DE102010012711A1 - Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements - Google Patents

Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements

Info

Publication number
DE102010012711A1
DE102010012711A1 DE201010012711 DE102010012711A DE102010012711A1 DE 102010012711 A1 DE102010012711 A1 DE 102010012711A1 DE 201010012711 DE201010012711 DE 201010012711 DE 102010012711 A DE102010012711 A DE 102010012711A DE 102010012711 A1 DE102010012711 A1 DE 102010012711A1
Authority
DE
Grant status
Application
Patent type
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201010012711
Other languages
English (en)
Inventor
Werner Bergbauer
Dr. Lugauer Hans-Jürgen
Patrick Rode
Dr. Straßburg Martin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OSRAM Opto Semiconductors GmbH
Original Assignee
OSRAM Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/0242Crystalline insulating materials
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/0254Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/0257Doping during depositing
    • H01L21/02573Conductivity type
    • H01L21/02576N-type
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02587Structure
    • H01L21/0259Microstructure
    • H01L21/02603Nanowires
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02609Crystal orientation
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02636Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02639Preparation of substrate for selective deposition
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02636Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02639Preparation of substrate for selective deposition
    • H01L21/02645Seed materials
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L2933/00Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0083Periodic patterns for optical field-shaping in or on the semiconductor body or semiconductor body package, e.g. photonic bandgap structures
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0079Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds wafer bonding or at least partial removal of the growth substrate
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction

Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement angegeben mit zumindest einer epitaktisch entlang einer Wachstumsrichtung (91, 92) gewachsenen Halbleiterschichtenfolge (10), die auf einem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert und die in Wachstumsrichtung Stickstoff-Polarität aufweist, wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) in Wachstumsrichtung (91, 92) eine n-dotierte Halbleiterschicht (11) und darüber eine aktive Zone (12) aufweist, wobei die aktive Zone (12) zumindest eine aktive Schicht enthält, die im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung abstrahlt, und wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) als Nanostab ausgebildet ist.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eins strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements angegeben.

Description

  • [0001]
    Es werden ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements angegeben.
  • [0002]
    Es sind konventionelle Nitrid-basierte lichtemittierende Dioden (LEDs) bekannt, in denen Licht in einer aktiven Zone, die beispielsweise eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur aufweist, erzeugt wird. Üblicherweise werden bei einer solchen LED eine n-dotierte Halbleiterschicht, die aktive Zone und darüber eine p-dotierte Halbleiterschicht auf einem Substrat aufgewachsen. Nitrid-basierte Halbleitermaterialien werden jedoch üblicherweise in der genannten Schichtreihenfolge hinsichtlich der Kristallstruktur derart aufgewachsen, dass die Injektion von Ladungsträgern in die aktive Zone und die Verteilung der Ladungsträger in der aktiven Zone durch im Halbleiterkristall vorherrschende interne piezoelektrische Felder, die eine interne Polarisation hervorrufen, erschwert sind. Dies führt zu einer Erhöhung der Betriebsspannung bei konventionellen Nitrid-basierten LEDs.
  • [0003]
    Um daher die interne Polarisation umzukehren, kann beispielsweise die Aufwachsreihenfolge der Schichten umgekehrt werden, sodass auf einem Substrat zuerst die p-dotierte Schicht, darauf die aktive Zone und auf dieser wiederum die n-dotierte Schicht aufgewachsen werden. Dies hat jedoch einige Nachteile, da die p-dotierte Schicht eine nur geringe Stromaufweitung aufweist. Weiterhin erweisen sich die Nukleation der p-dotierten Schicht auf einem Aufwachssubstrat sowie das Wachstum einer ausreichend dicken und niedrigohmigen p-dotierten Schicht als schwierig und technisch aufwändig. Daher werden zur Ausnutzung der vorteilhaften Polaritätsinversion vor dem Aufwachsen der p-dotierten Schicht üblicherweise eine n-dotierte Schicht und ein Tunnelkontakt zur anschließend aufzubringenden p-dotierten Schicht aufgewachsen, wodurch diese dann mit einer geringeren Dicke ausgeführt sein kann. Tunnelkontakte verursachen jedoch ebenfalls eine signifikante Erhöhung der Vorwärtsspannung der LED. Weiterhin sind auch eine ausreichende Dotierung und Aktivierung einer p-dotierten Schicht unterhalb der aktiven Zone Grenzen gesetzt, wodurch ebenfalls eine Erhöhung der Betriebsspannung resultieren kann.
  • [0004]
    Eine weitere Schwierigkeit von LEDs mit umgekehrter Aufwachsreihenfolge liegt darin, dass übliche Reaktoren zum Aufwachsen der Halbleiterschichten mittels metallorganischer Gasphasenabscheidung („metal-organic vapor Phase epitaxy”, MOVPE) einen so genannten Memory-Effekt hinsichtlich der Dotierung von üblichen p-Dotierstoffen wie etwa Magnesium aufweisen. Wird nämlich eine Mg-dotierte p-Schicht vor der aktiven Zone aufgewachsen, kann ein unerwünschter Einbau des Magnesiums in die aktive Zone kaum verhindert werden, insbesondere wenn diese ternäre Materialien wie etwa InGaN aufweist.
  • [0005]
    In konventionellen LEDs wird die Effizienz, insbesondere bei höheren Stromdichten, durch Auger-artige Verluste, die mit zunehmender Ladungsträgerdichte im Quantenfilm ansteigen, begrenzt. Um diese zu unterdrücken oder zu reduzieren, werden Mehrfach- statt Einzelquantenfilme in die aktive Zone eingebaut. Dabei ist jedoch die Anzahl der Ladungsträger über die Quantenfilme nicht konstant und die Auger-artigen Verluste können nicht wie gewünscht unterdrückt werden. Hinderlich für eine gleichmäßige Verteilung sind hierbei die Dicke und die (energetische) Höhe der Barrierenschichten zwischen den Quantenfilmen.
  • [0006]
    Eine Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen liegt darin, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Nitrid-basierten Halbleiterschichtenfolge anzugeben. Eine weitere Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements anzugeben.
  • [0007]
    Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • [0008]
    Ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform zumindest eine Halbleiterschichtenfolge auf, die entlang einer Wachstumsrichtung epitaktisch gewachsen ist und die auf einem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.
  • [0009]
    ”Auf einem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert” bedeutet hierbei, dass wesentliche Materialkomponenten der Halbleiterschichtenfolge ein Gruppe-III-Material, beispielsweise eines oder mehrere ausgewählt aus Al, In, B und insbesondere Ga, und das Gruppe-V-Material Stickstoff sind. Die Halbleiterschichtenfolge kann mehrere Schichten aufweisen, die sich in der jeweiligen Materialzusammensetzung und/oder Dotierung unterscheiden können.
  • [0010]
    Zur Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements kann das epitaktische Wachstum der Halbleiterschichtenfolge bevorzugt mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder auch beispielsweise mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) erfolgen. Dabei werden ausgehend von einem Nukleationskeim auf einem Substrat die Schichten der Halbleiterschichtenfolge übereinander und aufeinander aufgewachsen, wodurch sich die Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge ergibt. Diese kann beispielsweise senkrecht von der Substratoberfläche weggerichtet sein, auf der die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Weiterhin kann das Wachstum der Halbleiterschichtenfolge teilweise auch parallel zur Substratoberfläche verlaufen, wobei das Wachstum parallel zur Substratoberfläche vorteilhafterweise langsamer als das Wachstum senkrecht zur Substratoberfläche verläuft. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Halbleiterschichtenfolge eine Hauptwachstumsrichtung senkrecht zur Substratoberfläche sowie zusätzlich eine laterale Wachstumsrichtung parallel zur Substratoberfläche mit einer geringeren Wachstumsrate als in Hauptwachstumsrichtung aufweisen kann.
  • [0011]
    Weitere Merkmale und Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements und insbesondere der Halbleiterschichtenfolge werden weiter unten beschrieben.
  • [0012]
    Die Halbleiterschichtenfolge weist in Wachstumsrichtung zumindest eine n-dotierte Halbleiterschicht und darüber eine aktive Zone auf, wobei die aktive Zone zumindest eine aktive Schicht aufweist, die im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung abstrahlt. Die aktive Zone kann dabei als Einfach-Quantentopf-Struktur ausgeführt sein. Weiterhin kann die aktive Zone auch als Mehrfach-Quantentopf-Struktur mit zumindest zwei aktiven Schichten ausgeführt sein.
