DE102008022503A1 - Photonische Kristallstrukturen und Verfahren zum Herstellen und Verwenden photonischer Kristallstrukturen - Google Patents

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Abstract

Eine Licht emittierende Vorrichtung, welche eine vergrabene photonische Bandlücken(PBG)-Struktur aufweist, wird erzeugt unter Verwendung einer relativ einfachen Herstellungsmethode, die als epitaktisches Lagenüberwachstum (ELOG) bekannt ist. Durch Ven und Nachteile, welche mit den bekannten Techniken des Ätzens von Löchern in eine LED-Emissionsoberfläche zum Bilden der PBG-Struktur verbunden sind, vermieden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft photonische Kristallstrukturen und insbesondere eine photonische Kristallstruktur, welche zwischen Schichten einer Halbleitervorrichtung vergraben ist, um eine verbesserte externe Extraktionseffizienz bereitzustellen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In der Industrie der elektrisch-zu-optisch Licht emittierenden Vorrichtungen, wie beispielsweise Laser und Leuchtdioden (LEDs), werden kontinuierlich Versuche unternommen, um die Effizienz zu verbessern, mit welcher elektrische Energie, die in die Vorrichtung eingebracht wird, in Licht konvertiert wird, was als Quanteneffizienz bekannt ist. Um die externe Quanteneffizienz, ηext, einer Licht emittierenden Vorrichtung wie beispielsweise eines Lasers oder eine LED zu verbessern, ist es wünschenswert, die Injektionseffizienz, ηinj, in das aktive Gebiet zu maximieren und die reaktive Rekombination, ηrad, zu verbessern, bei Maximierung der Extraktionseffizienz ηout aus der Vorrichtung heraus. Die gesamte externe Quanteneffizienz ist definiert durch die Gleichung ηext = ηinj ηrad ηout. Der Term ηlnj kann nahe eins gemacht werden durch die Einführung von Heterobarrieren und aktiven Multi-Quantentopf-(engl. multi quantum well, MQW)-Gebieten, während der Term ηrad nahe eins gemacht werden kann durch Reduzieren den Quellen von nicht-strahlenden Zentren in epitaktischen Materialien schlechter Qualität. Die Extraktionseffizienz ηout für planare LEDs ist limitiert durch das Snelliussche Gesetz auf ungefähr 2 bis 4% aufgrund der großen Brechungsindexdiskontinuität an der Halbleiter/Luft-Grenzfläche. Verschiedene Vorrichtungen und Techniken, wie beispielsweise beugende Braggreflexions(DBR)-Spiegel, texturierte Oberflächen, Photonrecycling, pyramidale Formung, und radiale Auskopplungsabschrägung werden verwendet, um die Extraktionseffizienz zu erhöhen. Einige dieser Vorrichtungen und Techniken haben eine mehr als 50-prozentige Verbesserung in der Extraktionseffizienz ergeben.
  • Der Nachteil dieser Vorrichtungen und Techniken ist, dass sie nur erlauben einen kleinen Teil der optischen Moden von der Licht emittierenden Vorrichtung zu extrahieren. Leckmoden und geführte Moden gehen verloren aufgrund von Reabsorption von Elektronen in dem ungepumpten aktiven Gebiet. Die Anzahl an optischen Moden kann gesteuert werden durch Reduzieren der Größe des optischen Volumens auf die Größe einer Wellenlänge. Die Einführung einer photonischen Kristallstruktur, auch bekannt als eine Bandlücken(PBG)-Struktur, in eine Licht emittierende Vorrichtung wurde vorgeschlagen, um sowohl die geführten als auch die Leckmoden zu verhindern. Eine photonische Bandlückenstruktur steuert die Anzahl der optischen Moden durch Einführen von periodischen Reflexionen für alle Ausbreitungsrichtungen. Die periodischen Variationen in dem Indexprofil erzeugen eine Bandlücke in der Frequenzdomäne wo keine optischen Moden erlaubt sind. Wenn es keine verfügbaren optischen Moden gibt, kann es keine spontane Emission geben. Die PBG-Struktur ist ausgebildet, um ein verbotenes Band bei der Übergangsfrequenz der spontanen Emission aufzuweisen. Durch Einführen eines Defektes (d. h., einer fehlenden Periode) in der photonischen Bandlückenstruktur kann die Anzahl an erlaubten optischen Moden gesteuert werden. Abhängig von seinen Abmessungen kann ein einzelner Defekt in der photonischen Bandlückenstruktur ausgebildet sein, der einer einzigen optischen Mode zu existieren erlaubt und die sicherstellt, dass die gesamte spontane Emission, welche durch Elektroden-Loch-Rekombination erzeugt wird, nur an diese Mode koppeln kann. Wenn diese Mode Licht effizient aus der Licht emittierenden Vorrichtung auskoppelt, wird sie eine sehr hohe externe Quanteneffizienz aufweisen.
  • LEDs mit einer zwei-dimensionalen (2-D) PBG-Strukturen wurden erzeugt. Die 2-D PBG wird typischerweise gebildet durch Ätzen von Löchern in eine LED-Emissionsoberfläche. Zum Beispiel beschreiben in einem Artikel mit dem Titel "InGaN/GaN QW heterostructure LEDs employing photonic crystal structures", veröffentlicht in "Applied Physics Letters 84, 3885 (2004), J Wierer et al. solch eine Vorrichtung. Diese Verfahren haben nicht zu riesigen Verbesserungen in der externen Quanteneffizienz von LEDs geführt, primär aufgrund des Weges, auf welchem die PBG gefertigt wird. In allen Fällen werden geätzte Löcher verwendet, um die periodischen Indexvariationen zu erzeugen, welche resultieren in 1) einer schlechten Injektionseffizienz in das aktive Gebiet und 2) erhöhter nicht strahlender Rekombination an der geätzten Oberfläche (d. h. Oberflächenzuständen). Zusätzlich werden Bodenreflektoren verwendet, um das abgegebene Licht zu extrahieren, was kein extrem effizienter Mechanismus zum Extrahieren von Licht ist.
  • Entsprechend besteht kein Bedürfnis für eine photonische Kristallstruktur, welche eine verbesserte externe Extraktionseffizienz aufweist und welche nicht auf dem Erzeugen einer 2-D PBG durch Ätzen von Löchern in eine LED-Emissionsoberfläche beruht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung liefert eine Licht emittierende Vorrichtung mit einer verbesserten Extraktionseffizienz und ein Verfahren zum Herstellen der Licht emittierenden Vorrichtung. Die Licht emittierende Vorrichtung umfasst ein Substrat mit einer oberen Oberfläche, eine Pufferschicht aus Galliumnitrid (GaN) angeordnet auf der oberen Oberfläche des Substrats, eine dielektrische Maskenschicht, welche ein Muster von hierin gebildeten Öffnungen aufweist, n-Typ oder p-Typ GaN angeordnet auf der Pufferschicht und sich vertikal und lateral durch jede der Öffnungen erstreckend, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, eine oder mehrere Quantentopf(engl. quantum well, QW)-Strukturen angeordnet über oder unter der strukturierten dielektrischen Maskenschicht, um ein aktives Gebiet innerhalb der Licht emittierenden Vorrichtung zu bilden, und einer Schicht aus n-Typ oder p-Typ GaN angeordnet über dem aktiven Gebiet. Das GaN, welches sich vertikal und lateral durch die Öffnungen, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, erstreckt, erzeugt ein periodisch variierendes Brechungsindexprofil in der Licht emittierenden Vorrichtung, welches den Einschluss von Licht in dem aktiven Gebiet fördert/begünstigt, was wiederum die Extraktionseffizienz verbessert. Wenn das GaN, welches sich vertikal und lateral durch die in der dielektrischen Maskenschicht gebildeten Öffnungen erstreckt, n-Typ GaN ist, dann ist die Schicht aus GaN, welche über dem aktiven Gebiet angeordnet ist, p-Typ GaN. Wenn das GaN, welches sich vertikal und lateral durch die in der dielektrischen Maskenschicht gebildeten Öffnungen erstreckt, p-Typ GaN ist, dann ist das GaN, welches über dem aktiven Gebiet angeordnet ist, n-Typ GaN.
