DE112007002722B4

DE112007002722B4 - Lichtemittierende Diode mit Übergitterstruktur-Sperrschicht

Info

Publication number: DE112007002722B4
Application number: DE112007002722.3T
Authority: DE
Inventors: Sang Joon Lee; Duck Hwan Oh; Kyung Hae Kim; Chang Seok Han
Original assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Current assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: WO2008082081A1; DE112007002722T5; KR100920915B1; US20100059735A1; US8093583B2; TW200832764A; KR20080061698A; TWI368337B

Abstract

Lichtemittierende Diode (LED) mit einem aktiven Bereich (59) zwischen einer n-leitenden Verbindungshalbleiterschicht (57) auf der Basis von GaN und einer p-leitenden Verbindungshalbleiterschicht (61) auf der Basis von GaN, wobei der aktive Bereich (59) eine Quantum-Well-Schicht (59a) und eine Sperrschicht (59b) mit Übergitterstruktur aufweist,
wobei die Quantum-Well-Schicht (59a) aus InGaN ausgebildet ist, die Sperrschicht (59b) so ausgebildet ist, dass sie eine Übergitterstruktur aufweist, in der InGaN und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, und das InGaN in der Quantum-Well-Schicht (59a) eine größere Menge an In als das InGaN in der Sperrschicht (59b) aufweist, und
wobei die Quantum-Well-Schicht (59a) aus In_xGa_(1-x)N ausgebildet ist und die Sperrschicht (59b) ein unteres Übergitter (71) aufweist, bei dem In_yGa_(1-y)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, ein oberes Übergitter (75), bei dem In_yGa_(1-y)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, und ein mittleres Übergitter (73), das zwischen das obere und das untere Übergitter (71, 75) gesetzt ist, wobei im mittleren Übergitter (73) In_zGa_(1-z)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, wobei gilt: 0< x < 1, 0 < y < 0,05, 0 < z < 0,1 und y < z < x.

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Diode und betrifft insbesondere eine lichtemittierende Diode mit einer Übergitterstruktur-Sperrschicht.
Die WO 2006/ 022 497 A1 beschreibt eine lichtemittierende Diode (LED) mit einem aktiven Bereich zwischen einer n-leitenden Verbindungshalbleiterschicht auf der Basis von GaN und einer p-leitenden Verbindungshalbleiterschicht auf der Basis von GaN, wobei der aktive Bereich eine Quantum-Well-Schicht und eine Sperrschicht mit Übergitterstruktur aufweist.
STAND DER TECHNIK
Allgemein sind Nitride als Elemente der 3. Gruppe, wie beispielsweise GaN, AIN, InGaN und dergleichen, aufgrund ihrer ausgezeichneten thermischen Stabilität und ihrer Energiebandstruktur mit direkten Übergängen als Materialien für lichtemittierende Dioden (LEDs) im blauen Spektralbereich und im Ultraviolettbereich in den Blickpunkt gerückt. Insbesondere findet ein Halbleiter aus einer InGaN-Verbindung aufgrund seiner geringen Bandlücke besondere Beachtung. LEDs mit einem solchen Verbindungshalbleiter auf der Basis einer GaN-Verbindung werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise in großen Vollfarben-Flachbildschirmen, Hintergrundbeleuchtungsquellen, Verkehrsampeln, Innenraumbeleuchtung, Lichtquellen mit hoher Leuchtdichte, hochauflösenden Ausgabesystemen und optischer Nachrichtenübertragung.
1 ist eine Schnittansicht, welche eine herkömmliche LED veranschaulicht.
