DE102012217631B4 - Optoelektronisches Bauelement mit einer Schichtstruktur - Google Patents

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Abstract

Optoelektronisches Bauelement (10) mit einer Schichtstruktur (100), die eine erste Galliumnitridschicht (140) und eine aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht (150) aufweist,wobei die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht (150) an die erste Galliumnitridschicht (140) angrenzt,wobei die Schichtstruktur (100) eine undotierte zweite Galliumnitridschicht (160) aufweist, die an die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht (150) angrenzt,und wobei in der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht (150) ein Anteil an Aluminium in Richtung der undotierten zweiten Galliumnitridschicht (160) zunimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einer Schichtstruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur für ein optoelektronisches Bauelement.
  • Es ist bekannt, Nitrid-Verbindungshalbleiter in optoelektronischen Bauelementen wie Leuchtdioden oder Laserdioden einzusetzen. Zur Herstellung solcher optoelektronischer Bauelemente werden Nitrid-Verbindungshalbleiterschichten epitaktisch auf ein Substrat aufgewachsen. Geeignete Substratmaterialien sind beispielsweise Saphir, GaN, oder SiC. Die Herstellung dieser Substratmaterialien ist allerdings mit hohen Kosten verbunden.
  • Ein epitaktisches Aufwachsen von Nitrid-Verbindungshalbleitern auf kostengünstiger erhältlichen Siliziumsubstraten wird dadurch erschwert, dass Silizium und Nitrid-Verbindungshalbleiter sich stark unterscheidende thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Das Aufwachsen des Nitrid-Verbindungshalbleiters erfolgt bei Temperaturen von etwa 1000 °C. Wird das so erzeugte Schichtsystem anschließend abgekühlt, so ziehen sich das Siliziumsubstrat und das Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial unterschiedlich stark zusammen, wodurch Zugspannungen auftreten, die eine Beschädigung der Schichtstruktur zur Folge haben können.
  • Aus der EP 1 875 523 B1 ist es bekannt, zwischen einer Silizium-Oberfläche eines Aufwachssubstrats und einer funktionellen Schichtenfolge einer Schichtstruktur eines optoelektronischen Bauelements aluminiumhaltige Zwischenschichten einzufügen, um eine kompressive Verspannung in der entstehenden Schichtstruktur zu erzeugen, die die beim Abkühlen auftretenden Zugspannungen kompensiert.
  • Die Druckschrift EP 2 434 532 A1 beschreibt ein Halbleiterbauelement und ein Herstellungsverfahren hierfür.
  • Die Druckschrift US 2010 / 0 244 096 A1 betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Substrat, einer Pufferschicht und einer ein Bauelement bildenden Schicht.
  • In der Druckschrift S.Fritze et al: Role of low-temperature AlGaN interlayers in thick GaN on silicon by metalorganic vapor phase epitaxy, in: J. of Applied Physics, 20.06.2012, 124505-1-124505-6 werden bei niedriger Temperatur abgeschiedene AlGaN-Zwischenschichten in dickem GaN auf Silizium untersucht.
