DE102016103852A1 - Bauelement im System AlGaInN mit einem Tunnelübergang - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein AlGaInN basiertes Halbleiterbauelement sowie ein Bauelementmodul hieraus, enthaltend eine Tunneldiode (1, 2, 3, 4), selbige umfassend eine n-dotierte, elektrisch leitfähige Schicht mit einer Elektronenkonzentration ≥ 1 × 1019 cm–3 und eine p-dotierte, elektrisch leitfähige Schicht mit einer Löcherkonzentration ≥ 7 × 1017 cm–3, gekennzeichnet durch tiefe Störstellen erzeugende Fremdatome in mindestens einem Teilbereich, der sich im Kontaktbereich der p- und n-leitenden Schichten ausbildenden Raumladungszone mit einer Flächenkonzentration tiefer Störstellen > 6 × 1011cm–2, die mindestens einen energetischen Zustand unterhalb des energetischen Niveaus des n-Dotanden bzw. oberhalb des energetischen Niveaus des p-Dotanden innerhalb der Bandlücke des jeweiligen Materials erzeugen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gruppe-III-Nitrid basiertes Halbleiterbauelement und Bauelementmodul mit einem sogenannten Tunnelübergang.
  • Ein Tunnelübergang kann in Halbleiterstrukturen mit einem Übergang zwischen einer p-dotierten, elektrisch leitfähigen Schicht und einer n-dotierten, elektrisch leitfähigen Schicht (p/n-Übergang) entstehen, wenn einerseits eine genügend hohe Dotierung auf beiden Seiten des Übergangs erreicht wird und andererseits die sich zwangsweise ausbildende Raumladungszone eine sehr kleine räumliche Ausdehnung hat.
  • Der Tunnelvorgang beruht auf einem quantenmechanischen Prozess, wodurch Elektronen aus dem Leitungsband des n-dotierten Halbleiterbereichs in freie Zustände des Valenzbandes des p-dotierten Halbleiters bzw. umgekehrt Löcher aus dem Valenzband des p-dotierten Halbleiters in freie Zustände im Leitungsband des n-dotierten Halbleiters übergehen und dabei den Ladungstyp von negativ zu positiv bzw. von positiv zu negativ wechseln. Der quantenmechanische Prozess des Tunnelns setzt voraus, dass sich die Zustandsfunktionen der beteiligten Zustände energetisch und räumlich überlappen. Die Tunnelwahrscheinlichkeit und somit der elektrische Widerstand der an dieser Grenzschicht im Bauelement erzeugt wird, hängt somit von der energetischen Lage der beteiligten Zustände und ihrer räumlichen Separation infolge der Raumladungszone ab. Diese Parameter lassen sich vor allem durch eine sehr hohe Dotierung in den entsprechenden Schichten am Übergang optimieren.
  • Tunnelübergänge werden in vielen Halbleiterbauelementen eingesetzt. Sie sind z. B. für Mehrfachsolarzellen unverzichtbar um die Einzelzellen ohne große Verluste im Halbleiterschichtstapel miteinander in Serie zu verbinden. Sie werden aber auch in Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt, um übereinander gewachsene LED-Strukturen elektrisch zu verbinden, was für die Lichtleistung pro Fläche vorteilhaft ist. Man spricht dabei oft statt von einem Tunnelübergang auch von einer Tunneldiode, die in der Regel in Sperrrichtung betrieben wird. Dabei wird hier mit Tunnelübergang ein Tunnelprozess in einer Tunneldiode bezeichnet.
  • In Gruppe-III-Nitriden sind Tunnelübergänge bislang jedoch nur schwer realisierbar. Dies liegt hauptsächlich an der niedrigen erzielbaren p-Dotierung durch Einbau von Akzeptoren und damit einer relativ großen Ausdehnung der Raumladungszone auf der p-leitenden Seite. Abhilfe kann man unter Ausnutzung von piezo- und pyroelektrischen Feldern schaffen indem man z. B. eine Folge von p-GaN/InGaN/n-GaN wächst, wobei das InGaN hier nur wenige nm dick ist. Durch die Piezofelder entstehen hohe Löcherkonzentrationen an der p-GaN/InGaN Grenzfläche und hohe Elektronenkonzentrationen an der InGaN/n-GaN Grenzfläche. Wesentlich ist jedoch die durch die Polarisationsfelder entstehende starke Bandverbiegung, die eine schmale Raumladungszone erzeugt und damit ein direktes Tunneln von Ladungsträgern vom Leitungs- ins Valenzband fördert [J. Simon et al. Phys. Rev. Lett. 103, 026801 (2009); S. Krishnamoorthy et al., Appl. Phys. Lett. 97, 203502 (2010).]. Jedoch ist die Leistungsfähigkeit dieser Tunneldioden beschränkt und der Einsatz in Lichtemittern durch die mögliche Lichtabsorption des InGaN nachteilig für viele Anwendungen. Man strebt daher an, einen homoepitaktischen Übergang, wie z.B. p-GaN/n-GaN, p-AlGaN/n-AlGaN, p-AlInN/n-AlInN oder p-InGaN/n-InGaN zu realisieren, allgemein einen Übergang vom Typ p-AlGaInN/n-AlGaInN.