Mit Bezug auf 1 weist die LED eine n-leitende Halbleiterschicht 17, eine p-leitende Halbleiterschicht 21 und einen aktiven Bereich 19, welcher zwischen die n-leitende und die p-leitende Halbleiterschicht 17 bzw. 21 gesetzt ist, auf. Die n-leitende und die p-leitende Halbleiterschicht sind aus Halbleitern aus Nitriden von Elementen der 3. Gruppe ausgebildet, das heißt aus Verbindungshalbleitern auf der Basis von (Al, In, Ga)N. Indessen ist der aktive Bereich 19 so ausgebildet, dass er eine Einzel-Quantum-Well-Struktur (Quantentopfstruktur) mit einer einzelnen Quantum-Well-Schicht oder eine Multi-Quantum-Well-Struktur mit einer Anzahl an Quantum-Well-Schichten aufweist, wie in der Figur gezeigt. Der aktive Bereich mit einer Multi-Quantum-Well-Struktur wird durch wechselweises Laminieren von Quantum-Well-Schichten 19a aus InGaN und GaN-Sperrschichten 19b ausgebildet. Die Quantum-Well-Schichten 19a sind aus Halbleitermaterialien mit einer kleineren Bandlücke als die n-leitenden und p-leitenden Halbleiterschichten 17 und 21 und die Sperrschichten 19b ausgebildet, wodurch Quantum-Wells bereitgestellt werden, in denen Elektronen und Löcher miteinander rekombinieren.
Eine solche Halbleiterschicht aus Nitriden von Elementen der 3. Gruppe wird auf ein Substrat 11 eines anderen Typs mit einer hexagonalen Struktur, wie beispielsweise Saphir oder SiC, unter Einsatz eines Verfahrens wie beispielsweise Metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) aufgebracht. Jedoch tritt, wenn eine Halbleiterschicht aus einem Nitrid eines Elements der 3. Gruppe auf dem Substrat 11 eines anderen Typs aufgebracht wird, ein Riss oder eine Verwerfung in der Halbleiterschicht auf, und es wird aufgrund des Unterschieds der Gitterkonstanten und der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat eine Versetzung erzeugt.
Um diese Probleme zu verhindern, wird eine Pufferschicht auf dem Substrat 11 ausgebildet. Die Pufferschicht umfasst allgemein eine Niedertemperatur-Pufferschicht 13 und eine Hochtemperatur-Pufferschicht 15 . Die Niedertemperatur-Pufferschicht 13 wird allgemein aus AlxGa1-xN(0 ≤ x ≤ 1) bei einer Temperatur von 400 bis 800°C unter Einsatz eines Verfahrens wie der MOCVD ausgebildet. Die Hochtemperatur-Pufferschicht 15 wird dann auf der Niedertemperatur-Pufferschicht 13 ausgebildet. Die Hochtemperatur-Pufferschicht 15 wird aus einer GaN-Schicht bei einer Temperatur von 900 bis 1200°C ausgebildet. Dementsprechend können Kristalldefekte in der n-leitenden GaN-Schicht 17, dem aktiven Bereich 19 und der p-leitenden GaN-Schicht 21 in wesentlichem Maß entfernt werden.
Jedoch ist trotz des Einsatzes der Pufferschichten 13 und 15 die Dichte der Kristalldefekte im aktiven Bereich 19 noch hoch. Insbesondere wird, um die Rekombinationsrate von Elektronen und Löchern zu verbessern, der aktive Bereich 19 so ausgebildet, dass er eine Halbleiterschicht mit einer kleineren Bandlücke aufweist als die N-leitenden und P-leitenden GaN-Schichten 17 und 21. Darüber hinaus wird die Quantum-Well-Schicht 19a aus einer Halbleiterschicht mit einer kleineren Bandlücke als die Sperrschicht 19b ausgebildet. Die Halbleiterschicht mit der kleinen Bandlücke enthält allgemein eine große Menge an In und weist somit eine große Gitterkonstante auf. Deshalb tritt zwischen der Quantum-Well-Schicht 19a und der Sperrschicht 19b und zwischen der Quantum-Well-Schicht 19a und der n-leitenden Halbleiterschicht 17 eine Gitterfehlanpassung auf. Eine solche Gitterfehlanpassung zwischen den Schichten verursacht Fehlstellen, Oberflächenrauigkeiten und Verschlechterung der Kristallstrukturen.
OFFENBARUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine LED anzugeben, welche das Auftreten von Kristalldefekten in einem aktiven Bereich verringern kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine LED anzugeben, bei der die Oberflächenrauig keit in einem aktiven Bereich verringert ist.
Die Erfindung gibt zur Lösung der vorstehenden genannten Aufgaben eine LED mit einer Übergitterstruktur-Sperrschicht gemäß Patentanspruch 1 bzw. 6 an. Die LED weist gemäß einem Aspekt der Erfindung einen aktiven Bereich auf, der zwischen eine n-leitende Verbindungshalbleiterschicht auf der Basis von GaN und eine p-leitende Verbindungshalbeiterschicht auf der Basis einer GaN-Verbindung gesetzt ist, wobei der aktive Bereich eine Quantum-Well-Schicht und eine Sperrschicht mit Übergitterstruktur aufweist. Da die Sperrschicht mit der Übergitterstruktur verwendet wird, ist es möglich, das Auftreten von Defekten zu verringern, welche durch Gitterfehlanpassungen zwischen der Quantum-Well-Schicht und der Sperrschicht hervorgerufen werden.
Die Quantum-Well-Schicht ist aus InGaN ausgebildet, und die Sperrschicht kann so ausgebildet sein, dass sie eine Übergitterstruktur aufweist, bei der InGaN und GaN alternierend aufeinander laminiert sind. In diesem Fall enthält das InGaN in der Quantum-Well-Schicht eine größere Menge an In als das InGaN in der Sperrschicht. Dementsprechend ist es möglich, eine LED anzugeben, welche Licht mit verschiedenen Wellenlängen in einem sichtbaren Bereich emittiert, indem der Gehalt von In in der Quantum-Well-Schicht verändert wird.
Indessen wird, da das InGaN in der Sperrschicht eine große Menge an In enthält, die Anzahl an Fehlstellen verringert, wobei jedoch kleine Hügel erzeugt werden können. Es ist anzumerken, dass dies dadurch entsteht, da die Fehlstellen mit In gefüllt werden, um ihr Auftreten zu verhindern. Wenn jedoch das In übermäßig zunimmt, werden durch überflüssiges In kleine Hügel erzeugt. Dementsprechend wird der Gehalt an In in dem InGaN in der Sperrschicht geeignet ausgewählt, um zu verhindern, dass Fehlstellen und kleine Hügel entstehen.
Erfindungsgemäß ist die Quantum-Well-Schicht aus In_xGa(_1-x)N ausgebildet, und die Sperrschicht umfasst ein unteres Übergitter, bei dem In_yGa_(1-y)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, ein oberes Übergitter, bei dem In_yGa_(1-y)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, und ein mittleres Übergitter, das zwischen das obere und das untere Übergitter gesetzt ist, wobei im mittleren Übergitter In_zGa_(1-z)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, wobei gilt: 0<x< 1, 0< y <0,05, 0 < z < 0,1 und y < z < x.
Gemäß diesen Ausführungsformen wird ein Übergitter mit hohem In-Gehalt zwischen Übergitter mit geringem In-Gehalt gesetzt. Dementsprechend sind Übergitter mit verschiedenem In-Gehalt aufeinander laminiert, wodurch verhindert wird, dass Fehlstellen und kleine Hügel auftreten.
Alternativ können die Verbindungsverhältnisse von InGaN in der Quantum-Well-Schicht und der Sperrschicht der Übergitterstruktur wie folgt sein: 0 < x < 1, 0 < y < 0,1, 0 < z < 0,05 und z < y < x. Das heißt, dass, anders als bei den zuvor genannten Ausführungsformen, eine Übergitterstruktur mit einem geringen In-Gehalt zwischen Übergitterstrukturen mit hohem In-Gehalt gesetzt ist, um hierdurch zu verhindern, dass Fehlstellen und kleine Hügel auftreten.