  • Das Verfahren zum Herstellen der Licht emittierenden Vorrichtung umfasst das Bilden einer dielektrischen Maskenschicht mit einem Muster von Öffnungen in einer Schicht von p-Typ oder n-Typ GaN, welche auf einem Substrat angeordnet ist, Aufwachsen von n-Typ oder p-Typ GaN unter Bedingungen, die ausgewählt sind, um das GaN zu veranlassen, vertikal und lateral in einer kontrollierten Weise zu wachsen, so dass das GaN sich vertikal und lateral durch die Öffnungen erstreckt, welche in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, Aufwachsen eines oder mehrerer Quantentöpfe (QW) an einem oder mehreren Orten über oder unter allen der strukturierten dielektrischen Maskenschicht, um ein aktives Gebiet zu liefern, in welchem Elektronen in Photonen konvertiert werden, und aufwachsen einer Schicht von n-Typ oder p- Typ GaN über dem aktiven Gebiet. Wenn das GaN, welches sich vertikal und lateral durch die Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, n-Typ GaN ist, dann ist das GaN, welches über dem aktiven Gebiet aufgewachsen wird, p-Typ GaN. Wenn das GaN, welches sich durch die Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, p-Typ GaN ist, dann ist das GaN, welches über dem aktiven Gebiet aufgewachsen wird, n-Typ GaN.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung, welche eine darin vergrabene photonische Kristallstruktur hat gemäß einer anschaulichen Ausführungsform.
  • 2 veranschaulicht ein Flussdiagramm, welches das Verfahren gemäß einer Ausführungsform zum Herstellen der in 1 dargestellten Halbleitervorrichtung repräsentiert.
  • 3 veranschaulicht ein Querschnittsdiagramm einer Halbleitervorrichtung, welche eine darin vergrabene photonische Kristallstruktur hat gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform.
  • 4 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung, welche eine hierin vergrabene photonische Kristallstruktur hat gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform.
  • 5 veranschaulicht ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zum Herstellen in der in 4 dargestellten Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform repräsentiert.
  • 6 veranschaulicht eine Querschnittsseitenansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung, welche eine hierin vergrabene photonische Kristallstruktur hat gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform.
  • 7A und 7B sind Draufsichten von jeder der in 1, 3, 4 und 6 dargestellten Licht emittierenden Vorrichtungen.
  • 8 veranschaulicht eine Draufsicht auf jede der in 1, 3, 4 und 6 dargestellten Vorrichtungen in welchen die Licht emittierende Vorrichtung in einer hexagonalen Anordnung hergestellt wurde, welche einen einzigen Defekt in dem Zentrum der Anordnung aufweist.
  • 9 veranschaulicht schematisch ein Querschnittsdiagramm einer LED-Vorrichtung, welche hierin die pyramidalen Mikrostrukturen gebildet hat zum Verbessern der Quantenextraktionseffizienz.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ANSCHAULICHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ein relativ einfaches Verfahren zum Herstellen einer 2-D PBG, hierin auch als photonische Kristallstruktur bezeichnet, wird bereitgestellt, welches ein epitaktisches Schichtüberwachstum (engl. epitaxial layer overgrowth, FLOG) als Herstellungsprozess verwendet. Die photonische Kristallstruktur ist vorzugsweise vollständig vergraben und vermeidet dadurch die vorstehend angesprochenen Schwierigkeiten und Nachteile, welche mit der vorstehend beschriebenen Methode des Ätzens von Löchern in eine LED-Emissionsoberfläche verbunden sind.
  • 1 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung 1 mit einer darin vergrabenen photonischen Kristallstruktur gemäß einer anschaulichen Ausführungsform. 2 zeigt ein Flussdiagramm welches gemäß einer Ausführungsform das Verfahren zum Herstellen der in 1 dargestellten Halbleitervorrichtung 1 repräsentiert. Die Teile der in 1 dargestellten Halbleitervorrichtung 1 werden beschrieben mit Bezug auf die Weise, in welcher sie in der Vorrichtung 1 gebildet werden unter Verwendung des Verfahrens, welches durch das in 2 dargestellte Flussdiagramm repräsentiert ist.
  • Eine dielektrische Schicht 4 von Siliziumdioxid (SiO2) wird abgeschieden auf einer Pufferschicht aus Galliumnitrid (GaN) 3, gebildet auf der oberen Oberfläche (0001) eines Saphir (Al2O3)-Substrats 2. Dieser Schritt wird in einem Reaktor (nicht dargestellt) durchgeführt unter Bedingungen (beispielsweise Temperaturen), welche geeignet sind zum Deponieren der dielektrischen SiO2 Schicht 4. Alternativ kann die dielektrische Schicht 4 stattdessen über einer dickeren (z. B. ungefähr 2 Mikrometer (μm)) n-Typ GaN Schicht deponiert werden, die vorher über die Pufferschicht 3 deponiert wurde. Die Pufferschicht 3 wirkt als eine Keimschicht, um die nachfolgenden epitaktischen GaN Schichten aufzuwachsen und enthält vorzugsweise viele Versetzungen. Der Schritt des Deponierens der dielektrischen Schicht 4 wird durch Block 21 in 2 repräsentiert.
  • Die Vorrichtung 1, welche das Substrat 2 und die Schichten 3 und 4 umfasst, wird von dem Reaktor entfernt und einem Strukturierungsprozess (zum Beispiel Ätzen) unterworfenen, durch welchen Öffnungen 5 in der dielektrischen Schicht 4 gebildet werden, um die darunter liegende GaN Pufferschicht 3 durch die Öffnungen 5 freizulegen. Dieser Schritt wird durch Block 23 in 2 repräsentiert. Das Muster ist periodisch und vorzugsweise ausgewählt, um einen 2-D photonischen Kristall mit einem einzigen Defekt zu erzeugen, wie dies nachfolgend detaillierter mit Bezug auf die 5 beschrieben wird. Zum Beispiel kann eine hexagonale Anordnung von kreisförmigen Öffnungen 5 in der dielektrischen Schicht 4 erzeugt werden. Der Durchmesser der Öffnungen und der Abstand zwischen den Öffnungen wird gewählt, um der Größe der Wellenlänge von Licht in GaN nahe zu kommen, wie dies nachfolgend mit Bezug auf 7A und 7B beschrieben wird.
