der zweite Prozentwert größer als 10 % einer maximalen Dotierung des Spitzendotierbereiches sind . Vorteilhaft kann so ein Spannungsabfall in dem n-leitenden Bereich 101 verringert oder vermieden werden .

Vorteilhaft ist der Verlauf der Bandlücke E _G in einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers 10 j eweils konstant innerhalb der Bereiche in dem n-leitenden Bereich 101 . Mit anderen Worten, die Bandlücke E _G innerhalb des ersten Wellenleiters 111 , des zweiten Wellenleiters 112 und der ersten Mantelschicht 113 sind j eweils konstant entlang ihrer vertikalen Erstreckung .

Figur 10 zeigt einen Verlauf einer Bandlücke und einer optischen Intensität eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel . Das dritte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 9 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel grenzt der erste Wellenleiter 111 direkt an die erste Mantelschicht 113 an . Dadurch entfällt ein zweiter Wellenleiter 112 .

Figur 11 zeigt einen Verlauf einer Bandlücke und einer optischen Intensität eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel 1 . In der Figur 11 ist insbesondere erkennbar, dass eine vertikale Erstreckung 122Y des Dotierbereichs 122 geringer ist als eine vertikale Erstreckung 121Y des Abstandsbereichs 121 . Die vertikale Erstreckung 122Y des Dotierbereichs 122 entspricht höchstens einem Drittel , bevorzugt höchstens einem Fünftel , besonders bevorzugt höchstens einem Achtel der vertikalen Erstreckung 121Y des Abstandsbereichs 121Y . So ist eine besonders gute Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung vor dem absorbierenden Dotierbereich 122 ermöglicht .

Die vertikale Erstreckung 122Y des Dotierbereichs 122 beträgt weniger als 150 nm, bevorzugt weniger als 100 nm, besonders bevorzugt weniger als 50 nm . Eine besonders geringe vertikale Erstreckung 122Y des Dotierbereichs 122 trägt zu einer vorteilhaft geringen optischen Absorption innerhalb des Halbleiterkörpers 10 bei .

Figur 12 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Das vierte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 dargestellten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist in dem vierten Aus führungsbeispiel ein Tunneldiodenbereich 104 auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des p- dotierten Bereichs 102 angeordnet .

Der Tunneldiodenbereich 104 weist insbesondere eine hohe Dotierstof fkonzentration von p- und n-Dotierstof f en auf . Bevorzugt weist der Tunneldiodenbereich 104 eine n- Dotierstof f konzentration von mehr als 10 ¹⁹ cur ³ auf . Weiter bevorzugt weist der Tunneldiodenbereich 104 eine p- Dotierstof f konzentration von mehr als 5* 10 ¹⁹ cur ³ , bevorzugt von mehr als 10 ²⁰ cur ³ auf . Der Tunneldiodenbereich 104 weist insbesondere eine geringe Dicke auf . Eine Dicke gilt hier und im Folgenden als eine Erstreckung in der vertikalen Richtung . Beispielsweise weist der Tunneldiodenbereich 104 eine vertikale Erstreckung 104Y von höchstens 50 nm, bevorzugt von höchstens 30 nm und besonders bevorzugt von höchstens 5 nm auf . Aufgrund der hohen Dotierstof fkonzentration und der geringen vertikalen Erstreckung des Tunneldiodenbereichs 104 kann eine derart schmale Raumladungs zone ausgebildet werden, dass ein Transport von Ladungsträgern mittels quantenmechanischer Tunnelef fekte ermöglicht wird . Vorteilhaft kann dadurch ein p-dotierter Bereich mit einem geringen elektrischen Widerstand mit einem n-dotierten Bereich elektrisch leitend verbunden werden .

Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist weiter eine zweite Mantelschicht 105 auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des Tunneldiodenbereichs 104 auf . Die zweite Mantelschicht 105 ist auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des Tunneldiodenbereichs 104 angeordnet . Bevorzugt ist die zweite Mantelschicht 105 n- dotiert . Die zweite Mantelschicht 105 ist beispielsweise mit AlGaN gebildet . Insbesondere weist die zweite Mantelschicht 105 die gleiche Zusammensetzung auf , wie die erste Mantelschicht 113 . Alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn die erste Mantelschicht 113 eine geringere Al- Konzentration aufweist als die zweite Mantelschicht 105 . Die zweite Mantelschicht 105 weist beispielsweise eine vertikale Erstreckung 105Y zwischen 1 nm und 2 pm, bevorzugt zwischen 50 nm und 800 nm und besonders bevorzugt zwischen 150 nm und 500 nm auf .

Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst zusätzlich eine zweite Kontaktschicht 106 auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des Tunneldiodenbereichs 104 . Die zweite Kontaktschicht 106 ist auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite der zweiten Mantelschicht 105 angeordnet . Die zweite Kontaktschicht 106 ist bevorzugt mit GaN gebildet , da eine relativ kleine Bandlücke vorteilhaft ist , um einen guten elektrischen Kontakt zu weiteren nachfolgenden Schichten herzustellen . Die zweite Kontaktschicht 106 ist insbesondere n-dotiert .

Durch die Verwendung des Tunneldiodenbereichs 104 kann eine vertikale Erstreckung des Abstandsbereichs 121Y vorteilhaft verringert werden . Beispielsweise beträgt eine vertikale Erstreckung des Abstandsbereichs 121Y zwischen 1 nm und 1 pm, bevorzugt zwischen 20 nm und 500 nm und besonders bevorzugt zwischen 50 nm und 350 nm . Eine geringere vertikale Erstreckung des Abstandsbereichs 121Y kann zu einer vorteilhaft verringerten nichtstrahlenden Re kombinat ions Wahrscheinlichkeit führen .

Figur 13 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel . Das fünfte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 12 dargestellten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem vierten Aus führungsbeispiel ist zwischen dem Tunneldiodenbereich 104 und der zweiten Kontaktschicht 106 keine zweite Mantelschicht 105 angeordnet . Ferner ist auf der der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite der zweiten Kontaktschicht 106 eine Elektrode 21 angeordnet . Beispielsweise ist die Elektrode 21 mit einem Indiumzinnoxid gebildet . Insbesondere beträgt eine vertikale Erstreckung der Elektrode 21Y zwischen 100 nm und 300 nm, bevorzugt zwischen 150 nm und 250 nm . Durch den Verzicht auf eine zweite Mantelschicht 105 kann eine mechanische Verspannung des Halbleiterkörpers 10 vorteilhaft reduziert werden .

Figur 14 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel . Das sechste Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 12 dargestellten vierten Aus führungsbeispiel . Zusätzlich enthält das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 eine Elektrode 21 , die auf der der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite der zweiten Kontaktschicht 106 angeordnet ist . Eine Schichtdicke der zweiten Mantelschicht 105Y kann durch die Elektrode 21 verringert werden . Folglich ist eine mechanische Verspannung des Halbleiterkörpers 10 vorteilhaft reduziert .

Figur 15 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Das siebte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 12 dargestellten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem vierten Aus führungsbeispiel sind eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern 10 übereinander angeordnet , wobei j eweils zwischen zwei Halbleiterkörpern 10 ein Tunneldiodenbereich 104 angeordnet ist . Ein erster Halbleiterkörper 11 ist auf einem Substrat 22 angeordnet und ein zweiter Halbleiterkörper 12 ist auf einer dem Substrat 22 abgewandten Seite des ersten Halbleiterkörpers 11 angeordnet . Der erste Halbleiterkörper 11 umfasst keine zweite Kontaktschicht 106 . Der zweite Halbleiterkörper 12 umfasst keine erste Mantelschicht 113 .

Mittels des Tunneldiodenbereichs 104 ist ein elektrischer Anschluss eines p-dotierten Bereichs 102 des ersten Halbleiterkörpers 11 mit einem n-dotierten Bereich 101 des zweiten Halbleiterkörpers 12 möglich . Eine Stapelung von mehreren Halbleiterkörpern 10 kann eine sehr kompakte Lichtquelle mit besonders hoher Ausgangsleistung und Steilheit ergeben .