Jede Schicht in einer Übergitterstruktur weist allgemein eine Dicke von 3 nm oder weniger auf. In diesen Ausführungsformen kann das In_yGa_(1-y)N, GaN und das In_zGa_(1-z)N in der Sperrschicht jeweils eine Dicke von 0,25 nm bis 2 nm aufweisen. Darüber hinaus können die jeweiligen Schichten der Sperrschicht so ausgebildet sein, dass sie nahezu dieselbe Dicke aufweisen.
Darüber hinaus können im unteren Übergitter das In_yGa_(1-y)N und das GaN 4- bis 10-mal wechselweise aufeinander laminiert sein, das In_zGa_(1-z)N und das GaN des mittleren Übergitters können 6- bis 20-mal aufeinander laminiert sein, und das In_yGa_(1-y)N und das GaN des oberen Übergitters können 4- bis 10-mal wechselweise aufeinander laminiert sein. Die Anzahl an laminierten InGaN- und GaN-Schichten wird so eingestellt, dass die Dicke der Sperrschicht nicht übermäßig vergrößert ist und dass verhindert wird, dass Fehlstellen und kleine Hügel auftreten.
Indessen kann der aktive Bereich so ausgebildet sein, dass er eine einzelne Quantum-Well-Struktur oder eine Multi-Quantum-Well-Struktur aufweist. Im Fall der Multi-Quantum-Well-Struktur können die Quantum-Well-Schichten und die Sperrschichten mit der Übergitterstruktur wechselweise aufeinander laminiert sein.
Darüber hinaus können die Quantum-Well-Schichten zwischen die Sperrschichten mit Übergitterstruktur gesetzt sein. Dementsprechend ist es möglich, Belastungen aufgrund der Gitterfehlanpassung zwischen der n-leitenden oder p-leitenden Halbleiterschicht und der Quantum-Well-Schicht zu verringern.
VORTEILHAFTE EFFEKTE
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, eine LED anzugeben, gemäß welcher eine Sperrschicht mit Übergitterstruktur eingesetzt wird, wodurch Kristalldefekte wie Fehlstellen in einem aktiven Bereich verringert werden und die Oberflächenrauigkeit verbessert wird. Darüber hinaus kann eine LED angegeben werden, gemäß der verhindert wird, dass Fehlstellen und kleine Hügel in einem aktiven Bereich auftreten.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, welche eine herkömmliche LED veranschaulicht.
2 ist eine Schnittansicht, welche eine LED mit einer Sperrschicht mit Übergitterstruktur veranschaulicht.
3 ist eine Schnittansicht, welche eine Sperrschicht mit Übergitterstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
4 ist eine Schnittansicht, welche eine LED mit einer Sperrschicht mit Übergitterstruktur gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Rasterkraftmikroskop-Bild (AFM-Bild), welches eine Oberfläche einer n-leitenden GaN-Schicht vor dem Aufbringen eines aktiven Bereichs zeigt.
6 ist ein AFM-Bild, welches eine Oberfläche eines aktiven Bereichs zeigt, der gemäß dem Stand der Technik ausgebildet ist.
7 ist ein AFM-Bild, welches eine Oberfläche eines aktiven Bereichs gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung detailliert mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen werden nur zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben, so dass der Fachmann das Prinzip der Erfindung umfassend verstehen kann. In den Zeichnungen können Breiten, Längen, Dicken und dergleichen von Elementen zum Zwecke der Veranschaulichung übertrieben dargestellt sein. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen über die Beschreibung und die Zeichnungen hinweg gleiche Elemente.
2 ist eine Schnittansicht, welche eine LED mit Übergitterstruktur veranschaulicht.
