DE102010010211B4 - Lichtemittierende Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung, mit:
einem Substrat (11);
einer ersten Halbleiterschicht (15) auf dem Substrat (11);
einer zweiten Halbleiterschicht (19) auf der ersten Halbleiterschicht (15);
einer Mehrfach-Quantentopfstruktur (17), die mindestens eine Topfschicht (17b) und mindestens eine Sperrschicht (17a) zwischen den ersten und zweiten Halbleiterschichten (15, 19) umfasst, wobei mindestens eine Schicht (17b) innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur (17) mindestens einen darin gebildeten Trägerfallenabschnitt (27) umfasst und der mindestens eine Trägerfallenabschnitt (27) eine Bandabstandsenergie aufweist, die von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts (27) zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts (27) abnimmt; und
einem Trägerfallencluster, der durch Clusterbildung von mindestens zwei Trägerfallenabschnitten (27) gebildet wird;
wobei der Trägerfallencluster um einen Abstand von mindestens 40-120 nm von einem weiteren benachbarten Trägerfallencluster getrennt ist.

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-basierte 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 einer einfachen Topfschicht oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur mit mehreren Töpfen und Sperrschichten aufweisen. Die Mehrfach-Quantentopfstruktur kann InGaN-Topfschichten 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.
  • In Narukawa Y. et al „Role of self-formed InGaN quantum dots for exciton localization in the purple laser diode emitting at 420 nm" (Applied Physics Letters, Vol. 70, 1997, No. 8, S. 981-983) ist eine lichtemittierende Vorrichtung beschrieben, welche ein Substrat, eine auf dem Substrat gebildete erste Halbleiterschicht, eine auf der ersten Halbleiterschicht gebildete zweite Halbleiterschicht, eine Mehrfach-Quantentopfstruktur und einen Trägerfallencluster umfasst. Die Mehrfach-Quantentopfstruktur weist mindestens eine Topfschicht und mindestens eine Sperrschicht zwischen den ersten und zweiten Halbleiterschichten auf, wobei mindestens eine Schicht innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur mindestens einen darin gebildeten Trägerfallenabschnitt umfasst, und wobei der Trägerfallencluster durch Clusterbildung von mindestens zwei Trägerfallenabschnitte gebildet ist.
  • Weitere Beispiele für lichtemittierende Vorrichtungen sind in der US 2006 / 0 071 218 A1 , der DE 10 2004 001 823 B3 , der US 2009 / 0 206 320 A1 , der US 2007 / 0 108 888 A1 , der WO 00/ 30 178 A1 und der US 7 271 417 B2 beschrieben.
  • 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.
  • Die Erfindung schafft eine lichtemittierende Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • 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 Trägerfallenabschnitt 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.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Stapelstruktur einer lichtemittierenden Vorrichtung veranschaulicht, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
    • 2 ist ein TEM-Bild eines Mehrfach-Quantentopfes (MQW = multiple quantum well) mit einem Trägerfallenabschnitt, welcher nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
    • 3 ist ein Diagramm eines MQW mit einem Trägerfallenabschnitt, welcher nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
    • 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 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. 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, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
  • 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 Bandabstandsenergie 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.
  • Die lichtemittierende Vorrichtung weist 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-Quantentopfstruktur, 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 der Trägerfallenabschnitt 27 eine physikalische Form oder ein quantenmechanischer Energiezustand haben, 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-Quantentopfstruktur 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 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 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 Kristallqualität der Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 verursacht wird. In dieser Hinsicht kann eine Schicht mit Aluminium (Al), beispielsweise eine aus einem AlGaInN-basierten oder AlGaInP-basierten Verbindungshalbleiter 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 Kristallqualität 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 einen allmählich zunehmenden Indiumgehalt vom Umfang zu der Mitte des Trägerfallenabschnitts 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 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 ferner eine Indiumverdampfungsverhindernde Schicht (nicht gezeigt) aufweisen, um Indium am Verdampfen von der Schicht mit dem Trägerfallenabschnitt 27 zu hindern.
  • Die Mehrfach-Quantentopfstruktur 17 weist einen Trägerfallencluster auf, 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 ist um einen Abstand von mindestens 40~120 nm von einem weiteren benachbarten Trägerfallencluster getrennt.
  • 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 hier beschriebene Technologie auf andere Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise AlInGaP-basierte Verbindungshalbleiter und dergleichen, angewendet werden kann.
  • Wie oben beschrieben, umfasst die lichtemittierende Vorrichtung einen Trägerfallenabschnitt 27 und/oder einen Trägerfallencluster in einer Schicht innerhalb einer Mehrfach-Quantentopfstruktur 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 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.