Figur 16 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem achten Aus führungsbeispiel . Das achte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 15 dargestellten siebten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem siebten Aus führungsbeispiel umfasst der zweite Halbleiterkörper 12 keine zweite Mantelschicht 105 . Ferner umfasst der zweite Halbleiterkörper 12 eine Elektrode 21 auf der dem Substrat 22 abgewandten Seite der zweiten Kontaktschicht 106 .

Figur 17 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem neunten Aus führungsbeispiel . Das neunte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 12 dargestellten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem vierten Aus führungsbeispiel erstreckt sich eine Ridgekante R ausgehend von der zweiten Kontaktschicht 106 bis höchstens zur Elektronenblockierschicht 1221 . Vorteilhaft kann so ein ausdi f fundieren von Wasserstof f aus dem p-dotierten Bereich 122 und dem Tunneldiodenbereich 104 erleichtert sein . Vorteilhaft ergibt sich so eine verbesserte Aktivierung der p-Dotierung in dem p-dotierten Bereich 102 und dem Tunneldiodenbereich 104 . Beispielsweise erfolgt eine Aktivierung der p-Dotierung durch einen Temperaturschritt und unter Zugabe von Sauerstof f .

Zusätzlich umfasst das neunte Aus führungsbeispiel ein Kontaktelement 107 . Das Kontaktelement 107 ist auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite der zweiten Kontaktschicht 106 angeordnet . Bevorzugt ist eine laterale Ausdehnung des Kontaktelements 107 geringer als eine laterale Ausdehnung des aktiven Bereichs 103 . So kann eine laterale Modenführung verbessert werden . Beispielsweise ist das Kontaktelement 107 mit Metall gebildet . Metall weist einen vorteilhaft geringen elektrischen Widerstand auf .

Figur 18 zeigt einen Verlauf einer Bandlücke E _G eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem zehnten Aus führungsbeispiel . Figur 18 zeigt einen Verlauf einer Bandlücke E _G innerhalb eines Abstandsbereichs 121 . Die Bandlücke E _G nimmt innerhalb der ersten Abstandsschicht 1211 ausgehend von einer dem aktiven Bereich 103 zugewandten Grenz fläche zu . Mit anderen Worten, eine elektrische Bandlücke E _G nimmt innerhalb der ersten Abstandsschicht 1211 mit einer zunehmenden Entfernung von dem aktiven Bereich 103 zu . Die Zunahme der elektrischen Bandlücke E _G wird insbesondere durch eine Zunahme eines Anteils von Aluminium in der ersten Abstandsschicht 1211 hervorgerufen . Bevorzugt nimmt ein Anteil von Aluminium in der ersten Abstandsschicht 1211 mit zunehmender Entfernung von dem aktiven Bereich 103 zu . Die elektrische Bandlücke E _G verändert sich entlang einer vertikalen Erstreckung der ersten Abstandsschicht 1211 beispielsweise kontinuierlich oder stufenförmig . Durch eine derart geformte Bandlücke E _G innerhalb der ersten Abstandsschicht 1211 wird vorteilhaft eine niedrigere Ladungsträgerdichte innerhalb der ersten Abstandsschicht 1211 erzielt , wodurch eine Wahrscheinlichkeit für nichtstrahlende Rekombinationsvorgänge vorteilhaft vermindert ist .

