DE112014002691B4 - Anregungsbereich, der Nanopunkte (auch als "Quantenpunkte" bezeichnet) in einem Matrixkristall umfasst, der auf Si-Substrat gezüchtet wurde und aus AlyInxGa1-y-xN-Kristall (y ≧ 0, x > 0) mit Zinkblendestruktur (auch als "kubisch" bezeichnet) besteht, und lichtemittierende Vorrichtung (LED und LD), die unter Verwendung desselben erhalten wurde - Google Patents

Anregungsbereich, der Nanopunkte (auch als "Quantenpunkte" bezeichnet) in einem Matrixkristall umfasst, der auf Si-Substrat gezüchtet wurde und aus AlyInxGa1-y-xN-Kristall (y ≧ 0, x > 0) mit Zinkblendestruktur (auch als "kubisch" bezeichnet) besteht, und lichtemittierende Vorrichtung (LED und LD), die unter Verwendung desselben erhalten wurde Download PDF

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Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: ein Si-Substrat (1); eine Pufferschicht (2), die auf dem Si-Substrat (1) gebildet ist, wobei die Pufferschicht (2) einen BP-Kristall enthält; einen Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs, der auf der den BP-Kristall enthaltenden Pufferschicht (2) gebildet ist; und einen Anregungsbereich, der einen AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps, der auf dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs gebildet ist, und Quantenpunkte (6) aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0), die im Inneren des AlyInxGa1-y-xN-Basiskristalls (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps gebildet sind und eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps aufweisen, enthält, und eine In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht zwischen der Pufferschicht (2) und dem Kristall (3) auf GaN-Basis oder eine InGaN-Schicht mit einer Dicke 0,5 bis 2 nm und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt oder eine InAl-Mischschicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt.

Description

  • Anregungsbereich, der Nanopunkte (auch als ”Quantenpunkte” bezeichnet) in einem Basiskristall enthält, der aus AlyInxGa1-y-xN-Kristall (y ≥ 0, x > 0) mit Zinkblendestruktur (auch als ”kubisch” bezeichnet), der auf Si- Substrat gezüchtet wurde, besteht, sowie eine lichtemittierende Vorrich-tung (LED und LD), die diesen verwendet
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anregungsbereich, der Nanopunkte (auch als ”Quantenpunkte” bezeichnet) in einem Basiskristall enthält, der auf einem AlyInxGa1-y-xN-Kristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps (auch als ”kubischer Kristall” bezeichnet), der auf einem Si-Substrat aufgewachsen ist, gebildet ist, sowie eine lichtemittierende Vorrichtung (LED und LD), die diesen verwendet.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Ein Kristall auf GaN-Basis wird bekanntermaßen als kurzwellige lichtemittierende Vorrichtungen verwendet. In der Regel wird der Kristall auf GaN-Basis durch epitaktisches Aufwachsen auf einem Saphirsubstrat gebildet, wobei sich eine Pufferschicht dazwischen befindet. Wenn der Kristall auf GaN-Basis direkt auf dem Si-Substrat wachsen würde, könnte eine Verbundvorrichtung aus einer lichtemittierenden Vorrichtung und integrierter Halbleiterschaltung hergestellt werden.
  • Ein Kristall auf GaN-Basis ist in zwei Typen erhältlich. Ein Typ von Kristall auf GaN-Basis hat eine Wurtzit-Kristallstruktur, die ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften aufweist, und der andere Typ von Kristall auf GaN-Basis hat eine Sphaleritstruktur, die praktisch keine piezoelektrische Eigenschaften aufweist, der gute Lichtemissionseigenschaften, gute Datenübertragungseigenschaften und gute Datenverarbeitungseigenschaften aufweist. Die Unterschiede in der Kristallstruktur und die Veränderungen der Eigenschaften, die zurzeit bekannt sind, sind in dem später beschriebenen Patentdokument 1 beschrieben (Patentdokument 1: Journal of Applied Physics (3675) Bd. 94, Nr. 6, I. Vurgaftman und J. R. Meyer, ”Band parameters for nitrogen-containing semiconductors”.
  • Die Wurtzit-Kristallstruktur ist im Allgemeinen eine stabile Kristallstruktur. Bei den Kristallen des metastabilen Sphalerittyps hingegen wird eine ausgezeichnete Rekombination der Ladungsträger gefördert, weshalb ihre Lichtausbeute wesentlich höher ist. Daher besteht hoher Bedarf an Kristallen mit Sphaleritstruktur als Material für Leuchtelemente. Die Sphaleritstruktur ist dabei die gleiche wie bei GaAs-Kristallen und Si-Kristallen.
  • Zu Quantenpunkten wurden zahlreiche Forschungsaufsätze veröffentlicht, wie die später aufgeführten Patentdokumente 2 bis 4 zeigen (Patentdokument 2: Journal of Crystal Growth, 255 (2003) 68–80, N. N. Ledentsov und D. Bimberg, ”Growth of self-organized quantum dots for Optoelectronics applications: nanostructures, nanoepitaxy, defect engineering”, Patentdokument 3: Applied Physics letters 89, 161919 (2006) P. Rinke et al., ”Band gap and band parameters of InN and GaN from quasiparticle energy calculations based on exact-exchange density-functional theory”, Patentdokument 4: Physics Status Solidi C6, Nr. 52, S561–S564 (2009)/DOI 10.1002/pssc. 2008801913; Christian Tessarek et al., ”Improved capping layer growth towards increased stability of InGaN quantum dots”.
  • Beim vermischten Wachsen von Ga und In hängt es vom Verhältnis der Ga- und der In-Konzentration ab, ob Ga und In einen Mischkristall bilden oder nicht. Der Bereich ohne Mischkristallbildung wird hier als Mischungslücke bezeichnet. Insbesondere wenn das Kristallwachstum bei niedriger Temperatur erfolgt oder am Basiskristall eine starke Verzerrung zurückbleibt, zeigt sich eine starke Abhängigkeit der Bildung einer Mischungslücke vom Konzentrationsverhältnis von Ga und In. Alle oben genannten Dokumente des Stands der Technik beschreiben bezüglich des vermischten Wachsens von Ga und In das Zuführen eines Gases in der Mischungslücke.
  • In einem Bereich mit einer Aufwachstemperatur von bis zu 700°C und einer In-Konzentration von mindestens 90% wächst ein gleichmäßiger kristalliner Bereich, der das Element In in großer Menge enthält. In diesem Bereich kann als aktive Schicht ein Quantentopf (QW-Struktur) erzeugt werden. Allerdings beziehen sich die in vielen Dokumenten beschriebenen Versuchsergebnisse auf Wurtzitkristalle. Es gibt keine Versuchsergebnisse zu kubischen Kristallen (Kristallen des Sphalerittyps). Derzeit ist kein kubischer Kristall verfügbar, der sich technisch bewerten ließe (siehe Patentdokument 5: I. Ho und G. B. Stringfellow, Appl. Phys. Lett. 69, 2701 (1996), Patentdokument 6: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung JP 2011-523206 A , Patentdokument 7: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2011-003803 A , Patentdokument 8: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2011-044539 A , Patentdokument 9: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2010-245491 A .
  • CN 103 187 498 A offenbart eine Halbleiterstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiterstruktur, wobei die Halbleiterstruktur ein Substrat, eine Pufferschicht, die auf dem Substrat gebildet ist, und eine Nitridschicht, die auf der Pufferschicht ausgebildet ist offenbart.
  • US 2003/0047795 A1 offenbart eine Halbleitervorrichtung mit einem Silizium-Einkristall-Substrat und einem Borphosphidhalbleiter, der Bor- und Phosphorelemente auf der Oberfläche des Silizium-Einkristall-Substrats aufweist.
  • US 2009/0302308 A1 offenbart eine weißes Licht imitierende Diode umfassend eine n-Typ Halbleiterschicht, eine oder mehrere Quantenlochstrukturen, die auf der n-Typ Halbleiterschicht angeordnet sind.
  • US 2006/0226416 A1 offenbart einen Nitridhalbleiter mit Elektronen imitierender Vorrichtung.
  • US 2005/0087746 A1 offenbart eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, die ein Silizum-Einkristall-Substrat aufweist.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kristall auf Basis von GaN des Sphalerittyps über einen BP-Kristall, der ein Zwischenkristall ist, auf einem Si-Substrat zu bilden, wobei man eine Struktur für eine LED mit hoher Lichtstärke oder LD mit hoher Lichtstärke erhält.
  • Insbesondere ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung mit hoher Lichtstärke bereitzustellen, die einen Kristall mit Sphaleritstruktur, der schwierig zu züchten ist, als Basiskristall umfasst und eine Quantenpunktstruktur mit einer hohen Konzentration von In-Atomen mit kleiner Bandlücke aufweist.