Claims (18)

  1. Lichtemittierende Vorrichtung, mit: einem Substrat (11); einer ersten Halbleiterschicht (15) auf dem Substrat (11); einer zweiten Halbleiterschicht (19) auf der ersten Halbleiterschicht (15); einer Mehrfach-Quantentopfstruktur (17), die mindestens eine Topfschicht (17b) und mindestens eine Sperrschicht (17a) zwischen den ersten und zweiten Halbleiterschichten (15, 19) umfasst, wobei mindestens eine Schicht (17b) innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur (17) mindestens einen darin gebildeten Trägerfallenabschnitt (27) umfasst und der mindestens eine Trägerfallenabschnitt (27) eine Bandabstandsenergie aufweist, die von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts (27) zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts (27) abnimmt; und einem Trägerfallencluster, der durch Clusterbildung von mindestens zwei Trägerfallenabschnitten (27) gebildet wird; wobei der Trägerfallencluster um einen Abstand von mindestens 40-120 nm von einem weiteren benachbarten Trägerfallencluster getrennt ist.
  2. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) eine Bandabstandsenergie aufweist, die in Form einer geraden Linie von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts (27) zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts (27) abnimmt.
  3. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) eine Bandabstandsenergie aufweist, die in Form einer Stufe von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts (27) zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts (27) abnimmt.
  4. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) eine Bandabstandsenergie aufweist, die in Form einer gekrümmten Linie von einem Umfang des Trägerfallenabschnitts (27) zu einer Mitte des Trägerfallenabschnitts (27) abnimmt.
  5. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) in der Topfschicht (17b) innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur (17) gebildet ist.
  6. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) in der Topfschicht (17b) eingebettet ist.
  7. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Schicht (17b) mit dem Trägerfallenabschnitt (27) Indium umfasst.
  8. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Schicht (17b) mit dem Trägerfallenabschnitt (27) 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 (17), um eine Verdampfung von Indium von der Schicht (17b) mit dem Trägerfallenabschnitt (27) zu verhindern.
  10. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) Indium in einer Menge umfasst, die allmählich vom Umfang des Trägerfallenabschnitts (27) zu der Mitte davon zunimmt.
  11. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der die Mitte des Trägerfallenabschnitts (27) mindestens 2% oder mehr Indium als eine äußerste Region des Trägerfallenabschnitts (27) umfasst.
  12. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Schicht (17b) mit dem Trägerfallenabschnitt (27) die Topfschicht (17b) ist und die Sperrschicht (17a) Aluminium umfasst.
  13. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der ein Al-Gehalt der Sperrschicht (17a) eingestellt ist, Zugspannung zu erzeugen, die imstande ist, die in der Schicht (17b) mit dem Trägerfallenabschnitt (27) erzeugte Druckspannung auszugleichen.
  14. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 12, bei der die Sperrschicht (17a) einen AIGalnN-basierten Verbindungshalbleiter oder einen AIGalnP-basierten Verbindungshalbleiter umfasst.
  15. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) gleichzeitig mit der Schicht (17b) mit dem Trägerfallenabschnitt (27) gebildet wird, während die Schicht (17b) aufgewachsen wird.
  16. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Trägerfallenabschnitte (27) mit einer höheren Dichte als eine Dislokationsdichte der Schicht (17b) mit dem Trägerfallenabschnitt (27) verteilt sind.
  17. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) eine Größe von 1-10 nm aufweist.
  18. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 17, bei der der Trägerfallenabschnitt (27) eine Größe von 2-5 nm aufweist.
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