DE102010010211A1 - Lichtemittierende Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine lichtemittierende Vorrichtung kann für lichtemittierende Dioden und Laserdioden verwendet werden. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst ein Substrat, eine erste Halbleiterschicht auf dem Substrat, eine zweite Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht, und eine Mehrfach-Quantentopfstruktur mit mindestens einer Topfschicht und mindestens einer Sperrschicht zwischen den ersten und zweiten Halbleiterschichten. Ein Trägerfallenabschnitt ist in mindestens einer Schicht innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur gebildet. Der Trägerfallenabschnitt weist eine Bandabstandsenergie auf, die allmählich von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts zu einer Mitte davon abnimmt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf lichtemittierende Vorrichtungen, die für lichtemittierende Dioden (LEDs) und Laserdioden (LDs) verwendet werden können. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine lichtemittierende Vorrichtung, die mindestens einen Trägerfallenabschnitt in mindestens einer Schicht innerhalb einer Mehrfach-Quantentopfstruktur aufweist.
  • ERLÄUTERUNG DES HINTERGRUNDS
  • Gruppe-III-Nitride, wie beispielsweise GaN, AlN, InGaN und dergleichen, weisen eine gute thermische Stabilität und eine Energiebandstruktur vom direkten Übergangstyp auf und fanden in den letzten Jahren Beachtung als Materialien für blaue und UV lichtemittierende Dioden und Laserdioden. Insbesondere erregen InGaN-Verbindungshalbleiter Aufmerksamkeit wegen ihrer schmalen Bandabstandsenergie. LEDs, die GaN-basierten Verbindungshalbleiter benutzen, weisen verschiedenartige Anwendungen auf, die Vollfarb-Flachbildschirme, Lichtquellen von Hintergrundbeleuchtungseinheiten, Signallampen, Innenbeleuchtung, hochdefinierte Lichtquellen, hochauflösende Ausgabesysteme, optische Kommunikationen und dergleichen umfassen.
  • Im Allgemeinen umfasst die LED eine N-Typ-Halbleiterschicht, eine P-Typ-Halbleiterschicht und eine aktive Region, die zwischen den N-Typ- und P-Typ-Halbleiterschichten angeordnet ist. Die N-Typ- und P-Typ-Halbleiterschichten können aus Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterschichten, beispielsweise (Al, In, Ga)N-basierten Verbindungshalbleiterschichten, gebildet werden. Die aktive Region kann eine Einfach-Quantentopfstruktur mit ei ner einfachen Topfschicht oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur mit mehreren Töpfen und Sperrschichten aufweisen. Die Mehrfach-Quantentopfstruktur kann InGaN-Topfschich-ten und GaN-Sperrschichten umfassen, die abwechselnd übereinander gestapelt sind. Die InGaN-Topfschicht kann aus einer N-Typ- oder P-Typ-Halbleiterschicht gebildet werden, die einen kleineren Bandabstand als die Sperrschicht aufweist, sodass eine Quantentopfschicht gebildet werden kann, um eine Rekombination eines Elektrons und eines Loches darin zu ermöglichen.
  • Die Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterschicht wird auf einem heterogenen Substrat mit einer hexagonalen Struktur, wie beispielsweise einem Saphirsubstrat oder einem Siliziumkarbidsubstrat, mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung und dergleichen aufgewachsen. Wenn die Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterschicht jedoch auf dem heterogenen Substrat aufgewachsen wird, ist die Halbleiterschicht Rissbildung oder Verwerfung und Dislokationen aufgrund von Unterschieden in der Gitterkonstante und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat ausgesetzt.
