DE102008028036A1

DE102008028036A1 - Optoelektronischer Halbleiterkörper mit Tunnelübergang und Verfahren zur Herstellung eines solchen

Info

Publication number: DE102008028036A1
Application number: DE102008028036A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Straßburg; Lutz Dr. Höppel; Matthias Dr. Sabathil
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-09-03
Also published as: EP2248192A1; US20110012088A1; WO2009106070A1; TWI404232B; CN101960622B; KR20100126458A; TW200945637A; JP2011513960A; CN101960622A

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angegeben, die einen Tunnelübergang (2) und eine zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehene aktive Schicht (4) aufweist. Der Tunnelübergang weist eine Zwischenschicht (23) zwischen einer n-Typ-Tunnelübergangsschicht (21) und einer p-Typ-Tunnelübergangsschicht (22) auf. Bei einer Ausführungsform weist die Zwischenschicht eine der n-Typ-Tunnelübergangsschicht zugewandte n-Barriereschicht (231), eine der p-Typ-Tunnelübergangsschicht zugewandte p-Barriereschicht (233) und eine Mittelschicht (232) auf. Die Materialzusammensetzung der Mittelschicht unterscheidet sich von der Materialzusammensetzung der n-Barriereschicht und der p-Barriereschicht. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Zwischenschicht (23) alternativ oder zusätzlich gezielt mit Störstellen (6) versehen. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines solchen optoelektronischen Halbleiterkörpers angegeben.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper mit Tunnelübergang und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.
Ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit Tunnelübergang ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 2007/012327 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen optoelektronischen Halbleiterkörper mit einem verbesserten Tunnelübergang anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterkörper und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Halbleiterkörpers und des Verfahrens sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit ausdrücklich durch Rückbezug in die Beschreibung mit aufgenommen.
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angegeben. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge weist einen Tunnelübergang und eine zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehene aktive Schicht auf. Der Tunnelübergang enthält eine Zwischenschicht zwischen einer n-Typ-Tunnelübergangsschicht und einer p-Typ-Tunnelübergangsschicht.
Der Begriff „Tunnelübergangsschicht” wird dabei zur Unterscheidung von den übrigen Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers verwendet und bedeutet, dass die so bezeichnete n-leitende oder p-leitende Schicht in dem als Tunnelübergang bezeichneten Bereich der Halbleiterschichtenfolge enthalten ist. Insbesondere ist mit den im Tunnelübergang enthaltenen Halbleiterschichten, also zumindest mittels der n-Typ Tunnelübergangsschicht, der p-Typ Tunnelübergangsschicht und vorliegend auch mittels der Zwischenschicht, ein für das Tunneln von Ladungsträgern geeigneter elektrischer Potentialverlauf hervorgerufen.
Bei einer Ausführungsform weist die Zwischenschicht eine der n-Typ-Tunnelübergangsschicht zugewandte n-Barriereschicht, eine der p-Typ-Tunnelübergangsschicht zugewandte p-Barriereschicht und eine Mittelschicht auf. Die Materialzusammensetzung der Mittelschicht unterscheidet sich von der Materialzusammensetzung der n-Barriereschicht und von der Materialzusammensetzung der p-Barriereschicht.
Bei einer Ausgestaltung weist die Zwischenschicht, also insbesondere die n-Barriereschicht, die Mittelschicht und die p-Barriereschicht, ein Halbleitermaterial auf, das eine erste und eine zweite Komponente enthält. Vorzugsweise ist der Anteil der ersten Komponente in der Mittelschicht kleiner als in der n-Barriereschicht und/oder in der p-Barriereschicht. Bei einer Weiterbildung enthält die erste Komponente Aluminium oder die erste Komponente besteht aus Aluminium. Bei einer anderen Weiterbildung enthält die zweite Komponente mindestens eines der folgenden Elemente: In, Ga, N, P. Beispielsweise weist die Zwischenschicht das Halbleitermaterial AlInGaN auf, und die erste Komponente ist Aluminium und die zweite Komponente InGaN.
”Weist das das Halbleitermaterial AlInGaN auf” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Zwischenschicht, bevorzugt auch die aktive Schicht, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nIn_mGa_1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n 1, 0 ≤ m 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, In, Ga, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Anteil der ersten Komponente, also beispielsweise der Aluminiumanteil, in der Mittelschicht kleiner oder gleich 20 Prozent. In der n-Barriereschicht und/oder der p-Barriereschicht ist der Anteil der ersten Komponente insbesondere größer oder gleich 20 Prozent. Beispielsweise gilt bei dieser Ausgestaltung und dem Material Al_nIn_mGa_1-n-mN oder Al_nIn_mGa_1-n-mP für den Aluminiumanteil n in der Mittelschicht: n ≤ 0,2 und insbesondere in der n-Barriereschicht und/oder der p-Barriereschicht: n ≥ 0,2.
Eine Schichtdicke der n-Barriereschicht und/oder eine Schichtdicke der p-Barriereschicht ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kleiner oder gleich 2 nm. Zum Beispiel liegt sie zwischen 0,3 nm und 2 nm, insbesonder zwischen 0,5 nm und 1 nm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Eine Schichtdicke der Mittelschicht hat bei einer vorteilhaften Ausgestaltung einen Wert zwischen 1 nm und 8 nm, vorzugsweise zwischen 2 nm und 4 nm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind.
Mittels der Zwischenschicht, die eine n-Barriereschicht, eine p-Barriereschicht und eine Mittelschicht aufweist, deren Materialzusammensetzung sich von der Materialzusammensetzung der n-Barriereschicht und/oder der p-Barriereschicht unterscheidet, können verbesserte elektronische Eigenschaften des Tunnelübergangs erzielt werden.