  • [0013]
    Insbesondere kann das Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial mit einer hexagonalen Kristallstruktur, der so genannten Wurtzit-Struktur, aufgebracht sein. Dabei kann das Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial auf dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem AlInGaN, also AlxInyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, basieren und eine aktive Zone aufweisen, die beispielsweise einen oder mehrere InGaN-Quantentröge umfassen kann. In einem derartigen Material treten piezoelektrische Felder beispielsweise aufgrund der polaren Wurtzit-Kristallstruktur auf, da Gruppe-III-Atome eine von den Stickstoffatomen unterschiedliche und insbesondere geringere Elektronegativitäten aufweisen, wodurch sich entlang der entsprechenden Kristallbindungen Dipole ausbilden. In der hexagonalen Wurtzit-Struktur ergibt sich so eine Polarisation des Kristalls entlang der kristallographischen c-Achse, die auch der Wachstumsrichtung senkrecht zur Oberfläche eines Aufwachssubstrats entspricht.
  • [0014]
    Die Polung der piezoelektrischen Felder ist abhängig vom Wachstumsmodus, in dem die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Beispielsweise bei Verwendung der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) wird üblicherweise in einem Wachstumsmodus mit so genannter Gruppe-III-Polarität gewachsen. Beispielsweise im Falle eines GaN-Kristall bedeutet dies, dass bei den Ga-N-Doppelschichten, aus denen der Kristall gebildet ist, die Galliumatome in Richtung der vom Wachstumssubstrat abgewandten Oberfläche des Kristalls liegen. Die Polarisation in einem Gruppe-III-Nitrid-Kristall mit einer Gruppe-III-Polarität, also im Falle eines GaN-Kristalls eine Ga-Polarität, bewirkt eine derartige Ausbildung von Raumladungszonen innerhalb des Halbleiterkristalls, dass Ladungsträger eine Injektionsbarriere in die aktive Zone überwinden müssen, wodurch die Effizienz von Halbleiterbauelementen mit einer solchen Gruppe-III-Polarität deutlich verringert sein kann.
  • [0015]
    Im Gegensatz dazu weist die hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge, und damit beispielsweise die n-dotierte Halbleiterschicht und die aktive Zone, eine Stickstoff-Polarität oder N-Polarität („N-face polarity”) auf. Das bedeutet, dass im Vergleich zur herkömmlichen Gruppe-III-Polarität bei bekannten LEDs hier beispielsweise die n-dotierte Schicht eine umgekehrte Abfolge der Gruppe-III-Atome und der Stickstoffatome aufweist, wodurch auch die Polarisation entlang der c-Achse und entlang der Wachstumsrichtung in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Daher spricht man bei der hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge mit der Stickstoff-Polarität im Vergleich zur üblichen Gruppe-III-Polarität bekannter Halbleiterschichtenfolgen auch von einer so genannten polarisationsinvertierten Schichtstruktur („polarization inverted layer structure”, PILS).
  • [0016]
    Die Stickstoff-Polarität der Halbleiterschichtenfolge hat mit Vorteil zu Folge, dass die Injektionsbarriere für Ladungsträger in die aktive Zone abgesenkt wird, sodass eine geringere Betriebsspannung zur Ladungsträgerinjektion sowie eine homogenere Ladungsträgerkonzentration in den aktiven Schichten der aktiven Zone erreicht werden kann, wodurch die Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung mit einer hohen Effizienz erfolgen kann.
  • [0017]
    „Elektromagnetische Strahlung” bedeutet hier und im Folgenden insbesondere Licht mit einer Wellenlänge im infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich und insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich. Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement kann somit vorzugsweise elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen in Form von infrarotem, sichtbarem und/oder ultraviolettem Licht abstrahlen.
  • [0018]
    Die elektromagnetische Strahlung kann in der zumindest einen aktiven Schicht der aktiven Zone durch Rekombination von Elektronen und Löchern erzeugt werden. Insbesondere kann in einer als Mehrfach-Quantentopf-Struktur ausgebildeten aktiven Zone zwischen zumindest zwei aktiven Schichten, insbesondere zwischen je zwei benachbarten aktiven Schichten, eine Barrierenschicht angeordnet sein. Die aktive Zone kann dabei insbesondere zumindest eine Barrierenschicht mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 15 nm und bevorzugt von kleiner oder gleich 5 nm aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke der Barrierenschicht sogar 3 nm oder weniger und besonders bevorzugt 2 nm oder weniger. Insbesondere kann die aktive Zone drei oder mehr als drei aktive Schichten aufweisen. Vorzugsweise kann die aktive Zone fünf oder weniger aktive Schichten aufweisen. Zwischen jeweils zwei benachbarten aktiven Schichten kann eine Barrierenschicht angeordnet sein.
  • [0019]
    Durch eine Schichtdicke der Barrierenschichten von 15 nm oder weniger, bevorzugt 5 nm oder weniger, besonders bevorzugt 3 nm oder weniger und vorzugsweise sogar 2 nm oder weniger kann mit Vorteil eine Verbesserung des Überlapps der Wellenfunktionen und der elektronischen Kopplung zwischen den einzelnen aktiven Schichten erzielt werden. Dies kann auf vorteilhafte Weise bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement zusammen mit der oben beschriebenen Absenkung der Injektionsbarriere durch die invertierte Polarisation in der Halbleiterschichtenfolge aufgrund der Stickstoff-Polarität neben der Reduktion von Auger-Rekombinationen in der aktiven Zone insbesondere bei hohen Stromdichten eines in das Halbleiterbauelement im Betrieb eingeprägten Betriebsstroms auch zu einer vorteilhaften Ladungsträgerverteilung auf die einzelnen, in der aktiven Zone angeordneten aktiven Schichten führen, so dass eine hohe Effizienz erzielt wird.
  • [0020]
    Über der aktiven Zone kann weiterhin zumindest eine p-dotierte Schicht aufgebracht sein, so dass das hier beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterbauelement im Vergleich zu bekannten polarisationsinvertierten Schichtstrukturen mit der oben beschriebenen umgekehrten Aufwachsreihenfolge p-Schicht, aktive Zone, n-Schicht die konventionelle Aufwachsreihenfolge n-Schicht, aktive Zone, p-Schicht von nicht-polarisationsinvertierten Halbleiterschichtenfolgen aufweist. Dadurch können die Nachteile der LEDs mit umgekehrter Aufwachsreihenfolge wie etwa die Verwendung eines Tunnelkontaktes unter Erhöhung der Vorwärtsspannung vermieden werden. Weiterhin ist auch keine vergrabene p-dotierte Schicht, also eine p-dotierte Schicht, die vor der aktiven Zone aufgewachsen wird, nötig, wodurch die oben beschriebenen Nachteile einer solchen vergrabenen p-dotierten Schicht ebenfalls vermieden werden können. Weiterhin kann auch der oben beschriebene Memory-Effekt bei der Dotierung einer vergrabenen p-Schicht mit Magnesium vermieden werden. Da die n-dotierte Halbleiterschicht, und damit auch die darüber aufgewachsenen Schichten, N-Polarität aufweisen, ist das hier beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterbauelement dennoch als polarisationsinvertierte Schichtstruktur ausgebildet, in der durch eine Umkehrung der internen Polarisation des Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials im Vergleich zu bekannten LEDs, die in der Reihenfolge n-dotierte Schicht, aktive Zone, p-dotierte Schicht mit Gruppe-III-Polarität aufgewachsen werden, eine Verbesserung der Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone erreicht werden kann.
  • [0021]
    Weiterhin ist die zumindest eine Halbleiterschichtfolge oder zumindest ein Teil der Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise die n-dotierte Halbleiterschicht und die aktive Zone, als Nanostab ausgebildet. Als Nanostab (auch: „nanorod” oder „nanowire”) wird hier und im Folgenden eine stab- oder säulenartige Halbleiterschichtenfolgenstruktur bezeichnet, die entlang der Hauptwachstumsrichtung eine größere Abmessung als lateral dazu, also senkrecht zur Hauptwachstumsrichtung, aufweist. Als Hauptwachstumsrichtung wird dabei eine von der Aufwachsoberfläche weggewandte Richtung, insbesondere eine dazu senkrechte Wachstumsrichtung, bezeichnet.