  • Um derartige Probleme zu verhindern, wird eine Pufferschicht auf dem Substrat gebildet, bevor die Halbleiterschicht aufgewachsen wird, sodass Kristallfehler im wesentlichen in der auf der Pufferschicht aufgewachsenen Halbleiterschicht verhindert werden können. Nichtsdestotrotz weist die aktive Schicht immer noch eine hohe Dichte von Kristallfehlern auf, wodurch eine beträchtliche Behinderung bei der Anwendung der Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterschicht geschaffen wird. Ferner fangen die Kristallfehler, wie beispielsweise Dislokationen in der aktiven Region, in die aktive Region eingeführte Träger ein und emittieren kein Licht, wodurch sie als eine nichtstrahlende Mitte wirken und den internen Quantenwirkungsgrad der LED bedeutend verschlechtern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die konfiguriert ist, um eine Verringerung im internen Quantenwirkungsgrad zu verhindern, die durch Kristallfehler, wie beispielsweise Dislokationen in einer aktiven Region, verursacht wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die konfiguriert ist, um die Kristallqualität einer Mehrfach-Quantentopfstruktur zu verbessern.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt umfasst eine lichtemittierende Vorrichtung ein Substrat; eine erste Halbleiterschicht auf dem Substrat; eine zweite Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht; und eine Mehrfach-Quantentopfstruktur mit mindestens einer Topfschicht und mindestens einer Sperrschicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht, wobei mindestens eine Schicht innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur mindestens einen darin gebildeten Trägerfallenabschnitt aufweist und der mindestens eine Trägerfallenabschnitt eine Bandabstandsenergie aufweist, die von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts abnimmt.
  • Der Trägerfallenabschnitt kann eine Bandabstandsenergie aufweisen, die in Form einer geraden Linie, in Form einer Stufe oder in Form einer gekrümmten Linie von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts allmählich abnimmt.
  • Der Trägerfallenabschnitt kann in der Topfschicht innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur gebildet sein. Beispielsweise kann der Trägerfallenabschnitt in der Topfschicht eingebettet sein.
  • Die Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt kann Indium enthalten. Beispielsweise kann die Schicht mit dem Trägerfal lenabschnitt aus einem AlInGaN-basierten Verbindungshalbleiter oder einem AlInGaP-basierten Verbindungshalbleiter bestehen.
  • Die lichtemittierende Vorrichtung kann ferner eine Indium-verdampfungsverhindernde Schicht in der Mehrfach-Quantentopfstruktur aufweisen, um eine Verdampfung von Indium von der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt zu verhindern.
  • Der Trägerfallenabschnitt kann Indium in einer Menge enthalten, die allmählich vom Umfang des Trägerfallenabschnitts zu der Mitte davon zunimmt. Die Mitte des Trägerfallenabschnitts kann mindestens 2% oder mehr Indium als eine äußerste Region des Trägerfallenabschnitts enthalten.
  • Die Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt kann die Topfschicht sein, und die Sperrschicht kann Aluminium (Al) enthalten. Hier kann der Al-Gehalt der Sperrschicht eingestellt werden, um Zugfestigkeit zu erzeugen, die imstande ist, die in der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt erzeugte Druckspannung auszugleichen. Die Sperrschicht, die Aluminium enthält, kann aus einem AlGaInN-basierten Verbindungshalbleiter oder einem AlGaInP-basierten Verbindungshalbleiter bestehen.
  • Der Trägerfallenabschnitt kann gleichzeitig mit der Schicht gebildet werden, die den Trägerfallenabschnitt aufweist, während die Schicht aufgewachsen wird. Die Trägerfallenabschnitte können mit einer höheren Dichte als eine Dislokationsdichte der Schicht verteilt sein, die den Trägerfallenabschnitt aufweist.
  • Der Trägerfallenabschnitt kann eine Größe von 1~10 nm aufweisen. Beispielsweise kann der Trägerfallenabschnitt eine Größe von 2~5 nm aufweisen.
  • Die lichtemittierende Vorrichtung kann ferner einen Trägerfallencluster aufweisen, der durch Clusterbildung von mindestens zwei Trägerfallenabschnitten gebildet wird. Der Trägerfallencluster kann um einen Abstand von mindestens 20 nm oder mehr von einem weiteren benachbarten Trägerfallencluster ge trennt sein. Beispielsweise kann der Trägerfallencluster um einen Abstand von mindestens 40~120 nm von einem weiteren benachbarten Trägerfallencluster getrennt sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Stapelstruktur einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 2 ist ein TEM-Bild eines Mehrfach-Quantentopfes (MQW = multiple quantum well) mit einem Trägerfallenabschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist ein Diagramm eines MQW mit einem Trägerfallenabschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4(a) zeigt Energiebänderdiagramme, die entlang der Linien I(a)-I(b) und II(a)-II(b) von 3 genommen sind, 4(b) und (c) sind weitere mögliche Energiebänderdiagramme, die entlang der Linien I(a)-I(b) von 3 genommen sind;
  • 5 ist ein TEM-Bild eines Mehrfach-Quantentopfes (MQW) mit einem Trägerfallencluster gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist ein APT-Bild eines Mehrfach-Quantentopfes (MQW) mit einem Trägerfallencluster gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 7 ist ein Diagramm, das die in einem Trägerfallenabschnitt erzeugte Druckspannung und die in einer Sperrschicht erzeugte Zugspannung, um die Druckspannung auszugleichen, veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Hier werden nachstehend beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen werden als Veranschaulichung gegeben, um einem Fachmann ein gründliches Verständnis der Erfindung zu vermitteln. Folglich sollte ersichtlich sein, dass andere Ausführungsformen basierend auf der vorliegenden Offenbarung offensichtlich sein werden, und dass Modifikationen und Änderungen ohne Abweichen vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Gleichermaßen sei bemerkt, dass die Zeichnungen ohne genauen Maßstab sind und einige der Abmessungen zwecks Klarheit der Beschreibung in den Zeichnungen übertrieben sind. Außerdem werden gleiche Elemente durch gleiche Bezugsziffern in der ganzen Spezifikation und den Zeichnungen bezeichnet.