Beispielsweise wird durch die n-Barriereschicht und/oder durch die p-Barriereschicht eine Diffusion eines n-Dotierstoffs aus der n-Typ-Tunnelübergangsschicht in Richtung der p-Typ-Tunnelübergangsschicht und/oder eine Diffusion eines p-Dotierstoffs aus der p-Typ-Tunnelübergangsschicht in Richtung der n-Typ-Tunnelübergangsschicht verringert. Mittels der n-Barriereschicht und/oder der p-Barriereschicht wird somit die Gefahr einer Kompensation von Akzeptoren und Donatoren verringert, welche die Tunneleigenschaften negativ beeinflusst. Die Mittelschicht hat insbesondere – zum Beispiel aufgrund des geringeren Anteils der ersten Komponente des Halbleitermaterials – eine geringere Bandlücke als die n-Barriereschicht und/oder die p-Barriereschicht. Auf diese Weise wird mit Vorteil eine besonders hohe Tunnelwahrscheinlichkeit der Ladungsträger durch die Zwischenschicht hindurch erzielt.
Berechnungen der Erfinder haben ergeben, dass bei einer Zwischenschicht mit einer n-Barriereschicht und/oder einer p-Barriereschicht, deren Schichtdicke insbesondere kleiner oder gleich 2 nm ist, und mit einer Mittelschicht abweichender Materialzusammensetzung starke Polarisationsladungen erzeugt werden können, wodurch eine besonders hohe Ladungsträgerdichte in der n-Typ-Tunnelübergangsschicht und/oder der p-Typ-Tunnelübergangsschicht hervorgerufen werden kann.
Auf diese Weise kann mit Vorteil eine hohe Konzentration von Elektronen in der n-Typ-Tunnelübergangsschicht und/oder von Löchern in der p-Typ-Tunnelübergangsschicht erzielt werden. Vorteilhafterweise weist die n-Typ-Tunnelübergangsschicht und/oder die p-Typ-Tunnelübergangsschicht so insbesondere eine besonders große Querleitfähigkeit auf, so dass eine besonders gute laterale Stromaufweitung erzielt werden kann. Auf diese Weise kann mit Vorteil eine lateral besonders homogene Verteilung der Ladungsträger erzielt werden. Die Fläche, die den Ladungsträgern für Tunnelübergänge zur Verfügung steht ist daher besonders groß. So können ein Tunnelübergang mit einem besonders geringen elektrischen Widerstand und ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer besonders geringen Vorwärtsspannung erzielt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Zwischenschicht zwischen der n-Typ-Tunnelübergangsschicht und der p-Typ-Tunnelübergangsschicht des Tunnelübergangs gezielt mit Störstellen versehen. Weist die Zwischenschicht eine p-Barriereschicht, eine Mittelschicht und eine n-Barriereschicht auf, ist die Zwischenschicht bei einer Ausgestaltung im Bereich der Mittelschicht gezielt mit den Störstellen versehen.
Mittels der Störstellen werden im Bereich der Zwischenschicht, welche mit den Störstellen versehen ist, energetische Zustände innerhalb der Bandlücke erzeugt.
Mittels dieser zusätzlichen Zustände kann die Tunnelwahrscheinlichkeit für Ladungsträger durch den Tunnelübergang hindurch erhöht werden, so dass eine erhöhte Übergangsrate von Elektronen und/oder Löchern durch die Zwischenschicht hindurch erzielt werden kann. Die zusätzlichen Zustände wirken insbesondere als sogenannte Tunnelzentren.
Die Störstellen sind beispielsweise zumindest teilweise von Defekten eines Halbleitermaterials der Zwischenschicht gebildet. Insbesondere ist eine Defektdichte, also die Anzahl der Defekte pro Volumen, in dem gezielt mit Störstellen versehenen Bereich der Zwischenschicht gegenüber einem Bereich der Zwischenschicht, welcher dem gezielt mit Störstellen versehenen Bereich nachfolgt, und/oder gegenüber einem Bereich der Zwischenschicht, welcher dem gezielt mit Störstellen versehenen Bereich vorausgeht, erhöht. Beispielsweise ist die Defektdichte im mit Störstellen versehenen Bereich mindestens doppelt so groß, vorzugsweise mindestens fünfmal so groß und insbesondere mindestens zehn mal so groß wie in dem vorausgehenden und/oder nachfolgenden Bereich der Zwischenschicht. Bei einer Ausgestaltung hat die Defektdichte in dem mit Störstellen versehenen Bereich einen Wert von größer oder gleich 10¹⁵ cm^–3, vorzugsweise von größer oder gleich 10¹⁶ cm^–3. Zum Beispiel hat sie einen Wert von 10¹⁷ cm^–3 oder mehr. Der gezielt mit Störstellen versehene Bereich und der diesem nachfolgende und/oder vorausgehende Bereich der Zwischenschicht weisen dabei bei einer Ausgestaltung die gleiche Materialzusammensetzung auf. Bei einer Ausgestaltung sind neben dem gezielt mit Störstellen versehenen Bereich auch der diesem vorausgehende und/oder der diesem nachfolgende Bereich der Zwischenschicht, der eine geringere Defektdichte aufweist, in der Mittelschicht zwischen der n-Barriereschicht und der p-Barriereschicht enthalten.
Bei einer anderen Ausgestaltung sind die Störstellen zumindest teilweise von Fremdatomen gebildet. Als „Fremdatome” werden vorliegend insbesondere Atome und/oder Ionen bezeichnet, die in dem Halbleitermaterial der Zwischenschicht üblicherweise weder als Hauptbestandteil (etwa Al-, Ga-, In- oder N-Ionen in dem Halbleitermaterial AlInGaN) noch als p-Dotierstoff oder n-Dotierstoff verwendet sind.
