EP1407496A1 - Galliumnitrid-basierte led und ihr herstellungsverfahren - Google Patents

Galliumnitrid-basierte led und ihr herstellungsverfahren

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EP1407496A1
EP1407496A1 EP02754397A EP02754397A EP1407496A1 EP 1407496 A1 EP1407496 A1 EP 1407496A1 EP 02754397 A EP02754397 A EP 02754397A EP 02754397 A EP02754397 A EP 02754397A EP 1407496 A1 EP1407496 A1 EP 1407496A1
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EP
European Patent Office
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compound semiconductor
light
layer
gallium nitride
quantum film
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Withdrawn
Application number
EP02754397A
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Berthold Hahn
Andreas Hangleiter
Volker HÄRLE
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the light emitting device based on a gallium nitride-based compound semiconductor according to the present
  • the known compound semiconductors based on gallium nitride have a very high dislocation density.
  • the growth of the light-emitting layer 2 is controlled in a targeted manner when the double heterostructure 9 is formed on the substrate 5 or the buffer layer 6.
  • the growth conditions such as growth temperature, V / III ratio, V / V ratio, growth rate, carrier gas composition, addition of different types of surfactants (eg In, Si) and the like
  • dislocations 10 result from an under of the light-emitting layer 2 layer pack 3, 6 in the area of the light-emitting layer 2, to growth changes in the vicinity of such dislocations 10.
  • These growth changes can be recognized, for example, by so-called V-defects, which are a clear indication of reduced growth rates at the point of the defect.

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  • Led Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters vorgeschlagen, mit einer lichtemittierenden Schicht (2) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, die aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist; einer ersten Überzugsschicht (3), die mit der ersten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht (2) verbunden und aus einem n-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet; und einer zweiten Überzugsschicht (4), die mit der zweiten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht (2) verbunden und aus einem p-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet. Zur Verbesserung der Lumineszenzausbeute der Vorrichtung (1) ist die Dicke der lichtemittierenden Schicht (2) in der Nähe von Versetzungen (10) geringer als im übrigen Be-reich ausgebildet.

Description

GALLIUMNITRID-BASIERTE LED UND IHR HERSTELLUNGSVERFAHREN
Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalb- leiters und lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters gemäß dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 18.
Zu lichtemittierenden Vorrichtungen oder Schichten gehören"'im folgenden Zusammenhang auch Vorrichtungen oder Schichte'h,' die nur oder unter anderem UV-Strahlung oder IR-Strahlung emittieren.
Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis - dies sind III- V-Verbindungshalbleiter die unter anderem Ga und N enthalten, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN) , Galliumaluminiumnitrid (GaAlN) , Indiumgalliumnitrid (InGaN) und Indiumaluminiumgalliumnitrid (InAlGaN) - haben eine direkte Bandlücke im Be- reich von 1,95 bis 6 eV und eignen sich deshalb gut für lichtemittierende Vorrichtungen, wie zum Beispiel Leuchtdioden oder Laserdioden.
Eine lichtemittierende Vorrichtung auf der Basis eines Galli- umnitrid-basierten Verbindungshalbleiters liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung bereits vor, wenn eine lichtemittierende Struktur der Vorrichtung mindestens eine Schicht aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis enthält.