  • Nachdem der Strukturierungsprozess, welcher durch Block 23 in 2 repräsentiert wird, durchgeführt wurde, wird die Vorrichtung 1 wieder dem Reaktor zugeführt und ein n-Typ GaN 6 wird selektiv in den geätzten Öffnungen 5 aufgewachsen, wie durch Block 25 in 2 angezeigt. Die Reaktorbedingungen wie beispielsweise Wachstumstemperatur, V:III-Verhältnis und/oder Wachstumsdruck können eingestellt sein, um die lateralen und vertikalen Wachstumsraten des GaN 6 zu steuern. In dem Beispiel der Vorrichtung 1, die durch 1 repräsentiert wird, wurden die Reaktorbedingungen ausgewählt, um dem GaN zu erlauben, mit einer lateralen Wachstumsrate zu wachsen, die höher ist als die vertikale Wachstumsrate, so dass Koaleszenz und Planarisierung der GaN-Schicht 6 auftritt.
  • Nach dem das GaN koaleziert hat, um eine allgemein planare obere Oberfläche zu bilden, werden die Wachstumsbedingungen in dem Reaktor geändert und die Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Quantentopf-(QW)-Schichten 8, welche das aktive Gebiet bilden, werden auf die obere Oberfläche der n-Typ GaN-Schicht 6 aufgewachsen. Dieser Schritt wird durch Block 27 in 2 repräsentiert. Die Bedingungen in dem Reaktor werden dann erneut verändert und eine Einschlussschicht 9 von p-Typ Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) wird über die QW-Schichten 8 aufgewachsen, wie durch Block 29 in 2 angezeigt. Eine Kontaktschicht 11 von p-Typ GaN wird dann über die AlGaN Einschlussschicht 9 aufgewachsen, wie durch Block 31 angezeigt.
  • Die Vorrichtung 1, welche die Komponenten 211 aufweist, bildet eine PIN-LED-Struktur. Die Erfindung ist jedoch nicht auf LED-Strukturen beschränkt, sondern auf andere Typen von Licht emittierenden Vorrichtungen, wie z. B. Laser, anwendbar. Die Periodizität des Musters der Öffnungen 6, welche in der dielektrischen Schicht 4 gebildet sind, resultiert in einer periodischen Variation des Brechungsindex der n-Typ-GaN-Schicht 6, welche die dielektrische Schicht 4 umgibt. Diese periodische Variation in dem Brechungsindex der n-Typ GaN-Schicht 6 unterhalb des aktiven Gebiets, welches die QW-Schicht 8 umfasst, bildet die PBG-Struktur der Vorrichtung 1. Folglich ist die PBG-Struktur innerhalb der Vorrichtung 1 unter dem aktiven Gebiet vergraben und bewirkt, dass Licht bei der Betriebswellenlänge in das aktive Gebiet gerichtet wird und innerhalb des aktiven Gebietes durch interne Reflexion eingeschlossen wird, was die Extraktionseffizienz der Vorrichtung 1 gegenüber der, die durch bekannte Licht emittierende Vorrichtungen erhalten wird, verbessert.
  • 3 veranschaulicht ein Querschnittsdiagramm einer Halbleitervorrichtung 40 mit einer darin vergrabenen photonischen Kristallstruktur gemäß einer anderen anschaulichen Ausführungsform. Dieselben Materialien, die verwendet werden um die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 herzustellen, werden verwendet, um die in 3 dargestellte Vorrichtung 40 herzustellen. Ferner wird die durch 2 repräsentierte Methode verwendet, um die Vorrichtung 40 zu erzeugen, mit der Ausnahme, dass einige wenige der Schritte modifiziert wurden. Die Schritte 21 und 23 werden verwendet um die GaN Pufferschicht 43 auf dem Saphir-Substrat 42 aufzuwachsen, die dielektrische Schicht 44 auf der Pufferschicht 43 zu deponieren und die dielektrische Schicht 44 zu strukturieren. Die n-Typ GaN-Schicht 45 wird dann aufgewachsen während des Schrittes, der durch Block 25 repräsentiert ist. Wenn der durch Block 25 repräsentierte Schritt durchgeführt wird, werden Wachstumsbedingungen in dem Reaktor ausgewählt, so dass die vertikale Wachstumsrate höher ist als die horizontale Wachstumsrate. Dies verursacht allgemein pyramidal geformte n-Typ GaN-Strukturen 46, welche hexagonal geformte Basen und Seitenwände 46A aufweisen, die geformt sind aufgrund der Tatsache dass GaN eine hexagonale Kristallstruktur hat. Koaleszenz des n-Typ GaN 45 wird verhindert da, bevor in das n-Typ GaN 45 in der Lage ist zu koaleszieren, der durch Block 27 repräsentierte Schritt durchgeführt wird, um die InGaN-QW-Schicht 47 aufzuwachsen. Die Wachstumsbedingungen in dem Reaktor sind ausgewählt, um das vertikale Wachstum der QW-Schichten 47 zu favorisieren, um die QW-Dicke auf den Seitenwänden 46A der pyramidalen Strukturen 46 zu minimieren und eine Injektion entlang dieses parasitären Übergangs zu unterdrücken. Tatsächlich wird das Indium in natürlicher Weise dazu tendieren, sich an der Oberseite der Mesas 46B der pyramidalen Strukturen 46 anzusammeln. Nachfolgend dem Aufwachsen der InGaN-QW-Schichten 47, werden eine p-Typ AlGaN-Einschlussschicht 48 und eine p-Typ GaN-Kontaktschicht 49 aufgewachsen, um die Vorrichtung 40 zu komplettieren, welche auch eine PIN-LED-Vorrichtung ist, obwohl andere Typen von Licht emittierenden Vorrichtungen durch diesen Prozess ebenfalls gebildet werden können.
  • Durch Beenden des Prozesses des Aufwachsens des n-Typ-GaN 45 bevor eine Koaleszenz und Planarisierung aufgetreten ist, wird eine große Brechungsindexdiskontinuität gebildet zwischen den Inseln, welche die Mesas 46B mit den hierauf gebildeten QW-Schichten 47 aufweisen. Folglich werden die periodischen Variationen in dem Brechungsindex in dem aktiven Gebiet selbst gebildet, im Gegensatz zu einem Bilden unter dem aktiven Gebietes, wie dies bei der in 1 dargestellten Vorrichtung 1 der Fall ist. Durch Erzeugen der periodischen Variationen in dem Brechungsindex in dem aktiven Gebiet selbst ist der Einschluss von Licht in dem aktiven Gebiet noch besser als in dem durch die 1 repräsentierten Fall, was dazu führt, dass die Vorrichtung 40 eine nochmals höhere Extraktionseffizienz als die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 aufweist. Öffnungen und Metallkontakte können auf den p-Typ und n-Typ Gebieten platziert werden, um eine Strominjektion in die aktiven InGaN-Gebiete 47 zu vereinfachen.
  • 4 veranschaulicht eine Querschnittsseitenansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung 50 welche eine darin vergrabene photonische Kristallstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform aufweist. Die Vorrichtung 50 ist ähnlich der Vorrichtung 1, dargestellt in 1, außer dass in der Vorrichtung 50 das aktive Gebiet 55 unter der strukturierten dielektrischen Schicht 57 ist. 5 veranschaulicht ein Flussdiagramm, welches das Verfahren gemäß einer Ausführungsform zum Herstellen der in 4 dargestellten Halbleitervorrichtung 50 repräsentiert. Die Teile der Halbleitervorrichtung 50, die in 4 dargestellt sind, werden beschrieben mit Bezug auf die Weise, in welcher diese in der Vorrichtung 50 gebildet werden unter Verwendung der Methode, die durch das in 5 dargestellte Flussdiagramm repräsentiert ist.