  • Als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine lichtemittierende Vorrichtung bereitgestellt, die einen AlyInxGa1-y-xN-Kristall (y ≥ 0, x > 0) auf einer BP-Schicht des Sphalerittyps, die auf einem Si-Substrat gebildet ist, als Basiskristall, der die Kristallstruktur des Sphalerittyps beibehält, und In-Punkte, deren In-Konzentration höher ist als die eines AlyInxGazN-Kristalls (y ≥ 0, x > 0), als Basiskristall enthält. Die Gegenstände der Erfindung werden in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Vorzugsweise liegt der Wert x in den Quantenpunkten aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) in einem Bereich von 0,15 bis 0,9.
  • Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) 100 nm oder weniger.
  • Vorzugsweise beträgt die Dichte der Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) 103/cm2 bis 104/cm2.
  • Als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die lichtemittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wünschenswerterweise Folgendes auf: ein Si-Kristallsubstrat, das als Ergebnis einer Neigung in einem Winkel im Bereich von 5 bis 10 Grad von einer Ebene (100) zu einer Ebene (110) erhalten wurde; eine auf dem Kristallsubstrate gebildete Pufferschicht, wobei die Pufferschicht einen BP-Kristall enthält; einen Kristall auf GaN-Basis des n-Typs, der auf der den BP-Kristall enthaltenden Pufferschicht gebildet ist; und einen Anregungsbereich, der einen AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps, der auf dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs gebildet ist, und Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0), die im Inneren des AlyInxGa1-y-xN-Basiskristalls (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps gebildet sind und eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps aufweisen, enthält.
  • Vorzugsweise ist der Kristall auf GaN-Basis des n-Typs mit Silicium dotiert.
  • Vorzugsweise ist das Silicium in dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs in einer Konzentration von 5 × 1018 pro cm3 bis 5 × 1020 pro cm3 enthalten.
  • Als eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die lichtemittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Folgendes auf: ein Si-Kristallsubstrat, das als Ergebnis einer Neigung in einem Winkel im Bereich von 5 bis 10 Grad von einer Ebene (100) zu einer Ebene (110) und einer Neigung in einem Winkel im Bereich von 5 bis 10 Grad von einer Ebene (100) zu einer Ebene (111) erhalten wurde; eine auf dem Kristallsubstrat gebildete Pufferschicht, wobei die Pufferschicht einen BP-Kristall enthält; einen Kristall auf GaN-Basis des n-Typs, der auf der den BP-Kristall enthaltenden Pufferschicht gebildet ist; und einen Anregungsbereich, der einen AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps, der auf dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs gebildet ist, und Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0), die im Inneren des AlyInxGa1-y-xN-Basiskristalls (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps gebildet sind und eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps aufweisen, enthält.
  • Als weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die lichtemittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Folgendes auf: ein Si-Substrat, eine auf dem Si-Substrat gebildete Pufferschicht, wobei die Pufferschicht einen BP-Kristall enthält; einen Kristall auf GaN-Basis des n-Typs, der auf der den BP-Kristall enthaltenden Pufferschicht gebildet ist, und einen Anregungsbereich, der einen AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps, der auf dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs gebildet ist, und Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0), die im Inneren des AlyInxGa1-y-xN-Basiskristalls (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps gebildet sind und eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps aufweisen, enthält, wobei die Oberfläche des Anregungsbereichs durch unvollständig kristallisiertes amorphes InxGa1-xN geglättet ist, indem die Zwischenräume zwischen den Quantenpunkten aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) ausgefüllt werden.
  • Vorzugsweise ist die In-Konzentration des unvollständig kristallisierten amorphen InxGa1-xN geringer als die In-Konzentration der Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0).
  • Als weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Halbleiterlaser der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Folgendes auf: ein Si-Substrat, eine auf dem Si-Substrat gebildete Pufferschicht, wobei die Pufferschicht einen BP-Kristall enthält; einen Kristall auf GaN-Basis des n-Typs, der auf der den BP-Kristall enthaltenden Pufferschicht gebildet ist, und einen Anregungsbereich, der einen AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps, der auf dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs gebildet ist, und Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0), die im Inneren des AlyInxGa1-y-xN-Basiskristalls (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps gebildet sind und eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps aufweisen, enthält, wobei die Spitze der Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) jeweils nicht in dem AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps vergraben sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine lichtemittierende Vorrichtung mit hoher Lichtstärke bereit, die einen Kristall mit Sphaleritstruktur, der schwierig zu züchten ist, als Basiskristall umfasst und eine Quantenpunktstruktur mit einer hohen Konzentration von In-Atomen mit kleiner Bandlücke aufweist.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer lichtemittierenden Vorrichtung in einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Tabelle, die den Punktdurchmesser und die Punktdichte von In-Punkten 6, die auf InxGa1-xN als Basiskristall gebildet sind, und das Verhältnis zwischen der In-Konzentration und der GaN-Konzentration der In-Punkte 6 zeigt, wobei die Werte in der Tabelle in mehreren Versuchen ermittelt wurden.
  • 3 eine Tabelle, die den Punktdurchmesser und die Punktdichte von In-Punkten 6, die auf InxGa1-xN als Basiskristall gebildet sind, und das Verhältnis zwischen der In-Konzentration und der GaN-Konzentration der In-Punkte 6 in Bezug auf die Aufwachstemperatur, wenn der Gasdruck beim Wachstum 800 mbar beträgt, zeigt, wobei die Werte in der Tabelle in mehreren Versuchen ermittelt wurden.
  • 4 die In-Punkte, die unter Verwendung eines in einer Richtung geneigten Aufwachssubstrats auf Knicken von Stufen gewachsen sind; und
  • 5 eine Ansicht, die für den Fall eines in mehrere Richtungen geneigten Aufwachssubstrats zeigt, dass die In-Punkte sich am Schnittpunkt von Stufen sammeln, wodurch ein punktförmiger 0-dimensionaler Anregungsbereich gebildet wird.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Im Folgenden sollen verschiedene Beispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann unter Abwandlung der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden. In der vorliegenden Beschreibung kann die Angabe, dass sich ein Element ”auf” einem anderen Element befindet, anzeigen, dass sich das erste Element unmittelbar auf dem zweiten Element befindet oder dass sich das erste Element auf dem zweiten Element befindet, wobei sich noch eine Vielzahl von dritten Elementen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element befinden.
  • Beispiel 1
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer lichtemittierenden Vorrichtung in einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Si-Substrat zum Aufwachsen von Halbleiterkristallen auf GaN-Basis. Als Substrat zum Aufwachsen von Halbleiterkristallen auf GaN-Basis können verschiedene Substrate verwendet werden, etwa ein Saphirsubstrat, ein Siliciumcarbidsubstrat, ein Galliumnitridsubstrat, ein Aluminiumnitridsubstrat und dergleichen. Wenn ein Si-Substrat als Aufwachssubstrat verwendet wird, kann eine Verbundvorrichtung aus lichtemittierender Vorrichtung und integrierter Halbleiterschaltung hergestellt werden.
  • Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Pufferschicht, die BP-Kristalle aufweist. Wenn die Pufferschicht aus BP-Kristall gebildet ist, kann es sich bei den darauf gebildeten Kristallen auf GaN-Basis um Kristalle des Sphalerittyps handeln.
  • Bezugszeichen 3 bezeichnet einen mit Si dotierten Kristall auf GaN-Basis des n-Typs. Da die Pufferschicht 3 aus BP-Kristallen besteht, handelt es sich bei dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs 3 um einen Kristall mit Sphaleritstruktur. Auf dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs 3 ist eine n-Elektrode (Bezugszeichen 9) vorgesehen. Bezugszeichen 4 und Bezugszeichen 7 bezeichnen jeweils einen AlyGa1-yN-Kristall. Auch der AlyGa1-yN-Kristall ist ein Kristall mit Sphaleritstruktur. Zwischen den AlyGa1-yN-Kristallen 4 und 5 befindet sich ein Anregungsbereich (im Folgenden beschrieben). Die Schichten, zwischen denen sich der Anregungsbereich befindet, enthalten Al, so dass ihre Bandlücke ausreichend größer ist als die des Anregungsbereichs. Es sei angemerkt, dass der AlyGa1-yN-Kristall 4 aus folgendem Grund auch wegfallen kann. Die Beweglichkeit eines Defektelektrons ist kleiner als die eines Elektrons. Daher beeinflusst die Abwesenheit des AlyGa1-yNKristalls 4, der die Rolle eines Stoppers für Defektelektronen ausübt, die Lichtausbeute nur unwesentlich.