  • Die Druckschrift US 6 818 061 B2 befasst sich mit dem Wachstum von einkristallinem GaN auf Silizium.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit einer Schichtstruktur bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur für ein optoelektronisches Bauelement anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein optoelektronisches Bauelement umfasst eine Schichtstruktur, die eine erste Galliumnitridschicht und eine aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht aufweist. Dabei grenzt die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht an die erste Galliumnitridschicht an. Die Schichtstruktur weist außerdem eine undotierte zweite Galliumnitridschicht auf, die an die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht angrenzt. Es hat sich erwiesen, dass sich in der Schichtstruktur eine höhere kompressive Verspannung aufbauen kann, wenn der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht in Wachstumsrichtung eine undotierte Galliumnitridschicht nachfolgt. Dies kann eine erhöhte Kompensation einer sich beim Abkühlen der Schichtstruktur durch ein Substrat verursachten Zugspannung bewirken.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die undotierte zweite Galliumnitridschicht eine Dicke zwischen 30 nm und 2000 nm auf. Es hat sich erwiesen, dass eine undotierte Galliumnitridschicht mit einer Dicke in diesem Bereich eine besonders deutliche Erhöhung der erwünschten kompressiven Verspannung bewirkt.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Schichtstruktur eine dritte Galliumnitridschicht auf. Dabei weist die dritte Galliumnitridschicht eine senkrecht zur Schichtebene veränderliche Silizium-Dotierung auf. Die dritte Galliumnitridschicht grenzt dabei an die zweite Galliumnitridschicht an. Es hat sich erwiesen, dass das Vorsehen einer solchen dritten Galliumnitridschicht das Auftreten einer gewünschten kompressiven Verspannung in der Schichtstruktur zusätzlich begünstigt.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die dritte Galliumnitridschicht eine Dicke zwischen 20 nm und 500 nm auf. Es hat sich gezeigt, dass eine Galliumnitridschicht mit einer Dicke aus diesem Bereich einen besonders deutlichen Effekt bei der Erzeugung einer kompressiven Verspannung in der Schichtstruktur bewirkt.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements nimmt die Dotierung der dritten Galliumnitridschicht von der Grenze zur zweiten Galliumnitridschicht ausgehend zu. Eine solche Gradientendotierung kann eine besonders deutliche Erhöhung der sich in der Schichtstruktur ergebenden kompressiven Verspannung bewirken.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die erste Galliumnitridschicht eine Dicke zwischen 500 nm und 2000 nm auf. Eine erste Galliumnitridschicht mit einer Dicke aus diesem Bereich kann ein Auftreten einer kompressiven Verspannung in der Schichtstruktur bewirken.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist in die erste Galliumnitridschicht eine Maskierungsschicht eingebettet, die Siliziumnitrid aufweist. Eine solche eingebettete Maskierungsschicht kann eine Verminderung einer Versetzungsdichte in der ersten Galliumnitridschicht bewirken, wodurch sich auch eine Versetzungsdichte in in Wachtumsrichtung nachfolgenden weiteren Schichten der Schichtstruktur reduziert.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht eine Dicke zwischen 5 nm und 100 nm auf. Eine aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht mit einer Dicke aus diesem Bereich bewirkt eine besonders geringe Versetzungsdichte in den nachfolgenden Schichten der Schichtstruktur.
  • In der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht nimmt ein Anteil an Aluminium in Richtung der undotierten zweiten Galliumnitridschicht zu. Es hat sich gezeigt, dass ein in Wachstumrichtung zunehmender Aluminiumanteil eine besonders günstige kompressive Verspannung bewirkt.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements verdoppelt sich der Anteil an Aluminium in der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht zwischen der ersten Galliumnitridschicht und der undotierten zweiten Galliumnitridschicht mindestens. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Zunahme des Aluminiumanteils in Wachstumrichtung eine besonders günstige kompressive Verspannung bewirkt.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements beträgt in der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht ein Anteil an Aluminium gegenüber einem Anteil an Gallium mindestens 40%. Es hat sich gezeigt, dass eine durch die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht bewirkte kompressive Verspannung bei einem derart hohen mittleren Aluminiumanteil einen besonders günstigen Wert annimmt.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Schichtstruktur eine vierte Galliumnitridschicht auf, die eine Silizium-Dotierung aufweist. Dabei grenzt die vierte Galliumnitridschicht an die zweite Galliumnitridschicht oder an die dritte Galliumnitridschicht an. Die vierte Galliumnitridschicht kann dabei als Stromverteilungsschicht in der Schichtstruktur des optoelektronischen Bauelements dienen.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst die Schichtstruktur eine LED-Schichtstruktur, die an die vierte Galliumnitridschicht angrenzt. Das optoelektronische Bauelement ist dann eine Leuchtdiode.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Schichtstruktur eine Mehrzahl erster Galliumnitridschichten und aluminiumhaltiger Nitridzwischenschichten auf, die abwechselnd aufeinander folgen. Eine Schichtstruktur mit einer Mehrzahl solcher Galliumnitridschichten und aluminiumhaltiger Nitridzwischenschichten kann eine besonders hohe kompressive Verspannung aufweisen.
