DE102015109796A1 - LED chip - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Leuchtdiodenchip angegeben, umfassend – eine auf einer ersten Halbleiterschicht (11) epitaktisch aufgewachsene aktive Zone (2) mit – zumindest einer Quantentopfschicht (20) wobei – die aktive Zone (2) kompressiv verspannt ist.A light-emitting diode chip is specified, comprising - an active zone (2) which has been epitaxially grown on a first semiconductor layer (11), comprising - at least one quantum well layer (20), wherein - the active zone (2) is compressively clamped.

Description

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Leuchtdiodenchip mit verkürzten Schaltzeiten anzugeben.An object to be solved is to specify a light-emitting diode chip with shortened switching times.

Es wird ein Leuchtdiodenchip angegeben. Der Leuchtdiodenchip ist dafür vorgesehen, im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Insbesondere kann die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung im roten und/oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegen. Die Peak-Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung kann wenigstens 600 nm und höchstens 1000 nm betragen. Eine „Peak-Wellenlänge“ ist hierbei und im Folgenden die Wellenlänge, bei der ein Spektrum der im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung ein Maximum, insbesondere ein globales Maximum, aufweist.A light-emitting diode chip is specified. The LED chip is intended to emit electromagnetic radiation during operation. In particular, the wavelength of the electromagnetic radiation may be in the red and / or infrared range of the electromagnetic spectrum. The peak wavelength of the electromagnetic radiation may be at least 600 nm and at most 1000 nm. A "peak wavelength" here and hereinafter is the wavelength at which a spectrum of the electromagnetic radiation emitted during operation has a maximum, in particular a global maximum.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst dieser eine erste Halbleiterschicht. Auf der ersten Halbleiterschicht ist eine aktive Zone epitaktisch aufgewachsen. Beispielsweise erfolgt das epitaktische Aufwachsen mit Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE). Die aktive Zone kann im Betrieb die elektromagnetische Strahlung emittieren. According to at least one embodiment of the light-emitting diode chip, this comprises a first semiconductor layer. On the first semiconductor layer, an active zone is epitaxially grown. For example, epitaxial growth is by molecular beam epitaxy (MBE) or metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). The active zone can emit the electromagnetic radiation during operation.

Der Leuchtdiodenchip weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der er sich in lateralen Richtungen erstreckt. Senkrecht zur lateralen Richtung, in einer Stapelrichtung, weist der Leuchtdiodenchip eine Dicke auf. Die Dicke des Leuchtdiodenchips ist klein gegen die maximale Erstreckung des Leuchtdiodenchips entlang der lateralen Richtungen. The LED chip has a main plane of extension in which it extends in lateral directions. Perpendicular to the lateral direction, in a stacking direction, the LED chip has a thickness. The thickness of the LED chip is small compared to the maximum extent of the LED chip along the lateral directions.

Hierbei und im Folgenden bezeichnet eine „Dicke“ einer Schicht stets deren maximale Ausdehnung in der Stapelrichtung.Here and below, a "thickness" of a layer always denotes its maximum extent in the stacking direction.

Die aktive Zone umfasst zumindest eine Quantentopfschicht. Die aktive Zone kann ferner zumindest zwei Quantentopfschichten und zumindest eine zwischen den zumindest zwei Quantentopfschichten angeordnete Barriereschicht aufweisen. Insbesondere kann die aktive Zone eine Vielzahl von Barriereschichten und eine Vielzahl von Quantentopfschichten umfassen, die zum Beispiel in der Stapelrichtung aufeinander folgen. Dabei kann eine Barriereschicht jeweils von zwei Quantentopfschichten umgeben sein und/oder eine Quantentopfschicht kann jeweils von zwei Barriereschichten umgeben sein. The active zone comprises at least one quantum well layer. The active zone may further comprise at least two quantum well layers and at least one barrier layer arranged between the at least two quantum well layers. In particular, the active zone may comprise a plurality of barrier layers and a plurality of quantum well layers, which follow one another in the stacking direction, for example. In this case, a barrier layer may each be surrounded by two quantum well layers and / or a quantum well layer may each be surrounded by two barrier layers.

Eine Quantentopfschicht kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass Ladungsträger, insbesondere Elektronen, durch Einschluss (englisch: confinement) eine Quantisierung ihrer Energieeigenzustände erfahren können. Der Einschluss kann beispielsweise mittels einer Barriereschicht erfolgen. Insbesondere können mehrere Barriereschichten vorhanden sein, wobei zwei der Barriereschichten beidseitig an eine der Quantentopfschichten angrenzen können. Zusätzlich können eine erste und/oder eine zweite Zwischenschicht vorhanden sein, die jeweils an die Quantentopfschicht angrenzen können. Mittels der ersten und/oder zweiten Zwischenschicht kann ebenfalls ein Einschluss der Ladungsträger erfolgen. Innerhalb der Quantentopfschicht kann die Bewegungsfreiheit der Ladungsträger in zumindest einer Raumdimension eingeschränkt sein. A quantum well layer can be characterized in particular by the fact that charge carriers, in particular electrons, can undergo quantization of their energy eigenstates by confinement. The inclusion can be done for example by means of a barrier layer. In particular, a plurality of barrier layers may be present, wherein two of the barrier layers may adjoin one of the quantum well layers on both sides. In addition, a first and / or a second intermediate layer may be present, each of which may adjoin the quantum well layer. The charge carriers can also be enclosed by means of the first and / or second intermediate layer. Within the quantum well layer, the freedom of movement of the charge carriers may be limited in at least one spatial dimension.

Die erste Halbleiterschicht und die zumindest eine Quantentopfschicht können jeweils mit einem (Verbindungs-)Halbleitermaterial gebildet sein oder daraus bestehen. Insbesondere weist das jeweilige Material der ersten Halbleiterschicht und der Quantentopfschicht eine Kristallstruktur auf.The first semiconductor layer and the at least one quantum well layer may each be formed with or consist of a (compound) semiconductor material. In particular, the respective material of the first semiconductor layer and the quantum well layer has a crystal structure.

Ferner kann die gegebenenfalls vorhandene Barriereschicht mit einem (Verbindungs-)Halbleitermaterial gebildet sein oder daraus bestehen. Insbesondere kann das Material der Barriereschicht eine Kristallstruktur aufweisen. Das Material der Quantentopfschicht kann eine geringere Energiebandlücke als das Material der Barriereschicht aufweisen. Es ist ferner möglich, dass das Material der ersten Halbleiterschicht eine geringere Energiebandlücke als das Material der Quantentopfschicht und/oder gegebenenfalls der Barriereschicht aufweist. Ferner können die erste und die zweite Zwischenschicht aus einem (Verbindungs-)Halbleitermaterial gebildet sein oder daraus bestehen.Furthermore, the optionally present barrier layer can be formed with or consist of a (connecting) semiconductor material. In particular, the material of the barrier layer may have a crystal structure. The material of the quantum well layer may have a smaller energy bandgap than the material of the barrier layer. It is also possible that the material of the first semiconductor layer has a smaller energy band gap than the material of the quantum well layer and / or optionally the barrier layer. Furthermore, the first and the second intermediate layer can be formed from or consist of a (connecting) semiconductor material.