  • [0022]
    Der Nanostab kann einen Durchmesser im Nanometerbereich bis Mikrometerbereich aufweisen, insbesondere größer oder gleich 10 nm, insbesondere größer oder gleich 100 nm, und kleiner oder gleich 5 μm, insbesondere kleiner oder gleich 500 nm. Eine Höhe beziehungsweise Länge des Nanostabs entlang der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge senkrecht zu einem Aufwachssubstrat kann größer oder gleich 100 nm sein und beispielsweise einige 100 nm bis zu einigen Mikrometern betragen, wobei die Höhe beziehungsweise Länge immer größer als der Durchmesser ist. Der Nanostab kann bevorzugt einen gleichmäßigen Durchmesser über seine gesamte Länge aufweisen oder alternativ dazu auch zumindest einen oder mehrere Bereiche mit erniedrigtem oder erhöhtem Durchmesser. Der Nanostab kann beispielsweise einen runden, hexagonalen oder polygonen Grundriss aufweisen. Das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser sowie die Form des Querschnitts kann durch die Wachstumsbedingungen der Halbleiterschichtenfolge einstellbar sein. Beispielsweise kann bei einem MOVPE-Verfahren über den Anteil des den Reaktionsgases zugegebenen Wasserstoff das Verhältnis zwischen lateraler und senkrechter Wachstumsrate relativ zu einer Aufwachssubstratoberfläche einstellbar sein.
  • [0023]
    Durch das Ausbilden der Halbleiterschichtenfolge als Nanostab kann die für Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien mit Stickstoff-Polarität bekannte geringe Kristallqualität vermieden werden, die bei einer flächigen Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterschichtenfolge mit N-Polarität, wie sie etwa in der US 6,515,313 B1 vorgeschlagen wird, auftritt. Als flächige oder zweidimensionale Halbleiterschichtenfolge wird dabei eine solche bezeichnet, die lateral, also entlang der Aufwachsoberfläche eines Aufwachssubstrats, eine erheblich größere Ausdehnung als entlang der Wachstumsrichtung senkrecht zum Aufwachssubstrat aufweisen. Bei solchen flächigen Halbleiterschichtenfolgen ist die Qualität einer Halbleiterschicht mit N-Polarität hinsichtlich der Oberflächenmorphologie, der Ausbildung von Punktdefekten und dem Einbau von Defekten wie etwa Kohlenstoff- oder Sauerstoff-Verunreinigungen im Vergleich zur Qualität einer Schicht mit Gruppe-III-Polarität, beispielsweise einer Ga-Polarität, erheblich geringer. Aufgrund der im Vergleich zu Länge oder Höhe des Nanostabs geringeren Querschnittsfläche und geringeren lateralen Ausdehnung kann die Bildung von Kristallgitterdefekten, insbesondere beispielsweise in Form von Schraubenversetzungen („threading dislocations”), im Vergleich zu flächigen Halbleiterschichtenfolgen stark unterdrückt sein. Weiterhin können bei der hier beschriebenen Nanostab-förmigen Halbleiterschichtenfolge mögliche Kristalldefekte zur Oberfläche hin geleitet sein („defect bending”). Dadurch kann die hier beschriebene Nanostab-förmige Halbleiterschichtenfolge eine im Vergleich zu bekannten flächigen Halbleiterschichtenfolgen mit Stickstoff-Polarität deutlich verbesserte Kristallqualität aufweisen.
  • [0024]
    Weiterhin kann bei flächigen Halbleiterschichtenfolgen mit einer In-haltigen aktiven Zone, also im Falle einer GaN-Halbleiterschichtenfolge mit einer InGaN-haltigen aktiven Zone der Einbau von Indium aufgrund seiner im Vergleich zu den anderen Materialien größeren Gitterkonstanten zu starken Verspannungen des Kristallgitters führen. Durch derartige Verspannungen kann eine zusätzliche Polarisation im Kristallgitter hervorgerufen werden, die eine Erhöhung der Injektionsbarriere für Ladungsträger in die aktive Zone zur Folge haben kann. Weiterhin kann die Verspannung zur vermehrten Ausbildung von Gitterdefekten führen. Bei der hier beschriebenen Nanostab-förmigen Halbleiterschichtenfolge kann der Einbau von Indium in die aktive Zone zu einer lokalen Verbreiterung des Nanostab-Querschnitts im Bereich der aktiven Zone führen, wodurch eine elastische, zumindest teilweise Verspannungsrelaxation erreicht werden kann. Dadurch können sowohl eine durch Verspannungen hervorgerufene Polarisation sowie auch durch Verspannungen hervorgerufenen Gitterdefekte im Vergleich zu üblichen flächigen Halbleiterschichtenfolgen vermindert oder sogar verhindert werden. Durch die elastische Verspannungsrelaxation im Bereich der aktiven Zone kann somit die Kristallstruktur der aktiven Zone verbessert werden, wodurch zwischen den aktiven Schichten Barrierenschichten mit einer geringen Dicke als bei flächigen Halbleiterschichtenfolgen angeordnet werden können, insbesondere die oben genannten Dicken der einen oder mehreren Barrierenschichten zwischen den aktiven Schichten.
  • [0025]
    Durch die Reduktion der Verspannungen aufgrund der geringen Querschnittsfläche der Nanostab-förmigen Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat kann auch eine mögliche Verbiegung der Halbleiterschichtenfolge und insbesondere des aktiven Bereichs, wie von flächigen Halbleiterschichtenfolgen her bekannt, verringert werden und die Wellenlängenhomogenität der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung kann erhöht werden.
  • [0026]
    Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ein Aufwachssubstrat bereitgestellt. Auf dem Aufwachssubstrat wird zumindest ein Nukleationskeim erzeugt, auf dem und von dem ausgehend die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen wird, die auf einem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert. Die Halbleiterschichtenfolge wird als Nanostab mit Stickstoff-Polarität mit einer n-dotierten Halbleiterschicht und darüber einer aktiven Zone entlang einer Wachstumsrichtung aufgewachsen, wobei die aktive Zone zumindest eine aktive Schicht enthält, die im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung abstrahlt.
  • [0027]
    Die vorab genannten Merkmale und Ausführungsformen des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements sowie Kombinationen daraus gelten hier und im Folgenden gleichermaßen für das Verfahren zur Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements. Ebenso gelten Merkmale und Ausführungsformen des Verfahrens sowie Kombinationen daraus auch für das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement.
  • [0028]
    Das Aufwachssubstrat kann beispielsweise ein Saphir- oder SiC-Substrat oder auch ein Silizium-Substrat sein. Mittels des zumindest einen Nukleationskeims wird ein Oberflächenbereich des Substrats oder ein Oberflächenbereich auf dem Substrat bereitgestellt, auf dem sich die Halbleiterschichtenfolge ausbilden kann. Der Nukleationskeim weist dazu eine Fläche auf dem Aufwachssubstrat auf, die kleiner oder gleich der Querschnittsfläche der aufzuwachsenden Nanostab-förmigen Halbleiterschichtenfolge ist.
  • [0029]
    Zur Herstellung des Nukleationskeims können auf dem Wachstumssubstrat eine Maskenschicht mit zumindest einer Öffnung ausgebildet und der Nukleationskeim in der Öffnung angeordnet werden oder sein. Als zumindest ein Nukleationskeim kann eine Stickstoff-haltige Oberfläche auf dem Aufwachssubstrat erzeugt werden.
  • [0030]
    Beispielsweise kann zur Herstellung des Nukleationskeims eine Stickstoff-haltige Schicht auf dem Substrat aufgebracht werden. Die Stickstoff-haltige Schicht kann insbesondere durch Aufwachsen eines Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials, beispielsweise GaN oder AlN, mit Stickstoff-Polarität erzeugt und mit einer Schichtdicke flächig auf dem Substrat aufgewachsen werden, wobei die Schichtdicke größer oder gleich einigen Atomlagen, beispielsweise auch größer oder gleich 1 nm, und weiterhin kleiner oder gleich einigen zehn Nanometern sein kann. Da die Stickstoff-haltige Schicht und insbesondere lediglich ein Oberflächenbereich der Stickstoff-haltigen Schicht als Nukleationskeim für die Nanostab-förmige Halbleiterschichtenfolge dient, kann sich die oben beschriebene geringe Qualität von flächigen Gruppe-III-Verbindungshalbleitermaterial-Schichten mit N-Polarität nicht nachteilig auf die Nanostab-förmige Halbleiterschichtenfolge auswirken.