Es wurde festgestellt, dass beispielsweise mit einer aktiven, d.h. lichtemittierenden Schicht in Form eines oder mehrerer sogenannter Quantenfilme aus InGaN Leuchtdioden herstellbar sind, die im grünen (500nm) , blauen (450 nm) oder violetten Spektralbereich (405 nm) in einem relativ engen Wellenlängenbereich (d.h. einer relativ kleinen FWHM) mit einer sehr hohen Lumineszenzausbeute abstrahlen. Derartige Leuchtdioden werden beispielsweise durch metallorganische chemische Abscheidung (MOCVD) einer GaN-Pufferschicht , einer mit Silizium dotierten GaN-Schicht, einer mit Silizium dotierten AlGaN- Schicht, einer ersten Uberzugsschicht aus mit Silizium dotiertem InGaN, der aktiven, beispielsweise undotierten InGaN- Schicht, einer zweiten Uberzugsschicht aus mit Magnesium dotiertem AlGaN und einer mit Magnesium dotierten GaN-Schicht aufgebaut. Für blaue Leuchtdioden wird als aktive Schicht beispielsweise In0,2Ga0,8 und für violette Leuchtdioden wird als aktive Schicht beispielsweise In0,o9Ga0,9N gewählt. Eine solche lichtemittierende Vorrichtung ist zum Beispiel in S. Nakamura et al . : „High-Power InGaN Single-Quantum-Well- Structure Blue and Violet Light-Emitting Diodes", Appl . Phys . Lett. 67 (1995), Seiten 1868-1870 beschrieben.
Weiter ist aus der EP 0 599 224 Bl eine lichtemittierende
Vorrichtung bekannt, auf welcher der Oberbegriff von Patentanspruch 1 basiert. Diese lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters weist eine Doppel-HeteroStruktur auf, mit - einer lichtemittierenden Schicht mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, die aus einem InxGaι-xN-Verbin- dungshalbleiter mit 0 < x < 1 gebildet ist;
- einer ersten Uberzugsschicht, die mit der ersten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht verbunden und aus einem n-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet; und
- einer zweiten Uberzugsschicht, die mit der zweiten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht verbunden und aus einem p-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjeni- gen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet . Zur Verbesserung der Leuchtdichte bzw. der Lichtemissions-Ausgangsleistung ist die lichtemittierende Schicht mit einem p-Typ-Fremdstoff und/oder einem n-Typ-Fremdstoff dotiert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalb- leiters zu entwickeln, die eine weiter verbesserte Lumineszenzausbeute aufweist.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch eine lichtemittierende Vor- richtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2-17 und 19-32.
Die lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumni- trid-basierten Verbindungshalbleiters gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine lichtemittierende Schicht mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, die aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist; eine erste Uberzugsschicht, die mit der ersten Hauptfläche der lich- temittierenden Schicht verbunden und aus einem n-Typ-Ver- bindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist; und eine zweite Uberzugsschicht, die mit der zweiten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht verbunden und aus einem p-Typ- Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, auf, wobei sich die Zusammensetzung des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht von denjenigen der Verbindungshalbleiter der ersten und der zweiten Uberzugsschicht unterscheidet. Die lichtemittierende Schicht und die erste und die zweite Uberzugsschicht werden nacheinander, vorzugs- weise mittels eines MOCVD-Verfahrens auf einem Substrat ausgebildet. Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dicke der lichtemittierenden Schicht in der Nähe von Versetzungen geringer als im übrigen Bereich ist.
Insbesondere auf Fremdsubstraten wie Saphir oder Siliziumcar- bid (SiC) weisen die bekannten Verbindungshalbleiter auf Gal- liumnitridbasis eine sehr hohe Versetzungsdichte auf.