  • Eine Schicht 54 von n-Typ GaN wird aufgewachsen auf die Oberseite der GaN Pufferschicht 53, welche auf der oberen Oberfläche (0001) eines Saphir-Substrates 52 gebildet ist, in einem Reaktor, wie durch Block 61 in 4 angezeigt. Die Reaktorbedingungen werden verändert und die IGaN-QW-Schichten 55, welche das aktive Gebiet bilden, werden aufgewachsen auf die obere Oberfläche der n-Typ-GaN-Schicht 54. Dieser Schritt wird durch Block 62 in 4 repräsentiert. Die Bedingungen in dem Reaktor werden dann erneut variiert und eine Schicht 56 von p-Typ-AlGaN wird aufgewachsen über die QW-Schichten 55, wie durch Block 63 in 4 angezeigt. Eine Schicht 57 von p-Typ GaN wird dann über die AlGaN-Schicht 54 aufgewachsen, wie durch Block 64 angezeigt. Eine dielektrische Schicht 58 ist es SiO2 wird dann über die p-Typ GaN Schicht 57 abgeschieden und strukturiert, wie durch Block 65 angezeigt. Eine Schicht 59 von p-Typ GaN wird dann aufgewachsen über die strukturierte dielektrische Schicht 58, wie durch Block 66 angezeigt.
  • Die Vorrichtung 50 funktioniert in einer Weise, die ähnlich ist zu der Weise, in welcher die Vorrichtung 1 funktioniert und erreicht eine verbesserte Extraktionseffizienz relativ zu den bekannten, oben beschriebenen Licht emittierenden Vorrichtungen, welche Löcher in ihre obere Oberfläche geätzt haben. Die Vorrichtung 50 stellt eine PIN-LED-Struktur dar. Wie oben ausgeführt, ist die Erfindung jedoch nicht auf LED-Strukturen beschränkt, sondern ist auf andere Typen von Licht emittierenden Vorrichtungen, wie beispielsweise Laser, ebenso anwendbar. Wie in der Vorrichtung 1, welche in 1 dargestellt ist, resultiert die Periodizität des Musters von Öffnungen, die in der dielektrischen Schicht 58 der Vorrichtung 50 gebildet sind, in einer periodischen Variation in dem Brechungsindex der p-Typ-GaN Schichten 57 und 59, welche die dielektrische Schicht 58 umgeben. Dieser periodisch variierende Brechungsindex in den p-Typ-GaN-Schichten 57 und 59 ist über dem aktiven Gebiet, welches die QW-Schichten 55 aufweist, und bildet die PBG-Struktur der Vorrichtung 50. Das Vergraben der PBG-Struktur innerhalb der Vorrichtung 50 über dem aktiven Gebiet bewirkt, dass Licht bei der Betriebswellenlänge in das aktive Gebiet gerichtet wird und innerhalb des aktiven Gebietes durch interne Reflexion eingeschlossen wird, was die Extraktionsquanteneffizienz der Vorrichtung 50 über die, welche durch bekannte Licht emittierende Vorrichtungen erhalten wird, verbessert.
  • 6 veranschaulicht eine Querschnittsseitenansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung 70, welche darin eine photonische Kristallstruktur vergraben hat, gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform. Die Vorrichtung 70 ist ähnlich der Vorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, indem sie eine GaN-Pufferschicht 72 auf einer Oberfläche eines Saphir-Substrats 71 und eine strukturierte dielektrische Schicht von SiO2 73 auf einer Oberseite der Pufferschicht 72 aufweist. Eine Schicht von p-Typ GaN 74 wird dann aufgewachsen auf der Oberseite der dielektrischen Schicht 73 und in den Öffnungen, die in der dielektrischen Schicht 73 gebildet sind. Sie folgenden Schichten werden dann in der folgenden Reihenfolge aufgewachsen: eine n-Typ GaN Schicht 75; eine n-Typ-AlGaN-Schicht 76; die InGaN-QW-Schichten 77; eine p-Typ-AlGaN-Schicht 78; und eine p-Typ-GaN-Schicht 79.
  • Nachfolgend dem Aufwachsen dieser Schichten werden Öffnungen 81 hinunter zu der strukturierten dielektrischen Schicht 73 geätzt, um Inseln 80 zu bilden. Eine Schicht von n-Typ-GaN 82 wird dann über die Inseln 80 aufgewachsen. Da die Inseln 80 sich periodisch wiederholen, liefern sie eine periodische Variation in dem Brechungsindex von all den Schichten in der Vorrichtung 70, einschließlich der QW-Schichten 77. Diese periodische Variation in dem Brechungsindex ergänzt die periodische Variation in dem Brechungsindex, welche durch das Wachstum der p-Typ-GaN Schicht 74 in den Öffnungen, die in der dielektrischen Schicht 73 gebildet sind, geliefert wird. Dies resultiert in einem nochmals besseren Einschluss des Lichts in dem aktiven Gebiet 77 und folglich in einer verbesserten Extraktionsquanteneffizienz für die Vorrichtung 70 relativ zu bekannten Licht emittierenden Vorrichtungen.
  • 7A und 7B sind Draufsichten auf die Licht emittierende Vorrichtung, welche in 3 dargestellt ist. Die in 7A dargestellte Draufsicht gezeigt die GaN-Pufferschicht unter den kreisförmigen Öffnungen 91, die in der dielektrischen Schicht gebildet wurden vor dem Aufwachsen des n-Typ-GaN. Wie oben ausgeführt, haben die Öffnungen 91 einen Durchmesser und einen Abstand, die gewählt sind, um nahe der Wellenlänge von Licht in GaN zu sein, oder einem Bruchteil der Wellenlänge. Der Durchmesser des typischerweise 1/2 oder 1/4 der Wellenlänge von Licht in GaN. Der Abstand ist typischerweise zweimal der Durchmesser der Öffnungen 91. Die in 7B dargestellte Draufsicht zeigt das n-Typ-GaN 94 aufgewachsen über den kreisförmigen Öffnungen, gebildet in der dielektrischen Schicht 93. Das p- oder n-Typ-GaN wächst lateral auf, um hexagonale Basen über den Öffnungen zu bilden. Die Bedingungen in dem Reaktor werden so gewählt, dass ein vertikales Wachstum gegenüber einem lateralen Wachstum favorisiert ist, so dass die allgemein pyramidal geformten Strukturen in dem n-Typ-GaN gebildet werden und einer Koaleszenz des n-Typ-GaN nicht erlaubt wird, aufzutreten.
  • 8 veranschaulicht eine Draufsicht auf die Vorrichtung, die in 3 dargestellt ist, in welcher die Licht emittierende Vorrichtung in eine hexagonale Anordnung 110 von pyramidal geformten Strukturen gefertigt wurde, welche einen einzigen Defekt 120 im Zentrum der Anordnung 110 aufweist. Die Draufsichten zeigen die strukturierte dielektrische Schicht 111 mit den hierauf aufgewachsen p- oder n-Typ-GaN-hexagonal-pyramidalgeformten Strukturen 112. Der Defekt 120 ist eine Fläche in der dielektrischen Schicht, die nicht durch Ätzen entfernt wurde. Das von der Anordnung erzeugte Licht wird durch den Defekt 120 aus der Anordnung 110 heraus ausgekoppelt werden. Der Defekt 120 schließt Licht ein und limitiert Moden, um die Extraktionseffizienz zu verbessern.