  • Um dies zu erzielen, muss neben einer hohen Elektronenkonzentration eine möglichst hohe Löcherkonzentration erreicht werden. In industriell eingesetzten Methoden wie der metallorganischen Gasphasenepitaxie lassen sich mit Magnesium-Atomen in GaN-Schichten Löcherkonzentrationen von etwa 1–3 × 1018 cm–3 mit Mg-Konzentrationen im Bereich von 1019 cm–3 erzielen. Mit aufwendigeren und kostenintensiveren Wachstumstechniken können noch etwas höhere p-Dotierungen bis etwa 1 × 1019 cm–3 erreicht werden. Letzteres ist für eine Tunneldiode beschrieben worden [Hironori Okumura et al., Applied Physics Letters 108, 072102 (2016)]. Jedoch wurden diese Tunnelübergänge mit der Molekularstrahlepitaxie realisiert, einem Verfahren, das sehr hohe Löcherkonzentrationen ermöglicht, jedoch industriell nicht für die Massenproduktion von Gruppe-III-Nitrid-Bauelementen eingesetzt wird. Mit der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOCVD, MOVPE) sind die dort erzielten Löcherkonzentrationen nach heutigem Kenntnisstand nicht möglich. Auch beschrieben wird dort die Vermutung, dass am Tunnelprozess Störstellen innerhalb der Bandlücke beteiligt sind, da die erzielbare Barrierendicke für eine hohe Tunnelrate und damit die gemessenen Ströme nicht ausreicht. Diese Eigendefekte will man in der Regel unterbinden, denn das entsprechende Material hat meist Nachteile wie geringere Ladungsträgermobilität, unerwünschte Absorption etc, insbesondere wenn sich diese Defekte nicht nur auf eine dünne Schicht beschränken. Auch ist die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften solch einer Tunneldiode gering, was für eine Massenanwendung untauglich ist. Es besteht daher die Aufgabe eine verbesserte Tunneldiode zu erzielen, die eine gut reproduzierbare hohe Qualität aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung löst dies für ein AlGaInN basiertes Halbleiterbauelement, enthaltend eine Tunneldiode, selbige umfassend eine n-dotierte, elektrisch leitfähige Schicht mit einer Elektronenkonzentration ≥ 1 × 1019 cm–3 und eine p-dotierte, elektrisch leitfähige Schicht mit einer Löcherkonzentration ≥ 7 × 1017 cm–3, gekennzeichnet durch tiefe Störstellen erzeugende Fremdatome in mindestens einem Teilbereich, der sich im Kontaktbereich der p- und n-leitenden Schichten ausbildenden Raumladungszone mit einer Flächenkonzentration tiefer Störstellen > 6 × 1011cm–2 bzw. einer Volumenkonzentration von > 5 × 1017 cm–3, die mindestens einen energetischen Zustand unterhalb des energetischen Niveaus des n-Dotanden bzw. oberhalb des energetischen Niveaus des p-Dotanden innerhalb der Bandlücke des jeweiligen Materials erzeugen.
  • Die minimale Ausdehnung der Dotierung mit tiefen Störstellen soll sich hierbei über einen Teil der Raumladungszone erstrecken, kann aber auch darüber hinaus reichen, wie es bei der Schichtherstellung von extrem dünnen Schichten oft durch Verschleppung von Ablagerungen in der Wachstumskammer oder durch Segregation von Atomen an die Wachstumsfront vorkommt. Dabei sind die angegebenen Flächendichten bezogen auf eine zwischen 0,25 nm bis maximal 10 nm dicke Schicht in der Raumladungszone. Dabei wird diese Dotierung vorzugsweise in einem 1 bis 3 nm dünnen Bereich erzielt.
  • Durch die eingebrachten Fremdatome ist beabsichtigt, zusätzlich für den Tunnelprozeß geeignete energetische Zustände im Bereich der Raumladungszone zu erzeugen. Dadurch überlappen auch die Zustände der tiefen Störstelle mit den Anfangs- und Endzuständen im Tunnelprozeß und sorgen durch ihre Lage innerhalb der Raumladungszone, d. h. dem geringeren räumlichen Abstand zu Elektronen und Löchern effektiv für eine Verbesserung des räumlichen Überlapps. Der Tunnelprozeß findet dann z. B. zwischen Elektronen und der Störstelle (Elektron besetzt Störstelle) und in einem zweiten Schritt zwischen Störstelle und Löchern statt (Elektron auf der Störstelle rekombiniert mit einem Loch im p-Halbleiter). Damit ermöglichen sie auch bei niedrigeren p-Dotierungen als für hohe Tunnelwahrscheinlichkeit notwendig eine hohe Tunnelwahrscheinlichkeit zwischen den Elektronen und Löchern im Leitungs- bzw. Valenzband, wobei die tiefe Störstelle am Tunnelprozeß beteiligt ist und die effektive Barrierendicke verringert. Durch das gezielte Einbringen ausgewählter Dotanden kann eine hohe Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der Tunneldiode erzielt werden, insbesondere sind die Tunneleigenschaften gegenüber einer nur zufälligen Dotierung verbessert.
  • Um ein gutes Ladungsträgertunneln zu erzielen, wird erfindungsgemäß der Übergangsbereich der Tunneldiode mit energetisch tiefen Störstellen dotiert. Solche Störstellen wirken in Volumenhalbleitern als Einfangzentren für freie Ladungsträger und reduzieren dadurch die Anzahl freier Ladungsträger (sog. Kompensationseffekt). Trotzdem können solche Störstellen im Bereich einer Raumladungszone unterstützend auf den Tunnelprozess wirken. Freie Ladungsträger, die durch einen tiefliegenden Störstellenzustand eingefangen werden, können in das gegenüberliegende Band wieder abgegeben werden.
  • Sofern es ein tiefer Akzeptor ist, kompensiert dieser keine Löcher im p-dotierten Bereich, ein tiefer Donator kompensiert keine Elektronen im n-dotierten Bereich. Erfindungsgemäß sind akzeptorartige, tiefe Störstellen zu bevorzugen, da die erzielbare Konzentration des flachen Donators in den Gruppe-III-Nitriden sehr hoch ist. Bei einer wachstumsbedingten Verschleppung des Einbaus der tiefen Störstellen in den n-dotierten Bereich des Halbleiterübergangs wird der tiefe Akzeptor hier zu keinem nennenswerten Einbruch der Elektronenkonzentration führen. Zudem kann ein tiefer Akzeptor auf der p-Seite dort unerwünschte Donatoren kompensieren und so die effektive Akzeptorendichte und Löcherkonzentration auf der p-Seite erhöhen. Bei einem tiefen Donator führt dieser, sofern wachstumsbedingt auf der p-leitenden Seite des Übergangs eingebaut, zu einer Abnahme der Löcherkonzentration und damit zu einer für den Tunnelprozess nachteiligen Verbreiterung der Raumladungszone.
  • Eine vorteilhafte Dotierung mit tiefen Störstellen erzeugenden Fremdatomen ist die Dotierung mit einem Übergangsmetall oder Kohlenstoff. Auch führt die Dotierung mit Zinn, einem Gruppe-IV Element bei hohen Zinn-Konzentrationen über 1018 cm–3 zum Einbau erfindungsgemäßer tiefer Zentren. Diese Dotanden können einfach mit kommerziell erhältlichen Quellen, im Fall der MOVPE mit metallorganischen Quellen, eingebaut werden. Üblicherweise verwendet man solche Dotanden um möglichst hochohmige Schichten zu erzielen.