Weiter zeigt die Figur 18 den Verlauf der Bandlücke E _G innerhalb der zweiten Abstandsschicht 1212 . Die Bandlücke E _G innerhalb der zweiten Abstandsschicht 1212 nimmt ausgehend von einer dem aktiven Bereich 103 zugewandten Grenz fläche zu . Mit anderen Worten, eine elektrische Bandlücke E _G nimmt innerhalb der zweiten Abstandsschicht 1212 mit einer zunehmenden Entfernung von dem aktiven Bereich 103 zu . Die Zunahme der elektrischen Bandlücke E _G wird insbesondere durch eine Abnahme eines Anteils von Indium in der zweiten Abstandsschicht 1212 hervorgerufen . Bevorzugt nimmt ein Anteil von Indium in der zweiten Abstandsschicht 1212 mit zunehmender Entfernung von dem aktiven Bereich 103 ab . Die elektrische Bandlücke E _G verändert sich entlang einer vertikalen Erstreckung der zweiten Abstandsschicht 1212 beispielsweise kontinuierlich oder stufenförmig . Durch eine derart geformte Bandlücke E _G innerhalb der zweiten Abstandsschicht 1212 wird vorteilhaft eine niedrigere Ladungsträgerdichte innerhalb der zweiten Abstandsschicht 1212 erzielt , wodurch eine Wahrscheinlichkeit für nichtstrahlende Rekombinationsvorgänge vorteilhaft vermindert ist . An der Grenz fläche zwischen der zweiten Abstandsschicht 1212 und der dritten Abstandsschicht 1213 weist die Bandlücke E _G eine Stufe auf .

Vorteilhaft ist der Verlauf der Bandlücke E _G j eweils konstant innerhalb der Bereiche in dem n-leitenden Bereich 101 im Verlauf der Stapelrichtung des Halbleiterkörpers 10 . Mit anderen Worten, die Bandlücke E _G innerhalb des ersten Wellenleiters 111 , des zweiten Wellenleiters 112 und der ersten Mantelschicht 113 sind j eweils konstant entlang ihrer vertikalen Erstreckung .

Figur 19 zeigt einen Verlauf einer Bandlücke E _G eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem el ften Aus führungsbeispiel . Das el fte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 18 gezeigten zehnten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem zehnten Aus führungsbeispiel weist die Bandlücke E _G in der Grenz fläche zwischen der zweiten Abstandsschicht 1212 und der dritten Abstandsschicht 1213 keine stufe auf . Mit anderen Worten, eine Bandlücke E _G der zweiten Abstandsschicht 1212 an der Grenz fläche zu der dritten Abstandsschicht 1213 entspricht der Bandlücke E _G der dritten Abstandsschicht 1213 . Alternativ kann auch auf eine dritte Abstandsschicht 1213 verzichtet werden . Für diesen Fall ergibt sich eine Grenz fläche zwischen der zweiten Abstandsschicht 1212 und dem aktiven Bereich 103 .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102022110693 . 4 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .

Bezugs zeichenliste

I optoelektronisches Halbleiterbauelement

10 Halbleiterkörper

I I erster Halbleiterkörper

12 zweiter Halbleiterkörper

101 n-leitender Bereich

102 p-leitender Bereich

103 aktiver Bereich

104 Tunneldiodenbereich

21 Elektrode

22 Substrat

121 Abstandsbereich

1211 erste Abstandsschicht

1212 zweite Abstandsschicht

1213 dritte Abstandsschicht

122 Dotierbereich

1221 Elektronenblockierschicht

1222 Rampenbereich

1223 erste Kontaktschicht

106 zweite Kontaktschicht

I I I erster Wellenleiter

112 zweiter Wellenleiter

113 erste Mantelschicht

105 zweite Mantelschicht

107 Kontaktelement

R Ridgekante

21Y vertikale Erstreckung der Elektrode

121Y vertikale Erstreckung des Abstandsbereichs

1211Y vertikale Erstreckung der ersten Abstandsschicht

122Y vertikale Erstreckung des Dotierbereichs

104Y vertikale Erstreckung des Tunneldiodenbereichs

105Y vertikale Erstreckung der zweiten Mantelschicht 1222a Startpunkt des Rampenbereichs

1222b Endpunkt des Rampenbereichs

1211 E _g Bandlücke der ersten Abstandsschicht

113 E _g Bandlücke der ersten Mantelschicht I Strom

Int Intensität

Eg Bandlücke

Y vertikale Richtung

X laterale Richtung