  • Die externe Quanteneffizienz von Halbleiter-LED-Vorrichtungen ist primär limitiert durch ihre schlechte Extraktionseffizienz. Folglich, während die interne Quanteneffizienz oft 100% erreicht, ist die externe Quanteneffizienz typischerweise viel geringer aufgrund der kleinen Lichtaustrittskegel, die in typischen LED-Vorrichtungen geliefert werden. Der hohe Brechungsindex der typischen Halbleitervorrichtung trägt dazu bei, weil er bewirkt, dass viel von dem emittierten Licht eine totale innere Reflexion (TIR) durchläuft, anstatt aus der LED-Vorrichtung auszutreten. Anschließend wird das TIR-Licht wahrscheinlich reabsorbiert, entweder in dem aktiven Gebiet oder in den Kontaktelektroden. Unter den vielen bekannten Strategien, die entwickelt wurden zum Verbessern der LED-Extraktionseffizienz, sind Chipoberflächen aufrauhen, was die diffuse Streuung von Licht aus der Halbleitervorrichtung heraus fördert statt TIR, Aufnahme einer photonischen Bandlückenstruktur in die Halbleitervorrichtung, und Formen der Halbleiteroberfläche um das Auskoppeln von Licht zu verbessern und TIR zu reduzieren.
  • Es ist bekannt, dass die Extraktionseffizienz stark verbessert werden kann durch Formen der LED-Vorrichtung, um Licht aus der Vorrichtung heraus zu reflektieren anstatt ihm zu erlauben zu rezirkulieren und eine Absorption in dem aktiven Gebiet zu erfahren. Dies ist demonstriert worden in bekannten Geräten wie z. B. LumiLeds für AlGaInP-LEDs mit einer Pyramidenstumpf-Form, gebildet durch Sägen der Chipseitenwände unter einem Winkel. Ähnliche Chip-Formungstechniken können auch profitieren GaN-basierte LEDs auf Saphir- oder Siliziumskohlenstoff (SiC)-Substraten, wie beispielsweise die oben in 1, 3, 4 und 6 dargestellten. Jedoch sind diese Materialien extrem schwierig mit Präzision zu sägen oder zu spalten.
  • 9 zeigt ein dramatisches Querschnittsdiagramm einer LED Vorrichtung 200 mit allgemein pyramidal geformten Mikrostrukturen 210, die darin gebildet sind gemäß einer Ausführungsform. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wurde bestimmt, dass die natürliche Tendenz für GaN, während des Wachstums die allgemein pyramidal geformten Strukturen, die oben mit Bezug auf 3 beschrieben wurden, zu bilden, verwendet werden kann um analoge Formen zu bilden, welche die Licht emittierende Vorrichtung mit einer aufgerauhten Oberfläche ausstatten, welche die Lichtextraktion fördert. Das selektive Wachstum von GaN-Pyramiden-Kristalliten in einer Punkt-strukturierten Maske wurde demonstriert durch H. X. Jiang et al. in "Optical resonance modes in GaN pyramid microcavities", Applied Physics Letters 75, 763 (1999), welche hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Gemäß einer Ausführungsform sind diese Formen vielmehr auf einem mikrostrukturellen Maßstab als auf einem Gesamt-Chip-Formungsmaßstab gebildet. Folglich, während der Abstand zwischen den allgemein pyramidal geformten Strukturen 46, die in 3 dargestellt sind, in der Größenordnung einer Wellenlänge von Licht in GaN (Nanometer Skala) ist, ist der Abstand zwischen den allgemeinen pyramidal geformten Mikrostrukturen 210, die für diesen Zweck verwendet wurden, viel größer, das heißt, typischerweise in der Größenordnung von ungefähr 50 bis 150 Mirkometern (μm). Wie oben beschrieben wurde, bilden sich diese Mikrometer-großen pyramidalen Strukturen spontan während des lateralen epitaktischen Wachstums von GaN in der Punkt-strukturierten dielektrischen Maskenschicht in der Weise, wie sie oben Bezug auf die 3 beschriebenen wurde. Die Formen dieser Mikrostrukturen 210 sind geeignet zum Streuen von Licht aus der Vorrichtung 200 heraus anstatt zu erlauben, dass das Licht reflektiert, rezirkuliert und in dem aktiven Gebiet reabsorbiert wird. Folglich ist die Auskopplungsquanteneffizienz der Licht emittierenden Vorrichtung 200 verbessert.
  • Anders als die Vorrichtung 40, die in 3 dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung 200 ein dielektrisches isolierendes Material oder ein metallisches Material (z. B. Aluminium, Silber, etc.) 220, welches in dem Volumen zwischen den pyramidal geformten Mikrostrukturen 210 angeordnet ist. Wenn das Material 220 reflektierend ist, wird es Licht, welches in dem aktiven Gebiet erzeugt wurde, aus der Vorrichtung 200 heraus reflektieren, um zu verhindern, dass das Licht in dem aktiven Gebiet reabsorbiert wird, und verbessert dadurch die Extraktionseffizienz. Wenn das Material 220 ein isolierendes dielektrisches Material ist, wird es Licht absorbieren, welches in dem aktiven Gebiet erzeugt und nach unten reflektiert wurde, um zu verhindern, dass das Licht in dem aktiven Gebiet reabsorbiert wird, was ebenfalls die Extraktionseffizienz verbessert. Die Vorrichtung 200 hat Metallkontakte 201 und 202 zum injizieren von Strom in das aktive Gebiet, welches durch die InGaN und AlGaN Schichten 205 gebildet ist. Unter Verwendung des oben mit Bezug auf 2 beschriebenen Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung 200 werden in dem Schritt, der durch Block 25 repräsentiert ist, die Bedingungen in dem Reaktor gewählt, so dass die vertikale Wachstumsrate höher ist als die laterale Wachstumsrate des n-Typ GaN, was bewirkt, dass die pyramidal geformten Mikrostrukturen 210 gebildet werden. Zumindest die oberen Teile der pyramidal geformten Mikrostrukturen 210 sind mit den InGaN- und AlGaN-Schichten 205 bedeckt, welche die MQW-Struktur bilden. Die InGaN und AlGaN-Schichten 205 werden dann bedeckt durch eine Schicht von p-Typ GaN 207, um den p-n-Übergang zwischen dem p-Typ-GaN 207 und dem n-Typ-GaN 210 zu bilden.