  • Insbesondere setzen sie durch erhöhte Ladungsträgerstreuung auch die Mobilität im Halbleiter herab. Das gezielte Einbringen in n- oder-p-dotierte Schichten ist daher nicht angezeigt. Im Fall der Tunneldiode ist bei der Dicke der notwendigerweise dotierten Schicht jedoch kein messbarer Nachteil für den Ladungsträgertransport zu beobachten, im Gegenteil verbessern diese Dotanden den Ladungsträgertransport durch eine Erhöhung der Tunnelwahrscheinlichkeit.
  • Vorteilhaft verwendet man eine Dotierung mit einer akzeptorartigen tiefen Störstelle in der p-leitenden Schicht und einer donatorartigen tiefen Störstelle in der n-leitenden Schicht. Dies, da dann keine Kompensation der vorhandenen Dotierung mit flachen Störstellen, die die Ladungsträgerkonzentration bestimmen auftritt. Im Gegenteil kann dies helfen vorhandene n-Dotierungen im p-leitenden Gebiet zu kompensieren und umgekehrt p-Dotierungen, wie eine Verschleppung des p-Dotanden im n-leitenden Gebiet, was in einer reduzierten Raumladungszone und damit verbesserten Tunneleigenschaften resultiert.
  • Eine weitere Methode erfindungsgemäße tiefe Störstellen zu erzeugen und einen verbesserten abrupten p/n-Übergang erfolgt über eine in-situ abgeschiedene SiN-Schicht direkt folgend der p-dotierten Schicht und/oder innerhalb der n-dotierten Raumladungszone im Dickenbereich von zumindest einer Monolage mit einer Flächenbedeckung der SiN-Schicht von mindestens 5 %. Besser als eine Bedeckung der SiN-Schicht von 5 % ist dabei eine Bedeckung von 10 %, ideal eine Bedeckung über 30 %.
  • Die SiN Maskierung wirkt dabei auch als n-dotierende Schicht und unterstützt dabei, wenn direkt auf der p-dotierten Schicht abgeschieden einen abrupten p/n-Übergang, was die Tunneldiodeneigenschaften positiv beeinflusst. Durch die Struktur der SiN-Schicht bzw. der dadurch verursachten Störung des Kristallgitters erzeugt sie mehrere tiefe Zentren die erfindungsgemäß eingesetzt werden können. Diese durch die SiN-Abscheidung erzeugten Störstellen ermöglichen ein Tunneln über kurze Distanzen bzw. verringern die effektive Barrierendicke und ermöglichen damit hohe Tunnelströme.
  • Die ideale energetische Lage der tiefen Störstelle liegt bei einer verwendeten tiefen Störstelle in etwa in der Mitte der Bandlücke. Genauer ist dies eine Störstelle mit einer energetischen Lage E = EG/2 (1 ± 0.20) innerhalb der Bandlücke EG. Diese liegt räumlich, in den 1–4 in der x-Achse, in etwa mittig in der Raumladungszone und ist für Elektronen wie auch Löcher räumlich in etwa mittig angeordnet, so dass die Tunnelbarriere in beiden Richtungen in etwa halbiert ist. Dadurch wird der Tunnelstrom bestmöglich erhöht.
  • Dabei kann man dies verbessern wenn man mehrere tiefe Zentren einbringt die folgende Beziehung erfüllen: n (n, ganze Zahl ≥ 2) Störstellen mit energetischen Lagen EStörstelle,m innerhalb der Bandlücke EG, die jeweils EStörstelle,m = EV + m·EG/(n + 1), (m ganze Zahl ≤ n, EV: Maximale Energie des Valenzbands) folgen, wobei die maximale Abweichung der energetischen Lage ∆E weniger als EG/(n + 1) (1 ± 0.30) beträgt. Dies wird genauer in einer Ausführungsmöglichkeit zu 4 beschrieben.
  • Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Tunneldiode kann ein Bauelement wie eine Leuchtdiode einfach kontaktiert werden. Die Tunneldiode wird dann in Sperrrichtung betrieben auf der in Vorwärtsrichtung betriebenen Leuchtdiode aufgebracht. In den meisten Fällen wird eine Tunneldiode genutzt um durch das vorhandene hoch leitfähige Nitrid, die hoch n-dotierte Schicht mit idealerweise n ≥ 1 × 1020 cm–3, eine gute laterale Stromverteilung für ein darunterliegendes Bauelement zu erzielen wie unter anderm in der DE 10 2015 108 875.4 beschrieben. Sie sind aber auch geeignet einzelne Bauelemente in Serie miteinander zu verbinden, wie es bei Tandem- und Mehrfachsolarzellen der Fall ist.
  • Als einzelnes alleinstehendes Bauelement sind Tunneldioden geeignet für Hochfrequenzanwendungen. Hierfür sind die Gruppe-III-Nitride durch ihre hervorragenden Eigenschaften wie unter anderem gute Wärmeleitung, hohe Durchbruchfeldstärke und hohe Driftsättigungsgeschwindigkeit ideal geeignet.
  • Die erfindungsgemäße Tunneldiode kann auch Bestandteil eines Bauelementmoduls sein.
  • Beispielhaft wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.
  • Es zeigen:
  • 1: eine Tunneldiode ohne angelegte Spannung und ohne tiefe Störstellen
  • 2: eine Tunneldiode in Sperrrichtung,
  • 3: eine Tunneldiode in Sperrrichtung mit erfindungsgemäßen Fremdatomen und
  • 4: eine weitere Ausführung der Tunneldiode in Sperrrichtung mit erfindungsgemäßen Fremdatomen, wie z. B. in Anspruch 7 genannt.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines p/n-Übergangs ohne anliegende, äußere elektrische Spannung in Form eines Energie-Ortsdiagramms mit Leitungsband 100, Valenzband 101, Ferminiveau 102 und Raumladungszone 103 und Breite der Tunnelbarriere 104, die durch die Ladungsträgerbesetzung der Bänder und thermisch angeregte Ladungsträger schmaler ist als die Raumladungszone. 105 sind Löcher oder Defektelektronen im Valenzband, 106 Elektronen im Leitungsband. 109 ist die Grenze zwischen p-dotiertem Bereich 107 und n-dotierten Bereich 108. Die relative energetische Verteilung der Ladungsträger eines Ladungstyps wird durch das Ferminiveau beschrieben.