Der Leuchtdiodenchip kann ferner eine zweite Halbleiterschicht aufweisen, die der aktiven Zone in Stapelrichtung nachfolgt und auf einer der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der aktiven Zone angeordnet ist. Die zweite Halbleiterschicht kann ebenfalls ein (Verbindungs-)Halbleitermaterial umfassen oder daraus bestehen. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Halbleiterschicht um eine p-leitende Halbleiterschicht und bei der zweiten Halbleiterschicht um eine n-leitende Halbleiterschicht. The light-emitting diode chip can furthermore have a second semiconductor layer, which follows the active zone in the stacking direction and is arranged on a side of the active zone which faces away from the first semiconductor layer. The second semiconductor layer may also comprise or consist of a (compound) semiconductor material. By way of example, the first semiconductor layer is a p-type semiconductor layer and the second semiconductor layer is an n-type semiconductor layer.

Zwischen der ersten Halbleiterschicht und der aktiven Zone kann die erste Zwischenschicht angeordnet sein. Ferner kann zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der aktiven Zone die zweite Zwischenschicht angeordnet sein. Insbesondere können die erste Zwischenschicht und/oder die zweite Zwischenschicht jeweils direkt an eine Quantentopfschicht grenzen. Die aktive Zone kann direkt auf die erste Zwischenschicht aufgewachsen sein. Es ist beispielsweise möglich, dass eine Quantentopfschicht entweder von zwei Barriereschichten umgeben ist oder von einer Barriereschicht und der ersten oder zweiten Zwischenschicht. The first intermediate layer can be arranged between the first semiconductor layer and the active zone. Furthermore, the second intermediate layer can be arranged between the second semiconductor layer and the active zone. In particular, the first intermediate layer and / or the second intermediate layer may each directly adjoin a quantum well layer. The active zone may be grown directly on the first intermediate layer. For example, it is possible for a quantum well layer to be surrounded either by two barrier layers or by a barrier layer and the first or second intermediate layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die aktive Zone kompressiv verspannt. Insbesondere kann die zumindest eine Quantentopfschicht kompressiv verspannt sein. In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the active zone is compressively clamped. In particular, the at least one quantum well layer can be compressed in a compressive manner.

Eine Schicht, wie beispielsweise die Quantentopfschicht, wird hierbei und im Folgenden insbesondere dann als verspannt angesehen, wenn bei der, insbesondere epitaktischen, Abscheidung des Materials besagter Schicht auf einer Referenzschicht eine parallele Gitterkonstante der Schicht, die entlang zumindest einer der lateralen Richtungen verläuft, von der natürlichen Gitterkonstante der Schicht verschieden ist. Bei der Referenzschicht kann es sich im Falle der Quantentopfschicht insbesondere um das Substrat handeln. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass es sich bei der Referenzschicht um die Barriereschicht oder um die erste Zwischenschicht handelt. Insbesondere kann die parallele Gitterkonstante der Schicht der Gitterkonstante der Referenzschicht entsprechen. Bei einer kompressiven Verspannung der Schicht kann die parallele Gitterkonstante der Schicht im Vergleich zu der natürlichen Gitterkonstante des Materials der Schicht reduziert sein. Ferner ist es möglich, dass bei einer kompressiven Verspannung eine senkrechte Gitterkonstante der Schicht, die entlang der Stapelrichtung verläuft, im Vergleich zur natürlichen Gitterkonstante des Materials Schicht erhöht ist. A layer, such as, for example, the quantum well layer, is considered to be strained in particular if, in particular epitaxial deposition of the material of said layer on a reference layer, a parallel lattice constant of the layer running along at least one of the lateral directions of the natural lattice constant of the layer is different. In the case of the quantum well layer, the reference layer may in particular be the substrate. Alternatively or additionally, it is possible that the reference layer is the barrier layer or the first intermediate layer. In particular, the parallel lattice constant of the layer may correspond to the lattice constant of the reference layer. With a compressive strain of the layer, the parallel lattice constant of the layer can be reduced compared to the natural lattice constant of the material of the layer. Furthermore, it is possible that with a compressive strain, a vertical lattice constant of the layer running along the stacking direction is increased in comparison to the natural lattice constant of the material layer.

Die Verspannung einer Schicht kann mit dem Verspannungskoeffizienten beschrieben werden. Der Verspannungskoeffizient der Schicht ergibt sich aus dem Quotienten der Differenz der natürlichen Gitterkonstante der Referenzschicht a2 und der natürlichen Gitterkonstante der Schicht a1 und der natürlichen Gitterkonstante der aufgewachsenen Schicht, beschrieben durch die Formel (a1–a2)/a1. Bei einer kompressiven Verspannung ergibt sich ein positiver Verspannungskoeffizient, bei einer tensilen Verspannung ein negativer Verspannungskoeffizient.The stress of a layer can be described with the stress coefficient. The strain coefficient of the layer is obtained from the quotient of the difference between the natural lattice constant of the reference layer a 2 and the natural lattice constant of the layer a 1 and the natural lattice constant of the grown layer described by the formula (a 1 -a 2 ) / a 1 . In a compressive bracing results in a positive stress coefficient, with a tensile stress a negative stress coefficient.

Die kompressive Verspannung der Quantentopfschicht kann daran nachgewiesen werden, dass die Kristallstruktur des Materials der Quantentopfschicht zumindest stellenweise nicht die natürliche Gitterkonstante des Materials der Quantentopfschicht aufweist. Insbesondere kann die Gitterkonstante des Materials der Quantentopfschicht zumindest stellenweise die Gitterkonstante des Materials der Barriereschicht oder der ersten Zwischenschicht angenommen haben. Hierbei ist es möglich, dass die gegebenenfalls vorhandene Barriereschicht und/oder die gegebenenfalls vorhandene erste Zwischenschicht ebenfalls verspannt sind.The compressive strain of the quantum well layer can be demonstrated by the fact that the crystal structure of the material of the quantum well layer at least in places does not have the natural lattice constant of the material of the quantum well layer. In particular, the lattice constant of the material of the quantum well layer may at least in places have assumed the lattice constant of the material of the barrier layer or of the first intermediate layer. It is possible that the optionally present barrier layer and / or the optionally present first intermediate layer are also braced.

Ferner kann eine Verspannung einer Schichtenfolge, wie beispielsweise der aktiven Zone, durch eine mittlere Verspannung der Schichtenfolge beschrieben werden. Die mittlere Verspannung einer Schichtenfolge mit einer Vielzahl von Schichten ist gegeben durch das gewichtete arithmetische Mittel der Verspannungskoeffizienten der Schichten. Die Gewichtung erfolgt bezüglich der jeweiligen Dicke der Schichten. Die mittlere Verspannung der aktiven Zone ist damit das bezüglich der jeweiligen Dicke gewichtete arithmetische Mittel der Verspannungskoeffizienten der in der aktiven Zone enthaltenen zumindest einen Quantentopfschicht und der gegebenenfalls vorhandenen Barriereschicht. Furthermore, a strain of a layer sequence, such as the active zone, can be described by an average strain of the layer sequence. The average strain of a layer sequence having a plurality of layers is given by the weighted arithmetic mean of the stress coefficients of the layers. The weighting takes place with respect to the respective thickness of the layers. The mean stress of the active zone is thus the weighted arithmetic mean of the stress coefficients of the at least one quantum well layer contained in the active zone and the optionally present barrier layer.