Mit Bezug auf 2 ist eine n-leitende Verbindungshalbleiterschicht 57 auf einem Substrat 51 positioniert. Zusätzlich kann eine Pufferschicht zwischen das Substrat 51 und die n-leitende Verbindungshalbleiterschicht 57 gesetzt sein. Die Pufferschicht kann eine Niedertemperatur-Pufferschicht 53 und eine Hochtemperatur-Pufferschicht 55 umfassen. Das Substrat 51 unterliegt keiner besonderen Beschränkung, aber kann beispielsweise ein Saphirsubstrat, ein Spinelsubstrat, ein SiC-Substrat oder dergleichen sein. Indessen kann die Niedertemperatur-Pufferschicht 53 allgemein aus Al_xGa_1-xN(0 ≤ x ≤ 1) ausgebildet sein, und die Hochtemperatur-Pufferschicht 55 kann beispielsweise aus nicht dotiertem GaN oder n-leitendem GaN, das mit n-leitenden Verunreinigungen dotiert ist, ausgebildet sein.
Eine p-leitende Verbindungshalbleiterschicht 61 ist auf der n-leitenden Verbindungshalbleiterschicht 57 positioniert, und ein aktiver Bereich 59 ist zwischen die n-leitende und die p-leitende Verbindungshalbleiterschicht 57 bzw. 61 gesetzt. Die n-leitende Verbindungshalbleiterschicht, der aktive Bereich und die p-leitende Verbindungshalbleiterschicht sind mit Nitrid-Halbleiterschichten der dritten Gruppe basierend auf (AI, In, Ga)N ausgebildet. Beispielsweise können die n-leitenden und p-leitenden Verbindungshalbleiterschichten 57 und 61 n-leitendes GaN bzw. p-leitendes GaN sein.
Indessen umfasst der aktive Bereich 59 Quantum-Well-Schichten 59a und Sperrschichten 59b mit Übergitterstruktur. Der aktive Bereich 59 kann so ausgebildet sein, dass er eine Einzel-Quantum-Well-Struktur mit einer einzelnen Quantum-Well-Schicht 59a aufweist. In diesem Fall wird die Sperrschicht 59b mit Übergitterstruktur auf die Quantum-Well-Schicht 59a und/oder unter diese gesetzt. Wie in dieser Figur gezeigt, kann der aktive Bereich 59 so ausgebildet sein, dass er eine Multi-Quantum-Well-Struktur aufweist, gemäß der die Quantum-Well-Schichten 59a und die Sperrschichten 59b mit Übergitterstruktur wechselweise aufeinander laminiert sind. Das heißt, dass die InGaN-Quantum-Well-Schichten 59a und die Sperrschichten 59b wechselweise auf die n-leitende Verbindungshalbleiterschicht 57 laminiert sind, und die Sperrschicht 59b hat eine Übergitterstruktur, gemäß der InGaN und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind. Das InGaN in der Quantum-Well-Schicht 59a weist einen höheren In-Gehalt auf als das InGaN in der Sperrschicht 59b, so dass Quantum-Wells ausgebildet werden.
Die Sperrschicht 59b ist so ausgebildet, dass sie eine Übergitterstruktur aufweist, wodurch verhindert wird, dass Kristalldefekte wie Versetzungen und Fehlstellen aufgrund der Gitterfehlanpassung zwischen der InGaN-Quantum-Well-Schicht und der GaN-Sperrschicht auftreten. Jedoch ist es möglich, dass, wenn der In-Gehalt des InGaN in der Sperrschicht 59b erhöht wird, die Erzeugung von Fehlstellen verhindert wird, jedoch trotzdem kleine Hügel auftreten. Es ist anzumerken, dass dies darin begründet ist, dass die kleinen Hügel aufgrund überschüssigen In, das auf einer InGaN-Schicht verbleibt, ausgebildet werden. Demgemäß kann verhindert werden, dass Fehlstellen und kleine Hügel entstehen, indem der In-Gehalt in der Sperrschicht 59b geeignet kontrolliert wird, und der Gehalt an In kann so eingestellt werden, dass er in einem Bereich von 0,01 bis 0,1 liegt.