  • Bezugszeichen 5 bezeichnet AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps, das einen Basiskristall bildet. Bezugszeichen 6 bezeichnet Quantenpunkte aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) (im Folgenden einfach ”In-Punkte” genannt), die innerhalb des Basiskristalls gebildet sind. Die In-Punkte 6 sind auf einer darunterliegenden Schicht gebildet, die auf dem Basiskristall 5 gebildet ist, und auch die Zwischenräume zwischen den In-Punkten 6 sind mit dem Basiskristall 5 gefüllt. Die In-Punkte 6 bilden einen erfindungsgemäßen Anregungsbereich. Die In-Punkte 6 haben eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGazN-Kristall (y ≥ 0, x > 0), bei dem es sich um den Basiskristall handelt. Die In-Punkte 6 weisen aus folgendem Grund vorzugsweise einen Durchmesser von bis zu 100 nm auf. Wenn der Durchmesser der In-Punkte 6 bis zu 100 nm beträgt, ist eine wirkungsvolle Stromkonzentration möglich. Um außerdem einen Quanteneffekt zu erzielen, beträgt der Durchmesser der In-Punkte 6 vorzugsweise bis zu 25 nm.
  • Die Dichte der In-Punkte 6 beträgt vorzugsweise 103/cm2 bis 104/cm2. Wenn die Dichte der In-Punkte 6 derart festgelegt wird, ergibt sich eine Stromdichte, die das Erlangen einer hohen Lichtausbeute ermöglicht.
  • Durch Anpassen der In-Konzentration der In-Punkte 6 kann die Wellenlänge des abzustrahlenden Lichts gesteuert werden. Durch Verändern des Wertes x von AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) von 0,15 auf 0,9 kann die Wellenlänge beispielsweise auf 450 nm bis 850 nm gesteuert werden.
  • Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Kristall auf GaN-Basis des p-Typs. Um den Kristall zu einem p-Kristall zu machen, wird beispielsweise Mg in den Kristall auf GaN-Basis eingebaut. Obwohl nicht dargestellt, ist auf dem Kristall auf GaN-Basis 8 des p-Typs eine p-Elektrode gebildet, wobei sich beispielsweise eine Stromdiffusionsschicht dazwischen befindet.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Für das Kristallwachstum wird stets das MOCVD-Verfahren angewandt. Als Aufwachssubstrat zum Aufwachsen der Kristalle auf GaN-Basis wird ein Si-Substrat 1 vorbereitet, auf dessen Oberfläche als Pufferschicht 2 BP-Kristalle epitaktisch aufwachsen gelassen werden. Bei dem Si-Substrat handelt es sich genauer um ein mit P (Phosphor) dotiertes Si-Substrat des n-Typs. Für das epitaktische Wachstum der BP-Kristalle werden als Ausgangsgas beispielsweise ein Mischgas aus PCl3 (Phosphortrichlorid) und BCl3 (Bortrichlorid) und als Trägergas H2 verwendet. Als weiteres Beispiel für Ausgangsgase lässt sich ein Gasgemisch aus PH3 (Monophosphan) und B2H6 (Diboran) nennen.
  • Durch Verwendung von BP-Kristall als Pufferschicht werden alle darauf aufgewachsenen Kristalle auf GaN-Basis zu Kristallen mit Sphaleritstruktur. Die BP-Kristalldicke beträgt unter Berücksichtigung der Einbringung von Kristallbaufehlern (Versetzungen) vorzugsweise mindestens 100 nm und nach Möglichkeit 150 nm oder mehr. Obwohl in 1 nicht dargestellt, wird auf der Pufferschicht aus BP-Kristall vorzugsweise mithilfe von (CH3)3In(Indiumtrimethyl)-Gas eine In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht (etwa 0,5 nm) aufgebracht, auf der dann der Kristall auf GaN-Basis aufwachsen gelassen wird. Wenn die In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht (etwa 0,5 nm) zwischen der Pufferschicht aus BP-Kristall und dem Kristall auf GaN-Basis bereitgestellt wird, sind die Kristalle auf GaN-Basis ausgezeichnete Kristalle mit Sphaleritstruktur. Die In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht (etwa 0,5 nm), die auf die Pufferschicht aus BP-Kristall gestapelt ist, ist dünn hält somit eine Kristallstruktur des Sphalerittyps aufrecht.
  • Die In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht (etwa 0,5 nm) wird als In-Punkt nachgewiesen, wenn die Kristalle auf GaN-Basis darauf aufwachsen gelassen werden.
  • Wenn die In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht (etwa 0,5 nm) auf die Pufferschicht aus BP-Kristall gestapelt wird und dann die Kristalle auf GaN-Basis darauf gestapelt werden, sind die Kristalle auf GaN-Basis ausgezeichnete Kristalle des Sphalerittyps mit einer geringen Versetzungsdichte. Der Grund dafür ist noch ungeklärt. Die Gitterkonstante des BP-Kristalls beträgt etwa 0,454 nm, und die Gitterkonstante des Kristalls auf GaN-Basis beträgt etwa 0,451 nm. Die Gitterkonstante eines InGaN-Kristalls nimmt zu, wenn der Anteil von In zunimmt. Daher wird angenommen, dass die im vorstehenden Aufwachsverfahren eingebrachte In-Schicht zusammen mit den darüber liegenden Schichten auf GaN-Basis effektiv unpassend Gitterkonstanten angleicht, als ob es eine InGaN-Schicht mit einem vergleichsweise hohen In-Gehalt gäbe.
  • Wenn dementsprechend anstelle der In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht (etwa 0,5 nm) eine InGaN-Schicht mit einer Dicke von 1 bis mehreren Atomschichten (etwa 0,5 bis 2 nm) und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt oder eine InAl-Mischschicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht (etwa 0,5 nm) und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt verwendet wird, lässt sich im Wesentlichen die gleiche Wirkung erzielen.
  • Wird eine InGaN-Schicht mit einer Dicke von 1 bis mehreren Atomschichten (etwa 0,5 bis 2 nm) und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt aufgebracht, wird ein Gasgemisch aus CH3-NH-NH2 (Monomethylhydrazin), (CH3)3Ga (Trimethylgallium) und (CH3)3In (Indiumtrimethyl) verwendet. Die Dicke der InGaN-Schicht beträgt vorzugsweise 1 bis mehrere Atomschichten (etwa 0,5 bis 2 nm). Die InGaN-Schicht ist dünn und erhält somit die Kristallstruktur des Sphalerittyps aufrecht.
  • Wenn eine InAl-Mischschicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht (etwa 0,5 nm) und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt aufgebracht wird, wird ein Gasgemisch aus (CH3)3In (Indiumtrimethyl) und (CH3)3Al (Trimethylaluminium) verwendet. Die Dicke der InAl-Schicht beträgt vorzugsweise 1 bis mehrere Atomschichten (etwa 0,5 bis 2 nm). Die InAl-Mischschicht ist dünn und erhält somit die Kristallstruktur des Sphalerittyps aufrecht.
  • Als Schicht zwischen der Pufferschicht aus BP-Kristall und dem Kristall auf GaN-Basis kann auch eine Übergitterschicht gebildet werden, die eine Stapelstruktur von GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN und eine Gesamtdicke von 14 nm aufweist. Diese Übergitterschicht erhält die Struktur des Sphalerittyps aufrecht. Die Übergitterschicht wird wie folgt gebildet: (1) Eine InGaN-Schicht mit einer Dicke von 1,4 nm wird unter Verwendung eines Gasgemischs aus CH3-NH-NH2 (Monomethylhydrazin), (CH3)3Ga (Trimethylgallium) und (CH3)3In (Indiumtrimethyl) gebildet; und (2) eine GaN-Schicht mit einer Dicke von 1,4 nm wird unter Verwendung eines Gasgemischs aus CH3-NH-NH2 (Monomethylhydrazin) und (CH3)3Ga (Trimethylgallium) gebildet. Die Schritte (1) und (2) werden viermal wiederholt. Somit wird auf der Pufferschicht aus BP-Kristall eine insgesamt 14 nm dicke Übergitterschicht unter Aufrechterhaltung der Struktur des Sphalerittyps gebildet, die eine Stapelstruktur von GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN/GaInN/GaN aufweist.
  • Als Stickstoffquelle wird in der vorstehenden Ausführungsform CH3-NH-NH2 (Monomethylhydrazin) verwendet, doch kann auch DMHy (Dimethylhydrazin) verwendet werden.
  • Auf dem BP-Kristall wird der Kristall auf GaN-Basis des n-Typs 3 gebildet. Als Ausgangsgas für GaN werden beispielsweise Trimethylgallium (Ga(CH3)3, TMG) und Ammoniak (NH3) verwendet. Als Dotierung des n-Typs erfolgt eine Dotierung mit Si. Der Kristall auf GaN-Basis des n-Typs 3 hat eine Sphaleritstruktur.