  • Aus der Lage des Ferminiveaus im p-Material oberhalb des Valenzbandes im linken Bereich außerhalb der Raumladungszone (flache horizontale Bänder) ist ersichtlich, dass sich nur wenige Löcher im Valenzband befinden. Im n-Material liegt das Ferminiveau oberhalb des Leitungsbands und daher sind sehr viele Elektronen im Leitungsband vorhanden. Häufig werden Dotierungshöhen, die zu einer solchen Lage des Ferminiveaus im Band führen auch mit n++ bzw. p++ gekennzeichnet was hier der besseren Lesbarkeit wegen ausgelassen wurde und nur mit n bzw. p bezeichnet ist. Tunnelprozesse sind für die Ladungsträger möglich, für die sich ein energetisch gleiches Niveau im Valenz- bzw. Leitungsband findet (horizontaler Pfeil; 104), dass durch den entgegengesetzten Ladungsträgertyp besetzt ist.
  • Um hohe Tunnelraten zu erzielen, muss zusätzlich die Raumladungszone schmal sein, was durch eine hohe Dotierung erzielt wird. Ideal sind daher p- und n-Seite so hoch dotiert, dass das Ferminiveau jeweils unterhalb des Valenzbandmaximums bzw. des Leitungsbandminimums liegt, was jedoch bei Gruppe-III-Nitriden für die p-Seite schwierig ist.
  • Die Tunneldiode bzw. der Tunnelübergang wird nun durch Anlegen einer negativen Spannung an den p-dotierten Bereich und einer positiven Spannung an den n-dotierten Bereich in Sperrrichtung betrieben, um den Ladungsträgertransport zu ermöglichen. In Folge der angelegten Spannung werden die Energieniveaus der Leitungs- und Valenzbänder der n- und p-dotierten Bereiche gegeneinander verschoben und somit lassen sich weitere Paare energetisch gleicher Zustände am Übergang erzeugen. Die gleichzeitige Vergrößerung der Raumladungszone ist abhängig von der Dotierung in den jeweiligen Bereichen. Ideal liegt der Spannungsabfall am Tunnelübergang dabei möglichst nahe 0 V und nur die effektive Tunnelbarriere verringert sich. Dies ist in 2 schematisch gezeigt.
  • Hier sind 200 das Leitungsband, 201 das Valenzband, 202 das Ferminiveau im n-Halbleiter, 203 das Ferminiveau im p-Halbleiter, 204 Elektronen, 205 Defektelektronen bzw. Löcher und 206 soll die Breite der Tunnelbarriere angeben, die gegenüber dem spannungslosen Fall 104 verringert ist. Hier können nun bei ausreichend kleiner Breite von 206 Ladungsträger tunneln. Dabei werden auch immer einige Ladungsträger durch thermische Anregung in die Randbereiche der Raumladungszone injiziert, also in 2 jeweils etwa bis an die Enden des Pfeils 206. Dieser Prozess wurde hier der Einfachheit halber nicht eingezeichnet. Die Dicke der Schicht 206 beträgt dabei nur wenige Nanometer, um den Tunnelprozeß überhaupt zu ermöglichen. Wie breit die Raumladungszone ist, hängt empfindlich von der Ladungsträgerkonzentration bzw. der Konzentration ionisierter Donatoren/Akzeptoren ab. Da Magnesium in den Gruppe-III-Nitriden nur zum Teil ionisiert, liegt hier die Schwierigkeit eine ausreichend dünne Tunnelbarriere zu realisieren.
  • 3 zeigt ebenfalls einen Tunnelübergang einer Tunneldiode unter Sperrrichtung, analog zu 2. Hier sind 300 das Leitungsband, 301 das Valenzband, 302 das Ferminiveau im n-Halbleiter, 303 das Ferminiveau im p-Halbleiter, 304 Defektelektronen bzw. Löcher, 305 Ektronen, 306 entspricht dem Energieniveau einer tiefen Störstelle im Halbleiter, das durch Dotierung beim Wachstum erzeugt worden ist. Ist dies zum Beispiel ein tiefer Akzeptor, der mit einem Elektron besetzt ist, so kann dieser nun mit einem Loch aus dem p-Halbleiter besetzt werden. Man spricht auch von einer Rekombination des Elektrons mit einem Loch im p-Halbleiter 307. Damit ist die Barriere in diesem Beispiel effektiv nur etwa halb so breit wie im Fall ohne Störstelle. Ein Elektron kann dann wiederum auf den nun unbesetzten Akzeptor vom n-Halbleiter tunneln 308 und der Prozeß beginnt von vorne.
  • Die Störstellenkonzentration sollte dafür mindestens bei einer Volumenkonzentration von 5 × 1017 cm–3 bzw. einer Flächenkonzentration von 6 × 1011cm–2 liegen, besser ist ein Wert von 5 × 1018 cm–3 bzw. 3 × 1012cm–2 und ideal ein Wert oberhalb von 1 × 1019 cm–3 bzw. 4.5 × 1012cm–2. Dabei müssen nur diejenigen Schichtbereiche dotiert sein, die sich innerhalb der Raumladungszone befinden.
  • Die Raumladungszone befindet sich dabei in etwa zwischen den Enden der eingezeichneten Ferminiveaus im p- (203, 303, 403) und n-Halbleiter (202, 302, 402) bzw. in 1 ist sie angegeben durch den Doppelpfeil 103. Da diese sehr schmal und wegen der leicht möglichen Verschleppung der p- und n-Dotanden nur schwer zu treffen ist, dotiert man meist einen etwas breiteren Bereich von 5 bis 20 nm Dicke mit dem Dotanden, vorzugsweise einem Übergangsmetall oder Kohlenstoff, die für ihre tiefen Störstellenniveaus in Gruppe-III/Gruppe-V Verbindungshalbleitern bekannt sind. Aber auch Zinn ist sinnvoll einsetzbar, da es bei hohen Konzentrationen tiefe Störstellen erzeugen kann.