Indessen kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Sperrschicht mit Übergitterstruktur zum Verhindern des Auftretens von Fehlstellen und kleinen Hügeln InGaN-Verbindungen mit einem anderen Gehalt an In aufweisen. Dies wird nachstehend detaillierter beschrieben.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des aktiven Bereichs von 2 zum Veranschaulichen einer Sperrschicht mit Übergitterstruktur, welche InGaN-Verbindungen mit unterschiedlichem Gehalt an In gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
Mit Bezug auf 3 kann die Quantum-Well-Schicht 59a durch die Formel In_xGa_(1-x)N ausgedrückt werden, wobei gilt: 0 < x < 1. Indessen umfasst die Sperrschicht 59b mit Übergitterstruktur ein unteres Übergitter 71, bei dem In_yGa_(1-y)N 71a und GaN 71b wechselweise aufeinander laminiert sind, ein oberes Übergitter 75, bei dem In_yGa_(1-y)N 75a und GaN 75b wechselweise aufeinander laminiert sind, und ein mittleres Übergitter 73, das zwischen das untere Übergitter 71 und das obere Übergitter 75 gesetzt ist. Das mittlere Übergitter 73 ist durch wechselweises Laminieren von In_zGa_(1-z)N-Schichten und GaN-Schichten ausgebildet. Hierbei gilt: 0 < x < 1, 0 < y < 0,05, 0 < z < 0,1 und y < z < x.
Das In_yGa_(1-y)N 71a oder 75a in jedem der unteren und oberen Übergitter weist einen geringeren Gehalt an In auf als das In_zGa_(1-z)N 73a im mittleren Übergitter. Somit können feine Fehlstellen im Prozess des Ausbildens des Übergitters 71 entstehen. Jedoch enthält das danach ausgebildete mittlere Übergitter 73 überschüssiges In, wodurch die Fehlstellen mit dem überschüssigen In gefüllt werden, um hierdurch die Fehlstellen zu entfernen. Indessen kann das überschüssige In im mittleren Übergitter 73 kleine Hügel erzeugen. Derartiges überschüssiges In wird durch das obere Übergitter 75 entfernt. Gemäß dieser Ausführungsform kann verhindert werden, dass Fehlstellen und kleine Hügel auftreten, indem ein Übergitter eingesetzt wird, das InGaN mit geringem Gehalt an In enthält, und ein Übergitter, das InGaN mit einem hohen Gehalt an In enthält.
Die InGaN- und GaN-Schichten in jedem der unteren, mittleren und oberen Übergitter 71, 73 und 75 werden wechselweise aufeinander laminiert. Ein Schichtpaar aus InGaN und GaN kann im unteren Übergitter 71 4- bis 10-mal wiederholt laminiert werden, im mittleren Übergitter 73 6- bis 20-mal und im oberen Übergitter 75 4- bis 10-mal. Die Anzahl an laminierten InGaN-Schichten und GaN-Schichten kann in Abhängigkeit von der Dicke der InGaN-Schichten und GaN-Schichten und dem In-Gehalt im InGaN variiert werden und wird so eingestellt, dass das Auftreten von Fehlstellen und kleinen Hügeln kontrolliert wird.
Obgleich in dieser Ausführungsform beschrieben wurde, dass das InGaN in den oberen und unteren Übergittern 71 und 75 einen geringeren In-Gehalt als das InGaN im mittleren Übergitter 73 aufweist, kann das InGaN in den oberen und unteren Übergittern 71 und 75 einen größeren In-Gehalt als das InGaN im mittleren Übergitter 73 aufweisen. Das heißt, dass der Anteil an In in der Verbindung der Quantum-Well-Schicht und der Sperrschicht den folgenden Ungleichungen genügen kann: 0 < x < 1, 0< y < 0, 1, 0< z <0,05 und z < y < x.