  • Die kreisförmigen Öffnungen oder Punkte, die in die dielektrische Maskenschicht 206 strukturiert werden, sind typischerweise ungefähr 1 bis 20 Mikrometer im Durchmesser und sie sind typischerweise strukturiert in einer zweidimensionalen Anordnung, welche die Packungsdichte maximiert während sie die hexagonal pyramidale Form noch intakt lässt (d. h., die Pyramiden haben sich nicht verbunden). Die Form der pyramidalen Strukturen 210 kann auch gesteuert werden mittels der Reaktor-Wachstumsbedingungen durch Vornehmen von Variationen in Wachstumstemperaturen und Drücken, wie offenbart in dem Artikel "Fabrication and characterization of low-defect-density GaN using FACELO" von K. Hiramatsu et al., Journal of Crystal Growth 221, 316 (2000), der hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Ein niedrigeren Drücken sind die pyramidal geformten Mikrostrukturen 210 allgemeinen flach, aber breit (entsprechend einem schnellen lateralen Wachstum), während bei höheren Drücken die pyramidal geformten Mikrostrukturen 210 zu Spitzen zulaufen. Folglich kann durch Steuern der Wachstumstemperatur, Druck, Rate und V:III-Verhältnis die Geometrie der pyramidal geformten Mikrostrukturen gesteuert werden. Entsprechend werden die Wachstumsbedingungen eingestellt, um eine endgültige Nettoform zu erhalten, welche die Extraktionseffizienz maximiert.
  • Allgemein können die hexagonal pyramidale geformten Mikrostrukturen, die sich spontan bilden, wenn GaN in Punkt-strukturierten Masken aufgewachsen wird, die Extraktionseffizienz von Licht emittierenden Vorrichtungen, wie beispielsweise Nitridhalbleiter-LED-Vorrichtungen, erhöhen. Diese Extraktionseffizienzverbesserung ist vollständig analog zu der, die erreicht wird durch die bekannte Technik des Schräg-Sägens von AlInGaP-LED-Vorrichtungen. Jedoch können die GaN pyramidal geformten Mikrostrukturen 210, die in 9 dargestellt sind, von Mikrometerskala-Abmessungen sein. Während des Wachstums der InGaN und AlGaN MQW-Schichten 205, wird das InGaN vorteilhaft an den Oberseiten der pyramidalen Strukturen 210 oder abgeschnittenen Pyramiden (nicht dargestellt) aufgenommen. Da das Wachstum über eine solch kleine Fläche auftritt, kann eine Erzeugung von Versetzungen für LEDs mit hohen Indiumlegierungsgehalten, speziell in grünen LED Vorrichtungen, unterdrückt werden. Folglich kann zusätzlich zu der Verbesserung der Extraktionseffizienz auch die interne Quanteneffizienz verbessert werden. In einem extremen Limit kann ein InGaN-Quantenpunkt-Aktivgebiet an der Spitze der Pyramide gebildet und dann in AlGaN vergraben werden. Für die strukturierte Startprobe kann die Punktgröße gewählt werden, um die einzelne LED Kristallit-Performance im Hinblick auf Effizienz, Farbreinheit, Spannung, etc., optimiert werden mit den Wachstumsbedingungen, welche die pyramidale Geometrie bestimmen. Gleichermaßen kann der Abstand der Punkte gewählt werden, um eine optimale Packungsdichte von pyramidalen Kristallen zu ergeben, um die Lichtabgabe der Vorrichtung zu erhöhen. Die Dicke der dielektrischen Maske sollte auch optimiert werden. Idealerweise sollte sie als eine Antireflexionsbeschichtung dienen, so dass Licht, welches von den Flächen der pyramidal geformten Mikrostrukturen abwärts reflektiert wird, durch sie hindurch tritt, um von der Vorrichtung extrahiert zu werden.
  • Zusätzlich zu der Form der pyramidalen Mikrostrukturen spielt auch die Platzierung und die Form des InGaN/AlGaN-MQW-Emissionsgebietes innerhalb der Pyramide eine Rolle in der Bestimmung der Extraktionseffizienz. Dies kann der optimiert werden durch Steuerung der Wachstumsbedingungen und Menge an Material, welches aufgewachsen wird vor den IGaN/AlGaN-MQW-Schichten 205 und für das Material, welches über die MQW Schichten 205 aufgewachsen wird. Zum Beispiel, wenn das IGaN an der äußersten Spitze einer pyramidal geformten Struktur 210 aufgewachsen wird und dann in AlGaN vergraben wird, wird der vergrabene MQW sich wie eine Punktlichtquelle verhalten. Alternativ können die IGaN/AlGaN-MQW-Schichten 205 deponiert werden bevor das Hexagon eine Spitze gebildet hat, in welchem Fall ein kleines planares aktives Gebiet (d. h. ein Mesa) geformt werden kann, bevor die IGaN/AlGaN-Schichten aufgewachsen werden. Die pyramidal geformten Mikrostrukturen können auch vorteilhaft angewandt werden auf ultraviolette AlInGaN-MQW-LED-Vorrichtungen. Ein anderes interessantes Ergebnis in dem Prozess ist, dass das Wachstum der pyramidal geformten Mikrostrukturen die Aufnahme von Indium in die InGaN-QW-Schichten verbessern kann, was zu einem längeren Wellenlängenbetrieb führen kann.
  • Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung geschrieben wurden mit Bezug auf anschauliche Ausführungsformen und dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Viele Variationen können in den hierin beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden und all solche Variationen sind innerhalb des Umfangs der Erfindung. Zum Beispiel können, nachdem die Licht emittierenden Vorrichtungen erzeugt wurden, die strukturierten dielektrischen Schichten weggeätzt werden, um eine Luftspalt-photonische-Bandlückenstruktur zurückzulassen, welche eine nochmals stärkere periodische Brechungsindexvariationen aufweist. Zusätzlich ist, während die Licht emittierenden Vorrichtungen beschrieben wurden mit Bezug auf bestimmte Materialien, die Erfindung nicht beschränkt auf die Verwendung eines bestimmten Materials um die Licht emittierenden Vorrichtungen herzustellen. Die vorstehend beschriebenen Materialien sind lediglich Beispiele von Materialien, welche für die hierin beschriebenen Zwecke geeignet sind, obwohl andere Materialien ebenfalls für diese Zwecke geeignet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - "InGaN/GaN QW heterostructure LEDs employing photonic crystal structures", veröffentlicht in "Applied Physics Letters 84, 3885 (2004) [0004]
    • - "Optical resonance modes in GaN pyramid microcavities", Applied Physics Letters 75, 763 (1999) [0036]
    • - "Fabrication and characterization of low-defect-density GaN using FACELO" von K. Hiramatsu et al., Journal of Crystal Growth 221, 316 (2000) [0038]

Claims (28)

  1. Licht emittierende Vorrichtung, welche eine verbesserte Quanteneffizienz aufweist, wobei die Licht emittierende Vorrichtung enthält: ein Substrat mit einer oberen Oberfläche; eine Pufferschicht aus Galliumnitrid (GaN) angeordnet auf der oberen Oberfläche des Substrats; eine dielektrische Maskenschicht, welche ein Muster von Öffnungen darin gebildet hat; n-Typ oder p-Typ GaN, welches auf der Pufferschicht angeordnet ist und sich vertikal und lateral durch jede der Öffnungen, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, erstreckt, wobei das GaN, welches sich vertikal und lateral durch die Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, ein periodisch variierendes Brechungsindexprofil in der Licht emittierenden Vorrichtung erzeugen; eine oder mehrere Quantentopf(QW)-Strukturen, welche über oder unter der strukturierten dielektrischen Maskenschicht angeordnet sind, wobei die eine oder mehrere QW-Strukturen ein aktives Gebiet der Licht emittierenden Vorrichtung bereit stellen, in welchem Elektronen in Photonen konvertiert werden, wobei das periodisch variierene Brechungsindexprofil einen Einschluss von Licht in dem aktiven Gebiet fördert; und eine Schicht von n-Typ oder p-Typ GaN, welche über dem aktiven Gebiet angeordnet ist, wobei, wenn das GaN, welches sich vertikal und lateral durch die Öffnungen erstreckt, welche in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, ein n-Typ GaN ist, die Schicht von GaN, welche über dem aktiven Gebiet angeordnet ist, ein p-Typ GaN ist, und wobei, wenn das GaN, welches sich vertikal und lateral durch die Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, ein p-Typ GaN ist, das GaN, welches über dem aktiven Gebiet angeordnet ist, ein n-Typ GaN ist.