  • Auf den Kristall auf GaN-Basis des n-Typs 3 wird ein AlyGa1-yN-Kristall 4 aufwachsen gelassen. Als Ausgangsgas für den AlyGa1-yN-Kristall 4 werden beispielsweise Trimethylgallium (TMG), Trimethylaluminium (TMA, (CH3)3Al), Biscyclopentadienylmagnesium (Cp2Mg) und Ammoniak (NH3) verwendet. Als Trägergas, das die Ausgangsstoffe transportiert, wird beispielsweise H2 verwendet.
  • Auf dem AlyGa1-yN-Kristall 4 werden ein AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall 5 (y ≥0, x > 0) und In-Punkte 6 gebildet, deren In-Konzentration höher als die des Basiskristalls 5 ist. Der Basiskristall 5 ist ein Kristall mit Sphaleritstruktur. Der Wert x für AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) kann in einem Bereich von 0,01 bis 0,9 festgelegt werden. Wenn das abgegebene Licht grün sein soll, erfolgt die Ausgangsmaterialzuführung vorzugsweise derart, dass der Wert von x 0,4 beträgt. Wenn das abgegebene Licht blau sein soll, erfolgt die Ausgangsmaterialzuführung vorzugsweise derart, dass der Wert von x 0,3 bis 0,35 beträgt.
  • Als nächstes soll das Verfahren zum Bilden der In-Punkte 6 beschrieben werden. Um den Schluss vorwegzunehmen, hat der Erfinder in Versuchen entdeckt, dass eine Steuerung der In-Konzentration, des Punktdurchmessers und der Punktdichte der In-Punkte 6 durch eine Steuerung der Aufwachstemperatur, der Zuführmenge des In-Ausgangsgases und des Drucks des Ausgangsgases möglich ist.
  • Beispielsweise wird die Aufwachstemperatur des InxGa1-xN-Kristalls auf 700 C eingestellt. Die Ausgangsmaterialkonzentration wird derart festgelegt, dass die In-Konzentration x 0,40 beträgt. Als Aufwachsatmosphärengas wird Stickstoffgas verwendet. Die In-Punkte 6, in denen die In-Konzentration hoch ist, werden derart aufwachsen gelassen, dass unmittelbar nach dem Aufwachsen als In-Punktkern eine Dichte von etwa 109/cm2 vorliegt. Der Durchmesser der In-Punkte 6 liegt in einem Bereich von 10 nm bis 50 nm. Eine Dichte der In-Punkte 6 von 109/cm2 ist zu hoch. Daher wird als nächstes bei gleicher In-Ausgangsgasmenge die Substrattemperatur auf 800°C erhöht. Unter diesen Bedingungen werden Bereiche mit übermäßigem In-Gehalt (im Folgenden ”In-Überschussbereich”) und Bereiche mit geringem In-Gehalt (im Folgenden ”In-Reduzierter Bereich”) noch weiter voneinander getrennt. Außerdem kommt es zum Beispiel zu einer Verschmelzung der In-Punkte 6. In-Punkte 6 mit vergleichsweise großem Durchmesser wachsen, während In-Punkte 6 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser von den In-Punkten 6 mit vergleichsweise großem Durchmesser absorbiert werden.
  • Anschließend beträgt die Dichte der In-Punkte 6 etwa 104/cm2. 104/cm2 bedeutet eine Stromdichte, bei der eine hohe Lichtausbeute erlangt werden kann. Damit wird ein optischer Anregungsbereich gebildet, der die In-Punkte 6 enthält. Damit Licht mit einer gewünschten Wellenlänge emittiert werden kann, kann zur Steuerung der In-Konzentration in den In-Punkten 6 die Konzentration des Atmosphärengases verändert werden. Insbesondere wird die Menge des zugeführten TMI-Gases (Indiumtrimethylgases) oder DMI-Gases (Dimethylindiumgases) verändert. Ein Grund dafür besteht darin, dass es in Stickstoffgas die Tendenz gibt, dass bei Erhöhung der Durchflussmenge [Partialdruck] von TMI(Indiumtrimethyl)-Gas erhöht sich auch die In-Konzentration in den In-Punkten erhöht. Alternativ dazu kann dem Stickstoffgas Wasserstoffgas beigemischt werden. Bereits das Zusetzen einer Wasserstoffgasmenge von etwa 5% zu dem Stickstoffgas senkt die In-Konzentration im Kristall. Der Grund dafür ist, dass unter Bedingungen mit hoher Substrattemperatur (beispielsweise 700 C oder mehr) die Löslichkeit der In-Atome im Wasserstoffgas hoch ist. Indem unter Bedingungen mit hoher Substrattemperatur (beispielsweise 700 C oder mehr) bei konstanten Temperatur- und Druckbedingungen dem Stickstoffgas Wasserstoffgas beigemischt wird, wird somit die In-Konzentration in den In-Punkten 6 gesenkt. Die Konzentration des Atmosphärengases kann in dieser Weise verändert werden, so dass die In-Konzentration in den In-Punkten 6 gesenkt wird. Die In-Konzentration in den In-Punkten 6 kann eingestellt werden, so dass die Wellenlänge des von der LED mit hoher Lichtstärke emittierten Lichts auf eine dem Ultraviolettlicht entsprechende Wellenlänge von 250 nm bis 420 nm gesteuert wird. Der InxGa1-xN-Basiskristall wächst unabhängig vom Wert x unter Beibehaltung der Sphaleritstruktur.
  • Wenn der Wert x von InxGa1-xN 0,2 oder weniger beträgt, ist die Trennung zwischen In-reduziertem Bereich und In-Überschussbereich nicht einfach. In diesem Fall kann nach dem Aufwachsen des InxGa1-xN-Kristalls etwa 15 Minuten lang eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, wobei die Substrattemperatur von etwa 800 C auf etwa 650°C gesenkt wird. Dies bewirkt eine Trennung von In-Überschussbereich und In-reduziertem Bereich. Auch die Durchführung wenigstens einer Wärmebehandlung mit Temperatursenkung bewirkt eine Trennung von In-Überschussbereich und In-reduziertem Bereich. Auch wenn die Wärmebehandlung mit Senkung der Substrattemperatur während des Kristallschichtwachstums durchgeführt wird, wird im Wesentlichen die gleiche Wirkung erlangt. Während also das InxGa1-xN bei 700 C aufwachsen gelassen wird, wird die Substrattemperatur auf 650°C oder weniger gesenkt. Durch diese Temperatursenkung findet eine Trennung von In-Überschussbereich und In-reduzierten Bereich statt, und somit wächst der In-Überschussbereich.
  • Wird beim Aufwachsen des InxGa1-xN-Kristalls ein derartiger Aufwachsversuch unternommen, dass x = 0,2 wird, kann während des Aufwachsens des InxGa1-xN-Kristalls die Zuführmenge des TMI-Gases erhöht und eine Regulierung der Zusammensetzung vorgenommen werden, die eine leichtere Trennung des In-Überschussbereichs und des In-reduzierten Bereichs des gewachsenen Kristalls bewirkt. Wird beispielsweise die Gaszuführmenge 10 Minuten lang derart verändert, dass der Wert x für die TMI-Menge etwa 0,5 beträgt, findet eine Trennung des In-Überschussbereichs und des In-reduzierten Bereichs statt.
  • Wie oben beschrieben, können die In-Konzentration, der Punktdurchmesser und die Punktdichte der In-Punkte 6 dadurch gesteuert werden, dass man die Wärmebehandlung mit Temperatursenkung während der Durchführung des Wachstums durchführt, dass man die Wärmebehandlung mit Temperatursenkung nach dem Ende des Wachstums durchführt oder dass man die Zufuhrmenge des Gases verändert. Es ist auch eine Kombination der Wärmebehandlung mit Temperatursenkung während des Aufwachsprozesses mit der Veränderung der Zufuhrgasmenge oder eine Kombination der Wärmebehandlung mit Temperatursenkung nach dem Aufwachsprozess und mit der Veränderung der Zufuhrgasmenge möglich, um die In-Konzentration, den Punktdurchmesser und die Punktdichte der In-Punkte 6 zu steuern.
  • Tabelle 1 aus 2 und Tabelle 2 aus 3 zeigen den Punktdurchmesser und die Punktdichte der mit InxGa1-xN als Basiskristall gebildeten In-Punkte 6 und das Verhältnis zwischen In-Konzentration und GaN-Konzentration bei In-Punkten 6 in Bezug auf die Aufwachstemperatur und den Aufwachsdruck des Gases. Die Werte in den Tabellen stammen aus einer Vielzahl von Versuchen. In diesen Tabellen ist die Zuführmenge des Ausgangsgases konstant. Die Dichte der In-Punkte 6 ist, wenn der Druck des Einsatzgases 800 mbar beträgt, höher, als wenn der Druck des Einsatzgases 500 mbar beträgt. Wenn die Aufwachstemperatur von 550°C bis 600°C beträgt, sind die In-Punkte 6 fadenförmig und erstrecken sich leicht nach oben. Wenn die Aufwachstemperatur von 650°C bis 700°C beträgt, sind die In-Punkte 6 punktförmig. Wenn die Aufwachstemperatur 750°C oder mehr beträgt, ist In flüssig oder wie flüssig, was eine instabile Form bedeutet, und somit kann der Durchmesser der In-Punkte 6 nicht gemessen werden.
  • Aus Tabelle 1 aus 2 und Tabelle 2 aus 3 geht hervor, dass die Dichte der In-Punkte 6 höher ist, wenn der Materialgasdruck zunimmt.
  • Die In-Konzentration, der Punktdurchmesser und die Punktdichte der In-Punkte 6, die aus AlyInxGa1-y-xN, das weiterhin Al enthält, als Basiskristall gebildet sind, sind ebenfalls steuerbar. Bei Al-haltigen In-Punkten 6 mit einem AlzAlyInxGa1-y-xN-Kristall als Basiskristall sind die Kristalle in der Umgebung der Al-haltigen In-Punkte 6, bei denen es sich um die aktive Schicht handelt, AlyInxGa1-y-xN-Kristalle mit großer Bandlücke. Dies steigert die Lichtausbeute weiter. Im Folgenden soll die Steuerung der In-Konzentration 6, des Punktdurchmessers und der Punktdichte der Al-haltigen In-Punkte 6, die aus AlyInxGa1-y-xN als Basiskristall gebildet sind, beschrieben werden. Der AlyInxGa1-y-xN-Kristall gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf dem BP-Kristall aufwachsen gelassen und ist somit ein Kristall mit Sphaleritstruktur.
  • Beim Aufwachsen des AlyInxGa1-y-xN-Kristalls wird das Al-Ausgangsgas derart zugeführt, dass der sein Anteil im Kristall (y) etwa 0,3 beträgt. Das Ausgangsgas für In wird so zugeführt, dass die Menge an In in dem Kristall, nämlich der Wert von x, kleiner als 0,1 ist. Wenn das Wachstum bei einer Aufwachstemperatur von 770°C durchgeführt wird, werden In-Punkte 6 gebildet, die eine gewisse Menge an Al enthalten (im Folgenden kurz als ”In-Punkte 6” bezeichnet). Die In-Punkte 6 werden unmittelbar nach Beginn des Aufwachsens in einer Dichte von 106/cm2 als Keim des In-Punkts aufwachsen gelassen. Dabei beträgt der Durchmesser der In-Punkte 6. von 10 nm bis 20 nm. Eine Dichte der In-Punkte 6 von 106/cm2 ist zu hoch.
  • Als nächstes wird die Substrattemperatur auf 900°C angehoben, ohne dass die Menge des Al-Ausgangsgases und des In-Ausgangsgases verändert wird. In diesem Zustand vergrößert sich die Trennung zwischen In-Überschussbereich und In-reduziertem Bereich. Das heißt, es kommt zu einer Verschmelzung der In-Punkte 6. In-Punkte 6 mit vergleichsweise großem Durchmesser wachsen, und die In-Punkte 6 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser werden von den In-Punkten 6 mit vergleichsweise großem Durchmesser absorbiert. Anschließend beträgt die Dichte der In-Punkte 6 etwa 103/cm2. Wenn die Dichte der In-Punkte 6 etwa 103/cm2 beträgt, wird eine Stromdichte erreicht, mit der eine hohe Lichtausbeute erreicht wird. Damit wird ein enthaltende optischer Anregungsbereich gebildet, der die In-Punkte 6 enthält.
  • Damit Licht mit einer gewünschten Wellenlänge emittiert werden kann, kann die In-Konzentration in den In-Punkten dadurch gesteuert werden, dass man das Atmosphärengas verändert. Beispielsweise kann die Menge des zugeführten TMI-Gases verändert werden. Wird die Durchflussmenge [Partialdruck] von TMI(Indiumtrimethyl)-Gas im Stickstoffgas erhöht, erhöht sich nämlich tendenziell auch die In-Konzentration in den In-Punkten. Alternativ dazu kann dem Stickstoffgas etwa 5% Wasserstoffgas beigemischt werden. In diesem Fall lässt sich die In-Konzentration in den In-Punkten 6 ungefähr halbieren. Der Grund dafür ist, dass bei einer vergleichsweise hohen Substrattemperatur von zum Beispiel 700°C die Löslichkeit der In-Atome im Wasserstoffgas hoch ist. Indem unter Bedingungen mit hoher Substrattemperatur (beispielsweise 700°C oder mehr) bei konstanten Temperatur- und Druckbedingungen dem Stickstoffgas Wasserstoffgas beigemischt wird, wird somit die In-Konzentration in den In-Punkten 6 gesenkt.
  • Im Falle der In-Punkte 6 mit AlyInxGa1-y-xN als Basiskristall ist die Beziehung zwischen dem Punktdurchmesser, der Punktdichte und dem Verhältnis der In-Konzentration und GaN-Konzentration bei der Aufwachstemperatur und dem Gasaufwachsdruck im Wesentlichen dieselbe wie im Falle von In-Punkten 6 mit InxGa1-xN als Basiskristall. Daher ist die Dichte von In-Punkten 6 mit AlyInxGa1-y-xN als Basiskristall in dem Fall, dass die Zufuhrmenge jeder Art von Ausgangsgas dieselbe ist, dann, wenn der Ausgangsgasdruck 800 mbar beträgt, höher, als wenn der Ausgangsgasdruck 500 mbar beträgt. Es sei angemerkt, dass im Falle von AlyInxGa1-y-xN die Aufwachstemperatur in einer Größenordnung von 100°C bis 200°C höher ist als im Falle von InxGa1-xN. Wenn die Aufwachstemperatur daher von 650°C bis 800°C beträgt, sind die In-Punkte 6 fadenförmig und erstrecken sich leicht nach oben. Wenn die Aufwachstemperatur von 750°C bis 900°C beträgt, sind die In-Punkte 6 punktförmig. Wenn die Aufwachstemperatur 1000°C oder mehr beträgt, ist In flüssig oder wie flüssig, was eine instabile Form bedeutet, und somit kann der Durchmesser der In-Punkte 6 nicht gemessen werden.
  • Auch bei In-Punkten 6 mit AlyInxGa1-y-xN als Basiskristall erhöht sich mit steigendem Ausgangsgasdruck die Dichte der In-Punkte 6.
  • Wie oben beschrieben, ist eine Steuerung der In-Konzentration, des Punktdurchmessers und der Punktdichte der In-Punkte 6 durch die Aufwachstemperatur, die Zuführmenge des In-Ausgangsgases und des Ausgangsgasdrucks möglich. Im Folgenden wird ein Verfahren zum stabileren Bilden der In-Punkte 6 beschrieben.
  • Abwandlungsbeispiel 1
  • Ein Si-Substrat, auf dem Kristalle auf GaN-Basis wachsen gelassen werden sollen, ist in der Richtung von der Ebene (100) zur Ebene (110) in einem Winkel im Bereich von 5 Grad bis 10 Grad geneigt ist. Das resultierende Kristallsubstrat wird für epitaktisches Aufwachsen verwendet. Nach dem Aufwachsen von BP-Kristall auf dem Si-Substrat erfolgte eine Dotierung mit Si, um einen Kristall auf GaN-Basis des n-Typs wachsen zu lassen. Der Kristall auf GaN-Basis des n-Typs hat eine Sphaleritstruktur. Auf einer Ebene des Kristalls auf GaN-Basis des n-Typs werden in ungefähr gleichmäßigen Abständen Stufen aufwachsen gelassen. Der Stufenabstand steht mit dem Neigungswinkel der Fläche, der Ebene, den dotierten Verunreinigungen und dergleichen in Beziehung. Wenn beispielsweise die Verunreinigungskonzentration 1018/cm3 übersteigt, verlangsamt sich das Wachstum, und durch den Bunching-Effekt erhöhen sich die Stufen (einige Dutzend Atomschichten), und der Stufenabstand erweitert sich. Vorzugsweise wird dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs Silicium mit einer Konzentration von 5 × 1018/cm3 bis 5 × 1020/cm3 zugesetzt. In diesem Beispiel beträgt die Verunreinigungskonzentration 5 × 1018/cm3. Nach dem Aufwachsen des Kristalls auf GaN-Basis des n-Typs wird die Substrattemperatur auf 750°C oder weniger abgesenkt, und es wird Ausgangsgas zum Aufwachsen des AlyInxGa1-y-xN-Kristalls (y ≥ 0, x > 0) zugeführt.
  • Der AlyInxGa1-y-xN-Kristall (y ≥ 0, x > 0) wurde bei einem Wert von etwa 0,15 für x unter Verwendung von 100% Stickstoffgas als Atmosphärengas ungleichmäßig aufwachsen gelassen. Dann wurde in derselben Atmosphäre die Substrattemperatur auf 850°C oder mehr angehoben, und danach wurden In-haltige Teilchen in einer Stickstoffatmosphäre mit 3% Wasserstoffgas etwa 10 Minuten lang an der Kristalloberfläche wandern gelassen. Anschließend sammelten sich, wie in 4 gezeigt, In-haltige Kristalle an den Stufen, die um 5 bis 8 μm voneinander entfernt waren, wodurch eine lineare eindimensionale aktive Schicht gebildet wurde.
  • Bei diesem Aufwachsverfahren ist eine Steuerung der Aufwachsgeschwindigkeit und der Aufwachstemperatur wichtig, um den Abstand zwischen den Stufen, die auf dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs, der zuerst entsteht, gebildet sind, genau steuern zu können. Wird bei einem weiten Stufenabstand und einer Annäherung der Oberfläche an einen flachen Zustand zum Zeitpunkt des Aufwachsens des AlyInxGa1-y-xN-Kristalls (y ≥ 0, x > 0) die Aufwachstemperatur erhöht, wachsen hauptsächlich In-Punkte heran. Wird die Aufwachstemperatur dagegen gesenkt, entstehen aus In Quantendrähte. Ob In-Punkte oder Quantendrähte aus dem In entstehen, hängt stark von der Aufwachsrate ab. Wenn die Aufwachsrate hoch ist, entstehen Quantendrähte aus dem In, während, wenn die Aufwachsrate niedrig ist, In-Punkte aus dem In entstehen. Durch Steuern der KristallAufwachstemperatur im vorliegenden ersten Abwandlungsbeispiel ist es möglich, der Anwendung entsprechend entweder In-Punkte oder In-Quantendrähte herzustellen.
  • Abwandlungsbeispiel 2
  • Ein Si-Substrat wird von der Ebene (100) zur Ebene (110) unter einem Winkel im Bereich von 5 Grad bis 10 Grad und von der Ebene (100) zur Ebene (111) unter einem Winkel im Bereich von 5 Grad bis 10 Grad geneigt. Das resultierende Kristallsubstrat wird für epitaktisches Wachstum verwendet. Nach dem Aufwachsen von BP-Kristall auf dem Si-Substrat erfolgt eine Dotierung mit Si, und ein Kristall auf GaN-Basis des n-Typs wird aufwachsen gelassen. Der Kristall auf GaN-Basis des n-Typs hat eine Sphaleritstruktur. Auf einer Ebene des Kristalls auf GaN-Basis des n-Typs werden in im Wesentlichen gleichmäßigen Abständen Stufengitter aufwachsen gelassen. Der Stufenabstand steht mit der Neigung der Ebene, den dotierten Verunreinigungen und dergleichen in Beziehung. wenn der Neigungswinkel der Ebene erhöht wird, wird der Abstand zwischen den Stufen enger. Mit erhöhter Konzentration der zugesetzten Verunreinigungen erweitert sich der Stufenabstand leicht, und die Stufen werden höher (Bunching-Effekt). Bezüglich der Verunreinigungen wird dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs vorzugsweise Silicium in einer Konzentration von 5 × 1018/cm3 bis 5 × 1020/cm3 zugesetzt. In diesem Beispiel wird dem Kristall auf GaN-Basis des n-Typs als Verunreinigung Silicium in einer Konzentration von 5 × 1018/cm3 zugesetzt. Nach dem Wachsen des Kristalls auf GaN-Basis des n-Typs wird die Substrattemperatur auf 750°C oder weniger gesenkt, und zum Aufwachsen eines AlyInxGa1-y-xN-Kristalls (x = 0,15) wird das Ausgangsgas für AlyInxGa1-y-xN etwa 1 Minute lang zugeführt. Als Atmosphärengas wird 100% Stickstoffgas verwendet. Als nächstes wird die Substrattemperatur in gleicher Atmosphäre auf 850°C oder mehr erhöht, woraufhin an der Oberfläche des AlyInxGa1-y-xN-Kristalls (y ≥ 0, x > 0) in einer Mischatmosphäre aus Stickstoffgas und Wasserstoffgas mit 10% Wasserstoffgas etwa 15 Minuten lang eine Migration von In-haltigen Teilchen erfolgt. Anschließend sammeln sich In-haltige Kristalle, und zwar sammeln sich In-Punkte an den Schnittpunkten der Stufen, wodurch ein punktförmiger 0-dimensionaler Anregungsbereich gebildet wird. Dieser Zustand ist in 5 gezeigt.
  • Abwandlungsbeispiel 3
  • Abwandlung 3 betrifft eine Struktur des Anregungsbereichs nach dem Aufwachsen der In-Punkte 6 mit InxGa1-xN als Basiskristall. Nach dem Wachsen eines Basiskristalls 5 aus InxGazN (y ≥ 0, x > 0) und dem Aufwachsen von In-Punkten 6, deren In-Konzentration höher als die des Basiskristalls 5 ist (in einem Zustand, bei dem die Lücke zwischen den In-Punkten 6 nicht mit dem InxGazN-Basiskristall 5 (y ≥ 0, x > 0) gefüllt sind), auf dem Basiskristall 5 wird die Substrattemperatur von 800°C um 100°C bis 200°C gesenkt, während die Zuführmenge des Ga-Ausgangsgases etwa verdoppelt wird. Daraufhin wächst unvollständig kristallisiertes amorphes InxGa1-xN, dessen In-Konzentration niedriger ist als die der In-Punkte 6, derart, dass es den Zwischenraum zwischen den In-Punkten 6 füllt, und der Zwischenraum zwischen den In-Punkten 6 wird durch das unvollständig kristallisierte amorphe InxGa1-xN ausgefüllt. Damit wird die Oberfläche abgeflacht. In diesem Abwandlungsbeispiel wird der Zwischenraum zwischen den In-Punkten 6 also nicht mit Basiskristall aus InxGa1-xN, sondern mit unvollständig kristallisiertem amorphem InxGa1-xN ausgefüllt, dessen In-Konzentration im Vergleich zu den In-Punkten 6 niedrig ist.
  • Die In-Punkte 6 sind in amorphem InxGa1-xN, dessen elektrischer Widerstand hoch ist, begraben, und daher sammeln sich die Defektelektronen und Elektronen an den In-Punkten, und es erfolgt bevorzugt eine Rekombination. Somit wird das Licht effizient emittiert. Die In-Konzentration des unvollständig kristallisierten amorphen InxGa1-xN ist niedriger als die der In-Punkte 6, und daher weist es eine Bandlücke auf, die größer ist als die der In-Punkte. Dadurch wird auch die Lichtausbeute erhöht.
  • Je nach lichtemittierender Vorrichtung wird ein reproduzierbarer KristallAufwachsprozess benötigt. Ein Halbleiterlaser mit hoher Lichtstärke, ein mehrfarbiger Halbleiterlaser und dergleichen verlangen beispielsweise, dass ein Epitaxieverfahren, chemisches Ätzen, ein Verarbeitungsschritt und dergleichen mehrmals wiederholt werden. Bei solchen Produkten müssen stabilere Quantenpunkte stabiler erzeugt werden. Insbesondere um die Wärmebehandlung oder dergleichen zu überstehen, erfordert ein solches Produkt Quantenpunkte mit einer stabilen Kristallstruktur.
  • Abwandlung 4
  • Dazu wird ein in mehrere Richtungen geneigtes Substrat verwendet, das dadurch erhalten wird, dass man ein Si-Kristallsubstrat neigt, das eine Ebene (100) unter einem Winkel im Bereich von 3 Grad bis 10 Grad zu einer Ebene (110) und unter einem Winkel im Bereich von 3 Grad bis 10 Grad zu einer Ebene (111) aufweist. Es wird ein in zwei Richtungen geneigter Si-Substratkristall verwendet. Auf dem Substrat wird ein BP-Kristall gezüchtet, und darauf wird ein Kristall auf GaN-Basis des n-Typs epitaktisch aufwachsen gelassen. Wenn der Kristall auf GaN-Basis des n-Typs um etwa 1 μm gewachsen ist, wird das Substrat aus dem Reaktor genommen. Das aus dem Reaktor genommene Substrat wird beispielsweise mittels einer Kaliumhydroxid-Lösung (KOH) bei 150°C etwa 10 Minuten lang geätzt. Anschließend wird es gewaschen, damit kein Kalium am Substrat zurückbleibt. Wird das Substrat in dieser Phase mikroskopisch betrachtet, ist zu erkennen, dass die Ebene (100) in alle vier Richtungen in einem Abstand von etwa 100 nm von geneigten Stufen umgeben ist. Es handelt sich um eine Struktur mit einer weiteren Vertiefung der Stufen aus 5.
  • Das Substrat wird wieder in den Reaktor für epitaktisches Wachstum gelegt, und ein In0,25Ga0,75N-Kristall wird in einem Atmosphärengas, bei dem es sich um Stickstoffgas oder Stickstoffgas, das 1% bis 5% Wasserstoff enthält, aufwachsen gelassen. Die Aufwachstemperatur liegt in einem Bereich von 300°C bis 550°C, so dass die Unterschiede in der Aufwachsgeschwindigkeit aufgrund der Ebenenrichtungen deutlich zutage treten. Beispielsweise wird die Aufwachstemperatur in einer Anfangsphase auf 500°C eingestellt, und wenn der In0,25Ga0,75N-Kristall als Basiskristall in einer Schichtdicke von beispielsweise 10 bis 70 Atomschichten, beziehungsweise einer Dicke von 30 nm bis 100 nm, aufwachsen gelassen wurde, wird die Substrattemperatur dann auf 400°C eingestellt, und es wird etwa 10 Minuten lang eine Wärmebehandlung durchgeführt, wobei sich an den Schnittpunkten von Knicken In-Punkte 6 sammeln.
  • Durch die 10 Minuten dauernde Wärmebehandlung wachsen an den Knicken in der Oberfläche des In0,25Ga0,75N-Basiskristalls In-Punkte, deren In-Konzentration höher als die des In0,25Ga0,75N-Basiskristalls ist. Die In-Punkte 6 wachsen als In-Punkte 6 des Sphalerittyps, ebenso wie der Basiskristall. In diesem Fall beträgt der maximale Durchmesser der In-Punkte 6 etwa 20 nm. Somit ist der Anregungsbereich gebildet.
  • In diesem Beispiel wurde mithilfe einer Kaliumhydroxid-Lösung (KOH) bei 150°C etwa 10 Minuten lang geätzt. Vorzugsweise wird bereits vor dem Ätzen an Positionen, an denen sich In-Punkte 6 bilden sollen, im Voraus eine Laserbestrahlung vorgenommen, um die Ätzrate zu steigern. So können die geneigten Stufen vertieft werden, und die In-Punkte 6 können leichter an den von den geneigten Stufen umgebenen Stellen wachsen.
  • Falls beim Ätzen mittels Kaliumhydroxid (KOH) oder heißer Oxosäure (HPO3) die Schnittpunkte der an der Ebene (100) auftretenden Knicke nicht gut hervortreten, kann Folgendes durchgeführt werden. Nach dem Wachsen des Kristalls auf GaN-Basis des n-Typs wird unabhängig vom Neigungswinkel der Oberfläche des Aufwuchssubstrats auf dessen Oberfläche eine etwa 20 nm dicke Kristallschicht aus SiN3 aufgebracht, und durch Plasmaätzen und dergleichen werden in Abständen Löcher mit einem Durchmesser von 30 nm bis 100 nm gebildet, damit die Quantenpunkte besser wachsen können.
  • Abwandlungsbeispiel 5
  • Im Folgenden soll ein Verfahren zum Herstellen von Ga-Überschusspunkten mit AlyGa1-yN-Kristall als Basiskristall (im Folgenden als ”Ga-Punkte” bezeichnet) beschrieben werden. Die Kristallstruktur des AlyGa1-yN-Kristalls ist vom Sphalerittyp, und bei einem Wert von y unter 0,8 weist der AlyGa1-yN-Kristall die Eigenschaft eines Kristalls mit direktem Übergang auf.
  • Das AlyGa1-yN Ausgangsgas wird derart zugeführt, dass der Al-Anteil und der Ga-Anteil des AlyGa1-yN-Kristalls jeweils 0,5 betragen. Die Aufwachstemperatur beträgt beispielsweise 900°C. Die Substrattemperatur wird nun auf beispielsweise 1000°C erhöht. Infolgedessen beginnt ein Kristall zu wachsen, während ein Al-Überschussbereich und ein Ga-Überschussbereich voneinander getrennt sind. Die Ga-Punkte werden unmittelbar nach Beginn des Aufwachsens als Ga-Punktkern mit einer Dichte von etwa 108/cm2 aufwachsen gelassen. Dabei beträgt der Durchmesser der Ga-Punkte von 50 nm bis 100 nm. Eine solche Dichte der Ga-Punkte ist zu hoch. Daher wird als nächstes bei gleicher Ga-Ausgangsgasmenge die Substrattemperatur auf etwa 1100°C erhöht. In diesem Zustand vergrößert sich die Trennung zwischen Ga-Überschuss und Al-Überschuss. Die Ga-Punkte beginnen zu verschmelzen. Ga-Punkte mit vergleichsweise großem Durchmesser wachsen und absorbieren Ga-Punkte mit vergleichsweise kleinem Durchmesser. Anschließend beträgt die Dichte der Ga-Punkte etwa 103/cm2. In dem Fall, dass die Dichte der Ga-Punkte 103/cm2 beträgt, wird eine Stromdichte erreicht, bei der man eine effiziente Lichtemission erhält. Auf diese Weise wird der die Ga-Punkte aufweisende optische Anregungsbereich gebildet.
  • Damit Licht der gewünschten Wellenlänge abgegeben werden kann, kann die Ga-Konzentration in den Ga-Punkten gesteuert werden. Das Steuern der Ga-Konzentration kann mittels Veränderung des Atmosphärengases erfolgen. Beispielsweise kann die Menge des zugeführten Ga-Gases erhöht werden. Beispielsweise kann die Menge des zugeführten Ga-Gases von 70000 cm3/s auf 100000 cm3/s erhöht werden, um die Ga-Konzentration in den Ga-Punkten zu steigern. Um die Bandlücke der Ga-Punkte im Vergleich zum Basiskristall aus AlyGa1-yN-Kristall zu verkleinern, kann beim Aufwachsprozess der Ga-Punkte auch In-Ausgangsgas zugeführt werden, und es können Ga-Punkte aufwachsen gelassen werden, in die mehr In eingebracht wurde als in den Basiskristall aus AlyGa1-yN-Kristall. Die Ga-Konzentration in den Ga-Punkten kann in einem Bereich von 0,4 bis 0,9 gesteuert werden, so dass die Wellenlänge des von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierten Lichts 200 nm, 300 nm oder 350 nm beträgt.
  • Halbleiterlaser
  • Wenn die erfindungsgemäßen In-Punkte 6 als Anregungsbereich eines Halbleiterlasers verwendet werden, werden die In-Punkte 6 vorzugsweise derart gebildet, dass sie Periodizität aufweisen. Daher werden die In-Punkte 6 vorzugsweise, wie in Abwandlungsbeispiel 1 bis 4 gezeigt, an den gebildeten Stufen oder Knicken usw. gebildet, die in ungefähr gleichen Abständen an der Oberfläche des Kristalls auf GaN-Basis des n-Typs auftreten, der auf der Oberfläche des mit einer Neigung versehenen Aufwachssubstrats aufwachsen gelassen wurde.
  • Vorzugsweise sind die vorderen Randbereiche der In-Punkte 6 außerdem nicht in dem Basiskristall aus AlyInxGa1-y-xN-Kristall (y ≥ 0, x > 0) vergraben, sondern verbleiben auf dem Basiskristall. Darauf wird mit Mg dotiertes GaN des p-Typs aufwachsen gelassen, und dann wird eine weitere AlyGa1-y-xN-Schicht mit einer anderen Konzentration des Al aufwachsen gelassen. Auf diese Weise können zwei oder mehr Arten von AlyGa1-xN-Schichten aufwachsen gelassen werden. Dieser Konfiguration gemäß kann ein Halbleiterlaser mit geringem Stromverbrauch hergestellt werden. Die Struktur, bei der die vorderen Randbereiche der In-Punkte 6 außerdem nicht in den Basiskristall aus AlyInxGa1-y-xN-Kristall vergraben werden, sondern auf dem Kristall des Basiskristalls verbleiben und darauf mit Mg dotiertes GaN des p-Typs aufwachsen gelassen wird, kann auch auf eine LED angewendet werden. Eine LED mit einer solchen Struktur emittiert bereits dann Licht, wenn eine niedrige Spannung angelegt wird, und weist den Vorteil auf, wenig Strom zu verbrauchen.