  • [0031]
    Auf der Stickstoff-haltigen Schicht kann anschließend eine Maskenschicht, die beispielsweise Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid enthält oder daraus ist, etwa mittels eines chemischen Gasphasen-Abscheideverfahrens („chemical vapor deposition”, CVD) oder auch während des MOVPE-Wachstums in situ aufgebracht werden. Zur Freilegung des zumindest einen Nukleationskeims kann eine Öffnung in der Maskenschicht mittels eines Lithographieverfahrens und/oder mittels eines Lasers erzeugt werden, sodass die Stickstoff-haltige Schicht in einem Oberflächenbereich mit gewünschter Form und Größe beispielsweise mit eines nasschemischen Verfahrens freigelegt werden kann und so in der Öffnung den Nukleationskeim bilden kann. Alternativ dazu kann der Nukleationskeim mittels eines dem Fachmann bekannten Nano-Imprint-Verfahrens hergestellt werden.
  • [0032]
    Wird ein Saphir-Substrat als Aufwachssubstrat verwendet, kann die vorab beschriebene Maskenschicht auch direkt auf der Substratoberfläche aufgebracht und mit zumindest einer Öffnung versehen werden. In der Öffnung kann mittels Nitridierung ein Stickstoff-haltiger Oberflächenbereich des Auswachssubstrats erzeugt werden. Dazu kann das Substrat einer Stickstoff-haltigen Atmosphäre durch Zuleitung von Ammoniak ausgesetzt werden. Bei einer ausreichend hohen Temperatur können die Ammoniakmoleküle über der Substratoberfläche aufspalten. Durch den dadurch freigesetzten Wasserstoff kann eine leichte Rückätzung der Substratoberfläche erreicht werden, die dann mittels des freigesetzten Stickstoffs passiviert wird, sodass der Oberflächenbereich nach der Nitridierung Aluminiumnitrid als Nukleationskeim in der zumindest einen Öffnung der Maskenschicht aufweist.
  • [0033]
    Alternativ dazu kann die Nitridierung der Substratoberfläche auch großflächig vor dem Aufbringen der Maskenschicht mit der zumindest einen Öffnung durchgeführt werden.
  • [0034]
    Die Wachstumsbedingungen beim epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge können beispielsweise über die Menge des den jeweiligen Reaktionsgasen zugeführten Wasserstoff derart eingestellt werden, dass ein gewünschtes Verhältnis einer Wachstumsrate senkrecht zur Substratoberfläche zu einer lateralen Wachstumsrate, also einer Wachstumsrate entlang der Substratoberfläche, erreicht werden kann.
  • [0035]
    Beispielsweise können die Wachstumsbedingungen so eingestellt werden, dass ein laterales Wachstum der Halbleiterschichtenfolge ganz oder zumindest fast gänzlich unterdrückt wird. Die Halbleiterschichtenfolge kann dann in einer Wachstumsrichtung senkrecht zur Oberfläche des Aufwachssubstrats aufgewachsen werden, so dass nach dem Aufwachsen der n-dotierten Halbleiterschicht auf der dem Aufwachssubstrat abgewandten Schichtoberfläche senkrecht zur c-Kristallachse der n-dotierten Halbleiterschicht die aktive Zone aufgewachsen wird.
  • [0036]
    Weiterhin können die Wachstumsbedingungen derart eingestellt werden, dass sich beim Aufwachsen der n-dotierten Schicht alternativ oder zusätzlich zur Schichtoberfläche, die zur c-Kristallachse senkrecht ist, eine oder mehrere dazu verkippte Schichtoberflächen auf der n-dotierten Schicht ausbilden, die verschiedenen Kristallflächen des aufgewachsenen Halbleiterkristalls entsprechen. Abhängig von der lateralen Wachstumsrate im Verhältnis zur senkrechten Wachstumsrate beim Aufwachsen der aktiven Zone kann die zumindest eine aktive Schicht der aktiven Zone dann zusätzlich auch auf den verkippten Schichtoberflächen oder je nach Aufwachsbedingungen zusätzlich auch noch auf den Seitenflächen der Nanostab-förmigen Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise der Nanostab-förmigen n-dotierten Halbleiterschicht ausgebildet werden. Dadurch kann es möglich sein, dass die aktive Zone auf zumindest zwei Schichtoberflächen der n-dotierten Halbleiterschicht angeordnet wird. Ist die aktive Zone auch auf den verkippten Schichtoberflächen und/oder auf den Seitenflächen der n-dotierten Halbleiterschicht angeordnet, kann das bedeuten, dass sich zumindest ein Teil der aktiven Zone zumindest teilweise entlang einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, nämlich entlang der Nanostab-Hauptachse senkrecht zur Substratoberfläche, erstreckt.
  • [0037]
    Da die laterale Wachstumsrate zum Aufwachsen der Nanostab-förmigen Halbleiterschicht stets kleiner als die senkrechte Wachstumsrate entlang der c-Kristallachse des Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials ist, kann die zumindest eine aktive Schicht der aktiven Zone jeweils zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen Dicken aufweisen, die sich auf unterschiedlichen Schichtoberflächen befinden können. Durch die unterschiedliche Dicke kann die Halbleiterschichtenfolge im Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements von den zumindest zwei Bereichen elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen abstrahlen, wobei die abgestrahlte Wellenlänge beispielsweise proportional zur Dicke der aktiven Schicht, aber auch zum In-Gehalt, im jeweiligen Bereich sein kann.
  • [0038]
    Weiterhin kann das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von als Nanostäbe ausgebildeten Halbleiterschichtenfolgen der vorab beschriebenen Art aufweisen. Dazu kann auf dem Aufwachssubstrat eine Mehrzahl von Nukleationskeimen in einer gewünschten geometrischen Anordnung und Verteilung auf dem Wachstumssubstrat erzeugt werden, sodass die Mehrzahl von Halbleiterschichtenfolgen als Nanostäbe mit eben derselben Anordnung und Verteilung aufgewachsen werden können.
  • [0039]
    Beispielsweise können die Nanostäbe in einer oder zwei lateralen Richtungen entlang der Substratoberfläche regelmäßig angeordnet sein. Weisen jeweils benachbarte Nanostäbe einen Abstand von einem Bruchteil der abgestrahlten Wellenlänge bis zu einigen Wellenlängen auf, kann die Mehrzahl der Halbleiterschichtenfolgen einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden, sodass es dadurch sowie durch die exzellente Auskopplung der in den einzelnen Nanostäben erzeugten elektromagnetischen Strahlung möglich sein kann, die Abstrahleigenschaften des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ohne weitere Oberflächenmodifikation wie etwa einer Aufrauung oder Anordnung von optischen Elementen wie etwa einer Streufolie zu beeinflussen.
  • [0040]
    Weiterhin kann zwischen und/oder auf der Mehrzahl der Nanostab-förmigen Halbleiterschichtenfolgen ein transparentes und/oder ein reflektierendes Material angeordnet sein. Das transparente und/oder reflektierende Material kann elektrisch leitend sein und damit gleichzeitig einen elektrischen Anschluss der Halbleiterschichtenfolgen beispielsweise auf der Seite einer p-dotierten Halbleiterschicht ermöglichen. Dazu kann das Material beispielsweise ein transparentes elektrisch leitendes Oxid („transparent conducting oxide”, TCO), beispielsweise etwa Indium-Zinn-Oxid, und/oder ein Metall aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das transparente und/oder reflektierende Material auch elektrisch isolierend sein und beispielsweise Spin-On-Glass und/oder ein Polymer aufweisen oder daraus sein.
  • [0041]
    Beispielsweise kann zwischen den Nanostäben das transparente Material aufgebracht werden, sodass die Nanostäbe zum einen auf einem Substrat mechanisch stabilisiert werden können und zum anderen eine Auskopplung der in den Halbleiterschichtenfolgen im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung stattfinden kann.
  • [0042]
    Weiterhin können auf einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Oberfläche der Halbleiterschichtenfolgen, beispielsweise auf den p-dotierten Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolgen, ein reflektierendes Material und darüber ein Trägersubstrat aufgebracht werden. Anschließend kann das Aufwachssubstrat zumindest teilweise entfernt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise bei gänzlicher Entfernung des Aufwachssubstrats die Kristallseite der Halbleiterschichtenfolgen mit der Gruppe-III-Polarität freigelegt werden. Eine Aufrauung dieser Kristallseite, wie sie bei flächigen Halbleiterschichten zur Verbesserung der Strahlungsauskoppeleigenschaften nötig aber technisch sehr aufwändig ist, ist aufgrund der exzellenten Strahlungsauskoppeleigenschaften und/oder aufgrund der oben beschriebenen Anordnung der Nanostäbe in Form eines zweidimensionalen photonischen Kristalls nicht erforderlich.