Es ist vorteilhaft, wenn die energetische Lage der von den Störstellen hervorgerufenen zusätzlichen Zustände sich etwa in der Mitte der Bandlücke befindet. Solche Zustände werden auch tiefe Störstellen oder „midgap states” genannt. Hierzu sind bei von Fremdatomen gebildeten Störstellen besonders Metalle, Übergangsmetalle und/oder seltene Erden als Fremdatome geeignet. Beispielsweise können Chrom-, Eisen- und/oder Manganatome als Fremdatome verwendet sein. Auch Pt-Atome sind beispielsweise als Fremdatome geeignet. Im Gegensatz dazu erzeugen n-Dotierstoffe wie Silizium beziehungsweise p-Dotierstoffe wie Magnesium in der Regel Zustände, die nicht in der Mitte der Bandlücke sondern nahe einer Bandkante liegen.
Die Fremdatome können in das Kristallgitter des Halbleitermaterials der Zwischenschicht eingebaut sein, beispielsweise als Substitutionsatome und/oder als Zwischengitteratome. Alternativ oder zusätzlich können die Fremdatome auch als Schicht in der Zwischenschicht enthalten sein. Die Schicht von Fremdatomen ist vorzugsweise nicht geschlossen. Vielmehr weist sie insbesondere Öffnungen auf, die von dem Halbleitermaterial der Zwischenschicht durchsetzt sind. Anders ausgedrückt verläuft das Halbleitermaterial der Zwischenschicht durch die Öffnungen der Schicht von Fremdatomen hindurch von der n-Seite des Tunnelübergangs zur p-Seite des Tunnelübergangs.
Die in dem gezielt mit Störstellen versehenen Bereich der Zwischenschicht enthaltenen Fremdatome liegen dort bei einer Ausgestaltung in einer Konzentration zwischen 10¹⁵ l/cm³ und 10¹⁹ l/cm³ vor, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Bei einer höheren Konzentration der Fremdatome besteht die Gefahr, dass die Qualität des Halbleitermaterials verringert wird. Der Tunnelstrom nimmt insbesondere überproportional mit Konzentrationen der Fremdatome zu.
Ein der n-Typ-Tunnelübergangsschicht und/oder ein der p-Typ-Tunnelübergangsschicht benachbarter Randbereich der Zwischenschicht ist bei einer Ausgestaltung frei von den gezielt eingebrachten Störstellen. Bei einem Halbleiterkörper, dessen Zwischenschicht eine n-Barriereschicht, eine Mittelschicht und eine p-Barriereschicht enthält, ist insbesondere ein der n-Barriereschicht benachbarter Randbereich der Mittelschicht und/oder ein der p-Barriereschicht benachbarter Randbereich der Mittelschicht frei von den gezielt eingebrachten Störstellen. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die Zwischenschicht etwa mittig zwischen der n-Typ-Tunnelübergangsschicht und der p-Typ-Tunnelübergangsschicht mit den Störstellen versehen. Eine solche Ausdehnung und Lage der Störstellen ist für die Kristallqualität der Zwischenschicht vorteilhaft.
Bei einer Ausgestaltung des Halbleiterkörpers ist die Zwischenschicht nominell undotiert. Bei einer anderen Ausgestaltung ist die Zwischenschicht zumindest stellenweise p-dotiert. Bei einer Weiterbildung ist die Mittelschicht p-dotiert. Unter „nominell undotiert” wird vorliegend verstanden, dass die Konzentration eines n-Dotierstoffs und eines p-Dotierstoffs höchstens 0,1 mal so groß, vorzugsweise höchstens 0,05 mal so groß und insbesondere höchstens 0,01 mal so groß ist wie die Konzentration des n-Dotierstoffs beziehungsweise des p-Dotierstoffs in einer n-dotierten beziehungsweise p-dotierten Schicht. Beispielsweise ist die Konzentration des n-Dotierstoffs beziehungsweise p-Dotierstoffs in der nominell undotierten Schicht kleiner oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, vorzugsweise kleiner oder gleich 5 × 10¹⁷ Atome/cm³, insbesondere ist sie kleiner oder gleich 1 × 10¹⁷ Atome/cm³.
Die n-Typ-Tunnelübergangsschicht und/oder die p-Typ-Tunnelübergangsschicht sind bei einer Ausgestaltung als Übergitter alternierender Schichten ausgeführt. Beispielsweise handelt es sich um einen InGaN/GaN-Übergitter. Mit einem solchen Übergitter kann eine weitere Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration in der n-Typ-Tunnelübergangsschicht beziehungsweise der p-Typ-Tunnelübergangsschicht erzielt werden. So können die laterale Stromaufweitung und die Tunnelrate durch den Tunnelübergang weiter erhöht werden.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Halbleiterkörpers eine n-leitende Schicht, der Tunnelübergang, eine p-leitende Schicht, die aktive Schicht und eine weitere n-leitende Schicht in dieser Reihenfolge auf.
Bei einer anderen Ausgestaltung basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem III/V-Verbindungshalbleitermaterial, beispielsweise auf dem Halbleitermaterial AlInGaN. Ein III/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 Begriff „III/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 AlInGaN oder AlInGaP. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die einen Tunnelübergang und eine zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehene aktive Schicht aufweist, wobei der Tunnelübergang eine n-Typ-Tunnelübergangsschicht, eine Zwischenschicht und eine p-Typ-Tunnelübergangsschicht aufweist, wird zur Herstellung der Zwischenschicht ein Halbleitermaterial – insbesondere in einem Epitaxiereaktor – epitaktisch abgeschieden. Das Halbleitermaterial der Zwischenschicht wird zumindest stellenweise gezielt mit Störstellen versehen.