  • In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Schichtstruktur auf einem Siliziumsubstrat angeordnet. Eine in der Schichtstruktur ausgebildete kompressive Verspannung kann dabei eine beim Abkühlen der Schichtstruktur und des Siliziumsubstrats auftretende Zugspannung kompensieren. Dadurch werden Beschädigungen des optoelektronischen Bauelements vermieden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur für ein optoelektronisches Bauelement umfasst Schritte zum Abscheiden einer ersten Galliumnitridschicht, zum Abscheiden einer aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht auf der ersten Galliumnitridschicht, und zum Abscheiden einer undotierten zweiten Galliumnitridschicht auf der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht. Das Verfahren ermöglicht es, in der Schichtstruktur eine kompressive Verspannung zu erzeugen, die eine beim Abkühlen der Schichtstruktur auftretende Zugspannung kompensieren kann.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Abscheiden einer dritten Galliumnitridschicht auf der zweiten Galliumnitridschicht, wobei die dritte Galliumnitridschicht mit einer in Wachstumsrichtung zunehmenden Silizium-Dotierung abgeschieden wird. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung einer Schichtstruktur mit einer besonders hohen kompressiven Verspannung. Dadurch können bei dieser Schichtstruktur auch große auftretende Zugspannungen kompensiert werden, um eine Beschädigung der Schichtstruktur zu vermeiden.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Abscheiden einer vierten Galliumnitridschicht, die mit einer Silizium-Dotierung abgeschieden wird. Die vierte Galliumnitridschicht kann dann als Stromverteilungsschicht dienen.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Abscheiden einer LED-Schichtstruktur auf der vierten Galliumnitridschicht. Die erzeugte Schichtstruktur kann dann zur Herstellung einer Leuchtdiode dienen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur eines optoelektronischen Bauelements; und
    • 2 ein Krümmungsdiagram zum Vergleich unterschiedlicher Schichtstrukturen.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schichtstruktur 100 eines optoelektronischen Bauelements 10. Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielsweise eine Leuchtdiode sein. Das optoelektronische Bauelement 10 ist in der Darstellung der 1 noch nicht fertig gestellt. Zur Vervollständigung des optoelektronischen Bauelements 10 kann die Schichtstruktur 100 beispielsweise noch strukturiert, elektrisch kontaktiert und eingehaust werden.
  • Zur Herstellung der Schichtstruktur 100 wird zunächst ein Substrat 110 bereitgestellt. Das Substrat 110 kann ein Substrat mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sein. Beispielsweise kann das Substrat 110 ein kostengünstiges Siliziumsubstrat in Form eines Silizium-Wafers sein. Das Substrat 110 könnte aber beispielsweise auch ein SOI-Substrat sein.
  • Auf einer Oberfläche des Substrats 110 wird zunächst eine Nukleationsschicht bzw. Ankeimschicht 120 abgeschieden. Die Nukleationsschicht 120 weist AlN auf und kann auch Anteile an GaIn und O2 aufweisen.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird eine Pufferschicht 130 auf der Nukleationsschicht 120 aufgewachsen. Die Pufferschicht 130 weist AlN auf und kann zusätzlich auch GaN aufweisen. Außerdem kann die Pufferschicht 130 auch In und O2 aufweisen. Die Pufferschicht 130 kann beispielsweise eine Dicke zwischen 100 nm und 300 nm besitzen. Die Pufferschicht 130 kann, wie in 1 angedeutet, mehrere Teilschichten umfassen, die sich in ihrer Zusammensetzung und/oder den bei ihrer Herstellung verwendeten Wachstumsparametern unterscheiden.