  • Wachstumsbedingte intrinsische Defekte können erzeugt werden, indem Gallium-Vakanzen z. B. durch niedrige Wachstumstemperatur oder sehr hohe Wachstumsraten forciert werden, Stickstoffvakanzen z. B. durch ein niedriges Angebot an Gruppe-V Atomen. Intrinsische Defekte sind jedoch schwerer in der Konzentration kontrollierbar, und die für die p-Dotierung idealen Wachstumsbedingungen passen im Allgemeinen nicht mit der Erzeugung solcher Defekte zusammen.
  • Dabei kann auch Kohlenstoff ohne zusätzliche Dotierung durch ein niedriges V-III-Verhältnis oder niedrigen Prozessdruck in der Gasphase bei Prozessen der metallorganischen Gasphasenepitaxie eingebaut werden. Hierbei handelt es sich jedoch um eine Dotierung, die aus den Kohlenwasserstoffresten der üblicherweise verwendeten Metallorganika stammt. Diese Art des Einbaus ist erfindungsgemäß auch möglich, jedoch weniger geeignet, da sie ein optimales Wachstum der p-Schicht verhindert.
  • Es ist auch sinnvoll, verschiedene Defekte einzubringen, um mehrere energetische Positionen zu besetzen und so den Prozess des Ladungsträgertunnelns über mehrere energetische Niveaus zu führen. Dies ist in 4 durch mehrere Störstellenniveaus innerhalb der Tunnelbarriere dargestellt. Hier sind 400 das Leitungsband, 401 das Valenzband, 402 das Ferminiveau im n-Halbleiter, 403 das Ferminiveau im p-Halbleiter, 404 Defektelektronen bzw. Löcher, 405 Elektronen, 406 entspricht dem Bereich der Tunnelbarriere mit tiefen Störstellen mit unterschiedlicher energetischer Lage in der Bandlücke im feldfreien Fall, die sich durch die Bandverkippung nun nahezu horizontal auf einer energetischen Lage in der Raumladungszone aufreihen.
  • Prinzipiell sind diese auch vertikal verteilt wie in 3 als 306 für eine energetische Lage, da eine echte Deltadotierung mit verschiedenen Dotanden schwierig ist. Diese x-Verteilung wurde zur einfacheren Darstellung in 4 nicht berücksichtigt. Die Prozesse wie in 3, also 307–308 können nun weiter stattfinden oder nun abgewandelt als 407 und 408 mit zusätzlichem Transport 409–411 zwischen weiteren Störstellen realisiert werden.
  • Im Folgenden werden zwei Strukturen angegeben, mit denen erfindungsgemäß hohe Tunnelwahrscheinlichkeiten in Tunneldioden realisiert werden.
  • In der ersten Ausführung wird der Bereich der Raumladungszone mit einem Dotanden dotiert, der ein tiefes Akzeptorniveau erzeugt. Dabei ist eine energetische Lage des elektrischen Störstelleniveaus nahe der Mitte der Bandlücke ideal. Es ist für eine sehr gute Leistungsfähigkeit noch ausreichend, wenn eine tiefe Störstelle mit einer energetischen Lage von E = EG/2 (1 ± 0.20) innerhalb der Bandlücke EG verwendet wird. Vorteilhaft ist hier insbesondere eine Abweichung der energetischen Lage in Richtung des Valenzbandes, da die Raumladungszone auf der p-Seite infolge der niedrigeren erzielbaren p-Dotierung meist breiter ist als auf der n-Seite.
  • Die hierdurch erreichte Position der Störstelle und der gleichzeitig bevorzugten, energetischen Angleichung an die Energieniveaus der Ladungsträger in den jeweiligen Bändern bewirkt einen besonders günstigen Überlapp der Wellenfunktionen und führt zu hohen Tunnelwahrscheinlichkeiten. Einige Dotanden erzeugen jedoch auch mehrere akzeptorartige Niveaus. Bevorzugt sind Dotanden, die zumindest ein elektronisches Niveau in der unteren Hälfte und ein elektronisches Niveau in der oberen Hälfte der Bandlücke erzeugen.
  • In Frage kommen Eisen-Atome, welche ein tiefes Niveau in der oberen Hälfte der Bandlücke erzeugen, Kohlenstoff-Atome, welche ein tiefes Akzeptorniveau in der unteren Hälfte der Bandlücke erzeugen und Zink-Atome, welche ein tiefes Niveau ebenfalls in der unteren Hälfte der Bandlücke erzeugen. Ideal ist daher eine Kodotierung von Fe mit einem der beiden anderen Dotanden (C bzw. Zn). Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist die Unempfindlichkeit gegenüber Dotierstoffverschleppungen, da der gesamte Bereich der Raumladungszone dotiert wird.
  • Ideal sind hierfür Volumenkonzentrationen im Bereich 1 × 1018 cm–3 bis 1 × 1019 cm–3, eine Dotierung mit einem Akzeptor wie Magnesium im Bereich von 5 × 1019 cm–3 und von Germanium im Bereich von 1 × 1020 cm–3. Dabei heißt "im Bereich" ±30 % dieser Konzentration. Durch die hohe Konzentration flacher Donatoren hat die auch auf der n-Seite vorhandene Dotierung mit tiefen Akzeptoren keine nennenswerte Auswirkung auf die effektive Donatorenkonzentration und damit auf die Raumladungszonenbreite.
  • Die andere Möglichkeit, wenn auch verfahrenstechnisch schwerer umsetzbar, ist die p-Seite, wie im ersten Beispiel beschrieben, mit einem oder mehreren tiefen Akzeptoren zu dotieren und die n-Seite mit einem tiefen Donator wie z. B. Titan zu versehen. Problematisch ist bei diesem Verfahren insbesondere die gezielte Einstellung der energetischen Mitte der Raumladungszone durch die Änderung der Dotierung von p-auf n-GaN mit handelsüblichen Schichtabscheidungsanlagen.
  • Ein bekanntes Problem ist die Verschleppung von Mg-Atomen in nachfolgenden Schichten, so dass bei Tunnelübergängen Mg-Atome noch wenige Nanometer in die nominell n-leitende Schicht eingebaut werden. Ebenso zeigt der Einbau von Ge-Atomen in wachsende GaN-Schichten eine Verzögerung, die zu einer submaximalen Ge-Konzentration im Bereich des Tunnelübergangs führt. Daher muss bei dieser Vorgehensweise meist experimentell der ideale Schaltpunkt für die tiefen Störstellendotanden gefunden werden, da er nicht zwingend gleich ist mit den p- und n-Dotanden. Bei umgekehrter Reihenfolge des Tunnelübergangs, p-GaN wird auf n-GaN gewachsen, muss auf diese Besonderheiten weniger Rücksicht genommen werden. Bei p/n Übergängen kann aber auch die Abscheidung einer SiN Maske direkt auf der p-dotierten Schicht zur besseren Definition des Übergangs genutzt werden. Vorteilhaft ist diese Kombination, da dann gleichzeitig weitere tiefe Störstellen über die Störung des Kristallgitters durch das SiN eingebracht werden.