Bei einer Ausgestaltung umfasst das Versehen mit Störstellen ein Einbringen von Defekten in das Halbleitermaterial. Beispielsweise wird zum Einbringen der Defekte während der Abscheidung des Halbleitermaterials in dem Epitaxiereaktor zumindest zeitweise Wasserstoffgas in den Epitaxiereaktor geleitet.
Die Menge des eingeleiteten Wasserstoffgases entspricht bei einer Ausgestaltung einer Menge von einschließlich 0,1% bis einschließlich 50% derjenigen Menge Wasserstoffgas, die für das Wachstum von Siliziuim-dotiertem Galliumnitrid (GaN:Si) mit Trimethylgallium (TMGa) als Precursor in dem Epitaxiereaktor vorgesehen ist. Die Wasserstoff-Menge, die für das Wachstum von GaN:Si mit TMGa als Precursor vorgesehen ist, ist in der Regel vom Hersteller des Epitaxiereaktors angegeben und dem Fachmann somit prinzipiell bekannt. Bei einer weiteren Ausgestaltung wird das Wasserstoffgas in einer Menge zwischen 0,1 Standard-Liter pro Minute (slpm) und 20 slpm, vorzugsweise zwischen 1 slpm und 10 slpm, insbesondere zwischen 2 slpm und 5 slpm in den Epitaxiereaktor geleitet, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Bei einer weiteren Ausgestaltung wird das Wasserstoffgas in einer Menge von sechs Standard-Kubikzentimeter pro Minute (6 sccm) oder mehr in den Epitaxiereaktor geleitet. Die Einleitung des Wasserstoffgases erfolgt vorzugsweise lediglich über einen kurzen Zeitraum, beispielsweise von zehn Minuten oder weniger, bevorzugt von zwei Minuten oder weniger, besonders bevorzugt von einer Minute oder weniger.
Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens wird während der Abscheidung des Halbleitermaterials in dem Epitaxiereaktor zum Einbringen der Defekte eine Prozesstemperatur und/oder ein Druck in dem Epitaxiereaktor verändert. Beispielsweise wird die Temperatur mit einer Rate von größer oder gleich 60°C pro Minute geändert und/oder der Druck wird mit einer Rate von größer oder gleich 100 mbar pro Minute geändert. Die Änderung kann stufenweise oder kontinuierlich erfolgen, als sogenannte Temperatur- und/oder Druckrampe. Die zeitliche Dauer der Temperatur- und/oder Druckänderung beträgt bei einer Weiterbildung 120 Sekunden oder weniger.
Bei einer anderen Ausgestaltung wird die Zwischenschicht alternativ oder zusätzlich mit Störstellen versehen, indem Fremdatome in die Zwischenschicht eingebracht werden. Beispielsweise werden die Fremdatome und das Halbleitermaterial zu gleichen Zeiten abgeschieden, etwa indem die Quellen, welche das Halbleitermaterial und die Fremdatome bereitstellen, zeitweise gleichzeitig betrieben werden. Auf diese Weise findet bei einer Ausgestaltung ein Einbau der Fremdatome in das Kristallgitter des Halbleitermaterials statt.
Alternativ wird zunächst das Halbleitermaterial zur Bildung eines ersten Teils der Zwischenschicht abgeschieden, anschließend werden die Fremdatome als Schicht auf dem ersten Teil abgeschieden und schließlich wird wieder das Halbleitermaterial zur Bildung eines zweiten Teils der Zwischenschicht abgeschieden. Der zweite Teil der Zwischenschicht wird insbesondere derart abgeschieden, dass er die Schicht der Fremdatome und den ersten Teil der Zwischenschicht im Wesentlichen vollständig überdeckt.
Das Abscheiden der Schicht von Fremdatomen erfolgt insbesondere derart, dass sie Öffnungen aufweist. Beispielsweise wird die Abscheidung der Fremdatome gestoppt, bevor eine geschlossene Schicht abgeschieden ist. Alternativ kann zunächst eine geschlossene Schicht von Fremdatomen hergestellt und diese anschließend – zum Beispiel mittels eines Ätzverfahrens wie reaktivem Ionenätzen (RIE, reactive ion etching) stellenweise wieder entfernt werden. Die Schicht von Fremdatomen, die insbesondere Öffnungen aufweist, hat bei einer Ausgestaltung eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 10 nm, vorzugsweise zwischen 0,1 nm und 3 nm.
Der zweite Teil der Zwischenschicht wird zweckmäßigerweise derart abgeschieden, dass er im Bereich der Öffnungen der Schicht von Fremdatomen an den ersten Teil der Zwischenschicht angrenzt. Insbesondere ist die Schichtdicke der Schicht von Fremdatomen so gewählt, dass der zweite Teil die Schicht von Fremdatomen epitaktisch überwächst.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung des optoelektronischen Halbleiterkörpers und des Verfahrens ergeben sich aus den folgenden in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4, eine schematische Darstellung der Bandstruktur und der Ladungsträgerdichte bei dem Halbleiterkörper gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
5A, eine schematische Darstellung der Bandstruktur bei dem Halbleiterkörper gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
5B, eine schematische Darstellung der Ladungsträgerdichte bei dem Halbleiterkörper gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und
6, eine schematische Darstellung der Bandstruktur bei dem Halbleiterkörper gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind ähnliche oder ähnlich wirkende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten, es sei denn, Maßeinheiten sind explizit angegeben. Vielmehr können einzelne Elemente, zum Beispiel Schichten, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Die Bandstrukturen und Ladungsträgerdichten sind stark schematisiert und vereinfacht dargestellt.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen optoelektronischen Halbleiterkörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Halbleiterkörper basiert beispielsweise auf dem Halbleitermaterial AlInGaN.