  2. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren QW-Strukturen eine oder mehrere Schichten von Indiumgalliumnitrid (InGaN) aufweist, wobei die Licht emittierende Vorrichtung ferner enthält: eine Schicht von Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), welche die eine oder mehreren QW-Strukturen bedeckt.
  3. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das n-Typ oder p-Typ GaN, welches auf der Pufferschicht angeordnet ist, n-Typ GaN ist, wobei die eine oder mehreren QW-Strukturen auf einer Oberseite von mindestens Teilen des n-Typ GaN angeordnet ist.
  4. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schicht aus n-Typ oder p-Typ GaN, welche über der einen oder den mehreren QW-Strukturen angeordnet ist, eine Schicht von p-Typ GaN ist, wobei die Schicht aus p-Typ GaN auf einer Oberseite der Schicht aus AlGaN angeordnet ist.
  5. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das n-Typ GaN, welches sich vertikal und lateral durch jede der betreffenden Öffnungen erstreckt, welche in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, entsprechende allgemein pyramidal geformte Strukturen bildet, wobei jede pyramidal geformte Struktur eine obere Oberfläche aufweist, auf welcher eine der einen oder mehreren QW-Strukturen angeordnet ist.
  6. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das n-Typ GaN, welches sich vertikal und lateral durch jede der Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, eine Schicht von n-Typ GaN bildet, welche eine allgemeinen verbundene, planarisierte obere Oberfläche aufweist, auf welcher die eine oder mehreren Schichten, welche in die eine oder mehreren QW-Strukturen aufweisen, angeordnet sind.
  7. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die dielektrische Maskenschicht über der einen oder den mehreren QW-Strukturen angeordnet ist, und wobei das p-Typ GaN, welches über der einen oder den mehreren QW-Strukturen angeordnet ist, sich vertikal und lateral durch jede der Öffnungen erstreckt, welche in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, und eine Schicht von p-Typ GaN bildet, die eine allgemein verbundene, planarisierte obere Oberfläche aufweist.
  8. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jede allgemein pyramidal geformte Struktur eine sich lateral erstreckende Basis aufweist, welche auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Maskenschicht angeordnet ist, die allgemein eine hexagonale Form aufweist.
  9. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 8, wobei der Abstand zwischen den allgemein pyramidal geformten Strukturen zwischen ungefähr einem Viertel einer Betriebswellenlänge von Licht in GaN und ungefähr einer ganzen Betriebswellenlänge von Licht in GaN liegt.
  10. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, 8 oder 9, wobei die allgemein pyramidal geformten Strukturen Mikrostrukturen sind, der Abstand zwischen den allgemein pyramidal geformten Mikrostrukturen zwischen ungefähr 50 Mikrometer bis ungefähr 150 Mikrometer liegt, die Mikrostrukturen eine aufgerauhte Oberfläche in der Licht emittierenden Vorrichtung liefern, welche eine diffuse Streuung von Licht aus und von der Licht emittierenden Vorrichtung weg fördert.
  11. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner enthaltend: ein reflektierendes Material, welches zwischen den allgemein pyramidal geformten Mikrostrukturen angeordnet ist zum Reflektieren von Licht, welches in den einen oder mehreren QW-Strukturen erzeugt wurde, aus der Licht emittierenden Vorrichtung heraus, um das reflektierte Licht daran zu hindern, rezirkuliert und in dem aktiven Gebiet der Licht emittierenden Vorrichtung reabsorbiert zu werden.
  12. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner enthaltend: ein dielektrisches isolierendes Material, angeordnet zwischen den allgemein pyramidal geformten Mikrostrukturen zum Absorbieren von Licht, welches in der einen oder mehreren QW-Strukturen erzeugt wurde und reflektiert wurde von den pyramidal geformten Mikrostrukturen, um dadurch zu verhindern, dass das reflektierte Licht rezirkuliert und in dem aktiven Gebiet der Licht emittierenden Vorrichtung reabsorbiert wird.
  13. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Licht emittierende Vorrichtung eine Licht emittierende Dioden (LED)-Vorrichtung ist.
  14. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Licht emittierende Vorrichtung in einer Laservorrichtung aufgenommen ist.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Licht emittierenden Vorrichtung, das Verfahren enthaltend: Bilden einer dielektrischen Maskenschicht in einer Schicht von p-Typ oder n-Typ Galliumnitrid (GaN), welches auf einem Substrat angeordnet ist, wobei die dielektrische Maskenschicht ein Muster von Öffnungen darin gebildet hat; Aufwachsen von n-Typ oder p-Typ GaN unter Bedingungen, die ausgewählt sind um zu bewirken, dass das GaN vertikal und lateral in einer kontrollierten Weise aufwächst, so dass das GaN sich vertikal und lateral durch die Öffnungen, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, erstreckt; Aufwachsen einer oder mehrerer Quantentopf (QW)-Strukturen in der Licht emittierenden Vorrichtung an einer oder mehreren Stellen über oder unter der strukturierten dielektrischen Maskenschicht, wobei die eine oder mehrere QW-Strukturen ein aktives Gebiet der Licht emittierenden Vorrichtung bereitstellen, in welchem Elektronen in Photonen konvertiert werden; und Aufwachsen einer Schicht eines n-Typ oder p-Typ GaN in der Licht emittierenden Vorrichtung über dem aktiven Gebiet, wobei, wenn das GaN, welches sich vertikal und lateral durch die Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, ein n-Typ GaN ist, das GaN, welches über dem aktiven Gebiet aufgewachsen wird, ein p-Typ GaN ist, und wobei, wenn das GaN, welches sich durch die Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, ein p-Typ GaN ist, das GaN, welches über dem aktiven Gebiet aufgewachsen wird, ein n-Typ GaN ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die eine oder mehreren QW-Strukturen eine oder mehrere Schichten von Indiumgalliumnitrid (InGaN) aufweist, wobei das Verfahren ferner enthält: Aufwachsen einer Schicht von Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) über die eine oder mehreren QW-Strukturen.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das GaN, welches auf dem Substrat angeordnet ist, eine Pufferschicht von GaN und eine Schicht von n-Typ GaN umfasst, wobei die eine oder mehreren QW-Strukturen zumindest auf einer Oberseite von Teilen der n-Typ GaN Schicht, die sich vertikal durch die Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, angeordnet sind.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Schicht von GaN, welche über der einen oder den mehreren QW-Strukturen angeordnet ist, eine Schicht von p-Typ GaN ist, wobei die Schicht von p-Typ GaN auf einer Oberseite der Schicht aus AlGaN aufgewachsen wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das n-Typ GaN, welches sich vertikal und lateral durch die betreffenden Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, entsprechende allgemein pyramidal geformte Strukturen bildet, wobei jede pyramidal geformte Struktur eine obere Oberfläche aufweist, auf welcher eine der einen oder mehreren QW-Strukturen angeordnet ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das n-Typ GaN, welches sich vertikal und lateral durch jede der Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, eine Schicht von-Typ GaN bildet, welche eine allgemein verbundene, planarisierte obere Oberfläche aufweist, auf welcher die eine oder mehreren Schichten, welche die eine oder mehreren QW-Strukturen aufweisen, angeordnet sind.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die dielektrische Maskenschicht über der einen oder den mehreren QW-Strukturen angeordnet ist, und wobei das p-Typ GaN, welches über der einen oder den mehreren QW-Strukturen angeordnet ist, sich vertikal und lateral durch jede der Öffnungen erstreckt, die in der dielektrischen Maskenschicht gebildet sind, und eine Schicht von p-Typ GaN bildet, welche eine allgemein verbundene, planarisierte obere Oberfläche aufweist.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, wobei jede allgemein pyramidal geformte Struktur eine sich lateral erstreckende Basis aufweist, welche auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Maskenschicht angeordnet ist, die allgemein eine hexagonale Form aufweist.