Das InGaN und das GaN in jedem der unteren, mittleren und oberen Übergitter 71, 72 und 75 können bei einer Temperatur von 800 bis 900°C unter Einsatz eines MOCVD-Verfahrens ausgebildet werden. Sowohl das InGaN als auch das GaN in der Sperrschicht 59b können eine Dicke von 0,25 nm bis 2 nm aufweisen und sie können so ausgebildet sein, dass sie nahezu dieselbe Dicke aufweisen.
Indessen kann, obwohl in 3 gezeigt wurde, dass die n-leitende Verbindungshalbleiterschicht 57 und die Quantum-Well-Schicht 59a miteinander in Kontakt sind, die Sperrschicht 59b mit Übergitterstruktur, wie mit Bezug auf 3 beschrieben, zwischen die n-leitende Verbindungshalbleiterschicht 57 und die Quantum-Well-Schicht 59a gesetzt sein, wie in 4 gezeigt. Die Sperrschicht 59b, die zwischen die n-leitende Verbindungshalbleiterschicht 57 und die Quantum-Well-Schicht 59a gesetzt ist, reduziert Belastungen, welche durch die Gitterfehlanpassung zwischen der n-leitenden Verbindungshalbleiterschicht 57 und der Quantum-Well-Schicht 59a hervorgerufen werden, wodurch verhindert wird, dass Kristalldefekte in der Quantum-Well-Schicht 59a auftreten.
In den Ausführungsformen der Erfindung können die Positionen der n-leitenden und p-leitenden Verbindungshalbleiterschichten 57 und 61 miteinander vertauscht werden.
EXPERIMENTELLES BEISPIEL
5 ist ein Rasterkraftmikroskop-Bild (AFM-Bild), welches eine Oberfläche einer n-leitenden GaN-Schicht in einem Zustand zeigt, in dem eine Pufferschicht auf einem Saphirsubstrat ausgebildet ist, und die n-leitende GaN-Schicht wird dann auf der Pufferschicht gemäß dem Stand der Technik ausgebildet. 6 ist ein AFM-Bild, welches eine Oberfläche in einem Zustand zeigt, gemäß dem eine In GaN-Quantum-Well-Schicht und eine GaN-Sperrschicht viermal wechselweise auf die n-leitende GaN-Schicht von 5 gemäß dem Stand der Technik laminiert sind. 7 ist ein AFM-Bild, welches eine Oberfläche in einem Zustand zeigt, gemäß dem eine InGaN-Quantum-Well-Schicht und eine Sperrschicht mit Übergitterstruktur wechselweise viermal auf die GaN-Schicht von 5 laminiert sind, wobei die Sperrschicht mit Übergitterstruktur durch sechsmaliges Laminieren von InGaN/GaN ausgebildet ist. Die Sperrschicht gemäß dem Stand der Technik und die Sperrschicht mit Übergitterstruktur wurden so ausgebildet, dass sie die gleiche Dicke aufweisen (etwa 16 nm), und andere Schichten wurden unter derselben Bedingung unter Einsatz eines MOCVD-Verfahrens ausgebildet.
Wie in 5 gezeigt, weist die n-leitende GaN-Schicht, welche auf der Pufferschicht ausgebildet ist, eine geringe Oberflächenrauigkeit auf, und es wurde kein Kristalldefekt, wie beispielsweise eine Fehlstelle, in ihr entdeckt. Jedoch kann, wie in 6 gezeigt, bestätigt werden, dass eine große Anzahl an Fehlstellen im aktiven Bereich, bei dem die InGaN-Quantum-Well-Schicht und die GaN-Sperrschicht gemäß dem Stand der Technik ausgebildet wurden, beobachtet wurden, und die Oberfläche des aktiven Bereichs ist rau. Im Gegensatz dazu wurde keine Fehlstelle im aktiven Bereich, bei dem die InGaN-Quantum-Well-Schicht und die Sperrschicht mit Übergitterstruktur ausgebildet waren, beobachtet, und die Oberflächenrauigkeit im aktiven Bereich ist geringer als im aktiven Bereich, der gemäß dem Stand der Technik ausgebildet wurde.