  • Die Pufferschicht 130 kann dazu dienen, die Kristallqualität der Schichtstruktur 100 zu verbessern. Insbesondere kann die Pufferschicht 130 dazu dienen, eine Versetzungsdichte in den in Wachstumsrichtung der Schichtstruktur 100 der Pufferschicht 130 nachfolgenden Schichten der Schichtstruktur 100 zu reduzieren.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt bei der Herstellung der Schichtstruktur 100 des optoelektronischen Bauelements 10 wird eine erste Galliumnitridschicht 140 auf der Pufferschicht 130 aufgewachsen. Die erste Galliumnitridschicht 140 kann dotiert oder undotiert sein. Beispielsweise kann die erste Galliumnitridschicht 140 eine Silizium-Dotierung aufweisen.
  • Die erste Galliumnitridschicht 140 kann, wie in 1 dargestellt, eine eingebettete Maskierungsschicht 142 aufweisen. In diesem Fall umfasst die erste Galliumnitridschicht 140 eine erste Teilschicht 141 und eine zweite Teilschicht 143. Zwischen der ersten Teilschicht 141 und der zweiten Teilschicht 143 wird dabei die Maskierungsschicht 142 angeordnet. Die Maskierungsschicht 142 kann dazu beitragen, eine Versetzungsdichte in nachfolgenden Schichten der Schichtstruktur 100 zu reduzieren.
  • Die Maskierungsschicht 142 weist Siliziumnitrid (SiN) auf. Die Maskierungsschicht 142 ist in Wachstumsrichtung sehr dünn ausgebildet und kann beispielsweise im Mittel eine Dicke zwischen 0,2 nm und 2 nm aufweisen. Insbesondere kann die Maskierungsschicht 142 eine inselförmige Schicht sein, also eine Schicht, deren Wachstum noch im Anfangsstadium abgebrochen wird, bevor die auf der Anwachsoberfläche ausgebildeten Kristallite zu einer geschlossenen Schicht zusammenwachsen. In diesem Fall weist die Maskierungsschicht 142 somit eine Vielzahl von Öffnungen auf.
  • Die erste Teilschicht 141 kann wesentlich dünner sein als die zweite Teilschicht 143. Die erste Teilschicht 141 kann sogar vollständig entfallen, so dass die Maskierungsschicht 142 direkt an die Pufferschicht 130 angrenzt. Insgesamt kann die erste Galliumnitridschicht 140 beispielsweise eine Dicke zwischen 500 nm und 2000 nm aufweisen.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird eine aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht 150 auf die erste Galliumnitridschicht 140 aufgewachsen. Die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht 150 weist AlN oder AlGaN auf. Die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht 150 kann eine Dicke zwischen 5 nm und 100 nm aufweisen. Beispielsweise kann die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht 150 eine Dicke von etwa 30 nm aufweisen.
  • Das aluminiumhaltige Material der Nitridzwischenschicht 150 weist eine geringere Gitterkonstante auf als GaN. Dadurch bewirkt die Nitridzwischenschicht 150 eine kompressive Verspannung in nachfolgend aufgewachsenen Schichten der Schichtstruktur 100, die GaN aufweisen. Die kompressive Verspannung ist umso größer, je höher der Aluminiumanteil in der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht 150 ist.
  • Der Anteil an Aluminium gegenüber dem Anteil an Gallium innerhalb der Nitridzwischenschicht 150 variiert und kann dabei beispielsweise zwischen 20% und 95% liegen. Der Anteil an Aluminium in Wachstumsrichtung der Nitridzwischenschicht nimmt gegenüber dem Anteil an Gallium zu und steigt dabei bevorzugt auf mindestens das Doppelte seines Anfangswerts. Bevorzugt liegt der Aluminiumanteil in der Nitridzwischenschicht 150 im Mittel über 40%.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Schichtstruktur 100 werden die Schritte zum Anlegen der ersten Galliumnitridschicht 140 und der Nitridzwischenschicht 150 abwechselnd mehrmals wiederholt. In der entstehenden Schichtstruktur 100 folgt dann auf die Nitridzwischenschicht 150 eine weitere erste Galliumnitridschicht 140 mit oder ohne Maskierungsschicht 142. Auf die weitere erste Galliumnitridschicht 140 folgt wiederum eine weitere aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht 150. Diese Abfolge kann sich mehrere Male wiederholen.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt zur Herstellung der Schichtstruktur 100 des optoelektronischen Bauelements 10 wird eine zweite Galliumnitridschicht 160 auf der Nitridzwischenschicht 150 aufgewachsen. Die zweite Galliumnitridschicht 160 kann eine Dicke zwischen 30 nm und 2000 nm aufweisen. Die zweite Galliumnitridschicht 160 weist GaN auf und ist nicht dotiert.