  • Eine dritte, verfahrenstechnisch noch schwerer umsetzbare Möglichkeit ist die gezielte Dotierung mit tiefen Akzeptoren oder Donatoren innerhalb der Bandlücke. Wenn man z. B. vier Dotanden hat kann dies ideal realisiert werden, wenn in der p-Schicht erst eine tiefe Störstelle, vorzugsweise ein Akzeptor, mit einer Energie die etwa 1/5 der Energielücke über dem Valenzband liegt in einem Bereich von 1–3 nm Dicke dotiert, gefolgt von einer tiefen Störstelle, vorzugsweise ein Akzeptor, mit einer Energie etwa bei 2/5 der Energielücke über dem Valenzband in einem Bereich von 1–3 nm Dicke, dann eine tiefe Störstelle, vorzugsweise ein Donator, mit einer Energie die bei etwa 3/5 der Energielücke über dem Valenzband liegt in einem Bereich von 1–3 nm Dicke dotiert, gefolgt von einer tiefen Störstelle, vorzugsweise ein Donator, mit einer Energie die etwa bei 4/5 der Energielücke über dem Valenzband liegt in einem Bereich von 1–3 nm Dicke. Alternativ zur Dotierung einer Schicht kann auch eine Deltadotierung ca. bei 1/5, 2/5, 3/5 und 4/5 der zu erwartenden Raumladungszone erfolgen.
  • Die Lage des dotierten Bereichs bzw. der Deltadotierung sollte ideal räumlich äquidistant über der Raumladungszone liegen. D.h. sie sollte der Bedingung genügen bei der n (n, ganze Zahl ≥ 2) Störstellen mit energetischen Lagen EStörstelle,m innerhalb der Bandlücke EG, die jeweils EStörstelle,m = EV + m·EG/(n + 1), (m ganze Zahl ≤ n) folgen, wobei die maximale Abweichung der energetischen Lage ∆E weniger als EG/(n + 1) (1 ± 0.30) beträgt. Anschaulich kann dies in 4 für die tiefen Störstellen 406 beschrieben werden. Hier sind vier Energieniveaus eingezeichnet, welche sich über die Raumladungszone örtlich und energetisch verteilen. Durch die Bandverbiegung sind sie in etwa auf derselben energetischen Lage. In obiger Beschreibung wären dann von links ausgehend (p-Gebiet), erst die beiden idealerweise akzeptorartigen Niveaus und schließlich im Bereich der nominell n-dotiert ist die beiden Donatoren. Je nach p-Dotierung kann es vorteilhaft sein, die ersten drei dieser Beispielhaft genannten Störstellen als Akzeptoren zu dotieren, da diese noch innerhalb des p-Gebiets liegen können.
  • Durch diese Vorgehensweise können Ladungsträger ideal über die Störstellen tunneln. jedoch ist es schwierig geeignete Dotanden für diese Vorgehensweise zu finden und es ist verfahrenstechnisch aufwendig mehrere Dotierstoffe einzusetzen, da ein Dotand in der Regel nicht alle gewünschten Störstellen zur Verfügung stellen kann. In der Regel sind dies erfahrungsgemäß höchstens zwei tiefe Störstellen (Akzeptor und Donator) in der Bandlücke. Auch wenn es mehr wären würde durch einen geeigneten Dotanden energetisch vor einem Akzeptor höchstens ein Doppelakzeptor in der Bandlücke liegen und kein Donator, so dass die Reihenfolge bei einem Dotanden mit vier Niveaus in der Bandlücke nicht eingehalten werden könnte. Daher ist diese Vorgehensweise schwieriger umsetzbar.
  • Um das Quellenproblem zumindest in der MOVPE zu umgehen ist es prinzipiell möglich eine spezielle Quelle aus den gewünschten Dotanden zu erzeugen, die alle Dotanden oder die Akzeptor- bzw- Donatordotanden enthalten wenn der Dampfdruck der verwendeten Metallorganika ähnlich ist. Dann muss jedoch der gesamte Bereich dotiert werden. In Frage kommen in obigem Beispiel als Akzeptoren mit wachsendem Abstand vom p-Gebiet hin zum n-Gebiet z. B. Zn, C und Fe und als Donator im n-Gebiet Ti, Zr oder Hf.
  • Eine weitere Art den Übergang für eine Tunneldiode zu verbessern, besteht im Wachstum einer in-situ abgeschiedenen, sogenannten SiN-Schicht im Dickenbereich unter einer Monolage, ideal direkt an der Grenzfläche zwischen p- und n-Halbleiter.
  • Im Allgemeinen ist dies eine in-situ abgeschiedene SiN-Schicht direkt folgend der p-dotierten Schicht und/oder innerhalb der n-dotierten Raumladungszone im Dickenbereich von zumindest einer Monolage mit einer Flächenbedeckung der SiN-Schicht von mindestens 5 %. In-situ bedeutet hierbei, eine Abscheidung während des allgemeinen Wachstumsprozesses bzw. in einer Wachstumspause und in der Regel ohne das Substrat aus der Wachstumskammer zu entfernen. Die SiN-Schicht stellt nach Untersuchungen von Markurt et al. meist eine einzelne atomare Lage von SiGaN3 dar [T. Markurt et al. Physical Review Letters 110, 036103 (2013)]. Sie entsteht, wenn zum Beispiel in einem Wachstumsschritt bei nicht zu hohen Temperaturen nur Silizium-Atome und Stickstoffatome zur Wachstumsfront gelangen. Diese SiN-Schicht wirkt normalerweise oberflächen-maskierend auf das Wachstum einer nachfolgenden GaN-Schicht [H. Lahrèche et al., J. Cryst. Growth 205, 245 (1999)], so dass ein Inselwachstum und mit fortschreitendem Wachstum langsam eine Inselkoaleszenz bis zum zweidimensionalem Wachstum auftritt.