Durch die Verringerung der Dicke der lichtemittierenden Schicht in der Nähe von Versetzungen werden bei den Versetzungen abschirmende Energiebarrieren aufgebaut, die eine Dif- fusion von Ladungsträgern zu den Versetzungen hin unterbinden und damit eine mögliche nichtstrahlende Rekombination von Elektron-Loch-Paaren an diesen Versetzungen verhindern (Pas- sivierung der Versetzungen) . Auch wenn zum Teil vermutet wird, dass die vorhandenen Versetzungen im Falle von Verbin- dungshalbleitern auf Galliumnitridbasis anders als bei den Verbindungshalbleitern auf Galliumphosphid- oder Galli- umarsenid-Basis nicht als nichtstrahlende Rekombinationszentren dienen und deshalb die Dichte der Versetzungen keine wesentlichen Auswirkungen auf die Lichtausbeute derart aufge- bauter lichtemittierender Vorrichtungen hat (S.D. Lester et al . : „High Dislocation Densities in High Efficiency GaN-Based Light-Emitting Diodes", Appl . Phys . Lett . 66 (1995), Seiten 1249-1251 und T. Mukai et al . : „InGaN-Based Blue Light- Emitting Diodes Grown on Epitaxially Laterally Overgrown GaN Substrates", Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 37 (1998), Seiten
L839-L841) , konnten bei den lichtemittierenden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung höhere Lumineszenzausbeuten als bei vergleichbaren herkömmlichen lichtemittierenden Vorrichtungen festgestellt werden. Es wird deshalb davon ausge- gangen, dass sich die Ausbildung von abschirmenden Energiebarrieren an Versetzungen günstig auf die Lichtausbeute auswirkt, da die Rekombination von Ladungsträgern in höherem Maße in Bereichen geringerer Bandlücken, d.h. in optisch aktiven Bereichen stattfinden.
Vorzugsweise reduziert sich die Dicke der lichtemittierenden Schicht in der Nähe von Versetzungen auf weniger als die Hälfte der Dicke der lichtemittierenden Schicht im übrigen Bereich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die lichtemittierende Schicht aus einem InxAlyGaι_x-yN-Verbin- dungshalbleiter mit 0 < x < 1, O ≤ y ≤ l und x +y < 1 gebildet. Die Erfindung ist dabei insbesondere auch für In-freie lichtemittierende Vorrichtungen, d.h. für x = 0, vorteilhaft anwendbar .
Die lichtemittierende Schicht kann mit einem p-Typ-Fremdstoff und/oder einem n-Typ-Fremdstoff dotiert sein. Bevorzugt ist die lichtemittierende Schicht ein intrinsischer Quantenfilm einer Quantenfilmstruktur, vorzugsweise einer (bevorzugt in- trinsischen) InGaN/GaN-Quantenfilmstruktur mit mindestens einem GaN-Quantenfilm.
Das generelles Konzept der Erfindung, zum Aufbau einer Energiebarriere in der Nähe von Versetzungen die Schichtdicke in der Nähe von Versetzungen zu reduzieren, um damit die Quantenausbeute zu erhöhen, kommt besonders bevorzugt bei Infreien Strahlungsemittierenden Schichten zum Tragen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Aus- fuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Grundstruktur eines Ausführungsbeispiels einer lichtemittierenden Vor- richtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 in schematischer Darstellung einen vergrößerten Ausschnitt der lichtemittierenden Vorrichtung von Fig. 1 mit dem zugehörigen Energieverlauf der Band- lücke. Die in Fig. 1 dargestellte Grundstruktur zeigt eine Leuchtdiode 1. Die Erfindung erstreckt sich aber ebenso auf Laserdioden als lichtemittierende Vorrichtungen.
Die Leuchtdiode 1 besitzt eine sogenannte Doppel-Heterostruk- tur 9, bestehend aus einer aktiven, d.h. lichtemittierenden Schicht 2, einer ersten n-leitenden Uberzugsschicht 3 und einer p-leitenden zweiten Uberzugsschicht 4. Die lichtemittierende Schicht 2 ist aus einem InxAlyGax-x.yN-Verbindungshalb- leiter mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x +y ≤ 1 gebildet und erstreckt sich insbesondere auch auf In-freie Leuchtdioden mit einem AlyGaι_yN-Verbindungshalbleiter mit 0 < y ≤ 1 (d.h. x = 0) . Die erste Uberzugsschicht 3 ist aus einem GauAlι_uN- Verbindungshalbleiter mit 0 < u ≤ 1 gebildet und die zweite Uberzugsschicht 4 ist aus einem GavAlι_vN-Verbindungshalbleiter mit 0 < v < 1 gebildet. Die Zusammensetzung des Verbindungshalbleiters unterscheidet sich sowohl in der ersten als auch in der zweiten Uberzugsschicht 3, 4 von derjenigen des Verbindungshalbleiters in der lichtemittierenden Schicht 2; die Zusammensetzungen der Verbindungshalbleiter in den beiden Überzugsschichten 3 und 4 können dabei einander gleich oder verschieden sein.