Der optoelektronische Halbleiterkörper weist vorliegend eine n-leitende Schicht 1, einen Tunnelübergang 2, eine p-leitende Schicht 3, eine aktive Schicht 4 und eine weitere n-leitende Schicht 5 auf, die in dieser Reihenfolge aufeinander folgen.
Die aktive Schicht 4 weist bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf (SQW) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u. a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Beispiele für MQW-Strukturen sind in den Druckschriften WO 01/39282 , US 5,831,277 , US 6,172,382 B1 und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Beispielsweise ist die Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers von der n-leitenden Schicht 1 zur p-leitenden Schicht 3 gerichtet. Die weitere n-leitende Schicht 5 folgt der aktiven Schicht 4 in diesem Fall in Wachstumsrichtung nach, während die p-leitende Schicht 3 der aktiven Schicht 4 vorausgeht. Auf diese Weise ist die Polarität des optoelektronischen Halbleiterkörpers im Vergleich zu einem Halbleiterkörper ohne Tunnelübergang 2 invertiert. Auf diese Weise wird eine vorteilhafte Ausrichtung von piezoelektrischen Feldern in dem Halbleitermaterial erzielt.
Der Tunnelübergang weist eine n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 auf, die der n-leitenden Schicht 1 zugewandt ist. Er weist weiter eine p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 auf, die der p-leitenden Schicht 3 zugewandt ist. Zwischen der n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 und der p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 ist eine Zwischenschicht 23 angeordnet.
Im Verlauf von der n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 zur p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 weist die Zwischenschicht 23 eine n-Barriereschicht 231, eine Mittelschicht 232 und eine p-Barriereschicht 233 auf.
Beispielsweise handelt es sich bei der n-leitenden Schicht 1 um eine GaN-Schicht, die mit Silizium n-dotiert ist. Das Silizium liegt beispielsweise in einer Konzentration zwischen 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ und 1 × 10²⁰ Atome/cm³ in der n-leitenden Schicht vor. Die p-leitende Schicht ist beispielsweise ebenfalls eine GaN-Schicht, die mit Magnesium p-dotiert ist, das insbesondere in einer Dotierstoffkonzentration zwischen 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ und 2 × 10²⁰ Atome/cm³ in der p-leitenden Schicht 3 vorliegt. Die Grenzen der angegebenen Bereiche sind hierbei jeweils eingeschlossen.
Bei der n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 handelt es sich vorliegend um eine InGaN-Schicht, die beispielsweise einen Indiumgehalt zwischen 0 und 15 Prozent (0 ≤ m ≤ 0,15 in der Formel Al_nIn_mGa_1-n-mN) aufweist. Sie ist ebenfalls mit Silizium n-dotiert, beispielsweise wiederum mit einer Konzentration zwischen einschließlich 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ und einschließlich 1 × 10²⁰ Atome/cm³. Die p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 ist vorliegend ebenfalls eine InGaN-Schicht, die beispielsweise zwischen einschließlich 0 Prozent und einschließlich 30 Prozent Indium enthält. Sie ist vorliegend mit Magnesium p- dotiert, zum Beispiel in einer Konzentration von einschließlich 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ bis einschließlich 3 × 10²⁰ Atome/cm³.
Die Zwischenschicht 23 ist vorliegend eine AlInGaN-Schicht, insbesondere eine AlGaN-Schicht. Der Aluminiumgehalt in der n-Barriereschicht 231 und in der p-Barriereschicht 233 beträgt beispielsweise zwischen 20 Prozent und 100 Prozent, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Vorliegend beträgt er 80 Prozent. Der Aluminiumgehalt in der Mittelschicht 232 ist kleiner als der Aluminiumgehalt in der n-Barriereschicht 231 und als der Aluminiumgehalt in der p-Barriereschicht 233. Insbesondere beträgt der Aluminiumgehalt zwischen 0 Prozent und 20 Prozent, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Bei einer Ausführungsform ist die Zwischenschicht 23 nominell undotiert. Alternativ kann die Zwischenschicht 23 auch p-dotiert sein. Beispielsweise weisen die n-Barriereschicht 231 und die p-Barriereschicht 233 jeweils Magnesium als p-Dotierstoff auf, und zwar insbesondere in einer Konzentration zwischen einschließlich 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ und einschließlich 5 × 10¹⁹ Atome/cm³. Die Mittelschicht 232 ist bei einer Ausgestaltung mit Magnesium in einer Konzentration zwischen 0 und 2 × 10¹⁹ Atome/cm³ p-dotiert, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die n-Barriereschicht 231 und die p-Barriereschicht 233 haben beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 1 nm. Die Mittelschicht 232 hat beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 8 nm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Vorliegend haben die n- und die p-Barriereschicht jeweils einen Aluminiumgehalt von etwa 80 Prozent. Die Prozentangaben beziehen sich dabei jeweils auf den Anteil n in der Materialzusammensetzung Al_nIn_mGa_1-n-mN.
In 4 ist die Bandstruktur des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß der 1 schematisch dargestellt. Die Energie E der Bandkanten des Leitungsbands L und des Valenzbands V sind in Abhängigkeit von der Position im Halbleiterkörper x dargestellt. Zur Zuordnung der x-Werte zu den Schichten des optoelektronischen Halbleiterkörpers sind diese im oberen Bereich des Diagramms eingezeichnet.