  • Es hat sich gezeigt, dass eine Dotierung der zweiten Galliumnitridschicht 160 die durch die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht 150 bewirkte kompressive Verspannung reduzieren würde. Die Ausbildung der zweiten Galliumnitridschicht 160 als undotierte Schicht bewirkt daher eine höhere kompressive Verspannung der Schichtstruktur 100 als dies bei einer Ausbildung der zweiten Galliumnitridschicht 160 als dotierte Schicht der Fall wäre.
  • In einem optionalen weiteren Schritt zur Herstellung der Schichtstruktur 100 des optoelektronischen Bauelements 10 wird eine dritte Galliumnitridschicht 170 auf der zweiten Galliumnitridschicht 160 aufgewachsen. Auf das Aufwachsen der dritten Galliumnitridschicht 170 kann jedoch auch vollständig verzichtet werden. Die dritte Galliumnitridschicht 170 kann eine weitere Erhöhung der in der Schichtstruktur 100 ausgebildeten kompressiven Verspannung bewirken.
  • Die dritte Galliumnitridschicht 170 kann mit einer Dicke zwischen 20 nm und 500 nm aufgewachsen werden. Die dritte Galliumnitridschicht 170 weist GaN auf und ist mit Silizium dotiert. Dabei weist die dritte Galliumnitridschicht 170 in Wachstumsrichtung eine veränderliche Dotierung auf. Bevorzugt weist die dritte Galliumnitridschicht 170 in Wachstumsrichtung einen zunehmenden Dotiergrad auf. Dabei kann die Dotierung in Wachstumsrichtung der dritten Galliumnitridschicht 170 beispielsweise von 0 bis zu einem Wert von beispielsweise 1,5 × 1018/cm3 oder 5 × 1018/cm3 ansteigen.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung der Schichtstruktur 100 des optoelektronischen Bauelements 10 wird eine vierte Galliumnitridschicht 180 aufgewachsen. Falls im vorhergehenden Verfahrensschritt die dritte Galliumnitridschicht 170 aufgewachsen wurde, wird die vierte Galliumnitridschicht 180 auf der dritten Galliumnitridschicht 170 aufgewachsen. Andernfalls wird die vierte Galliumnitridschicht 180 auf der zweiten Galliumnitridschicht 160 aufgewachsen.
  • Die vierte Galliumnitridschicht 180 weist GaN auf und kann beispielsweise eine Dicke zwischen 1000 nm und 3000 nm aufweisen. Die vierte Galliumnitridschicht 180 wird hoch dotiert. Beispielsweise kann die vierte Galliumnitridschicht 180 eine Silizium-Dotierung mit einem Dotiergrad von 1 × 1019/cm3 aufweisen. Die vierte Galliumnitridschicht 180 kann als Stromverteilungsschicht der Schichtstruktur 100 des optoelektronischen Bauelements 10 dienen.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung der Schichtstruktur 100 wird eine funktionale Schichtstruktur 190 auf die vierte Galliumnitridschicht 180 aufgewachsen. Die funktionale Schichtstruktur 190 kann beispielsweise eine LED-Schichtstruktur sein. Dann enthält die funktionale Schichtstruktur 190 eine lichtemittierende aktive Schicht.
  • Nach dem Herstellen der Schichtstruktur 100 durch epitaktisches Wachstum wird die Schichtstruktur 100 abgekühlt. Wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 110 und der übrigen Schichten der Schichtstruktur 100 treten dabei tensile Verspannungen bzw. Zugspannungen auf, die durch die in die Schichtstruktur 100 eingebaute kompressive Verspannung kompensiert werden. Dadurch wird einer Beschädigung der Schichtstruktur 100 entgegengewirkt.