  • [0043]
    Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 6F beschriebenen Ausführungsformen.
  • [0044]
    Es zeigen:
  • [0045]
    1A bis 1C schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • [0046]
    2 und 3 schematische Darstellungen von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
  • [0047]
    4A bis 4C schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
  • [0048]
    5 eine schematische Darstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
  • [0049]
    6A bis 6F schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • [0050]
    In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
  • [0051]
    In den 1A bis 1C ist ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt.
  • [0052]
    In einem ersten Verfahrensschritt gemäß 1A wird ein Aufwachssubstrat 1 bereit gestellt, das im gezeigten Ausführungsbeispiel aus Saphir ist und beispielsweise als Wafer bereitgestellt werden kann. Auf das Aufwachssubstrat 1 wird beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) eine Maskenschicht 2 aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid abgeschieden. Die Maskenschicht 2 weist in gezeigten Ausführungsbeispiel eine Dicke von etwa 100 nm auf.
  • [0053]
    Mittels eines photolithographischen Verfahrens, mittels eines Lasers oder mittels eine Nano-Imprint-Verfahrens wird zumindest eine Öffnung 3 in der Maskenschicht 2 erzeugt, die einen Durchmesser von etwa 200 nm aufweist. Durch das Erzeugen der Öffnung 3 wird ein Teil der Oberfläche 4 des Aufwachssubstrats 1 freigelegt.
  • [0054]
    In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 1B wird die freigelegte Oberfläche 4 des Aufwachssubstrats 1 nitridiert, wie mittels der Pfeile 5 angedeutet ist. Dazu wird die Oberfläche 4 einer Stickstoff-haltigen Atmosphäre ausgesetzt, die durch die Zuführung und Aufspaltung von Ammoniak durch eine geeignete erhöhte Temperatur erzeugt wird. Der durch die Ammoniak-Aufspaltung freigesetzte Wasserstoff bewirkt eine Rückätzung der Oberfläche 4 des Aufwachssubstrats 1 in der Öffnung 3, die dann durch die Stickstoff-Atome passiviert wird. Alternativ dazu kann die Oberfläche 4 auch bereits vor dem Aufbringen der Maskenschicht 2 nitridiert werden.
  • [0055]
    Durch die Nitridierung 5 der Saphiroberfläche wird in der Öffnung 3 ein Aluminiumnitrid-haltiger Oberflächenbereich erzeugt, der als Nukleationskeim 6 für den folgenden Aufwachsschritt der Halbleiterschichtenfolge 10 dient, wie in 1C gezeigt ist.
  • [0056]
    Die Halbleiterschichtenfolge 10 basiert im gezeigten Ausführungsbeispiel rein beispielhaft auf dem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial GaN, wobei alternativ dazu auch andere Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien wie etwa AlN und/oder InN denkbar sind. Die nachfolgende Beschreibung ist daher nicht auf GaN-Materialien beschränkt sondern gilt allgemein für Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien.
  • [0057]
    Mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) wird auf dem Nukleationskeim 6 eine n-dotierte Halbleiterschicht 11 aus Silizium-dotiertem GaN ausgebildet, die aufgrund des Nitrid-haltigen Nukleationskeims 6 mit Stickstoff-Polarität in einer Wachstumsrichtung 91 senkrecht zur Oberfläche 4 des Aufwachssubstrats 1 aufwächst, sodass auch die durch den MOVPE-Prozess hergestellte Halbleiterschichtenfolge 10 Stickstoff-Polarität aufweist. Mittels Steuerung der Prozessparameter des MOVPE-Verfahrens, beispielsweise des zugeführten Wasserstoffgehalts, kann das Wachstum der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 10, also beispielsweise der n-dotierten Halbleiterschicht 11, derart eingestellt werden, dass kein oder zumindest nahezu kein Wachstum in einer lateralen Richtung, also in einer Richtung entlang der Oberfläche 4 des Aufwachssubstrats 1 stattfindet. Die n-dotierte Halbleiterschicht 11 wird durch das MOVPE-Verfahren in einer hexagonalen Wurtzit-Struktur aufgewachsen, deren c-Achse parallel zur Wachstumsrichtung 91 gerichtet ist. Dadurch weist die n-dotierte Halbleiterschicht 11 eine Schichtoberfläche 111 in Form der polaren (000-1)-Kristallfläche auf, auf der in einem weiteren Aufwachsschritt eine aktive Zone 12 mit N-Polarität aufgewachsen wird. Über der aktiven Zone 12 wird eine p-dotierte Halbleiterschicht 13 aus Mg-dotiertem GaN mit N-Polarität aufgewachsen.
  • [0058]
    Die n-dotierte Halbleiterschicht 11 und die p-dotierte Halbleiterschicht 13 können jeweils eine oder eine Mehrzahl von funktionalen Schichten wie etwa Halbleiterkontaktschichten, Mantelschichten und/oder Ladungsträgereinschlussschichten aufweisen. Dazu können die n- und die p-dotierte Halbleiterschicht 11, 13 jeweils auch weitere Gruppe-III-Materialien wie etwa Al und/oder In aufweisen.
  • [0059]
    Die durch das MOVPE-Verfahren hauptsächlich in senkrechter Wachstumsrichtung 91 aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge 10 weist einen Durchmesser von etwa 200 nm entsprechend der Öffnung 3 der Maskenschicht 2 und eine Höhe beziehungsweise Länge in Wachstumsrichtung von etwa 2 μm auf und ist damit als Nanostab ausgebildet.
  • [0060]
    Die aktive Zone 12 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als Mehrfach-Quantentopf-Struktur mit drei aktiven Schichten aufgewachsen, zwischen denen Barrierenschichten mit jeweils einer Dicke von weniger als 3 nm angeordnet sind.
  • [0061]
    Die aktiven Schichten der aktiven Zone 12 weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel InGaN auf, während die Barrierenschichten GaN aufweisen. Durch den geringen Querschnitt der Halbleiterschichtenfolge 10 in Form des Nanostabs kann eine elastische Relaxation der Verspannungen in den aktiven Schichten erfolgen, die aufgrund der im Vergleich zu Gallium größeren Gitterkonstanten von Indium auftreten. Dazu kann die Halbleiterschichtenfolge 10 im Bereich der aktiven Zone 12 einen etwas vergrößerten Querschnitt im Vergleich zu den benachbarten Schichten aufweisen. Durch die Ausbildung der Halbleiterschichtenfolge 10 als Nanostab kann somit eine Verringerung von Gitterdefekten im Vergleich zu herkömmlichen flächigen Halbleiterschichtenfolgen erreicht werden.
  • [0062]
    Alternativ zur hier beschriebenen aktiven Zone 12 kann diese beispielsweise auch als Einfach-Quantentopf-Struktur oder als Mehrfach-Quantentopf-Struktur mit einer anderen Anzahl von aktiven Schichten ausgebildet sein.
  • [0063]
    Alternativ zum in Verbindung mit den 1A bis 1C sowie den weiteren Figuren gezeigten Nanostab-förmigen Halbleiterschichtenfolgen kann die Halbleiterschichtenfolge auch nur teilweise als Nanostab ausgeführt sein. Insbesondere können die n-dotierte Halbleiterschicht und die aktive Zone als Nanostab ausgeführt sein, während sich der Querschnitt der p-dotierten Halbleiterschicht auch verbreitern kann.
  • [0064]
    Die Abmessungen der Maskenschicht 2, der Öffnung 3 und der Halbleiterschichtenfolge 10 des gezeigten Ausführungsbeispiels sind rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Entsprechend der Anforderungen an das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement sind vielmehr auch andere Abmessungen wie etwa im allgemeinen Teil beschrieben möglich. Dasselbe gilt auch für die weiteren Ausführungsbeispiele.
  • [0065]
    Das gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1A bis 1C hergestellte strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 100 mit der Halbleiterschichtenfolge 10 bildet eine lichtemittierende Diode (LED) und kann dazu weitere funktionale Schichten wie etwa Kontaktschichten, Kontaktelemente und/oder Vergussschichten aufweisen, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind.
  • [0066]
    Bei dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 100 begünstigen sich die Ausbildung der Halbleiterschichtenfolge 10 mit Stickstoff-Polarität und als Nanostab sowie die nur geringe benötigte Barrierenschichtendicke in der als Mehrfach-Quantentopf-Struktur ausgebildeten aktiven Zone 12 und die polarisationsinvertierte Struktur, also die entgegengesetzte Ausrichtung von internen und externen elektrischen Feldern und Polarisationen, derart gegenseitig, dass gerade durch das Zusammenwirken der jeweiligen Vorteile und Effekte das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 100 eine hohe Effizienz aufweisen kann.