Die Verspannung der aktiven Zone kann beispielsweise an einer Biegung der Schichten, insbesondere der Quantentopfschicht und der gegebenenfalls vorhandenen Barriereschicht, der aktiven Zone festgestellt werden. Bei einer kompressiven Verspannung ist die aktive Zone insbesondere konvex gekrümmt. Bei einer tensilen Verspannung kann eine konkave Krümmung der aktiven Zone vorliegen. Hierbei beziehen sich die Angaben „konvex“ und „konkav“ auf ein Substrat, auf das die erste Halbleiterschicht aufgewachsen ist und das in Stapelrichtung vor der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist. The strain of the active zone can be determined, for example, by bending the layers, in particular the quantum well layer and the optionally present barrier layer, of the active zone. In a compressive strain, the active zone is curved in particular convex. In the case of a tensile stress, a concave curvature of the active zone may be present. Here, the terms "convex" and "concave" refer to a substrate on which the first semiconductor layer is grown and which is arranged in the stacking direction in front of the first semiconductor layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst dieser eine auf einer ersten Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsene aktive Zone mit zumindest einer Quantentopfschicht, wobei die aktive Zone kompressiv verspannt ist.According to at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the latter comprises an active zone which has been epitaxially grown on a first semiconductor layer and has at least one quantum well layer, wherein the active zone is clamped in a compressive manner.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst die aktive Zone zumindest zwei Quantentopfschichten und zumindest eine zwischen den zumindest zwei Quantentopfschichten angeordnete Barriereschicht. Die aktive Zone kann insbesondere eine Quantentopfstruktur umfassen. In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the active zone comprises at least two quantum well layers and at least one barrier layer arranged between the at least two quantum well layers. The active zone may in particular comprise a quantum well structure.

Bei dem Leuchtdiodenchip wird insbesondere die Idee verfolgt, die Schaltzeiten durch eine Veränderung der Kristallstruktur innerhalb der epitaktisch aufgewachsenen Schichten zu verkürzen. Hierbei hat sich überraschend gezeigt, dass eine kompressive Verspannung die erwünschte Reduktion der Schaltzeiten zur Folge hat. Bei den Schaltzeiten des optoelektronischen Halbleiterbauteils kann es sich insbesondere um die Anstiegszeit und die Abfallzeit eines Schaltpulses des optoelektronischen Halbleiterbauteils handeln.The idea behind the light-emitting diode chip is to shorten the switching times by changing the crystal structure within the epitaxially grown layers. It has surprisingly been found that a compressive strain has the desired reduction of the switching times result. The switching times of the optoelectronic semiconductor component may in particular be the rise time and the fall time of a switching pulse of the optoelectronic semiconductor component.

Es ist möglich, dass die kompressive Verspannung der Quantentopfschicht zu einer Verbiegung der Energiebandstrukturen im Bereich der Quantentopfschicht führt. Dies kann eine Induktion von Elektronen in die Quantentopfschicht erleichtern und damit schnellere Schaltzeiten ermöglichen. Aufgrund der Verbiegung der Bandstruktur ist es jedoch möglich, dass die Induktion von Löchern, die eine höhere effektive Masse als die Elektronen aufweisen, in die Quantentopfschicht verschlechtert wird. Dies kann beispielsweise zu einer reduzierten Lichtausbeute im Vergleich zu einem Leuchtdiodenchip, bei dem die aktive Zone nicht oder nur geringfügig kompressiv verspannt ist, führen. It is possible that the compressive strain of the quantum well layer leads to a bending of the energy band structures in the area of the quantum well layer. This can facilitate induction of electrons into the quantum well layer and thus allow faster switching times. However, due to the bowing of the band structure, it is possible that the induction of holes having a higher effective mass than the electrons into the quantum well layer is degraded. This For example, it can lead to a reduced luminous efficacy compared to a light-emitting diode chip in which the active zone is not or only slightly compressed clamped.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die erste Halbleiterschicht epitaktisch auf einem Substrat aufgewachsen. Das Substrat kann beispielsweise Germanium, Galliumarsenid und/oder Silizium umfassen oder aus einem dieser Materialien bestehen. Die mittlere Verspannung der aktiven Zone relativ zu dem Substrat beträgt wenigstens 600 ppm (ppm: parts per million, zu Deutsch „Teile von einer Million“), bevorzugt wenigstens 1000 ppm und besonders bevorzugt wenigstens 2000 ppm.In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the first semiconductor layer is epitaxially grown on a substrate. The substrate may comprise, for example, germanium, gallium arsenide and / or silicon, or consist of one of these materials. The mean strain of the active zone relative to the substrate is at least 600 ppm (ppm: parts per million, in English "parts per million"), preferably at least 1000 ppm, and more preferably at least 2000 ppm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die zumindest eine Quantentopfschicht pseudomorph kompressiv verspannt. Eine Schicht ist pseudomorph verspannt, wenn die Verspannung der Schicht nicht oder nur zu einem geringen Teil in Form von Versetzungen und/oder Rissen in der Schicht abgebaut wird. Insbesondere weist die zumindest eine Quantentopfschicht eine Dicke auf, die geringer ist als eine kritische Schichtdicke der Quantentopfschicht. Die „kritische Schichtdicke“ einer Schicht ist hierbei und im Folgenden eine materialspezifische Obergrenze für pseudomorphes Wachstum der Schicht. Insbesondere ist die kritische Schichtdicke der Quantentopfschicht abhängig von der Differenz der natürlichen Gitterkonstante des Materials der Quantentopfschicht und gegebenenfalls der Gitterkonstante des Materials der Barriereschicht und/oder der ersten Zwischenschicht. In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the at least one quantum well layer is clamped in a pseudomorphic compressive manner. A layer is pseudomorphically strained if the strain of the layer is not degraded or only to a small extent in the form of dislocations and / or cracks in the layer. In particular, the at least one quantum well layer has a thickness that is less than a critical layer thickness of the quantum well layer. The "critical layer thickness" of a layer here and in the following is a material-specific upper limit for pseudomorphic growth of the layer. In particular, the critical layer thickness of the quantum well layer is dependent on the difference between the natural lattice constant of the material of the quantum well layer and optionally the lattice constant of the material of the barrier layer and / or the first intermediate layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiodenchips ist der Verspannungskoeffizient der Quantentopfschichten betragsmäßig um wenigstens 7500 ppm, bevorzugt wenigstens 15000 ppm größer als der Verspannungskoeffizient der Barriereschicht. Beispielsweise beträgt der Betrag des Verspannungskoeffizienten der Quantentopfschichten in Bezug auf das Material des Substrats (10) gemittelt wenigstens 5000 ppm und höchstens 25000 ppm. In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chips, the stress coefficient of the quantum well layers is at least 7500 ppm, preferably at least 15000 ppm, greater than the stress-strain coefficient of the barrier layer. For example, the amount of the strain coefficient of the quantum well layers with respect to the material of the substrate ( 10 ) averages at least 5,000 ppm and at most 25,000 ppm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiodenchips sind die Quantentopfschichten jeweils pseudomorph kompressiv verspannt und der Verspannungskoeffizient der Quantentopfschichten ist jeweils betragsmäßig um wenigstens 7500 ppm, bevorzugt wenigstens 15000 ppm größer als der Verspannungskoeffizient der Barriereschicht.In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chips, the quantum well layers are clamped pseudomorphically compressively and the stress coefficient of the quantum well layers is in each case at least 7500 ppm, preferably at least 15000 ppm, greater than the stress coefficient of the barrier layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips emittiert dieser im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von wenigstens 750 nm, bevorzugt wenigstens 850 nm, und höchstens 1000 nm, bevorzugt höchstens 940 nm. Mit anderen Worten, der Leuchtdiodenchip emittiert eine elektromagnetische Strahlung im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Insbesondere kann der Leuchtdiodenchip breitbandige Strahlung emittieren. Mit anderen Worten, eine Halbwertsbreite der Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung als Funktion der Wellenlänge kann wenigstens 20 nm, bevorzugt wenigstens 50 nm, betragen. In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, it emits an electromagnetic radiation with a peak wavelength of at least 750 nm, preferably at least 850 nm, and at most 1000 nm, preferably at most 940 nm. In other words, the LED chip emits electromagnetic radiation in the infrared Area of the electromagnetic spectrum. In particular, the LED chip can emit broadband radiation. In other words, a half-width of the intensity distribution of the electromagnetic radiation as a function of the wavelength may be at least 20 nm, preferably at least 50 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips weist die zumindest eine Quantentopfschicht jeweils eine Dicke von wenigstens 2 nm, bevorzugt wenigstens 3 nm, und höchstens 6 nm, bevorzugt höchstens 5 nm auf. Insbesondere ist die Dicke der zumindest einen Quantentopfschicht geringer als die kritische Schichtdicke der Quantentopfschicht. Ferner ist es möglich, dass die Dicke jeder Barriereschicht wenigstens dem 3-Fachen der Dicke der Quantentopfschicht entspricht. In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the at least one quantum well layer in each case has a thickness of at least 2 nm, preferably at least 3 nm, and at most 6 nm, preferably at most 5 nm. In particular, the thickness of the at least one quantum well layer is less than the critical layer thickness of the quantum well layer. Further, it is possible that the thickness of each barrier layer is at least 3 times the thickness of the quantum well layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips basiert die zumindest eine Quantentopfschicht auf Galliumarsenid (GaAs). Mit anderen Worten, die Quantentopfschicht umfasst Gallium und Arsen. Hierbei sind wenigstens 5 % und höchstens 44 % der Gallium-Atome durch Indium-Atome und/oder Aluminium-Atome ersetzt worden. Mit anderen Worten, die Quantentopfschicht kann mit InxAlyGa1-x-yAs gebildet sein oder daraus bestehen, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1.In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the at least one quantum well layer is based on gallium arsenide (GaAs). In other words, the quantum well layer comprises gallium and arsenic. Here, at least 5% and at most 44% of the gallium atoms have been replaced by indium atoms and / or aluminum atoms. In other words, the quantum well layer may be formed of or consist of In x Al y Ga 1-xy As where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and x + y ≦ 1.