  • Die während des epitaktischen Wachstums der Schichtstruktur 100 in der Schichtstruktur 100 angelegte kompressive Verspannung kann dabei durch das Ausbilden der zweiten Galliumnitridschicht 160 als undotierte Schicht einen größeren Wert annehmen, als dies bei einem Aufwachsen der Galliumnitridschicht 160 als dotierte Schicht der Fall wäre. Zur Illustration dieses Sachverhalts zeigt 2 ein Krümmungsdiagramm 200.
  • Auf einer horizontalen Achse des Krümmungsdiagramms 200 ist eine Wachstumszeit 201 in Sekunden aufgetragen. Die angegebene Zeit ist eine während des Aufwachsens der zweiten Galliumnitridschicht 160 verstrichene Zeit und korreliert daher mit der Dicke der zweiten Galliumnitridschicht 160. Auf einer vertikalen Achse des Krümmungsdiagramms 200 ist eine Krümmung 202 der Schichtstruktur 100 in 1/km aufgetragen. Eine höhere Krümmung bedeutet dabei eine höhere kompressive Verspannung in der Schichtstruktur 100 und ist somit wünschenswert.
  • Ein erster Krümmungsverlauf 210 gibt die zeitabhängige Zunahme der Krümmung bei einer ersten Probe an, bei der die auf die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht folgende Galliumnitridschicht stark dotiert wurde. Ein zweiter Krümmungsverlauf 220 gibt die zeitabhängige Entwicklung der Krümmung bei einer zweiten Probe an, bei der die auf die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht folgende Galliumnitridschicht niedrig mit Silizium dotiert wurde. Ein dritter Krümmungsverlauf 230 gibt die Entwicklung der Krümmung bei einer Schichtstruktur 100 an, bei der die auf die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht 150 folgende zweite Galliumnitridschicht 160 undotiert aufgewachsen wurde.
  • Deutlich erkennbar ist, dass bei der Schichtstruktur 100 mit undotierter zweiter Galliumnitridschicht 160 gemäß des dritten Krümmungsverlaufs 230 die höchste Krümmung erreicht wird. Somit wird in der Schichtstruktur 100 gemäß des dritten Krümmungsverlaufs 230 die größtmögliche kompressible Verspannung angelegt. Dadurch kann bei der Schichtstruktur 100 gemäß des dritten Krümmungsverlaufs 230 eine während des Abkühlens der Schichtstruktur 100 nach dem Wachstum der Schichtstruktur 100 auftretende Zugspannung am vollständigsten kompensiert werden. Dadurch weist die Schichtstruktur 100 mit undotierter zweiter Galliumnitridschicht 160 gemäß des dritten Krümmungsverlaufs 230 die geringste Wahrscheinlichkeit für beim Abkühlen der Schichtstruktur 100 auftretende Beschädigungen auf.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    optoelektronisches Bauelement
    100
    Schichtstruktur
    110
    Substrat
    120
    Nukleationsschicht
    130
    Pufferschicht
    140
    erste Galliumnitridschicht
    141
    erste Teilschicht
    142
    Maskierungsschicht
    143
    zweite Teilschicht
    150
    Nitrid-Zwischenschicht
    160
    zweite Galliumnitridschicht (undotiert)
    170
    dritte Galliumnitridschicht (gradientendotiert)
    180
    vierte Galliumnitridschicht (Stromverteilungsschicht)
    190
    LED-Schichtstruktur
    200
    Krümmungsdiagramm
    201
    Zeit
    202
    Krümmung
    210
    erster Krümmungsverlauf (hoch dotiert)
    220
    zweiter Krümmungsverlauf (niedrig dotiert)
    230
    dritter Krümmungsverlauf (undotiert)

Claims (17)

  1. Optoelektronisches Bauelement (10) mit einer Schichtstruktur (100), die eine erste Galliumnitridschicht (140) und eine aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht (150) aufweist, wobei die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht (150) an die erste Galliumnitridschicht (140) angrenzt, wobei die Schichtstruktur (100) eine undotierte zweite Galliumnitridschicht (160) aufweist, die an die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht (150) angrenzt, und wobei in der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht (150) ein Anteil an Aluminium in Richtung der undotierten zweiten Galliumnitridschicht (160) zunimmt.