  • Ist die SiN-Schicht sehr dünn, d. h. im nominellen Dickenbereich unter einer Monolage, gleichbedeutend mit einer nur teilweisen Bedeckung der darunterliegenden Schicht mit einer dünnen, meist eine Monolage dicken Schicht des Materials findet kein nennenswertes Inselwachstum bzw. eine sofortige Koaleszenz und anschließend zweidimensionales Wachstum statt. Obwohl Silizium in den Gruppe-III-Nitriden ein flacher Donator ist, bietet die Einbringung einer SiN-Schicht einige Vorteile. Durch die Strukturunterbrechung des Kristallgitters enthält bzw. erzeugt sie erfindungsgemäße tiefe Zentren, die vorteilhaft für den Tunnelprozess sind. Es handelt sich also um tiefe Störstellen erzeugende Fremdatome wobei hier Si keine oder kaum flachen Donatoren ausbildet, sondern die SiN Bedeckung tiefe Zentren erzeugt. Die Art und Weise der Abscheidung der SiN-Schicht entspricht inhärent einer idealen Delta-Dotierung mit Si-Atomen sehr hoher Konzentration wie sie für Tunnelübergänge erforderlich ist. Ein eventuell dreidimensionales Wachstum der nachfolgenden GaN-Schicht kann für z. B. LED-Strukturen durch die leicht aufgeraute Oberfläche vorteilhaft für die Lichtauskopplung sein.
  • Die beispielhaft beschriebene Vorgehensweise für die Abscheidung der SiN-Schicht schließt die Zugabe weiterer Spezies und deren eventuellen Einbau nicht aus. Insbesondere wird das metallorganische Gasphasenwachstum einer GaN-Schicht mit einer nominellen Silizium-Dotierung von mehr als 2 × 1019 cm–3 als Abscheidung einer SiN-Schicht angesehen, da hierbei die Bildung von SiN als wahrscheinlich angesehen wird. Die Dicke lässt sich nur indirekt durch ein langes Abscheiden einer SiN Schicht und Rückrechnen auf die Wachstumsrate bestimmen. Andere Methoden wie Rasterelektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie oder Röntgenreflektion können diese Schicht in der Regel nur schwer erfassen und die Dicke nicht gut bestimmen. Bei der Schichtdickenbestimmung über eine dicke Schicht entsteht in der Regel eine SiN Schicht. Obwohl in der Tunneldiode mit SiN-Schicht für dünne SiN-Schichtdicken meist eine SiGaN3-Schicht entsteht ist hier die Schichtdicke einer SiN Referenzschicht Grundlage bzw. Referenz für die Dickenangabe.
  • Tiefe Störstellen im Sinne dieser Erfindung sind alle Defekte mit einer Aktivierungsenergie zwischen der flacher Donatoren wie Ge und Si in GaN, die die n-Dotierung maßgeblich erzeugen und flacher Akzeptoren wie Mg, die die p-Dotierung maßgeblich erzeugen. Ideal liegt eine erfindungsgemäße tiefe Störstelle mehr als 300 meV von den jeweiligen Bändern entfernt. Idealerweise liegt die Energie bei Verwendung nur einer Störstellenart bei der halben Energie der Bandlücke, bei zwei Störstellen bei 1/3 oberhalb des Valenzbandes und 1/3 unterhalb des Leitungsbandes, bei drei Störstellen eine in der Mitte der Bandlücke und die beiden anderen jeweils mittig zwischen dieser und dem jeweiligen Band, etc.
  • Für eine optimale Auswahl von Störstellen müssen weitere Parameter wie der Einfangquerschnitt und der Typ der Störstelle berücksichtigt werden. In der Realität wird dies letztlich durch die mögliche Auswahl an Dotanden stark eingeschränkt. In Verfahren wie der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOCVD, MOVPE) sind derzeit Fe und C gebräuchliche Dotanden und geeignete metallorganische Ausgangsstoffe dafür erhältlich. Aber auch Ti, welches sowohl als Metallorganikum als auch Chlorid erhältlich ist und erfindungsgemäß eine geeignete tiefe Störstelle erzeugen kann, ist gut verfügbar. Für eine Störstellendotierung geeignet ist auch Zinn, welches insbesondere bei höheren Dotierstoffkonzentrationen geeignete tiefe Störstellen erzeugt.
  • Mit einer energetisch mittig gelegenen Störstelle lässt sich die wirksame Barrierendicke in etwa halbieren und somit die Tunnelrate verdoppeln [zur Tunnelrate siehe z. B. S.M. Sze und Kwok K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons 2007, S. 423 ff], also z.B. von 10–30 auf 10–15, was realistische Werte für GaN basierte Tunnelübergänge mit Barrierendicken bzw. Raumladungszonenbreiten um 10 nm bei erfindungsgemäßen Dotierkonzentrationen sind. Wichtig ist hierfür eine ausreichende Stromtragfähigkeit, z. B. in handelsüblichen LEDs mit derzeit bis zu ca. 1 A/mm2 Stromdichte eine Störstellenkonzentration oberhalb von 5 × 1017 cm3, bei einer Verweildauer des Ladungsträgers von 1 ms auf der Störstelle. Die Konzentration der Störstellen um den Strom vollständig transportieren zu können, ist damit auch abhängig von der Rate mit der die Ladungsträger über die Störstelle tunneln. Bei anderen Bauelementen mit höheren Stromdichten muss die Dotierstoffkonzentration höher oder die Verweildauer der Ladungsträger auf der eingesetzten Störstelle bzw. des diesbezüglichen Dotanden geringer sein.
  • n-leitende Halbleiter sind Halbleiter die einen Überschuss an freien Elektronen gegenüber freien Löchern aufweisen. Dies wird meist durch flache Donatoren, wie z. B. Si oder Ge erreicht, sofern deren Konzentration größer als die der flachen und tiefen Akzeptoren ist. Im Gleichgewichtsfall ist im n-Halbleiter die Elektronenkonzentration größer als die Löcherkonzentration. Für p-leitende Halbleiter gilt, dass diese einen Überschuss an Löchern aufweisen und die Konzentration flacher Akzeptoren größer als die flacher und tiefer Donatoren ist.