Die Gallium-Atome und/oder die Arsen-Atome innerhalb der Quantentopfschicht können somit durch schwerere und damit insbesondere größere Atome, wie beispielsweise Indium-Atome, ersetzt worden sein. Eine solche Ersetzung der leichteren Atome führt, im Vergleich zu einem Material, bei dem weniger Atome ersetzt wurden, zu einer Erhöhung der natürlichen Gitterkonstante des Materials der Quantentopfschichten. Dies erleichtert die Bereitstellung kompressiv verspannter Quantentopfschichten.The gallium atoms and / or the arsenic atoms within the quantum well layer may thus have been replaced by heavier and thus in particular larger atoms, such as, for example, indium atoms. Such replacement of the lighter atoms results in an increase in the natural lattice constant of the material of the quantum well layers as compared to a material in which fewer atoms are replaced. This facilitates the provision of compressively strained quantum well layers.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die zumindest eine Quantentopfschicht mit InxGa1-xAs gebildet. Hierbei gilt 0,08 ≤ x ≤ 1, bevorzugt 0,16 ≤ x ≤ 1. Die Quantentopfschicht weist somit eine hohe Indium-Dotierung auf. Die Gitterkonstante, insbesondere die natürliche Gitterkonstante, von InxGa1-xAs wächst insbesondere mit steigendem Indium-Anteil x. In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the at least one quantum well layer is formed with In x Ga 1-x As. In this case, 0.08 ≦ x ≦ 1, preferably 0.16 ≦ x ≦ 1. The quantum well layer thus has a high indium doping. The lattice constant, in particular the natural lattice constant, of In x Ga 1-x As grows in particular with increasing indium content x.

Die zumindest eine Quantentopfschicht kann insbesondere eine Dicke aufweisen, die höchstens 90 %, bevorzugt höchstens 80 % und besonders bevorzugt höchstens 70 %, einer Dicke einer Quantentopfschicht eines alternativen Leuchtdiodenchips, der eine elektromagnetische Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von wenigstens 1000 nm emittiert, beträgt. The at least one quantum well layer may in particular have a thickness which is at most 90%, preferably at most 80% and particularly preferably at most 70%, of a thickness of a quantum well layer of an alternative light-emitting diode chip which generates electromagnetic radiation with a peak Wavelength of at least 1000 nm emitted is.

Eine Erhöhung der Indium-Konzentration in der Quantentopfschicht kann zu einer Reduktion der Energiebandlücke in der Quantentopfschicht führen. Dies würde eine Erhöhung der Emissionswellenlänge des Leuchtdiodenchips zur Folge haben. Eine solche Erhöhung der Emissionswellenlänge kann durch eine Reduktion der Dicke der Quantentopfschichten vermieden werden. Hierdurch kann die im Betrieb des Leuchtdiodenchips emittierte elektromagnetische Strahlung weiterhin eine Peak-Wellenlänge von unter 1000 nm aufweisen. An increase in the indium concentration in the quantum well layer can lead to a reduction of the energy band gap in the quantum well layer. This would result in an increase in the emission wavelength of the LED chip. Such an increase in the emission wavelength can be avoided by reducing the thickness of the quantum well layers. As a result, the electromagnetic radiation emitted during operation of the light-emitting diode chip can furthermore have a peak wavelength of less than 1000 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die Barriereschicht pseudomorph tensil verspannt. Der Verspannungskoeffizient der Barriereschicht in Bezug auf das Substrat beträgt wenigstens wenigstens –10000 ppm und höchstens –500 ppm. Bevorzugt beträgt der Verspannungskoeffizient der Barriereschicht in Bezugs auf das Substrat höchstens –2000 ppm, besonders bevorzugt höchstens –3000 ppm.In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the barrier layer is clamped pseudomorphically tensilely. The strain coefficient of the barrier layer with respect to the substrate is at least at least -10000 ppm and at most -500 ppm. Preferably, the strain coefficient of the barrier layer with respect to the substrate is at most -2000 ppm, more preferably at most -3000 ppm.