  • 1 veranschaulicht eine Stapelstruktur einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 ist eine erste Halbleiterschicht 15 auf einem Substrat 11 lokalisiert. Hier kann eine Pufferschicht 13 zwischen der ersten Halbleiterschicht 15 und dem Substrat 11 gebildet werden, um eine Gitterfehlanpassung dazwischen abzuschwächen. Beispielsweise besteht die Pufferschicht 13 aus GaN oder AlN. Das Substrat 11 kann aus, jedoch nicht beschränkt auf, Saphir, Spinell oder Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Die erste Halbleiterschicht 15 kann eine N-Typ-störstellendotierte GaN-Schicht sein.
  • Eine zweite Halbleiterschicht 19 ist auf der ersten Halbleiterschicht 15 lokalisiert, und eine aktive Region 17 ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 15 und der zweiten Halbleiterschicht 19 angeordnet. Die aktive Region 17 kann eine Struktur eines Mehrfach-Quantentopfes (MQW) aufweisen, in der eine oder mehrere Topfschichten 17b und eine oder mehrere Sperrschichten 17a abwechselnd übereinander gestapelt sind. Hier weist die Topfschicht 17b eine schmalere Bandabstandsener gie als die Sperrschicht 17a auf. Die Topfschicht 17b und die Sperrschicht 17a können aus einem AlInGaN-basierten Verbindungshalbleiter bestehen. Beispielsweise kann die Topfschicht 17b störstellendotiertes oder nichtdotiertes InGaN sein, und die Sperrschicht 17a kann störstellendotiertes oder nichtdotiertes InGaN oder GaN sein. Die zweite Halbleiterschicht 19 kann P-Typ-störstellendotiertes GaN sein.
  • Eine zweite Elektrode 21 kann auf der zweiten Halbleiterschicht 19 gebildet sein. Die zweite Elektrode 21 kann eine transparente Elektrode sein, die ermöglicht, dass Licht dahindurch übertragen wird. Die transparente Elektrode 21 kann aus ITO bestehen. Ein Bondpad 23 kann auf der transparenten Elektrode 21 zur externen Verbindung gebildet sein. Das Bondpad 23 kann aus, jedoch nicht beschränkt auf, Cr/Au Ni/Au oder dergleichen bestehen. Ferner kann eine erste Elektrode 25 auf einem offengelegten Bereich der ersten Halbleiterschicht 15 gebildet sein, die durch teilweises Entfernen der zweiten Halbleiterschicht 19 und der Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 gebildet wird. Die erste Elektrode 25 kann ebenfalls aus, jedoch nicht beschränkt auf, Cr/Au Ni/Au oder dergleichen bestehen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die lichtemittierende Vorrichtung mindestens einen Trägerfallenabschnitt 27 in mindestens einer Schicht innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 auf. Der Trägerfallenabschnitt 27 dient dazu, Träger einzufangen, indem der Platz von Dislokationen in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 eingenommen wird. Zu diesem Zweck ist der Trägerfallenabschnitt 27 konfiguriert, um eine Bandabstandsenergie aufzuweisen, die von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts 27 zu der Mitte davon allmählich abnimmt, wie in 3 und 4 gezeigt ist. 4(a) zeigt Energiebänderdiagramme, die entlang der Linien I(a)-I(b) und II(a)-II(b) von 3 genommen ist. Das entlang der Linie II(a)-II(b) genommene Energiediagramm ist im Wesentlichen das gleiche wie das einer allgemeinen Mehrfach-Quantentopf-struktur, die aus einer Topfschicht und einer Sperrschicht besteht. In dem entlang der Linie I(a)-I(b) genommenen Energiediagramm nimmt jedoch die Bandabstandsenergie allmählich zu der Mitte des Trägerfallenabschnitts 27 in der Topfschicht 17b ab. Hier kann, obwohl die Abnahme in der Bandabstandsenergie als eine gerade Linie in 4(a) gezeigt wird, die Bandabstandsenergie in Form einer Stufe, wie in 4(b) gezeigt ist, oder in Form einer gekrümmten Linie, wie in 4(c) gezeigt, abnehmen, indem die Temperatur, der Druck und die Strömungsrate eines Quellengases in einer Kammer während des Wachstums der Topfschicht 17b gesteuert wird. Beispielsweise kann, wenn die Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt 27 Indium enthält, der Trägerfallenabschnitt 27 konfiguriert sein, sodass der Indiumgehalt des Trägerfallenabschnitts 27 allmählich vom Umfang zu der Mitte davon zunimmt. Ein Unterschied im Indiumgehalt zwischen der äußersten Region und der Mitte des Trägerfallenabschnitts 27 kann mindestens 2% oder mehr betragen.