  • „Flach“ sind im Rahmen dieser Erfindung Donatoren und Akzeptoren, wenn sie bei Raumtemperatur ~300 K größtenteils ionisiert sind. In Halbleitern mit geringer Dichte an tiefen Störstellen entspricht dann meist die chemische Konzentration des flachen Störstellendotanden in etwa der Ladungsträgerkonzentration. Eine Ausnahme bildet hier der derzeit übliche Akzeptor Magnesium für die p-Dotierung, der ca. 200 meV tief oberhalb des Valenzbandes von GaN liegt und daher nur zu einem geringen Teil in diesem Halbleiter ionisiert ist, aber im Rahmen dieser Erfindung auch als flacher Akzeptor gelten soll.
  • Die Schichtherstellung in der MOVPE erfolgt zum Beispiel indem auf eine LED-Struktur, die mit einer p-GaN:Mg Schicht abschließt eine 5–20 nm dicke hoch Mgdotierte Schicht aufgebracht wird. Diese ist in der Regel leitfähiger als die vorhergehende Schicht, aber nur für wenige Nanometer ohne Degradation der Schicht realisierbar. Während der letzten 5 nm des Wachstums dieser Schicht wird nun eine Dotierstoffquelle geöffnet um eine hohe tiefe Störstellenkonzentration zu erzielen.
  • Diese Quelle ist idealerweise auch noch dann geöffnet wenn die ersten Nanometer der n-Typ Schicht gewachsen werden. Die n-Schicht wird dabei in der MOVPE idealerweise mit dem Dotanden Germanium als n-Dotand gewachsen, da dieser sehr hohe Ladungsträgerkonzentrationen von über 1020 cm–3 bei guter Schichtqualität ermöglicht. Diese hohe Konzentration wird auch angestrebt. Der Dotierstoff für die tiefe Störstelle bzw. die Wachstumsbedingungen für die intrinsische Störstelle wird nach 1–20 nm der n-Schicht abgestellt und der Rest der Schicht ohne eine gezielte Dotierung mit tiefen Störstellen gewachsen.
  • Möglich ist auch nur im nominell p- oder n-dotierten Bereich die tiefe Störstelle einzubringen. Bei obigem Wachstumsschema verschleppen sich Dotanden meist in die n-Schicht und je nach Störstellentyp, also ob Akzeptor oder Donator, ist die Dotierung in einem Bereich besser als in beiden, sofern die Störstelle in etwa in der Mitte der Verarmungszone in ausreichender Konzentration vorhanden ist.
  • Dabei ist die Konzentration entscheidend für einen guten Stromtransport, da die Ladungsträgereinfang- und Ladungsträgeremissionsprozesse der Störstelle maßgeblich die Stromtragfähigkeit bestimmen. Ohne ausreichende Konzentration oder ausreichend schnelle Einfangs- und Emissionsprozesse der tiefen Störstelle findet überwiegend direktes Tunneln statt, was aufgrund der dann geringen Tunnelströme zu hohen Widerständen führt.
  • Die Erfindung bezieht sich auf alle Herstellungsverfahren mit denen sich dotierte Gruppe-III-Nitridschichten herstellen lassen und auf alle Bauelementtypen die eine Tunneldiode benötigen bzw. wo dieser für deren Eigenschaften vorteilhaft eingesetzt werden kann. Mit der Erwähnung einer Störstelle oder Störstellenart im Text sind, sofern physikalisch prinzipiell möglich, auch mehrere Störstellen bzw. Störstellenarten mit eingeschlossen. Die Tunneldioden können als p/n- aber auch n/p-Dioden realisiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015108875 [0019]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • J. Simon et al. Phys. Rev. Lett. 103, 026801 (2009) [0005]
    • S. Krishnamoorthy et al., Appl. Phys. Lett. 97, 203502 (2010) [0005]
    • Hironori Okumura et al., Applied Physics Letters 108, 072102 (2016) [0006]
    • T. Markurt et al. Physical Review Letters 110, 036103 (2013) [0052]
    • H. Lahrèche et al., J. Cryst. Growth 205, 245 (1999) [0052]
    • S.M. Sze und Kwok K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons 2007, S. 423 ff [0057]

Claims (8)

  1. AlGaInN basiertes Halbleiterbauelement, enthaltend eine Tunneldiode (1, 2, 3, 4) selbige umfassend eine n-dotierte, elektrisch leitfähige Schicht mit einer Elektronenkonzentration ≥ 1 × 1019 cm–3 und eine p-dotierte, elektrisch leitfähige Schicht mit einer Löcherkonzentration ≥ 7 × 1017 cm–3, gekennzeichnet durch tiefe Störstellen erzeugende Fremdatome in mindestens einem Teilbereich, der sich im Kontaktbereich der p- und n-leitenden Schichten ausbildenden Raumladungszone mit einer Flächenkonzentration tiefer Störstellen > 6 × 1011cm–2, die mindestens einen energetischen Zustand unterhalb des energetischen Niveaus des n-Dotanden bzw. oberhalb des energetischen Niveaus des p-Dotanden innerhalb der Bandlücke des jeweiligen Materials erzeugen.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dotierung mit einem Übergangsmetall oder Kohlenstoff.
  3. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dotierung mit Zinn.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dotierung mit einer akzeptorartigen tiefen Störstelle in der p-leitenden Schicht und einer donatorartigen tiefen Störstelle in der n-leitenden Schicht.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in-situ abgeschiedene SiN-Schicht direkt folgend der p-dotierten Schicht und/oder innerhalb der n-dotierten Raumladungszone im Dickenbereich von zumindest einer Monolage mit einer Flächenbedeckung der SiN-Schicht von mindestens 5 %.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Störstelle mit einer energetischen Lage E = EG/2 (1 ± 0.20) innerhalb der Bandlücke EG.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch n (n, ganze Zahl ≥ 2) Störstellen mit energetischen Lagen EStörstelle,m innerhalb der Bandlücke EG, die jeweils EStörstelle,m = EV + m·EG/(n + 1), (m ganze Zahl ≤ n, EV: Maximale Energie des Valenzbands) folgen, wobei die maximale Abweichung der energetischen Lage ∆E weniger als EG/(n + 1) (1 ± 0.30) beträgt.
  8. Bauelementmodul, umfassend zumindest ein Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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DE102018105208A1 (de) * 2018-03-07 2019-09-12 Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg Halbleiterschichtenfolge und ein darauf basierendes Halbleiterbauelement

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