Durch eine pseudomorph tensile Verspannung der Barriereschicht ist es insbesondere möglich, stark kompressiv verspannte Quantentopfschichten bereitzustellen, wobei hohe kompressive Verspannung durch die tensile Verspannung teilweise kompensiert wird. Hierdurch ist es möglich, die mittlere Verspannung der aktiven Zone im Vergleich zu der Verspannung der Quantentopfschichten zu reduzieren und damit beispielsweise ein Verbiegen der aktiven Zone zu vermeiden. Ferner wird durch die Kompensation der Verspannung ein pseudomorphes Wachstum einer Vielzahl von Quantentopfschichten ermöglicht und einer Bildung von Versetzungen in der aktiven Zone vorgebeugt. By means of a pseudomorphic tensile stressing of the barrier layer, it is possible in particular to provide highly compressively strained quantum well layers, wherein high compressive strain is partially compensated by the tensile strain. This makes it possible to reduce the mean stress of the active zone in comparison to the strain of the quantum well layers and thus to avoid bending of the active zone, for example. Furthermore, the compensation of the stress enables pseudomorphic growth of a plurality of quantum well layers and prevents the formation of dislocations in the active zone.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die Barriereschicht mit AlyGa1-yAsbP1-b gebildet, wobei 0,09 ≤ b ≤ 1, bevorzugt 0,18 ≤ b ≤ 1, und 0 ≤ y ≤ 1. Eine Erhöhung der Phosphor-Konzentration b in der Barriereschicht führt zu einer Reduktion der Gitterkonstante, insbesondere der natürlichen Gitterkonstante, des Materials der Barriereschicht und damit zu einer tensilen Verspannung der Barriereschicht.In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, the barrier layer is formed with Al y Ga 1-y As b P 1-b , where 0.09 ≦ b ≦ 1, preferably 0.18 ≦ b ≦ 1, and 0 ≦ y ≦ 1 Increasing the phosphorus concentration b in the barrier layer leads to a reduction of the lattice constant, in particular of the natural lattice constant, of the material of the barrier layer and thus to a tensile strain of the barrier layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips weist ein Intensitätssignal während eines Schaltpulses eine Anstiegszeit von höchstens 10 ns, bevorzugt höchstens 6 ns, und/oder eine Abfallzeit von höchstens 12 ns, bevorzugt höchstens 7 ns, auf. Bei einem Schaltpuls kann es sich um eine vorgebbare Zeitdauer zwischen einem Anschaltvorgang und einem Abschaltvorgang des optoelektronischen Halbleiterbauteils handeln. Insbesondere handelt sich bei dem Intensitätssignal um die Intensität der während des Schaltpulses im Betrieb des Leuchtdiodenchips emittierten elektromagnetischen Strahlung als Funktion der Zeit. Bei der Anstiegszeit kann es sich insbesondere um die Zeitdauer handeln, die beim Anschalten des Leuchtdiodenchips erforderlich ist, um das Intensitätssignal von 10 % einer maximalen Intensität zu 90 % der maximalen Intensität zu erhöhen. Ferner kann es sich bei der Abfallzeit um die Zeitdauer handeln, die beim Ausschalten des Leuchtdiodenchips erforderlich ist, um das Intensitätssignal von 90 % der maximalen Intensität zu 10 % der maximalen Intensität zu reduzieren. Bei der Anstiegszeit beziehungsweise der Abfallzeit kann es sich insbesondere um die Breite beziehungsweise Steilheit der steigenden beziehungsweise fallenden Flanke des Intensitätssignals eines Schaltpulses handeln. Ein Schaltpuls des Leuchtdiodenchips weist somit kurze Schaltzeiten auf. According to at least one embodiment of the light-emitting diode chip, an intensity signal during a switching pulse has a rise time of at most 10 ns, preferably at most 6 ns, and / or a fall time of at most 12 ns, preferably at most 7 ns. A switching pulse may be a predefinable time duration between a turn-on operation and a turn-off operation of the optoelectronic semiconductor device. In particular, the intensity signal is the intensity of the electromagnetic radiation emitted during the switching pulse during operation of the light-emitting diode chip as a function of time. In particular, the rise time may be the amount of time required to turn on the light emitting diode chip to increase the intensity signal from 10% of a maximum intensity to 90% of the maximum intensity. Further, the fall time may be the amount of time required to turn off the light emitting diode chip to reduce the intensity signal from 90% of the maximum intensity to 10% of the maximum intensity. The rise time or the fall time may in particular be the width or steepness of the rising or falling edge of the intensity signal of a switching pulse. A switching pulse of the LED chip thus has short switching times.

Kurze Schaltzeiten von Leuchtdiodenchips sind insbesondere bei Anwendungen im Bereich von Flugzeit-Messungen, beispielsweise für Spielekonsolen, Kameras, Mobiltelefone, Abstandsmessungen und/oder Autofokus-Messungen, vorteilhaft.Short switching times of light-emitting diode chips are particularly advantageous in applications in the field of time-of-flight measurements, for example for game consoles, cameras, mobile phones, distance measurements and / or autofocus measurements.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist dieser frei von einem Resonator. Bei dem Leuchtdiodenchip handelt es sich somit insbesondere nicht um einen Laserdiodenchip. Ein Resonator ist insbesondere eine Anordnung von wenigstens zwei Spiegeln, zwischen denen zumindest eine Mode des elektromagnetischen Feldes, insbesondere im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere als stehende Welle gespeichert werden kann.In accordance with at least one embodiment of the light-emitting diode chip, it is free of a resonator. The light-emitting diode chip is thus in particular not a laser diode chip. A resonator is in particular an arrangement of at least two mirrors, between which at least one mode of the electromagnetic field, in particular in the visible region of the electromagnetic spectrum, can be stored, in particular as a standing wave.

Im Folgenden wird der hier beschriebene Leuchtdiodenchip anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.In the following, the light-emitting diode chip described here will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments and the associated figures.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips.The 1 shows an embodiment of a light-emitting diode chip described here.

Die 2A und 2B zeigen Ausführungsbeispiele einer Kristallstruktur eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips.The 2A and 2 B show exemplary embodiments of a crystal structure of a light-emitting diode chip described here.

Die 3 zeigt ein Intensitätssignal eines Schaltpulses eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips.The 3 shows an intensity signal of a switching pulse of an embodiment of a light-emitting diode chip described here.

Die 4 zeigt Anstiegszeiten beziehungsweise Abfallzeiten.The 4 shows rise times or fall times.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.The same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals. The figures and the proportions of the elements shown in the figures with each other are not to be considered to scale. Rather, individual elements can be used for better representability and / or be shown exaggerated for better understanding.

Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips näher erläutert. Der Leuchtdiodenchip umfasst eine erste Halbleiterschicht 11, eine erste Zwischenschicht 13, eine aktive Zone 2, eine zweite Zwischenschicht 14 und eine zweite Halbleiterschicht 12, die in der soeben angegebenen Reihenfolge in einer Stapelrichtung z übereinander angeordnet sind. Die aktive Zone 2 grenzt direkt an die erste Zwischenschicht 13 und an die zweite Zwischenschicht 14 an. Based on the schematic sectional view of 1 an embodiment of a light-emitting diode chip described here is explained in more detail. The light-emitting diode chip comprises a first semiconductor layer 11 , a first intermediate layer 13 , an active zone 2 , a second intermediate layer 14 and a second semiconductor layer 12 , which are arranged in the order just given in a stacking direction z on top of each other. The active zone 2 adjoins directly to the first intermediate layer 13 and to the second intermediate layer 14 at.

Die aktive Zone 2 umfasst eine Vielzahl von Quantentopfschichten 20 und eine Vielzahl von Barriereschichten 21, die jeweils zwischen zwei Quantentopfschichten 20 angeordnet sind. Jede Quantentopfschicht 20 weist in einer Stapelrichtung eine Dicke 20d auf.The active zone 2 includes a plurality of quantum well layers 20 and a variety of barrier layers 21 , each between two quantum well layers 20 are arranged. Each quantum well layer 20 has a thickness in a stacking direction 20d on.

An einer der aktiven Zone 2 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 11 ist ein Substrat 10 angeordnet, auf dem die erste Halbleiterschicht 11 epitaktisch aufgewachsen ist. Beispielsweise ist das Substrat mit Germanium, Silizium und/oder Galliumarsenid gebildet. Alternativ zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das Substrat 10 in einem Herstellungsverfahren abgelöst wurde und der Leuchtdiodenchip kein Substrat 10 aufweist.At one of the active zone 2 remote side of the first semiconductor layer 11 is a substrate 10 arranged on which the first semiconductor layer 11 grew up epitaxially. For example, the substrate is formed with germanium, silicon and / or gallium arsenide. Alternatively to that in the 1 In the embodiment shown, it is possible for the substrate 10 has been replaced in a manufacturing process and the LED chip no substrate 10 having.

Anhand der schematischen Darstellungen der 2A und 2B ist eine Funktionsweise eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips näher erläutert. Die 2A zeigt die Kristallstruktur einer Schicht 31 und einer Referenzschicht 32 im unangepassten und damit unverspannten Zustand. In der 2B ist die Kristallstruktur der Schicht 31 und der Referenzschicht 32 im angepassten und damit verspannten Zustand dargestellt. Based on the schematic representations of 2A and 2 B an operation of a light-emitting diode chip described here is explained in more detail. The 2A shows the crystal structure of a layer 31 and a reference layer 32 in the unadjusted and thus unstrained condition. In the 2 B is the crystal structure of the layer 31 and the reference layer 32 shown in the adjusted and thus strained state.

Im unverspannten Zustand, wie in der 2A gezeigt, weist die Schicht 31 eine erste Gitterkonstante a1 auf, bei der es sich um die natürliche Gitterkonstante des Materials der Schicht 31 handeln kann. Die Referenzschicht 32 weist im unverspannten Zustand eine zweite Gitterkonstante a2 auf, die im gezeigten Fall kleiner als die erste Gitterkonstante a1 ist. Die zweite Gitterkonstante a2 kann die natürliche Gitterkonstante des Materials der Referenzschicht 32 sein. Alternativ ist es möglich, dass die zweite Gitterkonstante a2 nicht der natürlichen Gitterkonstante des Materials der Referenzschicht 32 entspricht, sondern die Kristallstruktur der Referenzschicht 32 selbst verspannt ist. In the unstressed state, as in the 2A shown, assigns the layer 31 a first lattice constant a 1 , which is the natural lattice constant of the material of the layer 31 can act. The reference layer 32 has in the unstressed state a second lattice constant a 2 , which is smaller than the first lattice constant a 1 in the case shown. The second lattice constant a 2 can be the natural lattice constant of the material of the reference layer 32 be. Alternatively, it is possible that the second lattice constant a 2 is not the natural lattice constant of the material of the reference layer 32 corresponds, but the crystal structure of the reference layer 32 itself is tense.

In dem in der 2B dargestellten verspannten Zustand weist die Referenzschicht 32 weiterhin die zweite Gitterkonstante a2 auf. Die Schicht 31 weist nun jedoch aufgrund der pseudomorphen Verspannung eine parallele Gitterkonstante ap und eine senkrechte Gitterkonstante as auf. Die senkrechte Gitterkonstante as verläuft entlang der Stapelrichtung z, während die parallele Gitterkonstante ap senkrecht zur Stapelrichtung z, entlang einer der lateralen Richtungen, verläuft. Die parallele Gitterkonstante ap entspricht im Wesentlichen der zweiten Gitterkonstante a2 und ist damit kleiner als die erste Gitterkonstante a1, während die senkrechte Gitterkonstante as größer als die erste Gitterkonstante a1 und die zweite Gitterkonstante a2 ist.In the in the 2 B shown strained state has the reference layer 32 furthermore the second lattice constant a 2 . The layer 31 However, due to the pseudomorphic strain, it now has a parallel lattice constant a p and a vertical lattice constant a s . The vertical lattice constant a s extends along the stacking direction z, while the parallel lattice constant a p extends perpendicular to the stacking direction z, along one of the lateral directions. The parallel lattice constant a p essentially corresponds to the second lattice constant a 2 and is thus smaller than the first lattice constant a 1 , while the vertical lattice constant a s is greater than the first lattice constant a 1 and the second lattice constant a 2 .

Die parallele Gitterkonstante ap hat sich der zweiten Gitterkonstante a2 angepasst. Insbesondere entspricht die parallele Gitterkonstante ap der zweiten Gitterkonstante a2. Die Kristallstruktur der Schicht 31 wurde also in lateralen Richtungen gestaucht und die Schicht 31 ist kompressiv verspannt. Unterhalb der kritischen Schichtdicke der Schicht 31 kann diese Stauchung in der lateralen Richtung durch eine Erhöhung der senkrechten Gitterkonstante as ausgeglichen werden. The parallel lattice constant a p has adapted to the second lattice constant a 2 . In particular, the parallel lattice constant a p corresponds to the second lattice constant a 2 . The crystal structure of the layer 31 was thus compressed in lateral directions and the layer 31 is clamped compressively. Below the critical layer thickness of the layer 31 This compression can be compensated in the lateral direction by increasing the vertical lattice constant A s .

Bei der in den 2A und 2B dargestellten Schicht 31 kann es sich beispielsweise um eine der Quantentopfschichten 20 handeln. Die Referenzschicht 32 kann dann die erste Zwischenschicht 13 oder die an die Quantentopfschicht 20 angrenzende Barriereschicht 21 sein. In the in the 2A and 2 B shown layer 31 For example, it may be one of the quantum well layers 20 act. The reference layer 32 can then be the first intermediate layer 13 or to the quantum well layer 20 adjacent barrier layer 21 be.