  • [0067]
    So ermöglicht die Nanostab-Form der Halbleiterschichtenfolge 10 das Wachstum der Halbleiterschichtenfolge 10 mit Stickstoff-Polarität mit einer hohen Kristallqualität sowie zusätzlich auch einen Gitterfehler-freien oder zumindest Gitterfehler-reduzierten Einbau von Indium in die aktive Zone 12, wodurch sich eine Verbesserung der optoelektronischen Eigenschaften der Halbleiterschichtenfolge 10 ergibt. Somit kann das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 100 mit der hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge 10 mit N-Polarität als LED mit hoher Helligkeit ausgeführt sein.
  • [0068]
    Zusätzlich ermöglicht die Stickstoff-Polarität die daraus resultierende polarisationsinvertierte Struktur der Halbleiterschichtenfolge 10 in Kombination mit der gezeigten Schichtabfolge aus n-dotierter Schicht 11, aktiver Zone 12 und p-dotierter Schicht 13 in Wachstumsrichtung 91 ohne eine im Stand der Technik erforderliche Tunneldiode und/oder ohne eine im Stand der Technik erforderliche p-dotierte Schicht mit großer Dicke und/oder ohne eine p-dotierte Schicht, die vor der aktiven Zone abgeschieden wurde. Dadurch können eine niedrige Betriebsspannung sowie eine Vermeidung des weiter oben beschriebenen Memory-Effekts hinsichtlich der p-Dotierung mit Magnesium erreicht werden.
  • [0069]
    Weiterhin begünstigen die Nanostab-Form und die Stickstoff-Polarität die Verwendung der Barrierenschichten in der aktiven Zone 12 mit geringer Dicke und damit einen großen Überlapp der Wellenfunktionen und eine große Kopplung der aktiven Schichten in der aktiven Zone, wodurch eine hohe Ladungsträgerdichte und -homogenität und geringe Auger-artige Rekombinationsverluste und damit eine hohe Effizienz des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 100 erreicht werden können.
  • [0070]
    In 2 ist ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement 101 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 100 der 1C weist das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 101 der 2 ein Aufwachssubstrat 1 aus Siliziumcarbid auf, auf dem ein Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial 7 mit Stickstoff-Polarität und einer Schichtdicke von einigen Nanometern aufgebracht ist. Das Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial 7 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel GaN mit N-Polarität, das flächig auf dem Aufwachssubstrat 1 aufgebracht ist. Über dem Verbindungshalbleitermaterial 7 ist wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel eine Maskenschicht 2 mit einer Öffnung 3 aufgebracht, so dass das Verbindungshalbleitermaterial 7 in der Öffnung 3 einen Nukleationskeim 6 bildet, von dem ausgehend die Halbleiterschichtenfolge 10 in Form eines Nanostabs aufgewachsen ist.
  • [0071]
    Aufgrund der Ausbildung der Halbleiterschichtenfolge 10 als Nanostab ist es möglich, die Halbleiterschichten 11, 12, 13 der Halbleiterschichtenfolge 10 mit einer hohen Kristallqualität herzustellen, obwohl das flächige Aufbringen des Verbindungshalbleitermaterials 7 mit N-Polarität hinsichtlich der Oberflächenmorphologie und der Ausbildung von Defekten nur mit geringer Qualität möglich ist.
  • [0072]
    Im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel weist die Öffnung einen Durchmesser von etwa 175 nm auf. Die Wachstumsbedingungen für das Wachstum der Halbleiterschichtenfolge 10 mittels eines MOVPE-Verfahrens sind beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch derart eingestellt, dass neben einem Kristallwachstum entlang der senkrecht zur Substratoberfläche stehenden Wachstumsrichtung 91 auch ein Wachstum mit im Vergleich geringerer Wachstumsrate in lateraler Wachstumsrichtung 92, also entlang der Substratoberfläche, möglich ist. Die derart gebildete Halbleiterschichtenfolge 10 ist als Nanostab mit einem Durchmesser von etwa 350 nm und einer Höhe von etwa 1,1 μm ausgebildet.
  • [0073]
    Durch das zusätzliche laterale Wachstum können sich beim Aufwachsen auf der n-dotierten Halbleiterschicht 11 neben der Schichtoberfläche 111, die der polaren (000-1)-Kristallfläche entspricht, weitere Schichtoberflächen 112, 113 ausbilden, die im gezeigten Ausführungsbeispiel den zueinander äquivalenten semipolaren Kristallflächen (10-1-1) und (-101-1) entsprechen. Alternativ dazu ist auch ein Wachstum möglich, bei dem beispielsweise eine (10-1-2)-Kristallfläche ausgebildet wird.
  • [0074]
    Dadurch wird die aktive Zone 12 auf zumindest zwei Schichtoberflächen der n-dotierten Halbleiterschicht 11 ausgebildet und erstreckt sich teilweise entlang der Haupterstreckungsrichtung des Nanostabs. Durch die unterschiedlichen Wachstumsraten entlang der senkrechten Wachstumsrichtung 91 im Vergleich zur lateralen Wachstumsrichtung 92 weisen die aktive Zone 12 und damit die aktiven Schichten der aktiven Zone 12 Bereiche unterschiedlicher Dicke auf den gezeigten Schichtoberflächen 111 und 112, 113 auf. Die Schichtdicken in den entsprechenden Bereichen sind dabei derart gewählt, dass im Bereich der Schichtoberfläche 111 Licht mit einer mittleren Wellenlänge von etwa 450 nm, im Bereich der Schichtoberflächen 112, 113 Licht mit einer mittleren Wellenlänge von etwa 380 nm und im Bereich der Übergangs der Schichtoberfläche 111 in die Schichtoberflächen 112, 113 Licht mit einer Wellenlänge von etwa 410 nm abgestrahlt wird. Somit weist die aktive Zone im Betrieb eine Mehrzahl von unterschiedlichen Bereichen auf, in denen elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen abgestrahlt wird.
  • [0075]
    Beim strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 102 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel in 3 sind die Wachstumsbedingungen zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 10 derart eingestellt, dass im Vergleich zum Ausführungsbeispiel in 2 die laterale Wachstumsrate weiter erhöht ist, so dass die aktive Zone 12 zusätzlich auch auf den Schichtoberflächen 114 und 115 aufgebracht wird, die den zueinander äquivalenten unpolaren Kristallflächen (1-100) und (-1100) entsprechen. Die Schichtoberflächen 114, 115 entsprechen somit den Seitenflächen des Nanostabs. Dadurch erstreckt sich die aktive Zone 12 auf den Schichtoberflächen 114, 115 parallel zur Haupterstreckungsrichtung der als Nanostab ausgebildeten Halbleiterschichtenfolge 10. Weiterhin ist auch die p-dotierte Halbleiterschicht 13 auf den Schichtoberflächen 111 bis 115 aufgewachsen, so dass eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 10 von der p-Seite her über die gesamte Länge des Nanostabs möglich ist.
  • [0076]
    Aufnahmen mittels Transmissionselektronenmikroskopie haben gezeigt, dass bei Halbleiterschichtenfolgen gemäß der 2 und 3 die semipolaren und polaren Kristallflächen nahezu fehlerfrei herstellbar sind, wodurch eine hohe Qualität der Halbleiterschichtenfolgen 10 erreicht werden kann.
  • [0077]
    In den 4A bis 4C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 103 gezeigt.
  • [0078]
    Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt gemäß 4A auf einem Aufwachssubstrat 1, das ausschnittsweise gezeigt ist, eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenfolgen 10 gemäß einem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele aufgewachsen. Die Maskenschicht, Nukleationskeime und Schichten zur Kontaktierung der der Halbleiterschichtenfolgen 10 von der n-Seite her sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
  • [0079]
    Die Anordnung der Halbleiterschichtenfolgen 10 und deren jeweiliger Abstand zueinander kann durch eine entsprechende Anordnung der Nukleationskeime erreicht werden. Dadurch können die Halbleiterschichtenfolgen 10 auch in Form eines zweidimensionalen photonischen Kristalls angeordnet werden, wodurch die Abstrahlcharakteristik ohne weitere optische Elemente beeinflusst werden kann.