Claims

Lichtemittierende Diode (LED) mit einem aktiven Bereich (59) zwischen einer n-leitenden Verbindungshalbleiterschicht (57) auf der Basis von GaN und einer p-leitenden Verbindungshalbleiterschicht (61) auf der Basis von GaN, wobei der aktive Bereich (59) eine Quantum-Well-Schicht (59a) und eine Sperrschicht (59b) mit Übergitterstruktur aufweist, wobei die Quantum-Well-Schicht (59a) aus InGaN ausgebildet ist, die Sperrschicht (59b) so ausgebildet ist, dass sie eine Übergitterstruktur aufweist, in der InGaN und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, und das InGaN in der Quantum-Well-Schicht (59a) eine größere Menge an In als das InGaN in der Sperrschicht (59b) aufweist, und wobei die Quantum-Well-Schicht (59a) aus In_xGa_(1-x)N ausgebildet ist und die Sperrschicht (59b) ein unteres Übergitter (71) aufweist, bei dem In_yGa_(1-y)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, ein oberes Übergitter (75), bei dem In_yGa_(1-y)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, und ein mittleres Übergitter (73), das zwischen das obere und das untere Übergitter (71, 75) gesetzt ist, wobei im mittleren Übergitter (73) In_zGa_(1-z)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, wobei gilt: 0< x < 1, 0 < y < 0,05, 0 < z < 0,1 und y < z < x.
Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, wobei das In_yGa_(1-y)N, das GaN und das In_zGa_(1-z)N in der Sperrschicht (59b) jeweils eine Dicke von 0,25 nm bis 2 nm aufweisen.
Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, wobei im unteren Übergitter (71) das In_yGa_(1-y)N und das GaN wechselweise 4- bis 10-mal aufeinander laminiert sind, im mittleren Übergitter (73) das In_zGa_(1-z)N und das GaN 6- bis 20-mal wechselweise aufeinander laminiert sind, und im oberen Obergitter (75) das In_yGa_(1-y)N und das GaN 4- bis 10-mal wechselweise aufeinander laminiert sind.
Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, wobei der aktive Bereich so ausgebildet ist, dass er eine Multi-Quantum-Well-Struktur aufweist, gemäß der die Quantum-Well-Schicht (59a) und die Sperrschicht (59b) mit Übergitterstruktur wechselweise aufeinander laminiert sind.
Lichtemittierende Diode nach Anspruch 4, wobei die Quantum-Well-Schichten (59a) zwischen die Sperrschichten (59b) mit Übergitterstruktur gesetzt sind.
Lichtemittierende Diode (LED) mit einem aktiven Bereich (59) zwischen einer n-leitenden Verbindungshalbleiterschicht (57) auf der Basis von GaN und einer p-leitenden Verbindungshalbleiterschicht (61) auf der Basis von GaN, wobei der aktive Bereich (59) eine Quantum-Well-Schicht (59a) und eine Sperrschicht (59b) mit Übergitterstruktur aufweist, wobei die Quantum-Well-Schicht (59a) aus InGaN ausgebildet ist, die Sperrschicht (59b) so ausgebildet ist, dass sie eine Übergitterstruktur aufweist, in der InGaN und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, und das InGaN in der Quantum-Well-Schicht (59a) eine größere Menge an In als das InGaN in der Sperrschicht (59b) aufweist, und wobei die Quantum-Well-Schicht (59a) aus In_xGa_(1-x)N ausgebildet ist und die Sperrschicht (59b) ein unteres Übergitter (71) aufweist, bei dem In_yGa_(1-y)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, ein oberes Übergitter (75), bei dem In_yGa_(1-y)N und GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, und ein mittleres Übergitter (73), dazwischen das obere und das untere Übergitter (71, 75) gesetzt ist, wobei im mittleren Übergitter (73) das In_zGa_(1-z)N und das GaN wechselweise aufeinander laminiert sind, wobei gilt: 0 < x < 1,0 < y < 0,1,0 < z < 0,05 und z < y < x.