Das im Zusammenhang mit den 2A und 2B erläuterte Prinzip der kompressiven Verspannung bei verschiedenen Gitterkonstanten a1, a2, as, ap kann auch, mutatis mutandem, auf eine tensile Verspannung, wie beispielsweise im Fall der Barriereschichten 21 als Schicht 31 und der Quantentopfschicht 20 als Referenzschicht 32, angewendet werden. Mit anderen Worten, falls die Schicht 31 im unverspannten Zustand eine erste Gitterkonstante a1 aufweist, die kleiner ist als die zweite Gitterkonstante a2 der Referenzschicht 32, entsteht beim Aufwachsen auf die Referenzschicht 32 eine tensil verspannte Schicht 31. Im tensil verspannten Zustand weist die Schicht 31 eine parallele Gitterkonstante ap auf, die größer ist als die senkrechte Gitterkonstante as. That in connection with the 2A and 2 B explained principle of compressive strain at different lattice constants a 1 , a 2 , a s , a p can also mutatis mutandis, on a tensile strain, such as in the case of the barrier layers 21 as a layer 31 and the quantum well layer 20 as reference layer 32 , be applied. In other words, if the layer 31 in the unstressed state has a first lattice constant a 1 , which is smaller than the second lattice constant a 2 of the reference layer 32 , arises when growing up on the reference layer 32 a tensioned layer 31 , In tensil stressed state, the layer 31 a parallel lattice constant a p , which is greater than the vertical lattice constant a s .

Die 3 zeigt ein skizziertes Intensitätssignal eines Schaltpulses eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips. Das Intensitätssignal zeigt die Intensität I der von dem Leuchtdiodenchip im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung eines Schaltpulses normiert auf das maximale Intensitätssignal Im als Funktion der Zeit t. Zum Zeitpunkt t = 0 wird der Leuchtdiodenchip eingeschaltet. Nach dem Einschalten steigt das Intensitätssignal I als Funktion der Zeit an, verharrt anschließend auf dem Maximalwert Im und fällt anschließend wieder ab. Die Anstiegszeit tr ist hierbei die Zeitdauer, die für ein Ansteigen des Intensitätssignals von I von 10 % des maximalen Intensitätssignals Im zu 90 % des maximalen Intensitätssignals Im benötigt wird. Ferner ist die Abfallzeit tf die Zeitdauer, die für ein Abfallen des Intensitätssignals I von 90 % des maximalen Intensitätssignals Im zu 10 % des maximalen Intensitätssignals Im benötigt wird.The 3 shows a sketched intensity signal of a switching pulse of a light-emitting diode chip described here. The intensity signal shows the intensity I of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode chip during operation of a switching pulse normalized to the maximum intensity signal I m as a function of the time t. At the time t = 0, the LED chip is turned on. After switching on the intensity signal I increases as a function of time, then remains at the maximum value I m and then drops again. The rise time t r here is the time required for an increase of the intensity signal of I from 10% of the maximum intensity signal I m to 90% of the maximum intensity signal I m . Furthermore, the fall time t f is the time required for a fall of the intensity signal I from 90% of the maximum intensity signal I m to 10% of the maximum intensity signal I m .

Die 4 zeigt Schaltzeiten für unterschiedliche Ausführungsformen eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips. Hierbei sind die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf für unterschiedliche Messungen M1, M2, M3, M4 dargestellt. Der jeder der Messungen zugehörige Leuchtdiodenchip umfasst jeweils elf Barriereschichten 21. The 4 shows switching times for different embodiments of a light-emitting diode chip described here. Here, the rise time t r and the fall time t f are shown for different measurements M1, M2, M3, M4. The light-emitting diode chip associated with each of the measurements comprises eleven barrier layers each 21 ,

Die Quantentopfschichten 20 der ersten Messung M1 sind tensil verspannt. Insbesondere weist die aktive Zone 2 des Leuchtdiodenchips der ersten Messung M1 im Vergleich zu dem Substrat 10 eine mittlere Verspannung von –1500 ppm auf. Die Quantentopfschichten 20 der zweiten Messung M2 sind im Rahmen der Messungenauigkeiten unverspannt. Insbesondere weist die aktive Zone 2 des Leuchtdiodenchips der zweiten Messung M2 im Vergleich zu dem Substrat 10 eine mittlere Verspannung von 50 ppm auf. Die Quantentopfschichten 20 der dritten Messung M3 weisen eine geringe kompressive Verspannung auf. Die aktive Zone 2 des Leuchtdiodenchips der dritten Messung M3 weist im Vergleich zu dem Substrat 10 eine mittlere Verspannung von 700 ppm auf. Die Quantentopfschichten 20 der vierten Messung M4 weisen eine hohe kompressive Verspannung auf. Die aktive Zone 2 des Leuchtdiodenchips der vierten Messung M4 weist im Vergleich zu dem Substrat 10 eine mittlere Verspannung von 1200 ppm auf.The quantum well layers 20 the first measurement M1 are tensile tensed. In particular, the active zone 2 of the LED chip of the first measurement M1 compared to the substrate 10 an average strain of -1500 ppm. The quantum well layers 20 of the second measurement M2 are unstrained within the scope of the measurement inaccuracies. In particular, the active zone 2 of the LED chip of the second measurement M2 compared to the substrate 10 an average tension of 50 ppm. The quantum well layers 20 of the third measurement M3 have a low compressive strain. The active zone 2 of the LED chip of the third measurement M3 has compared to the substrate 10 an average tension of 700 ppm. The quantum well layers 20 of the fourth measurement M4 have a high compressive strain. The active zone 2 of the LED chip of the fourth measurement M4 has compared to the substrate 10 an average strain of 1200 ppm.

Zudem sind die Barriereschichten 21 der Leuchtdiodenchips der dritten Messung M3 und der vierten Messung M4 jeweils höher als die Barriereschichten 21 der Leuchtdiodenchips der ersten Messung M1 und der zweiten Messung M2 dotiert. Beispielsweise können die Barriereschichten 21 jeweils mit einem p-leitenden Dotierstoff dotiert sein.In addition, the barrier layers 21 the LED chips of the third measurement M3 and the fourth measurement M4 are each higher than the barrier layers 21 the LED chips of the first measurement M1 and the second measurement M2 doped. For example, the barrier layers 21 each doped with a p-type dopant.

Der Leuchtdiodenchip der ersten Messung M1 weist eine Anstiegszeit tr von 10,7 ns auf. Die Abfallzeit tf der ersten Messung M1 beträgt 13,2 ns. Der Leuchtdiodenchip der zweiten Messung M2 weist eine Anstiegszeit tr von 9,8 ns und eine Abfallzeit tf von 11,7 ns auf. Der Leuchtdiodenchip der dritten Messung M3 weist eine Anstiegszeit tr von 6,9 ns und eine Abfallzeit tf von 4,4 ns auf. Der Leuchtdiodenchip der vierten Messung M4 weist eine Anstiegszeit tr von 6,2 ns und eine Abfallzeit tf von 4,4 ns auf. The light-emitting diode chip of the first measurement M1 has a rise time t r of 10.7 ns. The fall time t f of the first measurement M1 is 13.2 ns. The light-emitting diode chip of the second measurement M2 has a rise time t r of 9.8 ns and a fall time t f of 11.7 ns. The LED chip of the third measurement M3 has a rise time t r of 6.9 ns and a fall time t f of 4.4 ns. The LED chip of the fourth measurement M4 has a rise time t r of 6.2 ns and a fall time t f of 4.4 ns.