  2. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 1, wobei die undotierte zweite Galliumnitridschicht (160) eine Dicke zwischen 30 nm und 2000 nm aufweist.
  3. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtstruktur (100) eine dritte Galliumnitridschicht (170) aufweist, wobei die dritte Galliumnitridschicht (170) eine senkrecht zur Schichtebene veränderliche Silizium-Dotierung aufweist, wobei die dritte Galliumnitridschicht (170) an die undotierte zweite Galliumnitridschicht (160) angrenzt.
  4. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 3, wobei die dritte Galliumnitridschicht (170) eine Dicke zwischen 20 nm und 500 nm aufweist.
  5. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Dotierung der dritten Galliumnitridschicht (170) von der Grenze zur undotierten zweiten Galliumnitridschicht (160) ausgehend zunimmt.
  6. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Galliumnitridschicht (140) eine Dicke zwischen 500 nm und 2000 nm aufweist.
  7. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die erste Galliumnitridschicht (140) eine Maskierungsschicht (142) eingebettet ist, die Siliziumnitrid aufweist.
  8. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aluminiumhaltige Nitridzwischenschicht (150) eine Dicke zwischen 5 nm und 100 nm aufweist.
  9. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Anteil an Aluminium in der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht (150) zwischen der ersten Galliumnitridschicht (140) und der undotierten zweiten Galliumnitridschicht (160) mindestens verdoppelt.
  10. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtstruktur (100) eine vierte Galliumnitridschicht (180) aufweist, wobei die vierte Galliumnitridschicht (180) eine Silizium-Dotierung aufweist, wobei die vierte Galliumnitridschicht (180) an die undotierte zweite Galliumnitridschicht (160) oder an die dritte Galliumnitridschicht (170) angrenzt.
  11. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß Anspruch 10, wobei die Schichtstruktur (100) eine LED-Schichtstruktur (190) umfasst, die an die vierte Galliumnitridschicht (180) angrenzt.
  12. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtstruktur (100) eine Mehrzahl erster Galliumnitridschichten (140) und aluminiumhaltiger Nitridzwischenschichten (150) aufweist, die abwechselnd aufeinander folgen.
  13. Optoelektronisches Bauelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtstruktur (100) auf einem Siliziumsubstrat (110) angeordnet ist.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur (100) für ein optoelektronisches Bauelement (10) mit den folgenden Schritten: - Abscheiden einer ersten Galliumnitridschicht (140); - Abscheiden einer aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht (150) auf der ersten Galliumnitridschicht (140); - Abscheiden einer undotierten zweiten Galliumnitridschicht (160) unmittelbar auf der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht (150), wobei in der aluminiumhaltigen Nitridzwischenschicht (150) ein Anteil an Aluminium in Richtung der undotierten zweiten Galliumnitridschicht (160) zunimmt.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren folgenden weiteren Schritt umfasst: - Abscheiden einer dritten Galliumnitridschicht (170) auf der undotierten zweiten Galliumnitridschicht (160), wobei die dritte Galliumnitridschicht (170) mit einer in Wachstumsrichtung zunehmenden Silizium-Dotierung abgeschieden wird.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei das Verfahren folgenden weiteren Schritt umfasst: - Abscheiden einer vierten Galliumnitridschicht (180), wobei die vierte Galliumnitridschicht (180) mit einer Silizium-Dotierung abgeschieden wird.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei das Verfahren folgenden weiteren Schritt umfasst: - Abscheiden einer LED-Schichtstruktur (190) auf der vierten Galliumnitridschicht (180).
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