Die Bandlücke des Halbleiterkörpers ist im Bereich der n-Barriereschicht 231 und der p-Barriereschicht 233 im Vergleich zu den jeweils angrenzenden Schichten erhöht. Aufgrund der n-Barriereschicht 231 und aufgrund der p-Barriereschicht 233 bilden sich starke Polarisationsladungen, die zu einer besonders hohen Ladungsträgerdichte und steilen Ladungsträgerdichte-Profilen in der n-Typ-Tunnelübergangsschicht 221 und der p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 führen.
Die Ladungsträgerdichte D der Elektronen DE und der Löcher DH ist in 4 ebenfalls schematisch dargestellt. Aufgrund der hohen Ladungsträgerdichten DE, DH wird eine besonders große laterale Stromaufweitung in der n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 und der p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 erzielt. Zusätzlich ist die Bandlücke im Bereich der Mittelschicht 232 geringer als im Bereich der n-Barriereschicht 231 und der p-Barriereschicht 232 und der Abstand zwischen den Bereichen hoher Ladungsträgerdichte DE und DH ist vergleichsweise gering. Der Tunnelübergang hat auf diese Weise einen besonders geringen elektrischen Widerstand. Anders ausgedrückt kann mittels der Barriereschichten 231, 233 und der Mittelschicht 232 zugleich eine hohe Ladungsträgerdichte und eine hohe Tunnelwahrscheinlichkeit erzielt werden.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Halbleiterkörper gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass sowohl die n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 wie auch die p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 als Übergitter aus alternierenden Schichten mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung und/oder Dotierstoffkonzentration ausgeführt ist. Als Übergitter ausgeführte n-Typ- beziehungsweise p-Typ-Tunnelübergangsschichten 21, 22 sind für alle Ausgestaltungen des optoelektronischen Halbleiterkörpers geeignet.
Beispielsweise sind die n-Typ Tunnelübergangsschicht 21 und/oder die p-Typ Tunnelübergangsschicht 22 als Übergitter alternierender InGaN- und GaN-Schichten ausgeführt. Das Übergitter enthält bei einer Weiterbildung im Fall der p-Typ Tunnelübergangsschicht 22 hoch p-dotierte InGaN-Schichten und nominell undotierte GaN-Schichten.
Die Schichtdicke der einzelnen Schichten des Übergitters beträgt vorzugsweise 2 nm oder weniger, besonders bevorzugt 1 nm oder weniger. Beispielsweise beträgt die Schichtdicke jeweils 0,5 nm. Die p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 und/oder die n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 hat vorzugsweise eine Dicke von 40 nm oder weniger, besonders bevorzugt von 20 nm oder weniger. Beispielsweise enthalt das Übergitter zwischen fünf und 15 Paaren von Schichten, wobei die Grenzen eingeschlossen sind, zum Beispiel enthält das Übergitter 10 Paare von Schichten.
Vorteilhafterweise weist eine Tunnelübergangsschicht 21, 22, die als Übergitter ausgebildet ist, eine besonders gute Morphologie der Kristallstruktur auf. Insbesondere ist die Morphologie im Vergleich zu einer hoch dotierten Einzelschicht verbessert. Die Vielzahl der in der Übergitterstruktur enthaltenen Grenzflächen verringert die Gefahr einer Ausbreitung von Versetzungen in dem Halbleiterkörper.
In 5A ist die Bandstruktur des Halbleiterkörpers gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 schematisch dargestellt. Die Bezeichnungen in 5A entsprechen denen der 4. 5B zeigt die entsprechende Ladungsträgerdichte D der Elektronen DE und Löcher DH schematisch.
Die Ausbildung der n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 und/oder p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 als Übergitter führt im Vergleich zu entsprechenden Einzelschichten zu einer weiteren Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration in den Tunnelübergangsschichten und damit zu einer Verbesserung der Stromaufweitung.
Ein weiterer Unterschied des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zu dem optoelektronischen Halbleiterkörper gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, dass die Zwischenschicht 23 gezielt mit Störstellen 6 versehen ist. Vorliegend enthält die Zwischenschicht 23 keine n-Barriereschicht und keine p-Barriereschicht, wie sie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind. Solche n- und p-Barriereschichten sind jedoch auch für das zweite Ausführungsbeispiel geeignet.
Vorliegend ist die Zwischenschicht 23 ist in einem mittleren Bereich 23b mit den Störstellen 6 versehen, während der an die n-Typ-Tunnelübergangsschicht 21 angrenzende oder dieser benachbarte Bereich 23a, sowie der an die p-Typ-Tunnelübergangsschicht 22 angrenzende oder dieser benachbarte Bereich 23c der Zwischenschicht 23 nicht gezielt mit den Störstellen 6 versehen, also insbesondere frei von den Störstellen 6 ist.
Bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterkörpers wird insbesondere die Zwischenschicht 23 durch Abscheidung eines Halbleitermaterials, insbesondere von AlInGaN oder GaN, in einem Epitaxiereaktor hergestellt. Gemäß einer ersten Ausgestaltung wird dabei während der Abscheidung des mittleren Bereichs 23b Wasserstoffgas in den Epitaxiereaktor geleitet. Mittels des Wasserstoffgases werden bei der epitaktischen Abscheidung des mittleren Bereichs 23b der Zwischenschicht 23 gezielt Defekte in dem Halbleitermaterial erzeugt, welche die Störstellen 6 darstellen.
Beispielsweise wird das Wasserstoffgas in einer Menge von sechs Standardkubikzentimeter pro Minute in den Epitaxiereaktor geleitet. Die Zeitdauer, über welche das Wasserstoffgas in den Epitaxiereaktor geleitet wird, beträgt vorzugsweise zwei Minuten oder weniger, besonders bevorzugt eine Minute oder weniger.