Die Leuchtdiode 1 emittiert ultraviolettes Licht, wenn x nahe 0 ist, bis hin zu längerwelligem roten Licht, wenn x nahe 1 ist. Im Bereich 0 < x < 0,5 emittiert die Leuchtdiode 1 blaues bis gelbes Licht im Wellenlängenbereich von etwa 450 bis 550 nm.
Neben der Dotierung der ersten und der zweiten Uberzugsschicht 3 und 4 mit n-Typ- bzw. p-Typ-Fremdstoffen kann zur Verbesserung der Lumineszenzausbeute der Leuchtdiode auch die lichtemittierende Schicht 2 mit n-Typ-Fremdstoffen und/oder p-Typ-Fremdstoffen dotiert sein. Als p-Typ-Fremdstoff sind beispielsweise Beryllium, Magnesium, Kalzium, Zink, Strontium und Cadmium der II. Hauptgruppe des Periodensystems verwendbar, wobei für die lichtemittierende Schicht 2 Zink oder ins- besondere Magnesium zu bevorzugen ist. Als n-Typ-Fremdstoff können zum Beispiel Silizium, Germanium und Zinn der IV. Hauptgruppe des Periodensystems oder Schwefel, Selen und Tellur der VI . Hauptgruppe des Periodensystems eingesetzt wer- den.
Die erste, n-leitende Uberzugsschicht 3 hat eine Schichtdicke von etwa 0,05 bis 10 μm und die zweite, p-leitende Überzugs- schicht 4 eine Schichtdicke von etwa 0,05 μm bis 1,5 μm. Die Schichtdicke der lichtemittierenden Schicht 2 liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 10 Ä bis 0,5 μm.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist die Doppel-HeteroStruktur 9 üblicherweise über einer Pufferschicht 6 auf einem Substrat 5 ausgebildet. Als Substrat 6 kann beispielsweise Saphir, Sili- ziumcarbid (SiC) oder Zinkoxid (ZnO) verwendet werden. Für die Pufferschicht 6 mit einer Schichtdicke von etwa 0,002 bis 0,5 μm wird zum Beispiel A1N, GaN oder GamAli-mN mit 0 < m < 1 benutzt .
Sowohl die Pufferschicht 6, als auch die erste und die zweite Uberzugsschicht 3 und 4 sowie die lichtemittierende Schicht 2 werden vorzugsweise nacheinander mittels metallorganischer chemischer Abscheidung (MOCVD) auf das Substrat 5 aufge- bracht. Nach Bildung der Doppel-HeteroStruktur 9, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die zweite Uberzugsschicht 4 und die lichtemittierende Schicht 2 teilweise weggeätzt, um die erste Uberzugsschicht 3 freizulegen, wie dies in der rechten Hälfte der Leuchtdiode 1 von Fig. 1 zu sehen ist. Auf der freigelegten Oberfläche der ersten Uberzugsschicht 3 wird eine n-Elektrode 7 gebildet, während auf der Oberfläche der zweiten Uberzugsschicht 4 eine p-Elektrode 8 gebildet wird.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf lichtemittierende Vorrichtung mit einem anhand von Fig. 1 beschriebenen Schichtaufbau erstrecken. Es sind insbesondere auch lichtemittie- rende Vorrichtungen von der Erfindung erfasst, die weitere Verbindungshalbleiter-Schichten zwischen der Pufferschicht 6 und der ersten Uberzugsschicht 3 und/oder über der zweiten Uberzugsschicht 4 aufweisen können, um die Verspannungen zwi- sehen den einzelnen Übergängen unterschiedlicher Verbindungshalbleiter zu verringern.