  • [0080]
    In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 4B wird ein transparentes dielektrisches Material, beispielsweise Spin-On-Glass oder ein Polymer, zwischen den Halbleiterschichtenfolgen 10 aufgebracht. Zur elektrischen Kontaktierung der p-Seiten der Halbleiterschichtenfolgen 10 wird über den Halbleiterschichtenfolgen 10 und dem transparenten dielektrischen Material 8 ein transparentes elektrisch leitendes Material, beispielsweise ein TCO wie etwa Indium-Zinn-Oxid, aufgebracht, durch das die in der Mehrzahl der Halbleiterschichtenfolgen 10 erzeugte elektromagnetische Strahlung aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 103 ausgekoppelt werden kann.
  • [0081]
    Sind die Halbleiterschichtenfolgen 10 wie im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ausgebildet, kann das transparente elektrisch leitende Material 9 auch zwischen und auf den Halbleiterschichtenfolgen 10 aufgebracht werden, wie beim strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 104 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel in 5 gezeigt ist.
  • [0082]
    In den 6A bis 6F ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 105 gezeigt.
  • [0083]
    Dabei wird eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenfolgen 10 auf einem Aufwachssubstrat 1 aufgewachsen und mit einem transparenten dielektrischen Material 8 bedeckt (6A). Durch Polieren der dem Aufwachssubstrat 1 abgewandten Oberfläche des Materials 8 und der Halbleiterschichtenfolgen 10 wird eine ebene Oberfläche hergestellt (6B), auf der ein reflektierendes Material 14 in Form von einer oder mehreren Metallschichten aufgebracht wird. Durch das reflektierende Material 14 kann somit zusätzlich auch eine elektrische Kontaktierung von der p-Seite der Halbleiterschichtenfolgen 10 erreicht werden.
  • [0084]
    In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 6D wird ein Trägersubstrat 15 auf dem reflektierenden Material 14 aufgebracht und das Aufwachssubstrat 1 kann teilweise oder, wie in 6E gezeigt, ganz entfernt werden.
  • [0085]
    Zur weiteren Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolgen 10 von der n-Seite her kann ein transparentes elektrisch leitendes Material 9 auf der dem Trägersubstrat 15 abgewandten Oberfläche der Halbleiterschichtenfolgen 10 und des transparenten dielektrischen Materials 8 aufgebracht werden. Werden die Halbleiterschichtenfolgen 10 wie im Ausführungsbeispiel gemäß 2 gezeigt auf einem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial als Nukleationskeime aufgewachsen, kann die elektrische Kontaktierung von der n-Seite her auch ohne das Material 9 über das Verbindungshalbleitermaterial möglich sein.
  • [0086]
    Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 105 weist durch seinen so genannten Dünnfilm-Aufbau eine hohe Auskoppeleffizienz der in den Halbleiterschichtenfolgen 10 erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf.
  • [0087]
    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 beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • [0088]
    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
  • [0089]
    • US 6515313 B1 [0023]

Claims (15)

  1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement – mit zumindest einer epitaktisch entlang einer Wachstumsrichtung (91, 92) gewachsenen Halbleiterschichtenfolge (10), die auf einem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert und die in Wachstumsrichtung (91, 92) Stickstoff-Polarität aufweist, – wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) in Wachstumsrichtung (91, 92) eine n-dotierte Halbleiterschicht (11) und darüber eine aktive Zone (12) aufweist, – wobei die aktive Zone (12) zumindest eine aktive Schicht enthält, die im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung abstrahlt, und – wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) oder zumindest ein Teil der Halbleiterschichtenfolge (10) als Nanostab ausgebildet ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die aktive Zone (12) als Mehrfach-Quantentopf-Struktur mit zumindest zwei aktiven Schichten ausgebildet ist und zwischen den zumindest zwei aktiven Schichten eine Barrierenschicht mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 15 nm und insbesondere von kleiner oder gleich 5 nm angeordnet ist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die aktive Zone (12) auf zumindest zwei Schichtoberflächen (111, 112, 113, 114, 115) der n-dotierten Halbleiterschicht (11) angeordnet ist.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest eine aktive Schicht der aktiven Zone (12) zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen Dicken aufweist.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich ein Teil der aktiven Zone (12) zumindest teilweise entlang einer Hauptersteckungsrichtung des Nanostabs erstreckt.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die aktive Zone (12) im Betrieb in zumindest zwei unterschiedlichen Bereichen elektromagnetische Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen abstrahlt.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von als Nanostäbe ausgebildeten Halbleiterschichtenfolgen (10) aufweist.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl der Halbleiterschichtenfolgen (10) einen zweidimensionalen photonischen Kristall bildet.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7 oder 8, wobei zwischen und/oder auf der Mehrzahl der Halbleiterschichtenfolgen (10) ein transparentes und/oder ein reflektierendes Material (8, 9) angeordnet ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, – bei dem auf einem Aufwachssubstrat (1) zumindest ein Nukleationskeim (6) erzeugt wird, – bei dem auf dem zumindest einen Nukleationskeim (6) eine Halbleiterschichtenfolge (10) epitaktisch aufgewachsen wird, – bei dem die Halbleiterschichtenfolge (10) auf einem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, – bei dem die Halbleiterschichtenfolge (10) als Nanostab mit Stickstoff-Polarität mit einer n-dotierten Halbleiterschicht (11) und darüber einer aktiven Zone (12) entlang einer Wachstumsrichtung (91, 92) aufgewachsen wird und – bei dem die aktive Zone (12) zumindest eine aktive Schicht enthält, die im Betrieb des Halbleiterbauelements elektromagnetische Strahlung abstrahlt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, – bei dem auf dem Wachstumssubstrat (1) eine Maskenschicht (2) mit zumindest einer Öffnung (3) ausgebildet wird und – bei dem der zumindest eine Nukleationskeim (6) in der Öffnung (3) angeordnet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem als der zumindest eine Nukleationskeim (6) eine Stickstoff-haltige Oberfläche auf dem Wachstumssubstrat (1) erzeugt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Stickstoffhaltige Oberfläche durch Nitridierung (5) des Wachstumssubstrats (1) in zumindest einem Oberflächenbereich und/oder durch Aufbringen eines Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials (7) mit Stickstoff-Polarität erzeugt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, – bei dem auf einer Mehrzahl von Nukleationskeimen (6) auf dem Aufwachssubstrat (1) jeweils als Nanostäbe ausgebildete Halbleiterschichtenfolgen (10) aufgewachsen werden und – bei dem anschließend zwischen den als Nanostäbe ausgebildeten Halbleiterschichtenfolgen (10) ein transparentes Material (8, 9) aufgebracht wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, – bei dem auf einer dem Aufwachssubstrat (1) abgewandten Oberfläche der Halbleiterschichtenfolgen (10) ein reflektierendes Material (14) und darüber ein Trägersubstrat (15) aufgebracht wird und – bei dem anschließend das Aufwachssubstrat (1) zumindest teilweise entfernt wird.