  • Hier bezieht sich der Trägerfallenabschnitt 27 auf eine Struktur, die imstande ist, Träger zu verwenden, die durch die Dislokationen eingefangen werden und verloren gehen können. Eine derartige Struktur ist nicht auf eine physikalische Form begrenzt. Mit anderen Worten kann gemäß Ausführungsformen der Erfindung der Trägerfallenabschnitt 27 eine physikalische Form oder ein quantenmechanischer Energiezustand, die/der imstande ist, die Träger effizient zu verwenden, die durch die Dislokationen eingefangen werden und verloren gehen können.
  • Wie oben beschrieben ist, kann, da der Trägerfallenabschnitt 27 als die strahlende Mitte wirkt, die in die Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 injizierte Träger einfängt, um Licht zu emittieren, der Trägerfallenabschnitt 27 gemäß der Ausführungsform in der Topfschicht 17b innerhalb der Mehrfach-Quantentopf struktur 17 gebildet werden. Beispielsweise kann der Trägerfallenabschnitt 27 in der Topfschicht 17b eingebettet sein, wie in 2 oder 3 gezeigt ist. Es sollte jedoch ersichtlich sein, dass die Konfiguration des Trägerfallenabschnitts 27 in der Topfschicht 17b nicht darauf beschränkt ist.
  • Die Bildung des Trägerfallenabschnitts 27 in der Schicht kann durch dreidimensionales Wachstum erreicht werden. Das dreidimensionale Wachstum bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufwachsen der Schicht in einer dreidimensionalen Form durch Steuern des Drucks, der Temperatur und der Strömungsrate eines Quellengases innerhalb der Kammer. Falls die Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt 27 beispielsweise eine aus InGaN bestehende Topfschicht 17b ist, wird das anfängliche Wachstum von InGaN zweidimensional ausgeführt, bis InGaN auf eine vorbestimmte Dicke oder mehr gewachsen ist, und wird dann in dreidimensionales Wachstum geändert, durch das das InGaN weiter auf eine vorbestimmte Dicke oder mehr aufgewachsen wird, sodass die Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt gemäß den Ausführungsformen der Erfindung durch Phasentrennungseigenschaften von Indium gebildet werden kann. Wenn der Indiumgehalt 5% überschreitet und die Wachstumstemperatur 600°C überschreitet, wird Indium ferner einer Phasentrennung in der Schicht unterworfen und zeigt eine intensive Neigung, den Trägerfallenabschnitt 27 gemäß den Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Durch dieses Verfahren kann der Trägerfallenabschnitt 27 gleichzeitig mit der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt gebildet werden, während die Schicht gebildet wird.
  • Wie in 6 gezeigt ist, induziert jedoch der dreidimensionale Trägerfallenabschnitt 27 Druckspannung in der Topfschicht, wodurch eine Verschlechterung in der Kristall-qualität der Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 verursacht wird. In dieser Hinsicht kann eine Schicht mit Aluminium (Al), beispielsweise eine aus einem AlGaInN-basierten oder AlGaInP-basierten Verbin dungshalbleiter bestehende Schicht, als die Sperrschicht 17a in der Mehrfach-Quantentopfstruktur gebildet werden, um Zugfestigkeit zu erzeugen, die imstande ist, die Druckspannung auszugleichen, wodurch das Problem der durch die Druckspannung verursachten Verschlechterung in der Kristall-qualität gelöst wird. Gemäß einer Ausführungsform wird der Al-Gehalt der Sperrschicht 17a eingestellt, um die gleiche Zugfestigkeit wie die der in der InGaN Topfschicht 17b erzeugten Druckspannung zu erzeugen.
  • Ferner wird, wenn die InGaN-Topfschicht 17b zusammen mit einer GaN-Sperrschicht 17a verwendet wird, die Gitterkonstante der InGaN-Topfschicht 17b derjenigen der GaN-Sperrschicht 17a aufgrund des Trägerfallenabschnitts 27 ähnlich, der in der InGaN-Topfschicht 17b gebildet wird, um ein allmählich zunehmendes Indiumgehalt vom Umfang zu der Mitte des Träger-fallenabschnitts 27 aufzuweisen, wodurch das durch den Gitterunterschied zwischen dem InGaN-Topf 17b und der GaN-Sperrschicht 17a verursachte Problem gelöst wird.
  • Wie oben beschrieben, ist die lichtemittierende Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung konfiguriert, um eine Verringerung in dem internen Quantenwirkungsgrad zu verhindern, die durch die Dislokationen in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 verursacht wird. Zu diesem Zweck können die Trägerfallenabschnitte 27 dieser Ausführungsform mit einer höheren Dichte als diejenigen der Dislokationen in der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt 27 verteilt werden.
  • Der Trägerfallenabschnitt 27 kann eine Größe von 1~10 nm aufweisen. Alternativ kann der Trägerfallenabschnitt 27 eine Größe von 2~5 nm aufweisen.
  • Wenn die Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 Indium enthält, kann es ein Problem der Indiumverdampfung aufgrund von Eigenschaften von Indium geben. Um dieses Problem zu vermeiden, kann die Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ferner eine Indium-verdampfungsverhindernde Schicht (nicht gezeigt) aufweisen, um Indium am Verdampfen von der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt 27 zu hindern.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 ferner einen Trägerfallencluster aufweisen, der durch Clusterbildung von mindestens zwei oben beschriebenen Trägerfallenabschnitten 27 gebildet wird. Diese Konfiguration wird eindeutig in einem gepunkteten Teil von 5 oder in 6 gezeigt. Der Trägerfallencluster kann durch Einstellen der Temperatur, des Drucks und der Strömungsrate eines Quellengases innerhalb einer Kammer während des dreidimensionalen Wachstums der Schicht mit den Trägerfallenabschnitten 27 gebildet werden. Wenn eine Topfschicht 17b gebildet wird, die beispielsweise aus InGaN besteht, wird ein Druck von 300 Torr oder mehr in der Kammer zu einer intensiven Neigung führen, die Trägerfallenabschnitte 27 anzuhäufen, um den Trägerfallencluster zu bilden.
  • Der Trägerfallencluster kann um einen Abstand von mindestens 20 nm oder mehr von einem weiteren benachbarten Trägerfallencluster getrennt sein. Beispielsweise kann der Trägerfallencluster einen Abstand von mindestens 40~120 nm von einem weiteren benachbarten Trägerfallencluster getrennt sein.
  • Obwohl einige Ausführungsformen mit Bezug auf den AlInGaN-basierten Verbindungshalbleiter in der obigen Beschreibung beschrieben wurden, wird es für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auf andere Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise AlInGaP-basierte Verbindungshalbleiter und dergleichen, angewendet werden kann.
  • Wie oben beschrieben, umfasst gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die lichtemittierende Vorrichtung einen Trägerfallenabschnitt 27 und/oder einen Trägerfallencluster in einer Schicht innerhalb einer Mehrfach-Quantentopfstruk tur 17, um Träger effizient einzufangen, die durch Dislokationen in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 eingefangen werden können, sodass die durch den Trägerfallenabschnitt 27 und/oder den Trägerfallenclustern eingefangenen Träger zur Lichtemission verwendet werden kann, wodurch der interne Quantenwirkungsgrad der lichtemittierenden Vorrichtung verbessert wird.
  • Ferner ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 der lichtemittierenden Vorrichtung konfiguriert, um Zugspannung zu erzeugen, die imstande ist, die in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 erzeugte Druckspannung auszugleichen, sodass die Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 eine verbesserte Kristallqualität aufweist.