Während der oben anhand von Fig. 1 beschriebene Aufbau einer lichtemittierenden Vorrichtung 1 dem Grunde nach bereits be- kannt ist, zeichnet sich die lichtemittierende Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Besonderheit aus, die in dem vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2 veranschaulicht ist .
Wie bereits oben erwähnt, weisen die lichtemittierenden Vorrichtungen auf Basis von Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleitern sehr hohe Versetzungsdichten auf. Derartige Versetzungen entstehen insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Gitterkonstanten der einzelnen Schichten 2 bis 6 der Vorrichtungen. In Fig. 2 ist beispielhaft eine Versetzung 10 durch eine etwa vertikal verlaufende, gestrichelte Linie dargestellt, die sich durch die beiden Überzugsschichten 3 und 4 und die lichtemittierende Schicht 2 erstreckt.
Wie deutlich in Fig. 2 dargestellt, ist die Dicke der lichtemittierenden Schicht 2 in der Nähe dieser Versetzung 10 deutlich geringer als im übrigen Bereich der lichtemittierenden Schicht. Vorzugsweise beträgt die Dicke in der Nähe der Versetzung 10 weniger als die Hälfte der Dicke der lichtemit- tierenden Schicht 2 im übrigen Bereich. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist eine Schichtdicke der lichtemittierenden Schicht 2 von etwa 3 nm gewählt, und die Schichtdicke ist in der Nähe der Versetzung 10 auf bis zu 1 nm verringert.
Aufgrund des starken piezoelektrischen Feldes in der Doppel- HeteroStruktur 9, das insbesondere durch die Wurtzit-Struktur der Gruppe-III-Nitride und die stark polare Natur der Ga/In/Al-Stickstoff-Bindung bedingt ist, ergibt sich eine starke Abhängigkeit der effektiven Bandlücke von der Dicke der lichtemittierenden Schicht 2. Dieser Energieverlauf der Bandlücke über dem Ort ist schematisch in Fig. 2 über dem Aufbau der Doppel-HeteroStruktur 9 dargestellt. In dem hier dargestellten Beispiel wird bei einer Emissionswellenlänge von 420 nm in der lichtemittierenden Schicht aus In0,ιGa0,9N durch die Vergrößerung der effektiven Bandlücke um 250 meV eine entsprechende Energiebarriere aufgebaut, welche die Ver- setzung abschirmt.
Die so aufgebaute Energiebarriere verhindert, dass Ladungsträger in die Nähe der Versetzung diffundieren, wodurch wirksam eine nichtstrahlenden Rekombination von Elektron-Loch- Paaren an Versetzungen unterbunden werden kann. Die Ladungsträger werden so gezwungen, in anderen Bereichen der lichtemittierenden Schicht zu rekombinieren, bevorzugt in den Bereichen mit den kleinsten Bandlücken. Die Diffusion von Ladungsträgern wird selbst bei Temperaturen oberhalb Räumtempe- ratur noch effektiv ausgeschaltet.
Zur Erzielung der obigen Energiebarriere wird bei der Bildung der Doppel -HeteroStruktur 9 auf dem Substrat 5 bzw. der Pufferschicht 6 das Wachstum der lichtemittierenden Schicht 2 gezielt gesteuert. Durch Modifikation der Wachstumsbedingungen, wie Wachstumstemperatur, V/III-Verhältnis, V/V-Verhält- nis, Wachstumsrate, TrägergasZusammensetzung, Zugabe von Sur- factants unterschiedlicher Art (z.B. In, Si) und dergleichen führen Versetzungen 10, die sich aus einem unter der licht- emittierenden Schicht 2 liegenden Schichtpaket 3, 6 in den Bereich der lichtemittierenden Schicht 2 fortsetzen, zu Wachstumsänderungen in der Umgebung solcher Versetzungen 10. Diese Wachstumsänderungen erkennt man beispielsweise an sogenannten V-Defekten, die ein klares Indiz für reduzierte Wachstumsraten an der Stelle des Defekts sind. Diese reduzierten Wachstumsraten führen in der Nähe der Versetzung 10 lokal zu verringerten Schichtdicken der lichtemittierenden Schicht 2, wie sie oben beschrieben worden sind.
Da sich durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters eine lichtemittierende Vorrichtung mit verbesserter Lumineszenzausbeute erzielen lässt, können gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise auch In-freie Vorrichtungen mit zufriedenstellen- der Lumineszenzausbeute hergestellt werden.
Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass In-freie Leucht- dioden erheblich geringere Lumineszenzausbeuten aufweisen als In-haltige Leuchtdioden. Als Ursachen hierfür sind sowohl ge- ringere piezoelektrische Felder als auch andere Wachstumsmechanismen möglich. Hierbei ist zu beachten, dass eine lichtemittierende Schicht 2 aus InGaN üblicherweise bei 700-800 °C hergestellt wird, während für lichtemittierende Schichten 2 aus GaN und AlGaN Temperaturen über 1000 °C erforderlich sind. Werden bei In-freien Leuchtdioden gezielt Verspannungen und piezoelektrische Felder eingebaut, so kann andererseits durch eine gezielte Steuerung des Wachstums im Hinblick auf eine geringere Dicke der lichtemittierenden Schichten 2 in der Nähe von Versetzungen 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leuchtdiode mit ausreichender Lumineszenzausbeute erzielt werden.
An Stelle der in Verbindung mit der Figur 2 konkret beschriebenen Doppel-HeteroStruktur 9 ist vorzugsweise eine Einfach- oder Mehrfach-InGaN/GaN-Quantenfilmstruktur (bevorzugt in- strinsisch) vorgesehen, bei der ein oder ggf. mehrere bevorzugt instrinsische GaN-Quantenfilme als strahlungsemittieren- de Schichten vorgesehen sind und die erfindungsgemäßen Bereiche geringerer Dicke in der Nähe von Versetzungen aufweisen. Die obige Dartstellung an Hand der Doppel-HeteroStruktur 9 wurde der Einfachheit halber gewählt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Vorrichtung mit mindestens einer Verbindungshalbleiter- Schicht (2) auf Galliumnitridbasis in einer aktiven Schicht oder aktiven Schichtenfolge der Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwachsparameter bei der Herstellung der Verbindungshalbleiterschicht (2) derart eingestellt werden, dass zumindest teilweise in der Nähe von Versetzungen
(10) in der Verbindungshalbleiterschicht (2) Bereiche in der Verbindungshalbleiterschicht erzeugt werden, die eine geringere Dicke aufweisen als ein übriger Bereich der Verbindungshalbleiterschicht .
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte : Bilden einer ersten Uberzugsschicht (3 ) aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis eines ersten Lei- tungstyps auf einem Substrat (5 ) ;
Bilden der aktiven Schicht oder aktiven Schichtenfolge mit der Verbindungshalbleiterschicht (2 ) , insbesondere einer lichtemittierenden Schicht (2 ) , über der ersten Uberzugsschicht (3 ) ; und Bilden einer zweiten Uberzugsschicht (4 ) aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis eines zweiten Leitungstyps über der lichtemittierenden Schicht (2 ) , wobei sich die Zusammensetzung der Verbindungshalbleiterschicht (2 ) auf Galliumnitridbasis von derj enigen des Verbindungshalbleiters der ersten und der zweiten Uberzugsschicht (3 , 4) unterscheidet .
3 . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche mit geringerer Dicke zumindest zum Teil weniger als halb so dick wie der übrige Bereich der Verbindungshalbleiterschicht (2 ) ist .
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) aus einem InxA- lyGaι-x.yN-Verbindungshalbleiter mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x +y ≤ 1 gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass x = 0 ist.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Schicht (2) mit einem p-Typ- Fremdstoff und/oder einem n-Typ-Fremdstoff dotiert ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Uberzugsschicht (3) aus einem GauAlχ.uN- Verbindungshalbleiter mit 0 < u ≤ 1 gebildet wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Uberzugsschicht (4) aus einem GavAlι_vN- Verbindungshalbleiter mit 0 < v ≤ 1 gebildet wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Uberzugsschicht (3) , die Verbindungshalb- leiterschicht (2) und die zweite Uberzugsschicht (4) nacheinander mittels eines MOCVD-Verfahrens auf dem Substrat (5) gebildet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausbildung der ersten Uberzugsschicht (3) auf dem Substrat (5) eine Pufferschicht (6) gebildet wird, auf welcher anschließend die erste Uberzugsschicht gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (6) aus einem GamAl:ι.-mN- Verbindungshalbleiter mit 0 ≤ m ≤ 1 gebildet wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) aus einem Material gebildet ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Saphir, Siliziumcarbid, Zinkoxid und Galliumnitrid.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schichtenfolge eine Quantenfilmstruktur aufweist .
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantenfilmstruktur mindestens einen GaN- Quantenfilm aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantenfilmstruktur eine InGaN/GaN- Quantenfilmstruktur ist.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantenfilmstruktur mindestens einen undotierten GaN-Quantenfilm umfaßt.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) von einem GaN- Quantenfilm bzw. von dem intrinsischen GaN-Quantenfilm gebildet ist.
18. Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumni- trid-basierten Verbindungshalbleiters mit einer aktiven
Schicht oder Schichtenfolge, die eine Verbindungshalbleiterschicht (2) auf Galliumnitridbasis aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Quantenausbeute der Vorrichtung die Verbindungshalbleiterschicht (2) in der Nähe von Versetzungen (10) Bereiche mit geringerer Dicke als im übrigen Bereich aufweist.
19. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) eine lichtemittierende Schicht (2) ist, die insbesondere zwischen einer ersten Uberzugsschicht (3) eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Uberzugsschicht (4) eines zweiten Lei- tungstyps angeordnet ist.
20. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Uberzugsschicht (3) aus einem n-Typ- Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet; und die zweite Uberzugsschicht (4) aus einem p-Typ-Verbin- dungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet.
21. Lichtemittierende Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche mit geringerer Dicke zumindest zum Teil weniger als halb so dick wie der übrige Bereich der Verbindungshalbleiterschicht ist .
22. Lichtemittierende Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) aus einem InxA- lyGaι_x-yN-Verbindungshalbleiter mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x +y ≤ 1 gebildet ist.
23. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass x = 0 ist.
24. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass 0 < x < 0,5 und y = 0 ist.
25. Lichtemittierende Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) mit einem p- Typ-Fremdstoff und/oder einem n-Typ-Fremdstoff dotiert ist.
26. Lichtemittierende Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Uberzugsschicht (3) aus einem GauAla..uN- Verbindungshalbleiter mit 0 < u < 1 gebildet ist.
27. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Uberzugsschicht (4) aus einem GavAlι_vN- Verbindungshalbleiter mit 0 < v ≤ 1 gebildet ist.
28. Lichtemittierende Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schichtenfolge eine Quantenfilmstruktur aufweist .
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantenfilmstruktur mindestens einen GaN- Quantenfilm aufweist .
30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantenfilmstruktur eine InGaN/GaN- Quantenfilmstruktur ist.
31. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantenfilmstruktur mindestens einen instrinsi- schen GaN-Quantenfilm umfaßt.
32. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) von einem GaN- Quantenfilm bzw. von dem intrinsischen GaN-Quantenfilm gebildet ist .
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