Bei einer alternativen Ausgestaltung werden die Defekte 6 erzeugt, indem während der Abscheidung des mittleren Bereichs für eine Zeitdauer von beispielsweise 120 Sekunden oder weniger die Prozesstemperatur und/oder der Druck in dem Epitaxiereaktor stark verändert werden. Unter einer starken. Veränderung wird dabei beispielsweise eine Veränderung des Drucks um 100 Millibar pro Minute oder mehr beziehungsweise der Temperatur um 60 Kelvin pro Minute oder mehr verstanden.
Die Änderung kann stufenweise oder kontinuierlich, als sogenannte Temperatur- oder Druckrampe erfolgen.
Als weitere Alternative können die Störstellen 6 auch erzeugt werden, indem während des epitaktischen Wachstums des mittleren Bereichs 23b zusätzlich zu dem Halbleitermaterial Fremdatome abgeschieden werden. Bei den Fremdatomen handelt es sich beispielsweise um mindestens ein Metall, mindestens ein Übergangsmetall und/oder mindestens ein Element der seltenen Erden. Die Abscheidung einer Kombination mehrerer Metalle, Übergangsmetalle und/oder seltener Erden ist auch denkbar. Beispielsweise sind Brom, Eisen und/oder Mangan als Fremdatome geeignet.
Im Gegensatz zu üblichen p-Dotierstoffen oder n-Dotierstoffen wie Magnesium oder Silizium haben derartige Fremdatome den Vorteil, dass sie elektronische Zustände erzeugen, die energetisch etwa in der Mitte der Bandlücke der Zwischenschicht 23 angeordnet sind. Dies ist in 5A schematisch dargestellt. Der Tunnelstrom des Tunnelübergangs 2 nimmt vorteilhafterweise überproportional mit der Konzentration der Fremdatome 6 zu.
Die Fremdatome liegen beispielsweise in einer Konzentration von größer oder gleich 10¹⁵ Atome/cm³ vor. Die Konzentration ist besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10¹⁹ Atome/cm³, da oberhalb einer solchen Konzentration die Gefahr einer Beeinträchtigung der Morphologie der Zwischenschicht 23 zunimmt. Fremdatome, die während des epitaktischen Wachstums des Halbleitermaterials abgeschieden werden, werden insbesondere in das Kristallgitter des Halbleitermaterials eingebaut. Alternativ können die Fremdatome und das Halbleitermaterial auch nacheinander abgeschieden werden.
Dies ist im Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel nachfolgend erläutert.
Die tiefen Störstellen oder „midgap states”, die durch die Fremdatome 6 hervorgerufen werden, erleichtern mit Vorteil den Ladungsträgern das Durchtunneln der Zwischenschicht 23. Auf diese Weise ist die Effizienz des Tunnelübergangs 2 gegenüber einem Tunnelübergang ohne gezielt eingebrachte Störstellen verbessert.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen optoelektronischen Halbleiterkörper gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der optoelektronische Halbleiterkörper gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Zusätzlich ist die Mittelschicht 232 der Zwischenschicht 23 jedoch gezielt mit Störstellen 6 versehen, wie sie im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben sind. Vorliegend handelt es sich bei den Störstellen 6 um Fremdatome, die als Schicht in die Mittelschicht 232 eingebracht sind.
Bei der Herstellung des Halbleiterkörpers wird – im Gegensatz zu den in Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Herstellungsverfahren – zunächst ein erster Teil 2321 der Mittelschicht 232 auf der n-Barriereschicht 231 abgeschieden. Anschließend wird die Schicht von Fremdatomen 6 abgeschieden. Schließlich wird ein zweiter Teil der Zwischenschicht 2322 auf den Fremdatomen 6 und dem ersten Teil 2321 abgeschieden. Anschließend wird die Zwischenschicht 23 durch Abscheiden der p-Barriereschicht 233 fertig gestellt.
Die Schicht aus Fremdatomen 6 wird dabei derart hergestellt, dass sie Öffnungen aufweist. Anders ausgedrückt ist der erste Teil 2321 der Mittelschicht 232 stellenweise von den Fremdatomen 6 bedeckt und stellenweise von den Fremdatomen 6 unbedeckt. Der zweite Teil 2322 der Mittelschicht 232 wird dann derart abgeschieden, dass er im Bereich der Öffnungen der Schicht von Fremdatomen 6, also dort, wo der erste Teil 2321 von Fremdatomen 6 unbedeckt ist, an Letzteren angrenzt. Die Schichtdicke der Schicht von Fremdatomen 6 ist dazu zweckmäßigerweise so gewählt, dass die Schicht von Fremdatomen 6 epitaktisch überwachsen werden kann. Bei einer Ausgestaltung ist die Schicht von Fremdatomen 6 eine nicht geschlossene Monolage. Größere Schichtdicken sind jedoch auch denkbar. Beispielsweise hat die Schicht von Fremdatomen 6 eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 10 nm, vorzugsweise zwischen 0,1 nm und 3 nm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht der mit Störstellen 6 versehene mittlere Bereich 23b der Zwischenschicht 23 der Schicht von Fremdatomen 6. Die Barriereschichten 231, 233 und vorliegend auch Teilbereiche der Mittelschicht 232, die dem mittleren Bereich 23b vorausgehen beziehungsweise nachfolgen, sind frei von den Fremdatomen. Zur Herstellung des mit Störstellen 6 versehenen mittleren Bereichs 23b der Zwischenschicht 23 sind auch die im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel genannten Herstellungsverfahren geeignet. Umgekehrt ist eine Schicht von Fremdatomen 6 und das Herstellungsverfahren, wie sie im Zusammenhang mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch für das zweite Ausführungsbeispiel geeignet.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen und Ausführungsbeispielen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbespielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/012327 A1 [0002]
- WO 01/39282 [0049]
- US 5831277 [0049]
- US 6172382 B1 [0049]
- US 5684309 [0049]

Claims

Optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die einen Tunnelübergang (2) und eine zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehene aktive Schicht (4) aufweist, wobei der Tunnelübergang eine Zwischenschicht (23) zwischen einer n-Typ Tunnelübergangsschicht (21) und einer p-Typ Tunnelübergangsschicht (22) aufweist und die Zwischenschicht eine der n-Typ Tunnelübergangsschicht zugewandte n-Barriereschicht (231), eine der p-Typ Tunnelübergangsschicht zugewandte p-Barriereschicht (233) und eine Mittelschicht (232) aufweist, deren Materialzusammensetzung sich von der Materialzusammensetzung der n-Barriereschicht und der p-Barriereschicht unterscheidet.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 1, bei dem die n-Barriereschicht (231), die Mittelschicht (232) und die p-Barriereschicht (233) ein Halbleitermaterial aufweisen, das eine erste und eine zweite Komponente enthält und der Anteil der ersten Komponente in der Mittelschicht kleiner ist als in der n-Barriereschicht und der p-Barriereschicht.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 2, bei dem die erste Komponente Aluminium enthält oder daraus besteht und die zweite Komponente mindestens ein Element aus der Gruppe enthält, die aus In, Ga, N, und P besteht.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem der Anteil der ersten Komponente in der Mittelschicht (232) kleiner oder gleich 20% ist und in der n-Barriereschicht (231) und der p-Barriereschicht (233) größer oder gleich 20% ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Schichtdicke der n-Barriereschicht (231) und/oder der p-Barriereschicht (233) kleiner oder gleich 2 nm ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Schichtdicke der Mittelschicht (232) einen Wert zwischen 1 nm und 8 nm hat, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die einen Tunnelübergang (2) und eine zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehene aktive Schicht (4) aufweist, wobei der Tunnelübergang eine Zwischenschicht (23) zwischen einer n-Typ Tunnelübergangsschicht (21) und einer p-Typ Tunnelübergangsschicht (22) aufweist, und die Zwischenschicht gezielt mit Störstellen (6) versehen ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Zwischenschicht (23) im Bereich der Mittelschicht (232) gezielt mit Störstellen (6) versehen ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem die Störstellen (6) zumindest teilweise von Defekten eines Halbleitermaterials der Zwischenschicht (23) gebildet sind.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Störstellen (6) zumindest teilweise von Fremdatomen gebildet sind.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 10, bei dem die Fremdatome (6) in das Kristallgitter eines Halbleitermaterials der Zwischenschicht (23) eingebaut sind und/oder bei dem die Fremdatome (6) als Schicht in der Zwischenschicht (23) enthalten sind.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 10, bei dem die Fremdatome (6) als Schicht in der Zwischenschicht enthalten sind und die Schicht von Fremdatomen (23b) Öffnungen aufweist, die von dem Halbleitermaterial durchsetzt sind.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Fremdatome (6) Atome mindestens eines Elements aus der Gruppe enthalten, die gebildet wird von den Metallen, den Übergangsmetallen und den seltenen Erden.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, bei dem die Störstellen (6) etwa mittig zwischen der n-Typ Tunnelübergangsschicht (21) und der p-Typ Tunnelübergangsschicht (22) angeordnet sind.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 9 bis 14 unter Rückbezug auf Anspruch 9, bei dem ein der n-Barriereschicht (231) benachbarter Randbereich der Mittelschicht (232) und/oder ein der p-Barriereschicht (233) benachbarter Randbereich der Mittelschicht (232) frei von den Störstellen (6) ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die n-Typ Tunnelübergangsschicht (21) und/oder die p-Typ Tunnelübergangsschicht (22) als Übergitter alternierender Schichten ausgeführt ist.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die einen Tunnelübergang (2) und eine zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehene aktive Schicht (4) aufweist, wobei der Tunnelübergang eine n-Typ Tunnelübergangsschicht (21), eine Zwischenschicht (23) und eine p-Typ Tunnelübergangsschicht (22) aufweist, bei dem zur der Herstellung der Zwischenschicht ein Halbleitermaterial epitaktisch abgeschieden und zumindest stellenweise gezielt mit Störstellen (6) versehen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem das Versehen mit Störstellen (6) ein Einbringen von Defekten in das Halbleitermaterial umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem zum Einbringen der Defekte (6) während der Abscheidung des Halbleitermaterials in einem Epitaxiereaktor zumindest zeitweise Wasserstoffgas in den Epitaxiereaktor geleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem während der Abscheidung des Halbleitermaterials in einem Epitaxiereaktor zum Einbringen der Defekte (6) eine Prozesstemperatur und/oder ein Druck in dem Epitaxieraktor verändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem das Versehen mit Störstellen (6) ein Einbringen von Fremdatomen in die Zwischenschicht (23) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem die Fremdatome (6) und das Halbleitermaterial zu gleichen Zeiten abgeschieden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem zunächst das Halbleitermaterial zur Bildung eines ersten Teils (2321) der Zwischenschicht, dann die Fremdatome (6) als Schicht auf dem ersten Teil und anschließend wieder das Halbleitermaterial zur Bildung eines zweiten Teils (2322) der Zwischenschicht abgeschieden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem die Schicht von Fremdatomen (6) derart abgeschieden wird, dass sie Öffnungen aufweist, und der zweite Teil (2322) der Zwischenschicht (23) derart abgeschieden wird, dass er im Bereich der Öffnungen an den ersten Teil (2321) der Zwischenschicht angrenzt.