DE201010012711 2010-03-25 2010-03-25 Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements Pending DE102010012711A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010012711 DE102010012711A1 (de) 2010-03-25 2010-03-25 Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010012711 DE102010012711A1 (de) 2010-03-25 2010-03-25 Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
PCT/EP2011/053327 WO2011117056A1 (de) 2010-03-25 2011-03-04 Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterbauelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010012711A1 true true DE102010012711A1 (de) 2011-09-29

Family

ID=43971058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201010012711 Pending DE102010012711A1 (de) 2010-03-25 2010-03-25 Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010012711A1 (de)
WO (1) WO2011117056A1 (de)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013071911A1 (de) * 2011-11-14 2013-05-23 Technische Universität Braunschweig Carolo-Wilhelmina Verfahren zum ätzen und halbleiterbauelement
WO2013080174A1 (fr) * 2011-12-01 2013-06-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif optoélectronique comprenant des nanofils de structure cœur/coquille
WO2013127672A1 (de) * 2012-03-01 2013-09-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip
DE102012109594A1 (de) * 2012-10-09 2014-04-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils und optoelektronisches Halbleiterbauteil
DE102012109460A1 (de) * 2012-10-04 2014-04-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdioden-Displays und Leuchtdioden-Display
WO2014064276A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Aledia Optoelectric device and method for manufacturing the same
FR2997558A1 (fr) * 2012-10-26 2014-05-02 Aledia Dispositif opto-electrique et son procede de fabrication
WO2014102514A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
WO2014102512A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-03 Aledia Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
FR3000613A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-04 Aledia Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
FR3000611A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-04 Aledia Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
DE102013104273A1 (de) 2013-04-26 2014-10-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Anordnung mit säulenartiger Struktur und einer aktiven Zone
US8937297B2 (en) 2011-12-02 2015-01-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Optoelectronic device including nanowires with a core/shell structure
WO2015044622A1 (fr) * 2013-09-30 2015-04-02 Aledia Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes
FR3041067A1 (fr) * 2015-09-14 2017-03-17 Valeo Vision Dispositif lumineux, notamment pour vehicule automobile
US9679966B2 (en) 2012-10-26 2017-06-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Electronic device containing nanowire(s), equipped with a transition metal buffer layer, process for growing at least one nanowire, and process for manufacturing a device
US9698011B2 (en) 2012-10-26 2017-07-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Process for growing at least one nanowire using a transition metal nitride layer obtained in two steps
DE102016104616A1 (de) * 2016-03-14 2017-09-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlichtquelle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6515313B1 (en) 1999-12-02 2003-02-04 Cree Lighting Company High efficiency light emitters with reduced polarization-induced charges
US20070041214A1 (en) * 2005-05-24 2007-02-22 Ha Jun S Rod type light emitting device and method for fabricating the same
US20070248132A1 (en) * 2004-08-31 2007-10-25 Akihiko Kikuchi Light Emitting Element and Method of Manufacturing the Same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060223211A1 (en) * 2004-12-02 2006-10-05 The Regents Of The University Of California Semiconductor devices based on coalesced nano-rod arrays
CN102089893B (zh) * 2008-07-07 2013-02-06 格罗有限公司 纳米结构led
WO2010023921A1 (ja) * 2008-09-01 2010-03-04 学校法人上智学院 半導体光素子アレイおよびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6515313B1 (en) 1999-12-02 2003-02-04 Cree Lighting Company High efficiency light emitters with reduced polarization-induced charges
US20070248132A1 (en) * 2004-08-31 2007-10-25 Akihiko Kikuchi Light Emitting Element and Method of Manufacturing the Same
US20070041214A1 (en) * 2005-05-24 2007-02-22 Ha Jun S Rod type light emitting device and method for fabricating the same

Cited By (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013071911A1 (de) * 2011-11-14 2013-05-23 Technische Universität Braunschweig Carolo-Wilhelmina Verfahren zum ätzen und halbleiterbauelement
WO2013080174A1 (fr) * 2011-12-01 2013-06-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif optoélectronique comprenant des nanofils de structure cœur/coquille
FR2983639A1 (fr) * 2011-12-01 2013-06-07 Commissariat Energie Atomique Dispositif optoelectronique comprenant des nanofils de structure coeur/coquille
CN103959469B (zh) * 2011-12-01 2017-06-06 原子能及能源替代委员会 具有核/壳型结构纳米线的光电装置
JP2014533897A (ja) * 2011-12-01 2014-12-15 コミサリア ア レネルジィ アトミーク エ オ ゼネ ルジイ アルテアナティーフCommissariata L’Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives コア/シェル構造を有するナノワイヤを備えた光電子デバイス
US8937297B2 (en) 2011-12-02 2015-01-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Optoelectronic device including nanowires with a core/shell structure
WO2013127672A1 (de) * 2012-03-01 2013-09-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip
US9214600B2 (en) 2012-03-01 2015-12-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic semiconductor chip
DE102012109460A1 (de) * 2012-10-04 2014-04-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdioden-Displays und Leuchtdioden-Display
US9859330B2 (en) 2012-10-04 2018-01-02 Osram Opto Semiconductor Gmbh Method for producing a light-emitting diode display and light-emitting diode display
US20150279903A1 (en) * 2012-10-09 2015-10-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing an optoelectronic semiconductor component, and optoelectronic semiconductor component
DE102012109594A1 (de) * 2012-10-09 2014-04-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils und optoelektronisches Halbleiterbauteil
US9691815B2 (en) 2012-10-09 2017-06-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing an optoelectronic semiconductor component, and optoelectronic semiconductor component
US9537044B2 (en) 2012-10-26 2017-01-03 Aledia Optoelectric device and method for manufacturing the same
US9679966B2 (en) 2012-10-26 2017-06-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Electronic device containing nanowire(s), equipped with a transition metal buffer layer, process for growing at least one nanowire, and process for manufacturing a device
US9698011B2 (en) 2012-10-26 2017-07-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Process for growing at least one nanowire using a transition metal nitride layer obtained in two steps
FR2997558A1 (fr) * 2012-10-26 2014-05-02 Aledia Dispositif opto-electrique et son procede de fabrication
WO2014064276A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Aledia Optoelectric device and method for manufacturing the same
FR3000613A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-04 Aledia Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
US9899566B2 (en) 2012-12-28 2018-02-20 Aledia Optoelectronic device comprising microwires or nanowires
WO2014102514A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
US9728680B2 (en) 2012-12-28 2017-08-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Optoelectronic device comprising microwires or nanowires
WO2014102512A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-03 Aledia Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
FR3000611A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-04 Aledia Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
FR3000612A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-04 Commissariat Energie Atomique Dispositif optoelectronique a microfils ou nanofils
CN105144413B (zh) * 2013-04-26 2018-03-13 欧司朗光电半导体有限公司 具有带有柱状结构上的有源区的半导体层序列的发光装置
US9531161B2 (en) 2013-04-26 2016-12-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light-emitting assembly having a semiconductor layer sequence having an active zone on a columnar structure
CN105144413A (zh) * 2013-04-26 2015-12-09 欧司朗光电半导体有限公司 具有带有柱状结构上的有源区的半导体层序列的发光装置
WO2014173820A1 (de) * 2013-04-26 2014-10-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lichtemitierende anordnung mit einer halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven zone auf einer säulenartigen struktur
DE102013104273A1 (de) 2013-04-26 2014-10-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Anordnung mit säulenartiger Struktur und einer aktiven Zone
FR3011380A1 (fr) * 2013-09-30 2015-04-03 Aledia Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes
WO2015044622A1 (fr) * 2013-09-30 2015-04-02 Aledia Dispositif optoelectronique a diodes electroluminescentes
FR3041067A1 (fr) * 2015-09-14 2017-03-17 Valeo Vision Dispositif lumineux, notamment pour vehicule automobile
DE102016104616A1 (de) * 2016-03-14 2017-09-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlichtquelle

Also Published As

Publication number Publication date Type
WO2011117056A1 (de) 2011-09-29 application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kneissl et al. Advances in group III-nitride-based deep UV light-emitting diode technology
Wang et al. GaN nanorod light emitting diode arrays with a nearly constant electroluminescent peak wavelength
Rouviere et al. Preferential nucleation of GaN quantum dots at the edge of AlN threading dislocations
JP2008218746A (ja) Iii族窒化物系半導体発光素子
JP2003229645A (ja) 量子井戸構造およびそれを用いた半導体素子ならびに半導体素子の製造方法
JP2006093683A (ja) 半導体基板、半導体素子、及び半導体発光素子
US20110127554A1 (en) Light emitting device and method of manufacturing the same
DE102006008929A1 (de) Nitridhalbleiter-Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
US20020119680A1 (en) Method of fabricating a semiconductor structure having quantum wires and a seminconductor device including such structure
DE10151092A1 (de) Verfahren zur Herstellung von planaren und rißfreien Gruppe-III-Nitrid-basierten Lichtemitterstrukturen auf Silizium Substrat
DE19830838A1 (de) Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung
US20100213436A1 (en) Non-polar ultraviolet light emitting device and method for fabricating same
DE102008030584A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes und optoelektronisches Bauelement
WO2010023921A1 (ja) 半導体光素子アレイおよびその製造方法
Wang et al. Metalorganic chemical vapor deposition selective growth and characterization of InGaN quantum dots
DE102005035722A1 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip
DE102013104273A1 (de) Anordnung mit säulenartiger Struktur und einer aktiven Zone
DE19955747A1 (de) Optische Halbleitervorrichtung mit Mehrfach-Quantentopf-Struktur
US20060244002A1 (en) A semiconductor light-emitting device, and a method of manufacture of a semiconductor device
DE102005010821A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bauelements
JP2013187484A (ja) 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
EP1883140A1 (de) LD oder LED mit Übergitter-Mantelschicht und Dotierungsgradienten
US20130270519A1 (en) Non-Uniform Multiple Quantum Well Structure
Hsieh et al. InGaN–GaN nanorod light emitting arrays fabricated by silica nanomasks
US20120286284A1 (en) Semiconductor light emitting device and wafer

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed