DE112017003419B4

DE112017003419B4 - Halbleiterschichtenfolge

Info

Publication number: DE112017003419B4
Application number: DE112017003419.1T
Authority: DE
Inventors: Werner Bergbauer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: CN109417113B; DE102016112294A1; CN109417113A; WO2018007427A1; US10840411B2; JP2019519923A; DE112017003419A5; JP6670401B2; US20190326476A1

Abstract

Halbleiterschichtenfolge (1) mit- einem n-leitenden n-Bereich (2),- einem p-leitenden p-Bereich (5), und- einer dazwischenliegenden aktiven Zone (4) mit mindestens einem Quantentopf (41), die dazu eingerichtet ist, eine Strahlung zu erzeugen, wobei- die Halbleiterschichtenfolge (1) aus dem Materialsystem AlInGaN ist,- der n-Bereich (2) ein Übergitter (20) umfasst,- das Übergitter (20) eine sich mindestens dreimal wiederholende Struktureinheit (25) aufweist,- die Struktureinheit (25) aus mindestens einer AlGaN-Schicht (21), mindestens einer GaN-Schicht (22, 24) und mindestens einer InGaN-Schicht (23) gebildet ist, und- die Struktureinheit (25) eine Dicke von mindestens 2 nm und von höchstens 15 nm aufweist,- sich zwischen der aktiven Zone (4) und dem Übergitter (20) eine Zwischenschicht (3) befindet und ein Abstand zwischen der aktiven Zone (4) und dem Übergitter (20) mindestens 4 nm und höchstens 20 nm beträgt,- die Zwischenschicht (3) aus n-dotierten GaN-Schichten und aus n-dotierten InGaN-Schichten zusammengesetzt ist, sodass die Zwischenschicht (3) frei von Aluminium ist,- innerhalb der Zwischenschicht (3) hochdotierte Bereiche vorliegen mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 5 × 10181/cm3, und- die Zwischenschicht (3) unmittelbar an die aktive Zone (4) und das Übergitter (20) grenzt.

Description

Es wird eine Halbleiterschichtenfolge angegeben.
In der Druckschrift EP 2 369 643 A2 ist eine Licht emittierende Diode angegeben.
Die Druckschrift US 2007 / 0 145 406 A1 betrifft ein Licht emittierendes Nitrid-Halbleiterbauelement.
Die Druckschrift WO 2013/ 147 453 A1 beschreibt eine Licht emittierende Diode auf der Basis von Galliumnitrid.
In der Druckschrift KR 10 2016 0 019 622 A ist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement angegeben.
Die Druckschrift JP 2012 - 222 362 A beschreibt ein Licht emittierendes Nitrid-Halbleiterbauelement.
Die Druckschrift US 2011 / 0 240 957 A1 betrifft ein Licht emittierendes Gruppe III-Nitrid-Halbleiterbauelement.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Halbleiterschichtenfolge anzugeben, die nahultraviolette Strahlung emittiert und die bei höheren Temperaturen eine hohe Effizienz aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterschichtenfolge mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge einen n-leitenden n-Bereich auf. Der n-Bereich ist durchgehend oder zumindest überwiegend n-dotiert, beispielsweise mit Silizium und/oder Germanium. Es ist möglich, dass sich in dem n-Bereich dünne, undotierte Schichten befinden. Dünn bezeichnet in diesem Fall insbesondere eine Dicke von höchstens 12 nm oder 8 nm oder 5 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge einen p-leitenden p-Bereich. Eine p-Dotierung ist insbesondere durch Magnesium oder Beryllium erzeugt. Wie es auch für den n-Bereich gilt, kann der p-Bereich durchgehend p-dotiert sein oder dünne, undotierte Schichten umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine aktive Zone. Die aktive Zone befindet sich zwischen dem n-Bereich und dem p-Bereich und kann unmittelbar an den n-Bereich und/oder an den p-Bereich angrenzen. In der aktiven Zone befinden sich ein oder mehrere Quantentöpfe und/oder mindestens ein pn-Übergang. Bevorzugt handelt es sich bei der aktiven Zone um eine Multi-Quantentopfstruktur mit mehreren Quantentöpfen und mit dazwischenliegenden Barriereschichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die aktive Zone zur Erzeugung einer Strahlung eingerichtet. Bei der Strahlung handelt es sich insbesondere um UVA-Strahlung. Eine Wellenlänge maximaler Intensität der im bestimmungsgemäßen Betrieb der aktiven Zone erzeugten Strahlung liegt insbesondere bei mindestens 365 nm oder 385 nm und/oder bei höchstens 480 nm oder 415 nm oder 405 nm oder 400 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die aktive Zone und die Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung einer inkohärenten Strahlung eingerichtet. Mit anderen Worten wird keine Laserstrahlung erzeugt. Dies bedeutet, dass die Halbleiterschichtenfolge für eine Leuchtdiode, kurz LED, eingerichtet ist. Die Halbleiterschichtenfolge befindet sich somit bestimmungsgemäß innerhalb einer Leuchtdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterial Al_nIn_1-n-mGa_mN, kurz AlInGaN, hergestellt und basiert auf diesem Material, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Wird im Folgenden als Material GaN angegeben, so gilt n = 0 und m = 1, im Falle von AlGaN gilt n + m = 1 und für InGaN gilt n = 0. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, Ga, In und N, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Stoffe mit einer Konzentration von höchstens 5 × 10¹⁶ 1/cm³ oder
2 × 10¹⁷ 1/cm³ werden vorliegend vernachlässigt und/oder lediglich als Verunreinigungen betrachtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der n-Bereich ein Übergitter, insbesondere genau ein Übergitter. Übergitter bedeutet in diesem Zusammenhang zum Beispiel, dass sich eine Struktureinheit periodisch innerhalb des Übergitters wiederholt. Insbesondere weist das Übergitter eine sich mindestens drei Mal wiederholende Struktureinheit auf. Es wiederholt sich die Struktureinheit bevorzugt im Rahmen der Herstellungstoleranzen identisch innerhalb des Übergitters.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Struktureinheit aus mindestens einer AlGaN-Schicht, mindestens einer GaN-Schicht und mindestens einer InGaN-Schicht gebildet. Mit anderen Worten besteht die Struktureinheit bevorzugt aus AlGaN-Schichten, GaN-Schichten und InGaN-Schichten. Weiterhin ist bevorzugt mindestens ein Teil der Schichten der Struktureinheit n-dotiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Struktureinheit eine Dicke von mindestens 1,5 nm oder 2 nm oder 3 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Struktureinheit bei höchstens 15 nm oder 10 nm oder 7 nm. Bevorzugt weist die Struktureinheit eine Dicke von mindestens 4 nm und/oder höchstens 6 nm auf.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge einen n-leitenden n-Bereich und einen p-leitenden p-Bereich sowie eine dazwischenliegende aktive Zone. Die aktive Zone beinhaltet mindestens einen Quantentopf und ist dazu eingerichtet, eine Strahlung zu erzeugen. Die Halbleiterschichtenfolge ist aus dem Materialsystem AlInGaN und der n-Bereich umfasst ein Übergitter. Das Übergitter weist eine sich mindestens drei Mal wiederholende Struktureinheit auf. Dabei ist die Struktureinheit aus mindestens einer AlGaN-Schicht, mindestens einer GaN-Schicht und mindestens einer InGaN-Schicht gebildet. Eine Dicke der Struktureinheit liegt zwischen einschließlich 2 nm und 15 nm.
Ähnlich zu Elektronenblockierschichten können Schichten mit einem hohen Aluminiumgehalt in einem n-Bereich dazu verwendet werden, um zu verhindern, dass Löcher in den n-Bereich entweichen, ohne dass eine strahlende Rekombination stattfindet. Weiterhin können Schichten mit einem hohen Aluminiumgehalt als Barrieren zwischen Quantentöpfen eingesetzt werden. Jedoch zeigen Schichten mit einem hohen Aluminiumgehalt direkt an einer aktiven Zone oder innerhalb einer aktiven Zone verschiedene Nachteile und Schwierigkeiten auf. So führen Schichten mit einem hohen Aluminiumgehalt innerhalb einer GaN-Matrix zu Zugverspannungen und somit zur Gefahr von Rissen. Durch Gitterfehlanpassungen von Schichten mit einem hohen Aluminiumgehalt, im Vergleich zu GaN-Schichten, kann sich eine Qualität des Halbleitermaterials verschlechtern. Ebenso ist eine höhere Vorwärtsspannung möglich. Weiterhin sind Schichten mit einem hohen Aluminiumgehalt in der Regel bei höheren Temperaturen zu wachsen, um eine ausreichende Materialqualität zu erreichen. Höhere Temperaturen können allerdings dazu führen, dass Passivierungen und Reduzierungen von Verunreinigungen, etwa durch Indium-haltige Schichten, nur eingeschränkt oder nicht wirken.
Durch das hier beschriebene Übergitter mit Aluminium-haltigen Schichten anstelle von reinen InGaN- oder GaN-Schichten sind diese Nachteile vermeidbar und gleichzeitig ist eine verbesserte Temperaturstabilität erreichbar. Insbesondere ist durch die Vielzahl an AlInGaN-Schichten in dem Übergitter ein Löcherblockiereffekt erreichbar, während ein hinreichender Abstand zu einer kritischen Dicke der einzelnen AlGaN-Schichten gegeben ist. Weiterhin ist ein Passivierungseffekt vor metallischen Verunreinigungen, insbesondere an einer Wafer-Oberfläche, durch die Verwendung von InGaN-Schichten zwischen AlGaN-Schichten und GaN-Schichten in dem Übergitter erreichbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Struktureinheit aus den nachfolgenden vier Schichten zusammengesetzt, wobei die vier Schichten bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge vorliegen und unmittelbar aufeinander folgen: Die AlGaN-Schicht, eine erste GaN-Schicht, die InGaN-Schicht und eine zweite GaN-Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste und die zweite GaN-Schicht gleich gestaltet. Das heißt, bestimmungsgemäß unterscheiden sich die erste und die zweite GaN-Schicht dann hinsichtlich ihrer Dicken und Dotierungen nicht oder nicht signifikant. Alternativ ist es möglich, dass die erste und die zweite GaN-Schicht unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei bevorzugt die erste GaN-Schicht dicker ist als die zweite GaN-Schicht. Beispielsweise unterscheiden sich die Dicken der ersten und der zweiten GaN-Schicht um mindestens einen Faktor 1,5 und/oder um höchstens einen Faktor 3 voneinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Struktureinheit aus den nachfolgenden drei Schichten zusammengesetzt, wobei die Schichten bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge vorliegen und unmittelbar aufeinander folgen: Die AlGaN-Schicht, die GaN-Schicht und die InGaN-Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle Struktureinheiten innerhalb des Übergitters gleich gestaltet. Alternativ ist es möglich, dass zwei oder mehr als zwei Arten von Struktureinheiten innerhalb des Übergitters vorhanden sind. Beispielsweise kann eine der Struktureinheiten mit vier Schichten und eine weitere Struktureinheit mit nur drei Schichten gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Struktureinheit drei, vier oder mehr als vier Teilschichten auf. Insbesondere weist die Struktureinheit höchstens acht oder höchstens sechs Teilschichten auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die AlGaN-Schicht eine mittlere Dicke von mindestens 0,3 nm oder 0,4 nm oder 0,6 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Dicke der AlGaN-Schicht bei höchstens 8 nm oder 5 nm oder
3 nm oder 2 nm. Bevorzugt liegt die Dicke der AlGaN-Schicht bei mindestens 0,6 nm und/oder bei höchstens 1,5 nm. Im Rahmen der Herstellungstoleranzen weist die AlGaN-Schicht eine gleichbleibende Dicke über die Halbleiterschichtenfolge hinweg auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Dicke von zumindest einer der GaN-Schichten oder von allen GaN-Schichten bei mindestens 0,2 nm oder 0,4 nm oder 0,6 nm und/oder bei höchstens 6 nm oder 3 nm oder 1,5 nm. Die GaN-Schicht oder die GaN-Schichten weisen bevorzugt eine gleichbleibende, nicht variierte Dicke über die Halbleiterschichtenfolge hinweg auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Dicke der InGaN-Schicht bei mindestens 0,4 nm oder 0,6 nm oder 0,8 nm. Alternativ oder zusätzlich weist die InGaN-Schicht eine mittlere Dicke von höchstens 8 nm oder 6 nm oder 4 nm oder 2 nm auf. Wie auch die anderen Schichten des Übergitters weist die InGaN-Schicht bevorzugt eine gleichmäßige, nicht variierte Dicke auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Aluminiumanteil der AlGaN-Schicht bei mindestens 5 % oder 10 % und/oder bei höchstens 50 % oder 30 % oder 25 % oder 20 %. Bevorzugt liegt der Aluminiumanteil bei mindestens 10 % und/oder bei höchstens 15 %. Die Prozentangaben bezeichnen den Wert von x in der Schreibweise Al_xGa_1-xN, zum Beispiel 20 % bedeuten x = 0,2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Indiumanteil der InGaN-Schicht bei mindestens 0,5 % oder 1 % oder 2 %. Alternativ oder zusätzlich liegt der Indiumanteil bei höchstens 10 % oder 6 % oder 4 %. Die Prozentangaben beziehen sich auf den Wert y in der Schreibweise In_yGa_1-yN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Aluminiumanteil in der AlGaN-Schicht um mindestens einen Faktor 3 oder 4 oder 5 größer als der Indiumanteil in der InGaN-Schicht. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Faktor bei höchstens 10 oder 8 oder 5.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die AlGaN-Schicht und die InGaN-Schicht gleich dick. Dies gilt insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 1 nm oder 0,5 nm oder 0,2 nm oder, im Rahmen der Herstellungstoleranzen und Messtoleranzen, exakt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die AlGaN-Schicht undotiert.
Alternativ ist es möglich, dass eine Dotierung in die AlGaN-Schicht eingebracht ist, insbesondere ein n-Dotierung. Damit kann das gesamte Übergitter durchgehend dotiert, bevorzugt n-dotiert, sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die InGaN-Schicht und/oder eine der GaN-Schichten oder alle GaN-Schichten der Struktureinheit des Übergitters n-dotiert, insbesondere mit Silizium. Dabei liegt eine Dotierstoffkonzentration bevorzugt bei mindestens 5 × 10¹⁷ 1/cm³ oder 1 × 10¹⁸ 1/cm³. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dotierstoffkonzentration bei höchstens 5 × 10¹⁹ 1/cm³ oder 1 × 10¹⁹ 1/cm³.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wiederholt sich die Struktureinheit mindestens 7-mal oder 10-mal oder 15-mal in dem Übergitter. Alternativ oder zusätzlich ist die Struktureinheit höchstens 50-mal oder 40-mal oder 30-mal in dem Übergitter vorhanden. Dabei folgen die einzelnen Struktureinheiten innerhalb des Übergitters bevorzugt direkt aufeinander, so dass das Übergitter aus den sich wiederholenden Struktureinheiten bestehen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Übergitter um eine Löcherbarriere. Mit anderen Worten wird, insbesondere durch die AlGaN-Schichten, verhindert, dass Löcher das Übergitter passieren können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen der aktiven Zone und dem Übergitter eine oder mehrere Zwischenschichten. Dabei ist die Zwischenschicht n-dotiert, insbesondere mit demselben Dotierstoff und derselben Dotierstoffkonzentration wie die dotierten Schichten der Struktureinheit des Übergitters.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Abstand zwischen der aktiven Zone und dem Übergitter bei mindestens 3 nm oder 4 nm oder 6 nm und/oder bei höchstens 30 nm oder 20 nm oder 12 nm. Mit anderen Worten grenzt das Übergitter dann nicht direkt an die aktive Zone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Zwischenschicht aus mehreren GaN-Schichten und aus mehreren InGaN-Schichten zusammengesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Zwischenschicht frei von Aluminium. Mit anderen Worten besteht die Zwischenschicht aus Ga, N und optional In, wobei Dotierungen wie Silizium unberücksichtigt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die Zwischenschicht direkt an die aktive Zone und an das Übergitter. Somit ist ein Bereich zwischen der aktiven Zone und dem Übergitter frei von Aluminium.
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 und 2 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolgen,
3 eine schematische Schnittdarstellung einer Abwandlung einer Halbleiterschichtenfolge, und
4 eine schematische Darstellung einer Abhängigkeit einer Wellenlänge maximaler Intensität einer emittierten Strahlung von einer Effizienz.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiterschichtenfolge 1 für eine Leuchtdiode dargestellt. Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst einen n-leitenden n-Bereich 2, einen p-leitenden p-Bereich 5 und eine dazwischenliegende aktive Zone 4. Der p-Bereich 5 befindet sich an einem Kontakt 8, der insbesondere als Anode gestaltet ist. Bei dem Kontakt 8 kann es sich um einen Schichtenstapel aus metallischen Schichten oder aus metallischen Schichten zusammen mit Schichten aus transparenten leitfähigen Oxiden wie ITO handeln. Abweichend von der Darstellung in 1 kann der p-Bereich 5 aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein und insbesondere eine Elektronenbarriereschicht und eine Kontaktschicht beinhalten.
Bei der aktiven Zone 4 handelt es sich um eine Multi-Quantentopfstruktur. Die aktive Zone 4 weist mehrere Quantentöpfe 41 auf, zwischen denen sich jeweils Barriereschichten 42 befinden. Die Quantentöpfe 41 sind bevorzugt aus InGaN gestaltet und zur Emission von Strahlung mit einer Wellenlänge L maximaler Intensität zwischen 385 nm und 405 nm eingerichtet. Die Barriereschichten 42 sind bevorzugt aus GaN oder aus einer Kombination aus GaN und AlGaN-Schichten gebildet. Abweichend von der Darstellung in 1 können sich auch jeweils mehrere verschiedene Barriereschichten zwischen zwei benachbarten Quantentöpfen 41 befinden. Die aktive Zone 4 kann mit einem der Quantentöpfe 41 enden und mit einem der Quantentöpfe 41 beginnen. Abweichend von der Darstellung in 1 ist es auch möglich, dass die aktive Zone 4 mit einer der Barriereschichten 42 endet und/oder beginnt.
Der n-Bereich 2 umfasst ein Übergitter 20. In dem Übergitter 20 wiederholen sich Struktureinheiten 25 mehrmals unmittelbar entlang einer Wachstumsrichtung G der Halbleiterschichtenfolge. Die Struktureinheiten 25 sind bevorzugt identisch zueinander aufgebaut, im Rahmen der Herstellungstoleranzen.
Jede der Struktureinheiten 25 weist eine AlGaN-Schicht 21 auf. Eine Dicke der AlGaN-Schicht 21 liegt beispielsweise bei ungefähr 1 nm, ein Aluminiumgehalt liegt bei ungefähr 10 %. Auf die undotierte AlGaN-Schicht 21 folgt direkt eine erste GaN-Schicht 22, die dotiert ist. Eine Dicke der ersten GaN-Schicht 22 liegt bei ungefähr 0,5 nm.
Der ersten GaN-Schicht 22 folgt eine n-dotierte InGaN-Schicht 23 nach. Ein Indiumanteil liegt in der InGaN-Schicht 23 bei ungefähr 3 % und deren Dicke liegt bei ungefähr 1 nm. Direkt auf die InGaN-Schicht 23 folgt eine zweite GaN-Schicht 24 nach, die ebenfalls n-dotiert ist und die eine Dicke von ungefähr 0,5 nm aufweist.
Abweichend von der Darstellung der 1 können auch Struktureinheiten 25 mit unterschiedlichem Aufbau in dem Übergitter 20 vorliegen, wobei es bevorzugt ist, dass alle Struktureinheiten 25 identisch gestaltet sind. Weiterhin abweichend von der in 1 gezeigten Darstellung ist es möglich, dass die ersten und zweiten GaN-Schichten 22, 24 unterschiedliche Dicken und/oder Dotierungen aufweisen. Entlang der Wachstumsrichtung G unmittelbar vor dem Übergitter 20 befindet sich optional eine weitere n-dotierte n-Schicht 6. Bei der n-Schicht 6 kann es sich etwa um eine Stromaufweitungsschicht oder um eine Pufferschicht handeln. Beispielsweise befindet sich die weitere n-Schicht 6 direkt an einem Träger 7, bei dem es sich um ein Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 1 handeln kann.
Der n-Bereich 2 umfasst eine Zwischenschicht 3. Die Zwischenschicht 3 grenzt direkt an das Übergitter 20 und an die aktive Zone 4, insbesondere an einen der Quantentöpfe 41.
Gemäß 1 sind die AlGaN-Schichten 21 undotiert. Alternativ können auch die AlGaN-Schichten 21 n-dotiert sein, sodass dann bevorzugt das gesamte Übergitter 20 n-dotiert ist. Entsprechendes kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen gelten.
Beim Ausführungsbeispiel der 2 ist die Struktureinheit 25 nur durch drei Teilschichten gebildet. So weist die Struktureinheit 25 jeweils die AlGaN-Schicht 21, die GaN-Schicht 22 und die InGaN-Schicht 23 auf.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen wiederholt sich die Struktureinheit 25 bevorzugt mindestens 15-mal und/oder höchstens 25-mal, insbesondere ungefähr 20-mal.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist die Zwischenschicht 3 aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt, insbesondere aus n-dotierten GaN-Schichten und n-dotierten InGaN-Schichten. Dabei liegen innerhalb der Zwischenschicht 3 relativ hochdotierte Bereiche vor. Hochdotierte bedeutet zum Beispiel eine Dotierstoffkonzentration von mindestens
5 × 10¹⁸ 1/cm³ oder 1 × 10¹⁹ 1/cm³ oder 2 × 10¹⁹ 1/cm³ und/oder von höchstens 8 × 10¹⁹ 1/cm³ oder 5 × 10²⁰ 1/cm³.
Alternativ oder zusätzlich bedeutet relativ hochdotierte Bereiche, dass diese Bereiche höher dotiert sind als die Schichten 22, 23, 24 des Übergitters 20, beispielsweise um mindestens einen Faktor 2 oder 5 oder 10 höher dotiert.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 2 dem der 1.
In 3 ist eine Abwandlung 10 der Halbleiterschichtenfolge illustriert. Auch in dieser Abwandlung 10 ist ein Übergitter 20 vorhanden, jedoch sind die Struktureinheiten 25 nur durch zwei Schichten gebildet, nämlich einer InGaN-Schicht 23 und einer GaN-Schicht 24. Es ist möglich, dass in dieser Abwandlung 10 eine separate, nicht gezeichnete Löcherbarriere zwischen dem Übergitter 20 und der aktiven Zone 4 vorhanden ist. Eine solche nicht gezeichnete Löcherbarriere, gebildet durch eine oder durch zwei AlGaN-Schichten, führt jedoch zu einer Verschlechterung einer Materialqualität der aktiven Zone 4.
In 4 ist in Abhängigkeit von der Wellenlänge L maximaler Intensität der in der aktiven Zone 4 erzeugten Strahlung ein Quotient Q dargestellt. Der Quotient Q bezeichnet einen Lichtstrom bei einer Temperatur der aktiven Zone von 120 °C geteilt durch einen Lichtstrom bei einer Temperatur der aktiven Zone von 25 °C. Dabei sind in 4 die Halbleiterschichtenfolge 1 der 1 etwa mit der Abwandlung 10 der 3 verglichen. Zu erkennen ist in 4, dass bei höheren Temperaturen der aktiven Zone 4 die hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge 1 eine relativ gesehen höhere Effizienz aufweist als die Abwandlung 10.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterschichtenfolge
2: n-leitender n-Bereich
20: Übergitter
21: AlGaN-Schicht
22: GaN-Schicht
23: InGaN-Schicht
24: GaN-Schicht
25: Struktureinheit
3: Zwischenschicht
4: aktive Zone
41: Quantentopf
42: Barriereschicht
5: p-leitender p-Bereich
6: weitere n-Schicht
7: Träger
8: Kontakt
10: Abwandlung einer Halbleiterschichtenfolge
G: Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge
L: Wellenlänge maximaler Intensität in nm
Q: Quotient von Lichtströmen bei 120 °C und 25 °C

Claims

Halbleiterschichtenfolge (1) mit - einem n-leitenden n-Bereich (2), - einem p-leitenden p-Bereich (5), und - einer dazwischenliegenden aktiven Zone (4) mit mindestens einem Quantentopf (41), die dazu eingerichtet ist, eine Strahlung zu erzeugen, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (1) aus dem Materialsystem AlInGaN ist, - der n-Bereich (2) ein Übergitter (20) umfasst, - das Übergitter (20) eine sich mindestens dreimal wiederholende Struktureinheit (25) aufweist, - die Struktureinheit (25) aus mindestens einer AlGaN-Schicht (21), mindestens einer GaN-Schicht (22, 24) und mindestens einer InGaN-Schicht (23) gebildet ist, und - die Struktureinheit (25) eine Dicke von mindestens 2 nm und von höchstens 15 nm aufweist, - sich zwischen der aktiven Zone (4) und dem Übergitter (20) eine Zwischenschicht (3) befindet und ein Abstand zwischen der aktiven Zone (4) und dem Übergitter (20) mindestens 4 nm und höchstens 20 nm beträgt, - die Zwischenschicht (3) aus n-dotierten GaN-Schichten und aus n-dotierten InGaN-Schichten zusammengesetzt ist, sodass die Zwischenschicht (3) frei von Aluminium ist, - innerhalb der Zwischenschicht (3) hochdotierte Bereiche vorliegen mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 5 × 10¹⁸ 1/cm³, und - die Zwischenschicht (3) unmittelbar an die aktive Zone (4) und das Übergitter (20) grenzt.
Halbleiterschichtenfolge (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Struktureinheit (25) aus den nachfolgenden vier Schichten in der angegebenen, unmittelbaren Reihenfolge zusammengesetzt ist: - der AlGaN-Schicht (21), - einer ersten GaN-Schicht (22), - der InGaN-Schicht (23), und - einer zweiten GaN-Schicht (24).
Halbleiterschichtenfolge (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die erste und die zweite GaN-Schicht (22, 24) gleich gestaltet sind.
Halbleiterschichtenfolge (1) nach Anspruch 2, bei der die erste und die zweite GaN-Schicht (22, 24) unterschiedliche Dicken aufweisen.
Halbleiterschichtenfolge (1) nach Anspruch 1, bei der die Struktureinheit (25) aus den nachfolgenden drei Schichten in der angegebenen, unmittelbaren Reihenfolge zusammengesetzt ist: - der AlGaN-Schicht (21), - der GaN-Schicht (22), und - der InGaN-Schicht (23).
Halbleiterschichtenfolge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - eine mittlere Dicke der AlGaN-Schicht (21) zwischen einschließlich 0,4 nm und 5 nm liegt, - eine mittlere Dicke zumindest einer GaN-Schicht (22, 24) zwischen einschließlich 0,2 nm und 3 nm liegt, - eine mittlere Dicke der InGaN-Schicht (23) zwischen einschließlich 0,6 nm und 6 nm liegt, und - die AlGaN-Schicht (21) dicker ist als die zumindest eine GaN-Schicht (22, 24).
Halbleiterschichtenfolge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Aluminiumanteil der AlGaN-Schicht (21) zwischen einschließlich 5 % und 30 % und ein Indiumanteil der InGaN-Schicht (23) zwischen einschließlich 0,5 % und 10 % liegt, wobei der Aluminiumanteil größer ist als der Indiumanteil.
Halbleiterschichtenfolge (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der der Aluminiumanteil der AlGaN-Schicht (21) zwischen einschließlich 10 % und 20 % und der Indiumanteil der InGaN-Schicht (23) zwischen einschließlich 1 % und 6 % liegt, wobei die AlGaN-Schicht (21) und die InGaN-Schicht (23) mit einer Toleranz von höchstens 0,5 nm gleich dick sind.
Halbleiterschichtenfolge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die AlGaN-Schicht (21) undotiert ist und die InGaN-Schicht (23) sowie die zumindest eine GaN-Schicht (22, 24) mit Silizium n-dotiert sind mit einer Dotierstoffkonzentration zwischen einschließlich 1 × 10¹⁸ 1/cm³ und 1 × 10¹⁹ 1/cm³.
Halbleiterschichtenfolge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich die Struktureinheit (25) mindestens siebenmal und höchstens 30-mal wiederholt, wobei das Übergitter (20) aus den sich direkt aufeinanderfolgend und sich wiederholenden Struktureinheiten (25) besteht.
Halbleiterschichtenfolge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Übergitter (20) eine Löcherbarriere ist.
Halbleiterschichtenfolge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die aktive Zone (4) zur Erzeugung von Strahlung mit einer Wellenlänge (L) maximaler Intensität zwischen einschließlich 365 nm und 405 nm eingerichtet ist, wobei es sich bei der Strahlung um inkohärente Strahlung handelt und die Halbleiterschichtenfolge (1) für eine Leuchtdiode eingerichtet ist.