  • Die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Sämtliche US-Patente, US-Patentanmeldungsveröffentlichungen, US-Patentanmeldungen, Auslandspatente, Auslandspatentanmeldungen und Nichtpatentveröffentlichungen, auf die in dieser Spezifikation Bezug genommen wird und/oder die in dem Anmeldungsdatenblatt (Application Data Sheet) aufgelistet sind, werden hierin durch Bezug in ihrer Gesamtheit aufgenommen. Aspekte der Ausführungsformen können gegebenen-falls modifiziert werden, um Konzepte der verschiedenen Patente, Anmeldungen und Veröffentlichungen zu benutzen, um noch weitere Ausführungsformen bereitzustellen.
  • Diese und andere Änderungen können an den Ausführungsformen angesichts der obigen ausführlichen Beschreibung durchgeführt werden. Im Allgemeinen sollten die in den folgenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht ausgelegt werden, um die Ansprüche auf die spezifischen Ausführungsformen zu begrenzen, die in der Spezifikation und den Ansprüchen offenbart sind, sondern sollten ausgelegt werden, um alle möglichen Ausführungsformen zusammen mit dem vollen Schutzumfang von Äquiva lenten zu umfassen, auf die derartige Ansprüche befugt sind. Demgemäß werden die Ansprüche nicht durch die Offenbarung eingeschränkt.

Claims (20)

  1. Lichtemittierende Vorrichtung, mit: einem Substrat; einer ersten Halbleiterschicht auf dem Substrat; einer zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht; und einer Mehrfach-Quantentopfstruktur, die mindestens eine Topfschicht und mindestens eine Sperrschicht zwischen den ersten und zweiten Halbleiterschichten umfasst, wobei mindestens eine Schicht innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur mindestens einen darin gebildeten Trägerfallenabschnitt umfasst und der mindestens eine Trägerfallenabschnitt eine Bandabstandsenergie aufweist, die von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts abnimmt.
  2. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt eine Bandabstandsenergie aufweist, die in Form einer geraden Linie von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts abnimmt.
  3. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt eine Bandabstandsenergie aufweist, die in Form einer Stufe von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts abnimmt.
  4. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt eine Bandabstandsenergie aufweist, die in Form einer gekrümmten Linie von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts abnimmt.
  5. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt in der Topfschicht innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur gebildet ist.
  6. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Trägerfallenabschnitt in der Topfschicht eingebettet ist.
  7. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt Indium umfasst.
  8. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt einen AlInGaN-basierten Verbindungshalbleiter oder einen AlInGaP-basierten Verbindungshalbleiter umfasst.
  9. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 7, ferner mit: einer Indium-verdampfungsverhindernden Schicht in der Mehrfach-Quantentopfstruktur, um eine Verdampfung von Indium von der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt zu verhindern.
  10. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der der Trägerfallenabschnitt Indium in einer Menge umfasst, die allmählich vom Umfang des Trägerfallenabschnitts zu der Mitte davon zunimmt.
  11. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der die Mitte des Trägerfallenabschnitts mindestens 2% oder mehr Indium als eine äußerste Region des Trägerfallenabschnitts umfasst.
  12. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt die Topfschicht ist und die Sperrschicht Aluminium umfasst.
  13. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der ein Al-Gehalt der Sperrschicht eingestellt ist, Zugspannung zu erzeugen, die imstande ist, die in der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt erzeugte Druckspannung auszugleichen.
  14. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der die Sperrschicht einen AlGaInN-basierten Verbindungshalbleiter oder einen AlGaInP-basierten Verbindungshalbleiter umfasst.
  15. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt gleichzeitig mit der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt gebildet wird, während die Schicht aufgewachsen wird.
  16. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Trägerfallenabschnitte mit einer höheren Dichte als eine Dislokationsdichte der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt verteilt sind.
  17. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt eine Größe von 1~10 nm aufweist.
  18. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 17, bei der der Trägerfallenabschnitt eine Größe von 2~5 nm aufweist.
  19. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit: einem Trägerfallencluster, der durch Clusterbildung von mindestens zwei Trägerfallenabschnitte gebildet wird.
  20. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 19, bei der der Trägerfallencluster um einen Abstand von mindestens 40~120 nm von einem weiteren benachbarten Trägerfallencluster getrennt ist.
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