  • Struktur, die die Rekombination der Ladungsträger fördert
  • Für die vorstehend beschriebene lichtemittierende Vorrichtung mit einem Anregungsbereich aus In-Punkten oder Ga-Punkten soll nun eine Struktur zur Förderung der Rekombination der Ladungsträger beschrieben werden. Beispielsweise handelt es sich hier bei dem Aufwachssubstrat um ein Si-Substrat, das in der Richtung von der Ebene (100) zur Ebene (110) um 8 Grad geneigt ist. Auf dem Si-Substrat wird ein BP-Kristall des n-Typs, der mit Si-Element dotiert wurde, aufwachsen gelassen. Der BP-Kristall wird unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Kristallbaufehler (Versetzungen) eingeführt werden können, in einer Dicke von wenigstens 200 nm aufwachsen gelassen. Auch wenn der BP-Kristall in einer Dicke von etwa 300 nm aufwachsen gelassen wird, wird der Neigungswinkel des Aufwachssubstrats im Wesentlichen beibehalten. Anschließend wird auf dem BP-Kristall ein Mischgas aus TMA (Trimethylaluminium) und TMI (Indiumtrimethyl) bei einer Substrattemperatur von 470°C in einer Stickstoffatmosphäre dem Substrat zugeführt, und es wird eine Mischmetallschicht aus Al und In mit 1 bis 15 Atomlagen auf den BP-Kristall aufgebracht. Die Mischmetallschicht aus Al und In wird vorzugsweise in einer Dicke von 2 bis 5 Atomlagen aufgebracht. Wird In bzw. Al in einer Dicke von 2 bis 5 Atomlagen auf der gesamten Fläche aufgebracht, wachsen die danach übereinander zu stapelnden Schichten erfolgreich.
  • Das Verhältnis von Al zu In in der Mischmetallschicht aus Al und In beträgt Al:In = 80%:20%. Auch hier kann als Verunreinigung Si zugesetzt werden. Anschließend wird bei etwa 600°C ein Kristall auf GaN-Basis des n-Typs aufwachsen gelassen. Dabei wird unmittelbar oberhalb des BP-Kristalls ein AlyInxGa1-y-xN-Kristall mit einer hohen Al-Konzentration aufwachsen gelassen, dessen Bandlücke größer ist als die des Kristalls auf GaN-Basis. Dadurch ergibt sich eine Struktur, die beim Herstellen einer optischen Vorrichtung die Rekombination der Ladungsträger im Anregungsbereich fördern kann.
  • Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung erfolgte bis zu dieser Stelle anhand einer einzelnen Schicht zum Bilden des Anregungsbereichs, doch können auch mehrere Schichten zum Bilden des Anregungsbereichs hergestellt werden, und die Ansprüche der vorliegenden Erfindung können selbstverständlich auch auf die Herstellung derartiger aktiver Schichten angewendet werden.
  • Die Beschreibung erfolgte ferner vor allem anhand eines Si-Substrats als Aufwachssubstrat, doch kann anstelle von Si auch ein anderes Kristallsubstrat verwendet werden, wie z. B. SiC-Substratkristall, GaAs-Substratkristall, Saphirsubstrat oder dergleichen. Auch wenn ein Saphirsubstrat oder dergleichen verwendet wird, ist mit einer ausreichenden Wirkung durch die Neigung des Substrats zu rechnen.
  • Ferner erfolgte die Beschreibung anhand einer optischen Vorrichtung, doch kann der Quantenpunkte aufweisende Anregungsbereich der vorliegenden Erfindung natürlich auch auf Feldeffekttransistoren, pnp- oder npn-Bipolartransistoren und diese enthaltende Vorrichtungen usw., die diese enthalten, angewandt werden. Es liegt auf der Hand, dass die vorliegend erörterten Konfigurationen und Merkmale insbesondere bei kombinierten Formen von elektronischer Vorrichtung und optischer Vorrichtung nützlich sind.

Claims (10)

  1. Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: ein Si-Substrat (1); eine Pufferschicht (2), die auf dem Si-Substrat (1) gebildet ist, wobei die Pufferschicht (2) einen BP-Kristall enthält; einen Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs, der auf der den BP-Kristall enthaltenden Pufferschicht (2) gebildet ist; und einen Anregungsbereich, der einen AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps, der auf dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs gebildet ist, und Quantenpunkte (6) aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0), die im Inneren des AlyInxGa1-y-xN-Basiskristalls (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps gebildet sind und eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps aufweisen, enthält, und eine In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht zwischen der Pufferschicht (2) und dem Kristall (3) auf GaN-Basis oder eine InGaN-Schicht mit einer Dicke 0,5 bis 2 nm und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt oder eine InAl-Mischschicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt.
  2. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs Silicium als Verunreinigung zugesetzt ist.
  3. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs zugesetzten Siliciums von 5 × 1018 pro cm3 bis 5 × 1020 pro cm3 beträgt.
  4. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Si-Substrat (1) ein Kristallsubstrat ist, das als Ergebnis der Tatsache erhalten wurde, dass es von der Ebene (100) zur Ebene (110) unter einem Winkel in einem Bereich von 5 Grad bis 10 Grad geneigt ist.
  5. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Si-Substrat (1) ein Kristallsubstrat ist, das als Ergebnis der Tatsache erhalten wurde, dass es von der Ebene (100) zur Ebene (110) unter einem Winkel in einem Bereich von 5 Grad bis 10 Grad und von der Ebene (100) zur Ebene (111) in einem Bereich von 5 Grad bis 10 Grad geneigt ist.
  6. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs Silicium als Verunreinigung zugesetzt ist.
  7. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs zugesetzten Siliciums zwischen 5 × 1018 pro cm3 und 5 × 1020 pro cm3 beträgt.
  8. Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: ein Si-Substrat (1); eine auf dem Si-Substrat (1) gebildete Pufferschicht (2), wobei die Pufferschicht (2) einen BP-Kristall enthält; einen Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs, der auf der den BP-Kristall enthaltenden Pufferschicht (2) gebildet ist; einen auf dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs gebildeten AlyGa1-yN-Kristall mit Sphaleritstruktur; und einen Anregungsbereich, der einen AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps, der auf dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs gebildet ist, und Quantenpunkte (6) aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0), die im Inneren des AlyInxGa1-y-xN-Basiskristalls (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps gebildet sind und eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps aufweisen, enthält; und eine In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht zwischen der Pufferschicht und dem Kristall (3) auf GaN-Basis oder eine InGaN-Schicht mit einer Dicke von 0,5 bis 2 nm und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt oder eine InAl-Mischschicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt, wobei die Oberfläche des Anregungsbereichs durch unvollständig kristallisiertes amorphes InxGa1-xN geglättet ist, das derart gebildet ist, dass es Zwischenräume zwischen den Quantenpunkten (6) aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) ausfüllt.
  9. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die In-Konzentration des unvollständig kristallisierten amorphen InxGa1-xN geringer als die In-Konzentration der Quantenpunkte (6) aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) ist.
  10. Halbleiterlaser, umfassend: ein Si-Substrat (1); eine auf dem Si-Substrat (1) gebildete Pufferschicht (2), wobei die Pufferschicht (2) einen BP-Kristall enthält; einen Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs, der auf der den BP-Kristall enthaltenden Pufferschicht (2) gebildet ist; einen auf dem GaN-Kristall des n Typs gebildeten AlxGa1-yN-Kristall mit Sphaleritstruktur; einen Anregungsbereich, der einen AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps, der auf dem Kristall (3) auf GaN-Basis des n-Typs gebildet ist, und Quantenpunkte (6) aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) (5), die im Inneren des AlyInxGa1-y-xN-Basiskristalls (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps gebildet sind und eine höhere In-Konzentration als der AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) des Sphalerittyps aufweisen, enthält; und eine In-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht zwischen der Pufferschicht und dem Kristall (3) auf GaN-Basis oder eine InGaN-Schicht mit einer Dicke von 0,5 bis 2 nm und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt oder eine InAl-Mischschicht mit einer Dicke von etwa 1 Atomschicht und einem vergleichsweise hohen In-Gehalt, wobei vordere Randbereiche der Quantenpunkte (6) aus AlyInxGa1-y-xN (y ≥ 0, x > 0) nicht in dem AlyInxGa1-y-xN-Basiskristall (y ≥ 0, x > 0) (5) des Sphalerittyps eingebettet sind.
DE112014002691.3T 2013-06-05 2014-05-30 Anregungsbereich, der Nanopunkte (auch als "Quantenpunkte" bezeichnet) in einem Matrixkristall umfasst, der auf Si-Substrat gezüchtet wurde und aus AlyInxGa1-y-xN-Kristall (y ≧ 0, x > 0) mit Zinkblendestruktur (auch als "kubisch" bezeichnet) besteht, und lichtemittierende Vorrichtung (LED und LD), die unter Verwendung desselben erhalten wurde Active DE112014002691B4 (de)

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