  23. Verfahren nach Anspruch 19 oder 22, wobei der Abstand zwischen den allgemein pyramidal geformten Strukturen zwischen ungefähr einem Viertel einer Betriebswellenlänge von Licht in GaN und ungefähr einer ganzen Betriebswellenlänge von Licht in GaN liegt.
  24. Verfahren nach Anspruch 19 oder 22, wobei die allgemein pyramidal geformten Strukturen Mikrostrukturen sind, wobei der Abstand zwischen den allgemein pyramidal geformten Mikrostrukturen zwischen ungefähr 50 Mikrometer bis ungefähr 150 Mikrometer liegt, wobei die Mikrostrukturen eine aufgerauhte Oberfläche in der Licht emittierenden Vorrichtung bereitstellen, welche eine diffuse Streuung von Licht aus der Licht emittierenden Vorrichtung weg fördert.
  25. Verfahren nach Anspruch 24 ferner enthaltend: Platzieren eines reflektierenden Materials zwischen den allgemein pyramidal geformten Mikrostrukturen zum Reflektieren von Licht, welches in der einen oder den mehreren QW-Strukturen erzeugt wurde, aus der Licht emittierenden Vorrichtung heraus, um zu verhindern dass das reflektierte Licht rezirkuliert und in dem aktiven Gebiet der Licht emittierenden Vorrichtung reabsorbiert wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 24, ferner enthaltend: Platzieren eines dielektrischen isolierenden Materials, welches zwischen den allgemein pyramidal geformten Mikrostrukturen angeordnet ist, zum Absorbieren von Licht, welches in der einen oder mehreren QW-Strukturen erzeugt wurde und von den pyramidal geformten Mikrostrukturen reflektiert wurde, um dadurch zu verhindern, dass das reflektierte Licht rezirkuliert wird und in dem aktiven Gebiet der Licht emittierenden Vorrichtung reabsorbiert wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei die Licht emittierende Vorrichtung eine Licht emittierende Dioden (LED)-Vorrichtung ist.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei die Licht emittierende Vorrichtung in einer Laservorrichtung aufgenommen ist.
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DE (1) DE102008022503A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012101211A1 (de) * 2012-02-15 2013-08-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
DE102012217644A1 (de) * 2012-09-27 2014-03-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101040462B1 (ko) * 2008-12-04 2011-06-09 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 그 제조방법
CN102244168A (zh) * 2010-05-14 2011-11-16 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管及其制造方法
KR101034053B1 (ko) 2010-05-25 2011-05-12 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
JP5197686B2 (ja) * 2010-07-16 2013-05-15 株式会社東芝 半導体発光素子の製造方法
KR101000311B1 (ko) * 2010-07-27 2010-12-13 (주)더리즈 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP2012033708A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置の製造方法
US8314439B2 (en) 2011-02-11 2012-11-20 Sharp Kabushiki Kaisha Light emitting diode with nanostructures and method of making the same
US9412905B2 (en) * 2011-04-01 2016-08-09 Najing Technology Corporation Limited White light emitting device
US8957440B2 (en) * 2011-10-04 2015-02-17 Cree, Inc. Light emitting devices with low packaging factor
CN103824921A (zh) * 2011-12-31 2014-05-28 聚灿光电科技(苏州)有限公司 高出光效率蓝光led芯片
CN102593284B (zh) * 2012-03-05 2014-06-18 映瑞光电科技(上海)有限公司 隔离深沟槽及其高压led芯片的制造方法
DE102013103602A1 (de) * 2013-04-10 2014-10-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu seiner Herstellung
CN104779330B (zh) * 2015-04-29 2018-03-27 安徽三安光电有限公司 一种发光二极管结构及其制备方法
KR102502608B1 (ko) * 2018-06-11 2023-02-22 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자, 그 제조방법 및 발광 소자를 포함하는 표시 장치
KR102620159B1 (ko) * 2018-10-08 2024-01-02 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자
US20220259766A1 (en) * 2021-02-16 2022-08-18 Applied Materials, Inc. Indium-gallium-nitride light emitting diodes with increased quantum efficiency
JP7320794B2 (ja) * 2021-03-15 2023-08-04 セイコーエプソン株式会社 発光装置、プロジェクター、およびディスプレイ
TWI802155B (zh) * 2021-12-17 2023-05-11 友達光電股份有限公司 光源模組
WO2024052971A1 (ja) 2022-09-06 2024-03-14 アルディーテック株式会社 発光ダイオードチップ、発光ダイオードチップ集積装置および発光ダイオードチップ集積装置の製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4595198B2 (ja) * 2000-12-15 2010-12-08 ソニー株式会社 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
US6362069B1 (en) * 2000-12-28 2002-03-26 The Trustees Of Princeton University Long-wavelength VCSELs and method of manufacturing same
JP3690340B2 (ja) * 2001-03-06 2005-08-31 ソニー株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
JP2002270516A (ja) * 2001-03-07 2002-09-20 Nec Corp Iii族窒化物半導体の成長方法、iii族窒化物半導体膜およびそれを用いた半導体素子
MX2008011275A (es) * 2006-03-10 2008-11-25 Stc Unm Crecimiento pulsado de nanoalambres de gan y aplicaciones en materiales y dispositivos de substrato semiconductor de nitruros del grupo iii.

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Fabrication and characterization of low-defect-density GaN using FACELO" von K. Hiramatsu et al., Journal of Crystal Growth 221, 316 (2000)
"InGaN/GaN QW heterostructure LEDs employing photonic crystal structures", veröffentlicht in "Applied Physics Letters 84, 3885 (2004)
"Optical resonance modes in GaN pyramid microcavities", Applied Physics Letters 75, 763 (1999)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012101211A1 (de) * 2012-02-15 2013-08-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
US9680048B2 (en) 2012-02-15 2017-06-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing a radiation-emitting semiconductor component
DE102012217644A1 (de) * 2012-09-27 2014-03-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
US9466759B2 (en) 2012-09-27 2016-10-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic device and method for producing an optoelectronic device

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