Aufgrund der kompressiven Verspannung der Quantentopfschichten 20 der Leuchtdiodenchips der dritten Messung M3 und der vierten Messung M4 werden somit die Schaltzeiten, insbesondere die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf, reduziert. Zudem führt die Erhöhung der kompressiven Verspannung bei den Quantentopfschichten 20 des Leuchtdiodenchips der vierten Messung M4 im Vergleich zu den weniger stark verspannten Quantentopfschichten 20 der dritten Messung M3 zu einer weiteren Reduktion der Anstiegszeit tr.Due to the compressive strain of the quantum well layers 20 The light-emitting diode chips of the third measurement M3 and the fourth measurement M4 are thus the switching times, in particular the rise time t r and the fall time t f , reduced. In addition, increasing the compressive strain in the quantum well layers 20 of the LED chip of the fourth measurement M4 in comparison to the less strongly strained quantum well layers 20 the third measurement M3 to a further reduction of the rise time t r .

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.The invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Substrat substratum
1111
erste Halbleiterschicht first semiconductor layer
1212
zweite Halbleiterschicht second semiconductor layer
1313
erste Zwischenschicht first intermediate layer
1414
zweite Zwischenschicht second intermediate layer
22
aktive Zone active zone
2020
Quantentopfschicht Quantum well layer
20d20d
Dicke der Quantentopfschicht Thickness of the quantum well layer
2121
Barriereschicht barrier layer
3131
(verspannte) Schicht (strained) layer
3232
Referenzschicht reference layer
a1 a 1
erste Gitterkonstante first lattice constant
a2 a 2
zweite Gitterkonstante second lattice constant
as a s
senkrechte Gitterkonstante vertical lattice constant
ap a p
parallele Gitterkonstante parallel lattice constant
tr r
Anstiegszeit rise time
tf t f
Abfallzeit Fall time
Im I m
maximales Intensitätssignal maximum intensity signal
II
Intensitätssignal intensity signal
M1M1
erste Messung first measurement
M2M2
zweite Messung second measurement
M3M3
dritte Messung third measurement
M4M4
vierte Messung fourth measurement
zz
Stapelrichtung stacking direction

Claims (12)

Leuchtdiodenchip, umfassend – eine auf einer ersten Halbleiterschicht (11) epitaktisch aufgewachsene aktive Zone (2) mit – zumindest einer Quantentopfschichten (20), wobei – die aktive Zone (2) kompressiv verspannt ist.LED chip comprising - one on a first semiconductor layer ( 11 ) epitaxially grown active zone ( 2 ) with - at least one quantum well layer ( 20 ), where - the active zone ( 2 ) is clamped compressively. Leuchtdiodenchip nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die aktive Zone (2) zumindest zwei Quantentopfschichten (20) und zumindest eine zwischen den zumindest zwei Quantentopfschichten (20) angeordnete Barriereschicht (21) umfasst.A light-emitting diode chip according to the preceding claim, in which the active zone ( 2 ) at least two quantum well layers ( 20 ) and at least one between the at least two quantum well layers ( 20 ) arranged barrier layer ( 21 ). Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Halbleiterschicht (11) epitaktisch auf einem Substrat (10) aufgewachsen ist und eine mittlere Verspannung der aktiven Zone (2) relativ zu dem Substrat (10) wenigstens 600 ppm, bevorzugt wenigstens 1000 ppm und besonders bevorzugt wenigstens 2000 ppm, beträgt. Light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, in which the first semiconductor layer ( 11 ) epitaxially on a substrate ( 10 ) and an average strain of the active zone ( 2 ) relative to the substrate ( 10 ) is at least 600 ppm, preferably at least 1000 ppm and more preferably at least 2000 ppm. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – die Quantentopfschichten (20) jeweils pseudomorph kompressiv verspannt sind und – der Verspannungskoeffizient der Quantentopfschichten (20) jeweils betragsmäßig um wenigstens 7500 ppm, bevorzugt wenigstens 15000 ppm, größer als der Verspannungskoeffizient der Barriereschicht (21) ist. A light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, in which - the quantum well layers ( 20 ) are clamped pseudomorphically compressively and - the strain coefficient of the quantum well layers ( 20 ) in each case by at least 7500 ppm, preferably at least 15000 ppm, greater than the stressing coefficient of the barrier layer ( 21 ). Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, der im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von wenigstens 750 nm, bevorzugt wenigstens 850 nm, und höchstens 1000 nm, bevorzugt höchstens 940 nm, emittiert.A light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, which in operation emits electromagnetic radiation having a peak wavelength of at least 750 nm, preferably at least 850 nm, and at most 1000 nm, preferably at most 940 nm. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zumindest eine Quantentopfschicht (20) eine Dicke (20d) von wenigstens 2 nm, bevorzugt wenigstens 3 nm, und höchstens 6 nm, bevorzugt höchstens 5 nm, aufweist.Light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, in which the at least one quantum well layer ( 20 ) a thickness ( 20d ) of at least 2 nm, preferably at least 3 nm, and at most 6 nm, preferably at most 5 nm. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zumindest eine Quantentopfschicht (20) auf GaAs basieren, wobei wenigstens 5 % und höchstens 44 % der Gallium-Atome durch Indium- und/oder Aluminium-Atome ersetzt wurden.Light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, in which the at least one quantum well layer ( 20 ) based on GaAs, wherein at least 5% and at most 44% of the gallium atoms have been replaced by indium and / or aluminum atoms. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zumindest eine Quantentopfschicht (20) mit InxGa1-xAs gebildet sind, wobei 0,08 ≤ x ≤ 1, bevorzugt 0,16 ≤ x ≤ 1. Light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, in which the at least one quantum well layer ( 20 ) are formed with In x Ga 1-x As, wherein 0.08 ≦ x ≦ 1, preferably 0.16 ≦ x ≦ 1. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Barriereschicht (21) pseudomorph tensil verspannt ist und der Verspannungskoeffizient der Barriereschicht (21) in Bezug auf das Substrat (10) wenigstens –10000 ppm und höchstens –500 ppm beträgt.Light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, in which the barrier layer ( 21 ) pseudomorph tensil is braced and the strain coefficient of the barrier layer ( 21 ) with respect to the substrate ( 10 ) is at least -10000 ppm and at most -500 ppm. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Barriereschicht (21) mit AlyGa1-yAsbP1-b gebildet ist, wobei b ≥ 0,09, bevorzugt b ≥ 0,18. Light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, in which the barrier layer ( 21 ) with Al y Ga 1-y As b P 1-b , where b ≥ 0.09, preferably b ≥ 0.18. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Intensitätssignal während eines Schaltpulses eine Anstiegszeit (tr) von höchstens 10 ns und/oder eine Abfallzeit (tf) von höchstens 12 ns aufweist.A light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, wherein an intensity signal during a switching pulse has a rise time (t r ) of at most 10 ns and / or a fall time (t f ) of at most 12 ns. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, der frei von einem Resonator ist.Light-emitting diode chip according to one of the preceding claims, which is free of a resonator.
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